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自然電位曲線在水文礦井劃分咸淡水界面中的應(yīng)用

文檔作者：劉全剛文檔來源：河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)		更新日期： 2026年04月02日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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2020年 12月下 世界有色金屬137
H 水文地質(zhì) ydrogeology
自然電位曲線在水文礦井劃分咸淡水界面中的應(yīng)用
劉全剛
（河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)，河北 宣化 075100）
摘 要：自然電位測井是測量沿井身移動的M電極與固定在地面的N電極之間的自然電位差。本文結(jié)合在地質(zhì)調(diào)查中
的測井曲線，闡述了怎么利用自然電位與視電阻率曲線來劃分咸淡水界面。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)調(diào)查；自然電位曲線；咸淡水界面
中圖分類號：TE151 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-5065（2020）24-0137-2
Application of spontaneous potential curve in dividing salt and fresh water interface in hydrological mine
LIU Quan-gang
(The Fourth Geological Team of Hebei Coalfield Geological Bureau,Xuanhua 075100,China)
Abstract: Spontaneous potential logging is to measure the spontaneous potential difference between the m electrode
moving along the wellbore and the N electrode fixed on the ground. Combined with the logging curve in geological survey,
this paper expounds how to use the spontaneous potential and apparent resistivity curve to divide the salt water interface.
Keywords: geological survey; spontaneous potential curve; saltwater freshwater interface
本次地質(zhì)調(diào)查測井井段都屬于第四系地層，含水層巖性
上部多為粉砂、下部粉細(xì)砂，一般無良好的連續(xù)隔水層，水
質(zhì)結(jié)構(gòu)多為淺層淡水- 淺層咸水- 淡水類型。淺層含水層主
要用于農(nóng)業(yè)灌溉及養(yǎng)殖業(yè)，其他用水量較少。
1 基本原理[1]
自然電位差是在地下自然存在的，在井下放一個電極
M，地面放一個電極N，沒有供電線路，只有測量線路，當(dāng)
M 電極沿著井身移動時，記錄儀器就可以得出一條自然電
位測井曲線，根據(jù)測量的結(jié)果可以來研究巖層的巖性和它的
電化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，從而來解決地質(zhì)問題，這種方法稱
自然電位法。
形成自然電位差的原因有很多，就水文井來說，產(chǎn)生井
中自然電位的主要成因有地層水與井液直接的擴(kuò)散作用、巖
石顆粒對離子的吸附作用等。
當(dāng)兩種不同的溶液直接接觸時，就會產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象。由
于濃度的差別，被離解的正負(fù)離子就會在滲透壓力作用下，
從濃度大的溶液擴(kuò)散到濃度小的溶液中去。又因?yàn)檎?fù)離子
的遷移率不同，因此在濃度較小的溶液中會出現(xiàn)過多的遷移
率大的離子，而在濃度大的溶液中，就會出現(xiàn)過多的符號相
反的離子。當(dāng)兩端的電位差增加到正負(fù)離子移動速度相同
時，這時電位差將保持一個定值。這個電位差是離子擴(kuò)散產(chǎn)
生的，稱為擴(kuò)散電位。
在泥巖上產(chǎn)生的擴(kuò)散電位是泥巖內(nèi)的地層水與井內(nèi)泥
漿祥接觸的產(chǎn)物。電動勢的方向與上述電動勢相反，在濃度
高的一方為負(fù)，濃度低的一方為正。負(fù)離子被吸附在泥質(zhì)顆
粒表面，不能自由移動，而正離子可在地層水中移動，這時
形成的電動勢稱為擴(kuò)散吸附電動勢。
2 解釋原則
在水文測井中，咸淡水界面的劃分主要利用自然電位曲
線與視電阻率曲線。
在電阻率曲線上，淡水層中的砂層電阻率值要明顯大于
咸水層中的砂層電阻率值，咸水層中砂層電阻率值一般不超
過20Ω.m。
在自然電位曲線上，曲線異常特征主要決定于地層水礦
化度和井液礦化度的差異[2] ：
（1）當(dāng)?shù)貙铀V化度＞井液礦化度時，相對含水砂層曲
線反應(yīng)為負(fù)異常，但在咸水層中的異常幅值大于淡水層中的
異常幅值。
（2）當(dāng)?shù)貙铀V化度＜井液礦化度時，相對含水砂層曲
線反應(yīng)為正異常，但在咸水層中的異常幅值小于淡水層中的
異常幅值。
（3）當(dāng)?shù)貙铀V化度與井液礦化度相當(dāng)時，相對含水砂
層曲線上異常不明顯。
表1 為地下水按礦化度分類表，在井液礦化度在1g/
l ～ 3g/l 的情況下，自然電位在咸水層的砂層處顯示負(fù)異
常，在淡水層的砂層處顯示正異常；當(dāng)自然電位沒有異常顯
示時，定義此層地層水為微咸水層。
表1 地下水礦化度分類表
類別淡水
低礦化水
（微咸水）
中礦化水
（咸水）
高礦化水
（鹽水）
鹵水
礦化度（g/l） ＜ 1 1 ～ 3 3 ～ 10 10 ～ 50 ＞ 50
收稿日期：2020-12
作者簡介：劉全剛，男，生于1983 年，漢族，安徽宿松人，研究生，工程師，
研究方向：物探。
138 世界有色金屬 2020年 12月下
H 水文地質(zhì) ydrogeology
3 應(yīng)用實(shí)例
圖1 為工作區(qū)內(nèi)C3、F5 號鉆孔部分解釋曲線圖，從測
井解釋曲線圖上可以明顯看到，C3 孔自然電位曲線與視電
阻率曲線均以80m 為界出現(xiàn)上下兩段不同的電性特征，F(xiàn)5
孔的分界面在88m 處。
一般情況，巖層的分層定性及定厚主要參考視電阻率曲
線，正常情況下的視電阻率幅值的大小依次是砂層、粉土、
粉質(zhì)粘土、粘土。
但圖中兩井分界面上段的視電阻率曲線較為平緩，上下
巖層的視電阻率界面不明顯，部分粉土、粉質(zhì)粘土層視電阻
率大于砂層視電阻率，這是地層水礦化度高影響所致，此時
需結(jié)合自然電位曲線、自然伽瑪曲線與地質(zhì)編錄來進(jìn)行地層
劃分判定。而兩井分界面下段的視電阻率幅值差異明顯，不
僅與圍巖視電阻率幅值差異明顯，下段粉砂視電阻率幅值明
顯大于上段粉砂。
圖1 測井剖面圖
在自然電位曲線上，井內(nèi)分界面上下段含水層曲線的異
常方向明顯不一樣。
[1] 茹婷. 地球物理測井在水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用綜述[J]. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)
濟(jì),2017(Z1):40-41+43.
[2] 張彥林，張德權(quán)，付東林. 利用電測井方法劃分咸淡含水層[J]. 勘察科
學(xué)技術(shù).2007(1) ：62-64.
[3] 朱若軍, 程久龍, 張要田, 等. 礦井工作面開采水文地質(zhì)條件綜合地球
物理探測研究[J]. 中國礦業(yè),2010,19(7):98-101.
在上部砂層自然電位曲線呈現(xiàn)負(fù)異常，這是解釋原則內(nèi)
的特征1，說明地層水礦化度大于井液礦化度；下部砂層自
然電位曲線呈現(xiàn)正異常，這是解釋原則內(nèi)的特征2，說明地
層水礦化度小于井液礦化度。這兩個孔內(nèi)沒有出現(xiàn)含水層段
自然電位曲線異常不明顯情況，所以兩孔內(nèi)咸淡水界面較為
明顯。
4 影響因素[3]
自然電位測井所測得的是自然電流在相應(yīng)井段泥漿柱
上電位降，即：
△ Uz=I·R 泥漿
式中：I 為自然電位在井內(nèi)產(chǎn)生的自然電流強(qiáng)度。
R 泥漿為泥漿柱電阻。
而：
式中：E 總為自然電位總電動勢。
R 目的層、R 圍巖分別為目的層與圍巖的電阻。
所以上式中各因子是影響自然電位的因素。
（1）自然電位曲線異常幅值主要決定于自然電位總電動
勢E 總，與E 總成正比。
（2）泥漿電阻率越低，則泥漿柱上相應(yīng)的電位降越小，
自然電位曲線異常幅值也越小。因此對礦化度高的泥漿井
中，自然電位曲線就往往反映不好。另外，井徑擴(kuò)大，即降
低了泥漿柱電阻，也會使泥漿柱上電位降降低，自然電位曲
線異常幅值隨之減小。
（3）目的層和圍巖的電阻率越高，自然電流減小，自然
電位曲線異常幅值隨之減小。
（4）目的層厚度增大，則R 目的層降低，自然電位異常幅
值增大，反之，自然電位曲線異常幅值減小。
5 結(jié)論
在本次任丘城市地質(zhì)調(diào)查中，利用自然電位曲線在含水
砂層呈現(xiàn)出的正負(fù)異常特征，配合視電阻率的幅值大小不
同，結(jié)合地質(zhì)資料有效的劃分了咸淡水界面，這對以后工、
農(nóng)業(yè)的取用水有著重要的意義。

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