估算水文地质参数 估算水文地质参数
(一)泥质含量计算
含水层含水量预测综合物探技术
式中:GR、GRmin、GRmax分别为实测、纯砂岩和纯泥岩的自然伽马测井值。
其值对Vsh作非线性校正:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:C为非线性校正系数(Hilchie指数)，当地层为老地层时取值2，当地层为古、新近系地层时取值3.7;Vsh'为非线性校正后的泥质含量。
(二)确定孔隙度
粒间孔隙度就是通常所说的有效孔隙度，通常利用孔隙度测井方法(包括密度测井、声波测井和电阻率测井)确定。
(1)对泥质砂岩来说，密度测井响应方程为
含水层含水量预测综合物探技术
式中:DEN为密度测井值;ρφ、ρsh、ρma分别为孔隙流体、泥质和石英的体积密度;φ、Vsh、Vma分别孔隙度、泥质和石英的相对体积。
由上式可得孔隙度φ:
含水层含水量预测综合物探技术
(2)对声波测井来说，有
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Δt为声波时差测井值;Δtφ、Δtsh、Δtma分别为孔隙流体、泥质和石英的声波时差。
由上式可得孔隙度φ:
1)利用声波时差确定孔隙度时，对非压实或疏松地层需进行压实校正，其中H为深度，CP为校正压实系数，CP=1.68-0.0002×H。
含水层含水量预测综合物探技术
2)若考虑泥浆影响时，则按以下公式计算孔隙度:
含水层含水量预测综合物探技术
(3)电阻率测井
当岩石含100%饱和流体时，若孔隙流体的电阻率为Rf，岩石的电阻率为Rt，虽然Rf的变化引起Rt的变化，但它们的比值Rt/Rf却总保持不变(保持常数F)，该比值称为地层因素F。
含水层含水量预测综合物探技术
该比值与孔隙流体的电阻率无关，与岩性、孔隙度以及孔隙结构、胶结物等因素有关。有如下关系式:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:a为比例系数，与岩性有关;m为胶结系数，与岩石结构及胶结程度有关。
由上式得到
含水层含水量预测综合物探技术
(三)地下水电阻率计算
地下水电阻率计算通常包括视地下水法、径向比值法和自然电位测井法，以下为各方法的计算原理。
(1)视地下水法
阿尔奇公式:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Rt为地层电阻率;Rw为地下水电阻率;φ为孔隙度;Sw为含水饱和度;n为饱和度指数;m为胶结系数，与岩石结构及胶结程度有关;在完全含水地层上Rt=Ro(Ro为完全含水地层电阻率)，Sw=1。
于是
含水层含水量预测综合物探技术
阿尔奇公式适合于纯砂岩，考虑到有些含水层含一定泥质，此时，饱和度方程应选用泥质砂岩模型，例如:Simandoux(1963)模型和Fertl等(1971)模型，在完全含水地层上有Simandoux公式:
含水层含水量预测综合物探技术
Fertl公式:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Rsh为泥质电阻率，可以用纯泥岩电阻率代替。
(2)径向比值法
径向比值法计算地下水电阻率主要考虑冲洗带含水饱和度、电阻率以及泥浆滤液电阻率等因素。
冲洗带含水饱含度Sxo为
含水层含水量预测综合物探技术
又有 与以上式相除得
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Rxo为冲洗带电阻率;Rmf为泥浆滤液电阻率;Sxo为含水饱和度。
在完全含水地层上Sxo=Sw，Rt=Ro因此:
含水层含水量预测综合物探技术
(3)自然电位测井法
自然电位测井法计算地下水电阻率主要考虑井中扩散吸附电动势，地下水泥浆矿化度等因素。
井中扩散吸附电动势可表示为
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Cw，Cm分别为地下水，泥浆矿化度;Eda为扩散吸附电动势;Kda为扩散吸附电动势系数。
满足:
含水层含水量预测综合物探技术
在理论上，地下水等效电阻率Rwe与Cw之间成反比关系，泥浆滤液电阻率Rmfe与Cm之间成反比关系，所以有
含水层含水量预测综合物探技术
式中:USSP=Eda称为静自然电位，可以通过自然电位USP校正得到USSP，(4-18)式便是自然电位测井确定地下水电阻率Rw的理论依据。
(四)地下水矿化度计算
地下水分为淡水、咸水和卤水。地下水电阻率的大小直接反映含水层水的矿化度。利用水文测井资料估算的地下水矿化度，有助于评价含水层水的质量。地下水矿化度，是评价含水层水质的一个重要指标［8］。一般通过自然电位测井和地层电阻率求得。
(1)自然电位测井法
自然电位测井计算地下水矿化度的公式是
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Cmf为泥浆滤液矿化度。
(2)由地层水电阻率Rw换算矿化度
矿化度与Rw之间有如下关系:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:P为地下水的矿化度，10-6。
(五)计算渗透率
绝对渗透率是岩石中只有一种流体时测量的渗透率，常用k表示。绝对渗透率只与岩石孔隙结构有关，而与流体性质无关。
目前国内外广泛应用孔隙度φ和吸附水饱和度Swb统计它们与渗透率的关系，所建立的经验方程一般有如下形式:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:C、x、y为地区经验系数。
应用孔隙度、吸附水饱和度参数也可以计算含水层的渗透率。计算渗透率的经验公式可借用石油测井的公式:
含水层含水量预测综合物探技术
(六)计算吸附水饱和度
岩石中的水包括:①重力水:可以自由流动的水;在有条件下流动的水。②吸附水:吸附在岩石颗粒表面的水;滞留在微小毛细管中的水。吸附水饱和度Swb是描述地层特性的一个非常重要的参数。它对于确定储层含水饱和度Sw、含水率、油水相对渗透率Kro，Krw等方面有重要意义。影响吸附水饱和度的因素很多，其主要影响因素有:①泥质含量:含水层中随泥质增大，吸附水饱和度增大;②细粉砂含量:随细粉砂含量的增大，岩石颗粒表面的总面积(比面)增大，使吸附水饱和度增大;③粒度中值:随泥质砂岩粒度中值减小，吸附水饱和度增大;④孔隙度:随泥质砂岩孔隙度减小，吸附水饱和度增大;⑤渗透率:渗透率对吸附水饱和度是一个综合影响因素，因为渗透率与孔隙度、粒度中值和泥质含量等有关。
因此，影响吸附水饱和度的因素有泥质含量、孔隙度、粒度中值、粉砂含量、渗透率等。因为吸附水饱和度影响因素多且复杂，很难从理论上直接推导确定吸附水饱和度的测井解释方程。一般利用岩心分析吸附水饱和度、岩心分析孔隙度、渗透率、粒度中值，测井计算泥质含量等资料统计得到的它们之间的关系式。
确定吸附水饱和度(Swb)经验公式:
含水层含水量预测综合物探技术
如果 ；如果Swb<15，令Swb=15，最后Swb=Swb/100，则有
含水层含水量预测综合物探技术
式中:
对于疏散砂岩:
含水层含水量预测综合物探技术
中等胶结砂岩:
含水层含水量预测综合物探技术
砂岩:
含水层含水量预测综合物探技术
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Md为粒度中值;Rwb、Rt、Rxo、Rmf分别为吸附水电阻率、地层电阻率、冲洗带电阻率、泥浆滤液电阻率;其他符号含义见前面公式。
(七)计算重力水饱和度
孔隙中水以重力水和残余水两种形式存在，一部分是有效孔隙中重力水;另外一部分是吸附在泥质颗粒表面和微孔隙中的残余水(吸附水和微孔隙水)。重力水饱和度越高，指示含水层渗透性越好。如果含水层没有重力水饱和度，则该地层为非渗透性的隔水层。
在水位以下，重力水饱和度Swm=Sw-Swb=1-Swb。
(八)计算含水量
含水量的含义:岩石所能容纳的最大水体积与岩石总体积之比。引入重力水的概念，可动含水量应定义为:岩石所能容纳的可动含水体积与岩石总体积之比，基于此定义，计算含水量。假设岩石总体积V为1(相对体积)，则可动含水量Qwn计算方法如下:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Qwn为含水量;φ为孔隙度;V为岩石总体积。
通过上述水文地球物理测井求取水文地质参数方法介绍，对以后地下水勘查工作具有有益的帮助，同时也可以看出，水文地球物理测井的发展方向是对测井资料的深分析、深处理及对新方法、新技术引进及应用分析，使水文地球物理测井能获取让地球物理学家和水文地质学家更感兴趣的水文地质参数，推动水文地球物理测井工作的进一步发展。
依据以上的工作得到如下的结论:根据潮白河地区和保定地区的地质特点，分别建立了适合该地区的测井资料的含水层判别函数，采用Bayes判别分析对样本数据的回判率比较高，达到95%以上。
估算水文地质参数系统操作流程~
首先对原始地球物理测井资料进行预处理，对收集到的模拟测井数据进行数字化后，按照系统要求进行数据格式化，生成系统所需文件。
然后，调用地下岩性划分模块，结合已知钻孔资料进行含水层结构划分，并输出其划分结果。根据含水层结构划分成果，利用水文地质参数计算模块对含水层进行水文地质参数估算。
最终利用上述划分和计算成果，结合已知钻孔资料绘制综合成果图，并对该孔水文地质条件作出评价，具体流程如图7-2所示。
图7-2 估算水文地质参数系统操作流程图
(一)泥质含量计算
含水层含水量预测综合物探技术
式中:GR、GRmin、GRmax分别为实测、纯砂岩和纯泥岩的自然伽马测井值。
其值对Vsh作非线性校正:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:C为非线性校正系数(Hilchie指数),当地层为老地层时取值2,当地层为古、新近系地层时取值3.7;Vsh′为非线性校正后的泥质含量。
(二)确定孔隙度
粒间孔隙度就是通常所说的有效孔隙度,通常利用孔隙度测井方法(包括密度测井、声波测井和电阻率测井)确定。
(1)对泥质砂岩来说,密度测井响应方程为
含水层含水量预测综合物探技术
式中:DEN为密度测井值;ρφ、ρsh、ρma分别为孔隙流体、泥质和石英的体积密度;、φVsh、Vma分别孔隙度、泥质和石英的相对体积。
由上式可得孔隙度φ:
含水层含水量预测综合物探技术
(2)对声波测井来说,有
含水层含水量预测综合物探技术
式中:△t为声波时差测井值;△tφ、△tsh、△tma分别为孔隙流体、泥质和石英的声波时差。
由上式可得孔隙度φ:
1)利用声波时差确定孔隙度时,对非压实或疏松地层需进行压实校正,其中H为深度,CP为校正压实系数,CP=1.68-0.0002×H。
含水层含水量预测综合物探技术
2)若考虑泥浆影响时,则按以下公式计算孔隙度:
含水层含水量预测综合物探技术
(3)电阻率测井
当岩石含100%饱和流体时,若孔隙流体的电阻率为Rf,岩石的电阻率为Rt,虽然Rf的变化引起Rt的变化,但它们的比值Rt/Rf却总保持不变(保持常数F),该比值称为地层因素F。
含水层含水量预测综合物探技术
该比值与孔隙流体的电阻率无关,与岩性、孔隙度以及孔隙结构、胶结物等因素有关。有如下关系式:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:a为比例系数,与岩性有关;m为胶结系数,与岩石结构及胶结程度有关。
由上式得到
含水层含水量预测综合物探技术
(三)地下水电阻率计算
地下水电阻率计算通常包括视地下水法、径向比值法和自然电位测井法,以下为各方法的计算原理。
(1)视地下水法
阿尔奇公式:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Rt为地层电阻率;Rw为地下水电阻率;φ为孔隙度;Sw为含水饱和度;n为饱和度指数;m为胶结系数,与岩石结构及胶结程度有关;在完全含水地层上Rt=Ro(Ro为完全含水地层电阻率),Sw=1。
于是
含水层含水量预测综合物探技术
阿尔奇公式适合于纯砂岩,考虑到有些含水层含一定泥质,此时,饱和度方程应选用泥质砂岩模型,例如:Simandoux(1963)模型和Fetrl等(1971)模型,在完全含水地层上有Simandoux公式:
含水层含水量预测综合物探技术
Fertl公式:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Rsh为泥质电阻率,可以用纯泥岩电阻率代替。
(2)径向比值法
径向比值法计算地下水电阻率主要考虑冲洗带含水饱和度、电阻率以及泥浆滤液电阻率等因素。
冲洗带含水饱含度Sxo为
含水层含水量预测综合物探技术
又有 与以上式相除得
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Rxo为冲洗带电阻率;Rmf为泥浆滤液电阻率;Sxo为含水饱和度。
在完全含水地层上Sxo=Sw,Rt=Ro因此:
含水层含水量预测综合物探技术
(3)自然电位测井法
自然电位测井法计算地下水电阻率主要考虑井中扩散吸附电动势,地下水泥浆矿化度等因素。
井中扩散吸附电动势可表示为
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Cw,Cm分别为地下水,泥浆矿化度;Eda为扩散吸附电动势;Kda为扩散吸附电动势系数。
满足:
含水层含水量预测综合物探技术
在理论上,地下水等效电阻率Rwe与Cw之间成反比关系,泥浆滤液电阻率Rmfe与Cm之间成反比关系,所以有
含水层含水量预测综合物探技术
式中:USSP=Eda称为静自然电位,可以通过自然电位USP校正得到USSP,(4-18)式便是自然电位测井确定地下水电阻率Rw的理论依据。
(四)地下水矿化度计算
地下水分为淡水、咸水和卤水。地下水电阻率的大小直接反映含水层水的矿化度。利用水文测井资料估算的地下水矿化度,有助于评价含水层水的质量。地下水矿化度,是评价含水层水质的一个重要指标[8]。一般通过自然电位测井和地层电阻率求得。
(1)自然电位测井法
自然电位测井计算地下水矿化度的公式是
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Cmf为泥浆滤液矿化度。
(2)由地层水电阻率Rw换算矿化度
矿化度与Rw之间有如下关系:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:P为地下水的矿化度,10-6。
(五)计算渗透率
绝对渗透率是岩石中只有一种流体时测量的渗透率,常用k表示。绝对渗透率只与岩石孔隙结构有关,而与流体性质无关。
目前国内外广泛应用孔隙度φ和吸附水饱和度Swb统计它们与渗透率的关系,所建立的经验方程一般有如下形式:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:C、x、y为地区经验系数。
应用孔隙度、吸附水饱和度参数也可以计算含水层的渗透率。计算渗透率的经验公式可借用石油测井的公式:
含水层含水量预测综合物探技术
(六)计算吸附水饱和度
岩石中的水包括:①重力水:可以自由流动的水;在有条件下流动的水。②吸附水:吸附在岩石颗粒表面的水;滞留在微小毛细管中的水。吸附水饱和度Swb是描述地层特性的一个非常重要的参数。它对于确定储层含水饱和度Sw、含水率、油水相对渗透率Kro,Krw等方面有重要意义。影响吸附水饱和度的因素很多,其主要影响因素有:①泥质含量:含水层中随泥质增大,吸附水饱和度增大;②细粉砂含量:随细粉砂含量的增大,岩石颗粒表面的总面积(比面)增大,使吸附水饱和度增大;③粒度中值:随泥质砂岩粒度中值减小,吸附水饱和度增大;④孔隙度:随泥质砂岩孔隙度减小,吸附水饱和度增大;⑤渗透率:渗透率对吸附水饱和度是一个综合影响因素,因为渗透率与孔隙度、粒度中值和泥质含量等有关。
因此,影响吸附水饱和度的因素有泥质含量、孔隙度、粒度中值、粉砂含量、渗透率等。因为吸附水饱和度影响因素多且复杂,很难从理论上直接推导确定吸附水饱和度的测井解释方程。一般利用岩心分析吸附水饱和度、岩心分析孔隙度、渗透率、粒度中值,测井计算泥质含量等资料统计得到的它们之间的关系式。
确定吸附水饱和度(Swb)经验公式:
含水层含水量预测综合物探技术
如果
含水层含水量预测综合物探技术
，如果Swb<15,令Swb=15,最后Swb=Swb/100,则有
含水层含水量预测综合物探技术
对于疏散砂岩:
含水层含水量预测综合物探技术
中等胶结砂岩:
含水层含水量预测综合物探技术
砂岩:
含水层含水量预测综合物探技术
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Md为粒度中值;Rwb、Rt、Rxo、Rmf分别为吸附水电阻率、地层电阻率、冲洗带电阻率、泥浆滤液电阻率;其他符号含义见前面公式。
(七)计算重力水饱和度
孔隙中水以重力水和残余水两种形式存在,一部分是有效孔隙中重力水;另外一部分是吸附在泥质颗粒表面和微孔隙中的残余水(吸附水和微孔隙水)。重力水饱和度越高,指示含水层渗透性越好。如果含水层没有重力水饱和度,则该地层为非渗透性的隔水层。
在水位以下，重力水饱和Swm=Sw-Swb=1-Swb
(八)计算含水量
含水量的含义:岩石所能容纳的最大水体积与岩石总体积之比。引入重力水的概念,可动含水量应定义为:岩石所能容纳的可动含水体积与岩石总体积之比,基于此定义,计算含水量。假设岩石总体积V为1(相对体积),则可动含水量Qwn计算方法如下:
含水层含水量预测综合物探技术
式中:Qwn为含水量;φ为孔隙度;V为岩石总体积。
通过上述水文地球物理测井求取水文地质参数方法介绍,对以后地下水勘查工作具有有益的帮助,同时也可以看出,水文地球物理测井的发展方向是对测井资料的深分析、深处理及对新方法、新技术引进及应用分析,使水文地球物理测井能获取让地球物理学家和水文地质学家更感兴趣的水文地质参数,推动水文地球物理测井工作的进一步发展。
依据以上的工作得到如下的结论:根据潮白河地区和保定地区的地质特点,分别建立了适合该地区的测井资料的含水层判别函数,采用Bayes判别分析对样本数据的回判率比较高,达到95%以上。
根据抽水试验资料确定水文地质参数
答：在不完整井抽水试验中，如在r＞1.5M区有观测孔，则可根据相应的完整井公式计算。因此，第四章中介绍的各种求参数的方法，在这里都有效。地下水动力学（第二版）图6—8 无越流补给承压含水层中不完整井的标准曲线 （据Walton）（a） 时的标准曲线；（b） 时的标准曲线；（c） 时的标准...
参数计算与确定
答：受人类活动的影响，松嫩平原地下水循环系统与天然状态相比已经发生了很大的改变，水文地质参数变化则是这种变化的表现形式之一。受工作量的限制，本次计算的参数有限，资源评价所使用的参数主要参考了前人的成果资料，根据地下水实际变化情况，结合本次计算及地下水均衡与数值模拟进行综合调整，确定本次地下水...
估算水文地质参数系统操作流程
答：首先对原始地球物理测井资料进行预处理,对收集到的模拟测井数据进行数字化后,按照系统要求进行数据格式化,生成系统所需文件。然后,调用地下岩性划分模块,结合已知钻孔资料进行含水层结构划分,并输出其划分结果。根据含水层结构划分成果,利用水文地质参数计算模块对含水层进行水文地质参数估算。最终利用上述划分和...
估算水文地质参数系统操作流程
答：首先对原始地球物理测井资料进行预处理，对收集到的模拟测井数据进行数字化后，按照系统要求进行数据格式化，生成系统所需文件。然后，调用地下岩性划分模块，结合已知钻孔资料进行含水层结构划分，并输出其划分结果。根据含水层结构划分成果，利用水文地质参数计算模块对含水层进行水文地质参数估算。最终利用上述...
水文地质参数间接测定方法
答：一、内容概述 1.成果简介 利用光纤测温技术间获取含水层水文地质参数的一种测渗技术。通过光纤测温试验，获得在注水过程中土层中温度场的变化，利用水热传导模型对土层中一些参数进行率定。2.基本原理 基本原理包括两个部分：分布式光纤测温技术、水热传导模拟技术。（1）分布式光纤测温技术 在光纤测温试验...
基本的水文地质参数有哪些?
答：水文地质参数，反映含水层或透水层水文地质性能的指标。如渗透系数、导水系数、水位传导系数、压力传导系数、给水度、释水系数、越流系数等，都是基本的水文地质参数。水文地质参数是进行各种水文地质计算时不可缺少的数据。一般是通过勘探试验测求水文地质参数。渗透系数，又称水力传导系数，是水力坡度为1...
利用抽水试验资料确定水文地质参数
答：根据抽水初期或短时间抽水的资料，利用配线法求参数的原理同前。利用观测孔的全部观测资料，在双对数透明纸上绘出s-t曲线，把抽水初期的曲线（或短时间抽水的曲线）同标准曲线 （图4—17）重合，记下匹配点的坐标H（u，β）， ，β，s，t，代入公式（4—60），求出含水层的参数T和μ 图4—...
水文地质参数的选择
答：基坑降水设计方案是否可行,能否将地下水降下去,水文地质参数的选择至关重要。采用稳定流计算基坑涌水量,常用的水文地质参数有渗透系数K、影响半径R;对于非稳定流,还需用到导水系数T、贮水系数S和压力传导系数α。常用的水文地质参数的选取方法在前几章已有论述,设计时可参考选用。对于一些地质条件复杂、...
华北平原水文地质参数系列
答：七、华北平原水文地质参数主要特征 1)华北平原降水入渗系数、含水层给水度和深层承压含水层弹性释水系数有着相同的分布规律:从山前冲洪积平原、中部冲湖积平原到东部滨海平原，参数由大到小逐渐变化。表3-2-9 华北平原潜水蒸发系数 2)渗透系数分布规律为垂向上上部含水层大于下部含水层;在平面上，...
常用水文地质参数的类型
答：1.渗透系数K 根据达西定律,渗透系数是水力坡度等于1时的渗透流速。对于具体工程,土层的渗透系数关系到降水设计方案的选择、水位降深的大小及基坑涌水量的大小,影响到降水时间的长短及工期。渗透系数选取正确与否直接关系到降水的成败,该参数是基坑降水设计中最重要的水文地质参数之一。土层的渗透系数可由岩土...
