江苏煤炭地质勘探二队 江苏 徐州 221000
摘要：矿井在建设和生产过程中，地面水和地下水通过各种通道涌入矿井，当矿井涌水超过正常排水能力时，就造成矿井水灾。一旦发生透水事故，淹没矿井和采区，不但影响矿井正常生产，而且还会造成大量的财产损失乃至人员伤亡，危害十分严重。所以做好矿井防水工作，是保证矿井安全生产的重要内容之一。《煤矿安全规程》第251条规定：“煤矿企业应查明矿区和矿井的水文地质条件，编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组织实施。”凡残采、复采矿井进行巷道掘进前。必须查清工作面内断层、陷落柱和含水层（体）富水性等情况，弄清矿区内的水文地质条件。而在水文地质勘查中，必须准确的划分出含水层，并弄清含水层之间的补给关系，这是水文地质人员难以解决的问题。而通过测井方法，特别是盐化测井，可较简单而准确地划分出含水层层位，进而直观地揭示含水层之间的水力联系，对研究区域的水文地质条件和应用有很大意义。本文以井液电阻率法的逆扩散法为例，简单介绍了逆扩散法的施工过程和判断含水层的方法，得出了在识别小流量微咸和咸含水层时，逆扩散法需要的时间更短效果更好；并且常规盐化测井的工作与解释原理均可应用在逆扩扩散法盐化测井上。
关键词：井液电阻率；淡化井液；含水层；盐化测井；水文测井
引言
井液电阻率测井属流体识别测井的一种，是钻井井液中离子扩散和交换的具体宏观反映。早在20世纪50年代中期，我国各有关部门就开始在各类水文测井工作中使用这种方法，并且始终是水文测井的主要方法之一。解决水文地质问题的井液电阻率测井，有自然井液电阻率和人工井液电阻率两类。前者主要用于定性分析，后者的应用较广。
自然状态下的井液电阻率是直接反映钻孔中井液导电性能的，其导电性能与井液的化学成分、浓度、温度等密切相关。清水钻进时，井液的导电性能主要取决于井液的矿化度。矿化度越高，导电性能越强，电阻率越低，反之，电阻率越高。当钻孔中井液矿化度相同时，井液电阻率曲线为一条直线（忽略井温异常）。当钻孔中有不同矿化度的井液界面存在时，井液电阻率曲线在界面上会产生明显的突变异常。变化的幅值与矿化度的差值成正比。井液中有几个不同矿化度的界面，其井液电阻率曲线上就有几个异常反映。常规的井液电阻率法利用的主要将盐（一般使用氯化钠NaCl）投入钻孔中进行人工盐化井液，或在钻孔中造成一个盐水柱，使井液与含水层中的地下水之间有明显的电阻率差异。在自下水自然渗透作用下，盐化后的井液或盐水柱将随时间发生淡化和移动，若忽略盐化井液与含水层地下水之间的浓度差压力、盐离子本身的扩散作用、其淡化和移动幅度的大小，则只取决于地下水的渗透速度。用井液电阻率仪按测量视电阻率曲线的原理和方法，记录井液在不同深度和时间的电阻率变化情况，即可确定含水层的位置，了解含水层的补给关系，判断钻孔出水量的相对大小，了解井液矿化度沿钻孔轴向的相对变化（用自然井液电阻率曲线确定）；并且可根据扩散或注水前、后的井液电阻率曲线，了解钻孔内含水层的相对矿化度情况。
一、矿区水文地质条件
顾桥井田位于陈桥背斜东翼与潘集背斜西部的衔接带，总体构造形态为走向南北，向东倾斜的单斜构造，地层倾斜平缓，倾角5～15°，并有发育不均的次级宽缓褶曲和断层。三迭纪以后的印支、燕山运动，使本区地壳上升，岩层褶皱断裂，形成了淮南复向斜东西向主体构造并迭加北东向断裂的构造格局。基岩含水层因南北两翼逆冲断层的阻水作用，切断了裸露区的水源补给，加上区域性斜切断层的分割，构成了封闭型的水文地质单元，地下水以储存量为主，基本处于停滞状态。水质属 Cl-（K+Na）型微咸水，矿化度2克/升，水温25℃～30℃，石灰岩水温可达36℃～44℃。该矿区1煤属于底板进水的岩溶裂隙充水矿床，经抽水实验得知该区太原组1～4灰是弱含水层，单位涌水量0.00105～0.224L/s.m，富水性不均。
二、方法原理
地下水的化学成分是地下水与环境-自然地理、地质背景以及人类活动-长期相互作用的产物。地下水中含有各种气体、胶体、离子等气体成分、有机成分和无机成分。水中无机化学组分含量总和称为总矿化度。总的来说，在相同条件下，海相沉积水的总矿化度大于河、湖相的沉积水，老地层的沉积水大于新地层的沉积水。常见水的视电阻率的变化范围：雨水大于100Ω．m，河水为10-100Ω．m，海水为0.1-1Ω．m。具体的溶液浓度和电阻率的关系如图-2-1所示。
从图中可以看出：1、溶液浓度越底，溶液中离子的变化对溶液导电性能的影响越大；2、溶液浓度越高，溶液中离子的变化对溶液导电性能的影响越小，最后几乎无影响。即在相同离子扩散交换条件下，要达到相同电阻率的变化，溶液浓度越小，需要的时间越少；溶液浓度越大，需要时间越长。本次勘探应淮南矿物局顾桥煤矿的邀请就该矿15C3I井做盐化测井，本井施测的目标含水层的特征为：封闭型的水质属 Cl-（K+Na）型微咸水，矿化度2克/升；并且抽水实验显示的流量小于0.224L/h。因此，常规的盐化测井时间很长且效果十分不明显，所以本次应用逆扩散法确定含水层位。
三、施工顺序及测量方法
本次反扩散法盐化测井的施工顺序如下：
1、在测量前先进行抽水，目的是使渗透入含水层的钻井液充分排出，确保本次盐化测井资料真实可靠。
2、抽水完毕后，立即进行盐化测井，先记录一条完全是含水层液体的井液电阻率曲线ρ0，通过分析、研究ρ0曲线，初步判断该井含水层是否是微咸水，有几次含水层，有没有补给关系。
3、较精确地计算目标井段的容量，确定要注入的地表淡水水量，然后对目标井段进行淡化处理即：将钻具下入到要研究的层位下，注入地表淡水，当注入的淡水量超过2倍的目标段容量后，均匀、迅速地把钻具提上来。
4、根据井内含水层的水量情况，选择合适的测量间隔测量ρ1、ρ2、ρ3…ρn。本次根据本井的抽水情况选择的间隔时间为1.2小时，共施测了ρ1、ρ2、ρ3、ρ4计4条井液电阻率曲线。
在测量过程中，测量仪器在孔内均匀速测量，且准确记录了测量的顺序和起止时间。具体结果如图-3-1所示。
四、结论
1、通过分析和研究15C3I井井液电阻率曲线，可得出本井在1080米左右有一层弱含水层，水量较小。
2、应用反扩散法在识别矿化度很高的水量较小的微咸水和咸水具有很好的效果；常规盐化测井的解释理论可以应用在反扩散法盐化测井上；并且相较于常规盐化测井，反扩散法需要的时间较更短，效果更好。
3、如果能精确地建立井液与电阻率的关系式，反扩散法可以快速较、较精确地确定含水层的埋深以及矿化度。
参考文献
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论文作者:刘德强,管超智
论文发表刊物:《防护工程》2017年第9期
论文发表时间:2017/9/7
标签：电阻率论文; 含水层论文; 矿化度论文; 矿井论文; 地下水论文; 溶液论文; 水文地质论文; 《防护工程》2017年第9期论文;