第三章自然電位測(cè)井

1、電化學(xué)測(cè)井電化學(xué)測(cè)井 什么是電化學(xué)測(cè)井？什么是電化學(xué)測(cè)井？ 研究巖石、煤與它們電化學(xué)性質(zhì)關(guān)系，從面解研究巖石、煤與它們電化學(xué)性質(zhì)關(guān)系，從面解決某些地質(zhì)問(wèn)題的測(cè)井方法。決某些地質(zhì)問(wèn)題的測(cè)井方法。 發(fā)現(xiàn)：當(dāng)不供電時(shí)，在井內(nèi)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)不供電時(shí)，在井內(nèi)仍能測(cè)量到電位差仍能測(cè)量到電位差 。第一節(jié)自然電位測(cè)井第一節(jié)自然電位測(cè)井在井內(nèi)和地面各放入一個(gè)在井內(nèi)和地面各放入一個(gè)測(cè)量電極測(cè)量電極 M和和N，構(gòu)成一個(gè)，構(gòu)成一個(gè)測(cè)量回路測(cè)量回路 。自然測(cè)井原理圖自然測(cè)井原理圖一、自然電位產(chǎn)生的原因一、自然電位產(chǎn)生的原因 原因主要有原因主要有3個(gè)：個(gè)：（1）擴(kuò)散與擴(kuò)散吸附作用）擴(kuò)散與擴(kuò)散吸附作用 ；（2）氧化還原作用）氧化

2、還原作用 ；（3）電極極化作用等。）電極極化作用等。 (一一)擴(kuò)散與擴(kuò)散吸附作用擴(kuò)散與擴(kuò)散吸附作用 是指溶解于地層水和泥漿中的電解質(zhì)離子在有離是指溶解于地層水和泥漿中的電解質(zhì)離子在有離子濃度差條件下，所發(fā)生的擴(kuò)散和擴(kuò)散吸附現(xiàn)象。子濃度差條件下，所發(fā)生的擴(kuò)散和擴(kuò)散吸附現(xiàn)象。 1、直接擴(kuò)散、直接擴(kuò)散 直接擴(kuò)散作用只發(fā)生在滲透層直接擴(kuò)散作用只發(fā)生在滲透層 ，如砂巖。，如砂巖。設(shè)純砂巖的地層水和設(shè)純砂巖的地層水和泥漿濾液均為泥漿濾液均為Nacl溶溶液，兩者的濃度不相液，兩者的濃度不相同，地層水的濃度大同，地層水的濃度大于泥漿濾液的濃度。于泥漿濾液的濃度。由于由于Vcl-VNa+ ,也就也就是說(shuō)跑到泥漿

3、中多是說(shuō)跑到泥漿中多cl-，在砂巖中在砂巖中Na+多，隨多，隨著動(dòng)態(tài)平衡，形成穩(wěn)著動(dòng)態(tài)平衡，形成穩(wěn)定的擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)。定的擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)。2、間接擴(kuò)散、間接擴(kuò)散 間接擴(kuò)散作用只發(fā)生在滲透層間接擴(kuò)散作用只發(fā)生在滲透層 ，如泥巖。，如泥巖。由泥質(zhì)顆粒附加導(dǎo)電機(jī)理可知，離子交換特性使由泥質(zhì)顆粒附加導(dǎo)電機(jī)理可知，離子交換特性使純泥巖中泥質(zhì)顆粒表面帶有負(fù)電荷，剩下的另一部分純泥巖中泥質(zhì)顆粒表面帶有負(fù)電荷，剩下的另一部分負(fù)電荷又松散的吸附陽(yáng)離子如鈉離子，形成負(fù)電荷又松散的吸附陽(yáng)離子如鈉離子，形成“擴(kuò)散擴(kuò)散層層”。 擴(kuò)散吸附穩(wěn)定后，形成了擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)。擴(kuò)散吸附穩(wěn)定后，形成了擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)。3、井中的總自然電動(dòng)勢(shì)與

4、自然電位分布、井中的總自然電動(dòng)勢(shì)與自然電位分布 自然電位有自然電位有正有負(fù)，單正有負(fù)，單位為位為mV.(二二)氧化還原作用氧化還原作用 在鉆孔剖面中電子性導(dǎo)電體，如金屬礦、石墨、無(wú)煙在鉆孔剖面中電子性導(dǎo)電體，如金屬礦、石墨、無(wú)煙煤等與泥漿和圍巖中地層水接觸時(shí)，由于氧化還原的結(jié)果，煤等與泥漿和圍巖中地層水接觸時(shí)，由于氧化還原的結(jié)果，在接觸面處酚基溶于水，在接觸面處酚基溶于水，H+為一方，帶負(fù)電荷離子（如為一方，帶負(fù)電荷離子（如O-2）為一方，形成偶電層，形成正負(fù)異常。為一方，形成偶電層，形成正負(fù)異常。 煤層或金屬礦層因氧化，失去電子而帶正電荷，其毗鄰煤層或金屬礦層因氧化，失去電子而帶正電荷，其毗

5、鄰的圍巖得到電子而帶負(fù)電荷，使煤層或金屬礦層自然電位的圍巖得到電子而帶負(fù)電荷，使煤層或金屬礦層自然電位為正異常；反之，處于還原狀態(tài)時(shí)，則呈現(xiàn)負(fù)異常。為正異常；反之，處于還原狀態(tài)時(shí)，則呈現(xiàn)負(fù)異常。 石墨和無(wú)煙煤的氧化反應(yīng)最強(qiáng)烈，正異常。石墨和無(wú)煙煤的氧化反應(yīng)最強(qiáng)烈，正異常。 氣煤和褐煤多處于弱還原狀態(tài)，負(fù)異常。氣煤和褐煤多處于弱還原狀態(tài)，負(fù)異常。(三三)電極極化電位電極極化電位 當(dāng)金屬電極處于鹽類(lèi)的電解質(zhì)溶液中時(shí)，金屬當(dāng)金屬電極處于鹽類(lèi)的電解質(zhì)溶液中時(shí)，金屬離子離開(kāi)電極進(jìn)入溶液成為離子狀態(tài)，使電極帶負(fù)離子離開(kāi)電極進(jìn)入溶液成為離子狀態(tài)，使電極帶負(fù)電；溶液中的金屬離子在接近電極時(shí)，也有逆過(guò)程，電；溶

6、液中的金屬離子在接近電極時(shí)，也有逆過(guò)程，即可以沉淀到電極表面，使電極便帶正電。即可以沉淀到電極表面，使電極便帶正電。 往往形成于金屬礦體上。往往形成于金屬礦體上。 金屬離子離解給泥漿濾液，使自身帶負(fù)電，而金屬離子離解給泥漿濾液，使自身帶負(fù)電，而泥漿帶正電，在金屬礦層上泥漿帶正電，在金屬礦層上,呈現(xiàn)明顯的自然電位呈現(xiàn)明顯的自然電位正異常（圖正異常（圖3-4）。）。 二、自然電位曲線及其影響因素二、自然電位曲線及其影響因素 (一一)自然電位曲線特征自然電位曲線特征 u分層點(diǎn)在分層點(diǎn)在“半幅點(diǎn)半幅點(diǎn)”。 (二二)自然電位曲線的影響因素自然電位曲線的影響因素1、井徑與厚度的影響、井徑與厚度的影響 當(dāng)H

7、/d4時(shí)，地層的自然電位異常達(dá)到最大，即SP=SSP，分層點(diǎn)半幅點(diǎn)； 當(dāng)H/d4時(shí)，自然電位異常幅度隨之降低SPSSP，分層點(diǎn)移向異常峰值位移。2、巖性的影響、巖性的影響3、水文地質(zhì)條件的影響、水文地質(zhì)條件的影響 4、地層傾斜影響、地層傾斜影響 5、鄰層的影響、鄰層的影響 第二節(jié)電極電位測(cè)井第二節(jié)電極電位測(cè)井 一、電極電位法的基本原理一、電極電位法的基本原理 當(dāng)金屬電極與電解溶液接觸時(shí)，基于：當(dāng)金屬電極與電解溶液接觸時(shí)，基于：化學(xué)力（化學(xué)力（ 溶解壓）溶解壓） 金屬板（原子）金屬板（原子） 溶液中（離子）溶液中（離子）擴(kuò)散（滲透壓）擴(kuò)散（滲透壓） 溶液中（離子）溶液中（離子） 金屬板（原子）金

8、屬板（原子） 如果溶解壓滲透壓（如果溶解壓滲透壓（Zn），溶液帶正電，），溶液帶正電， Zn帶負(fù)電帶負(fù)電如果滲透壓溶解壓（如果滲透壓溶解壓（Cu），溶液帶負(fù)電，），溶液帶負(fù)電， Cu帶正電帶正電綜合：大多數(shù)貴綜合：大多數(shù)貴Ag、Au、Hg金屬為正金屬為正 一般金屬一般金屬Fe、Zn、Pb為負(fù)為負(fù)二、電極電位測(cè)量與曲線解釋二、電極電位測(cè)量與曲線解釋、測(cè)量原理、測(cè)量原理 其電極系是采用帶有相互短路兩個(gè)比較電極其電極系是采用帶有相互短路兩個(gè)比較電極、的刷子電極。其中的刷子電極。其中電極安置在位于比較電極中央電極安置在位于比較電極中央由鋼制成的刷子末端，稱(chēng)為刷子頭，使之與井壁接觸。由鋼制成的刷子末端，

9、稱(chēng)為刷子頭，使之與井壁接觸。 圖 電極電位測(cè)井原理電路及電子導(dǎo)電礦層電極電位曲線 圖 無(wú)煙煤的電極電位曲線 1電位電極系電阻率曲線；2電極電位曲線 第三節(jié)電化學(xué)測(cè)井的應(yīng)用第三節(jié)電化學(xué)測(cè)井的應(yīng)用一、劃分煤層、確定儲(chǔ)集層、區(qū)分巖性一、劃分煤層、確定儲(chǔ)集層、區(qū)分巖性 1、劃分煤層、劃分煤層圖圖3-10a中，無(wú)煙煤有明顯的自然電位正異常，中，無(wú)煙煤有明顯的自然電位正異常， 而而視電阻率反應(yīng)為零；視電阻率反應(yīng)為零； 而圖而圖3-10b的煙煤，也有較突出的的煙煤，也有較突出的自然電位正異常，其視電阻率現(xiàn)顯高異常。自然電位正異常，其視電阻率現(xiàn)顯高異常。 圖 自然電位曲線與視電阻率曲線在煤層上的反映 a無(wú)煙煤

10、； b煙煤2、確定儲(chǔ)集層、區(qū)分巖性、確定儲(chǔ)集層、區(qū)分巖性 圖中圖中(圖圖3-11)，有三層，有三層儲(chǔ)集層，即一層含油層和儲(chǔ)集層，即一層含油層和二層含水層。水層。上部二層含水層。水層。上部含水層因顆粒較細(xì)、分選含水層因顆粒較細(xì)、分選性和滲透性差，其自然電性和滲透性差，其自然電位異常幅度小；而下部含位異常幅度小；而下部含水層因顆粒粗、孔隙大、水層因顆粒粗、孔隙大、分選性和滲透性好，其自分選性和滲透性好，其自然電位異常十分明顯，且然電位異常十分明顯，且幅度略超過(guò)含油層的自然幅度略超過(guò)含油層的自然電位異常幅度。電位異常幅度。圖圖3-11 砂泥剖面的自然電位曲線和視電阻率曲線砂泥剖面的自然電位曲線和視電阻率曲線二、估計(jì)泥質(zhì)含量二、估計(jì)泥質(zhì)含量 下面簡(jiǎn)單介紹三種估計(jì)方法。下面簡(jiǎn)單介紹三種估計(jì)方法。 1、線性