鑽孔地球物理勘探
正文
運用物理學的原理和方法,使用專門的儀器設備,沿鑽孔（鑽井）剖面測量穿透的地層或其周圍地質體的各種地質和地球物理特徵的地球物理勘探方法。按工作方式和探測範圍的不同，鑽孔地球物理勘探可分為地球物理測井（簡稱測井）和井中地球物理勘探（簡稱井中物探）。測井的探測半徑是以井軸為中心、幾厘米至幾十厘米的範圍。它是油氣田勘探與開發中一種重要的方法，也是固體礦產普查勘探和水文、工程與環境地質調查勘察中不可缺少的手段。測井的套用範圍十分廣泛，主要方面有:①確定井剖面的岩石性質,評價油(氣)水層，查明煤、金屬與非金屬、核金屬等礦床(見礦床工業分類)，並確定其埋藏深度和有效厚度；②測量計算儲量所需的各種地質參數，如岩性成分、孔隙度、滲透率、飽和度，煤的灰分、含碳量，金屬與非金屬礦的品位，含水層的水質、水量等；③確定地層傾角，岩層走向和方位以及鑽孔傾角和方位角；④檢查井下技術狀況，如檢查固井質量和套管破裂情況等。
井中物探的探測半徑為幾十至幾百米。它用來解決井周空間地質問題，主要有:①發現井旁或井底盲礦,確定其空間位置（埋藏深度、距鑽孔距離、相對於鑽孔方位等）；②評價井周礦體的形態、產狀、延伸等，用以指導鑽井，合理布置鑽孔。它在尋找深部隱狀礦體，解決水文、工程與環境地質問題中廣泛套用，是一種重要的手段。
發展簡史 地球物理測井方法於1927年由法國人C.施蘭貝爾熱和M.施蘭貝爾熱兄弟始創。1939年翁文波在中國開始地球物理測井工作，測井儀器由劉永年等設計製造，使用的測井方法有自然電位測井，視電阻率測井。主要用來鑑別岩性，劃分油（氣）水層、煤層、金屬礦層以及地層對比等。
50年代至60年代中期，出現了聲波測井、感應測井、側向測井、自然γ測井等，並開始採用單一岩性的測井解釋模型及簡單的數理統計方法，對岩層作物理參數計算以進行半定量或定量解釋，但對碳酸鹽岩，泥質砂岩（見砂岩）以及其他複雜岩性的油氣層評價仍十分困難。在煤田和金屬礦則開始套用 γ-γ測井、激發極化測井、電極電位測井、滑動接觸測井、磁化率測井等。這些測井方法能有效地查明煤層、金屬與非金屬礦床，確定其埋深和有效厚度。60年代後期至70年代中期，相繼出現了岩性－孔隙度測井系列（中子測井、密度測井、聲波測井等）和深、淺側向測井，深、中感應測井，微側向測井等測井系列及地層傾角測井，對單一岩性和複雜岩性地層進行岩性、物性、含油（氣）性、煤質等作定量解釋，同時開展了以地層傾角為核心的地質分析。在金屬礦床及水文、工程與環境地質調查勘察中，出現了中子活化測井、X螢光測井、超音波成像測井等,同時逐漸發展了一套井中物探方法，如井中自然電位法、井中電阻率與激發極化法、井中磁測法、井中重力法、井中低頻電磁法（時域與頻域的）、井中電磁波法，井中聲波法、井中地震法等。70年代末期,出現了數控測井儀,套用電子計算機處理和解釋測井信息，實現了測井系列化、組合化和數位化。80年代，中國研製成功數字測井系統。在井中物探方法中微機的開發套用迅速發展，使鑽孔地球物理勘探的方法逐步進入數位化時代。
方法 測井與井中物探的方法很多，它們以電學、磁學、電磁學、聲學、熱學、核物理學以及電化學等理論為基礎，研究岩石、礦石的物理性質。
測井方法 主要有電法測井、聲波測井、核測井、地層傾角測井、地層測試測井、氣測井、隨鑽測井、生產測井等。
① 電法測井。據油（氣）層、煤層或其他探測目標與周圍介質在電性上的差異，採用井下裝置沿鑽孔剖面記錄岩層、礦層的電阻率、電導率、介電常數、激發極化特性及自然電位變化。如電阻率測井、微電極測井、側向測井、感應測井、介電測井、激發極化測井、自然電位測井等。
② 磁測井。利用磁測井儀沿鑽孔剖面測量地磁場強度或岩石、礦石磁化率變化，如垂直磁場強度測井、磁化率測井等（見圖）。
鑽孔地球物理勘探④ 核測井。測量井剖面岩石的天然放射性射線強度，或測量經過放射性源照射後，岩石所產生的次生放射性射線強度,用以發現核金屬礦藏，確定岩石成分,計算岩石地質或物性參數，判斷氣層等。
⑤ 地層傾角測井。測量地層的傾角與方位角，能夠確定真實的地層傾角和方位的變化。可用於研究構造變化，確定斷層、不整合、交錯層、砂壩、岩礁，以及研究地質沉積環境等。此外，地層傾角測井還可以探測井壁附近地層裂縫帶，確定裂縫走向和方位，通常又稱為裂縫識別測井。
⑥ 地層測試測井。使用電纜式地層測試器，在裸眼井進行地層流體（油、氣、水）取樣，測定地層流體恢復壓力，通過計算獲得原始地層壓力及有效滲透率。它可用於探井中途測試，是一種直接找油、找氣的探測方法。
⑦ 氣測井。測定鑽開岩層後進入泥漿中的烴類氣體（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）和非烴類氣體的含量及其化學組分，用以發現探井中油（氣）層，提供測試層位。它是石油勘探中一種直接找油、找氣的測井方法。
⑧ 隨鑽測井。將電阻率、自然γ、井斜等感測器裝在鑽挺內，邊鑽進邊測量，脈衝信號通過泥漿傳輸到地面記錄系統，可以消除泥漿對油（氣）層侵入的影響，能反映油（氣）層的負電阻率，提高地層評價精度。井斜信息能及時確定井眼斜角和方位角，控制鑽井質量。這種方法目前已在世界海洋鑽井工作中使用。
⑨ 生產測井。測量套管井內流體的流量、含水率、壓力、溫度等參數。它是在射孔作業以後進行的油井生產動態測井。此外，在水文地質勘探中也有廣泛用途。生產測井可以分為流量測井、含水率測井、壓力測井及溫度測井等。
井中物探方法 按理論體系分，有 3類十幾種方法。
① 基於求解拉普拉斯方程(或泊松方程)，研究電位、重磁位場畸變回響的方法。如井中自然電位法、井中電阻率和激發極化法、井中磁測法、井中重力法等。
② 基於求解矢量擴散方程，以頻率域或時間域研究電磁感應現象的方法。如井中低頻電磁法、井中脈衝瞬變電磁法等。
③ 基於求解波動方程，研究彈性波或電磁波傳播(速度、衰減吸收等)的方法。如單孔或跨孔地震法、單孔或跨孔電磁波法、井中聲波法等。
數據處理和解釋 各種測井儀所記錄的測井信息，分為數字磁帶記錄和連續的模擬曲線記錄兩類。後者屬於老的記錄方式，當需要使用計算機處理時，必須通過數位化儀對連續的模擬曲線進行採樣，並將數據記錄在數字磁帶上。
數據處理 測井數據處理的對象是記錄在磁帶上的由測井儀器所獲得經過採樣的各種物理信息。在磁帶上記錄的有地層電阻率、電導率、岩石體積密度、聲波時差、自然電位以及人工放射性和自然放射性射線強度等。
測井數據的處理，首先要進行野外磁帶的檢查與預處理。野外磁帶的檢查，是用程式將磁帶上記錄的數據列印出來，以檢查各種數據檔案的鑑別號、深度值、採樣間距、採樣數據是否合理、準確。預處理的目的是將野外磁帶處理成便於計算機使用的室內磁帶。其內容是改變記錄格式，對野外磁帶數據進行轉換、刻度、校正及歸類排列，從而得到採樣間距一致、深度對齊、數據正確的室內磁帶。其次，套用各種測井分析程式對室內磁帶上的測井數據進行自動處理解釋，獲得鑽孔中目的層的有效孔隙度、含水飽和度、原始油氣體積、可動油氣體積、滲透率、次生孔隙度指數、岩石礦物成分等十幾個地質參數，並以數據或連續曲線圖的方式顯示出來。在處理中還可以採用交會圖技術，檢查原始測井數據質量，選擇解釋模型及解釋參數等。
解釋 根據處理後所得到的數據或地質參數曲線，對鑽孔的目的層作出定性、定量評價。對石油勘探與開發，則包括判斷岩性、判斷油氣層和水層、計算油氣儲量等；對煤田勘探，則主要是劃分煤層，並對煤層的品質作出評價。
參考書目
李舟波著：《鑽井地球物理勘探》，地質出版社，北京，1986。
蔡柏林著：《鑽孔地球物理勘探》，地質出版社，北京，1986。
