王亚辉，陈 娜，吴文涛，郭珊珊，师云超

(陕西地矿物化探队有限公司，陕西 西安 710043 )

0 引言

随着城市化大规模的推进对城市水文地质勘察和资源保障提出了新要求，水文地质条件地下水埋藏和分布规律、地下水的水质和水量、地下水的补给和排泄、地下水的可利用程度直接决定城市的健康和可持续发展(张茂省等,2018)，合理开发利用城市供水水源，必须积极探索和建立安全可靠的地下水源勘察机制(王亚辉等,2019)。

目前，水文地质勘察中常用的勘探方法有钻探、坑探、槽探和物探等。其中物探方法包括：地面物探方法和地球物理测井两大类。地球物理测井主要是配合地质钻探对钻孔内的水文地质状况进行精确探测。目前，许多测井方法(如：电阻率测井、自然电位测井、放射性测井、声波测井、热测井等)都可以配合钻探取心和水文地质资料，用于钻孔剖面的分层，判断含水层(带)，岩溶发育带和咸淡水分界面位置(深度)以及确定水文地质参数等。当采用无心钻进或取心不足时，测井更是不可缺少的探测手段。地球物理测井的地质、水文地质解释精度，远比其他地面物探方法要高(罗国煜等,2004)。

本文以特定城市地质资源勘察为工程背景，通过对传统地球物理测井原理的分析研究(骆淼等,2004;陈礼堂等,1994)，结合传统水文(周言奎,1997)、煤田测井判断含水层的有效方法，对城市地质含水层、隔水层的识别问题和含水层、隔水层厚度定量分析进行了初步探索，总结出了一套可供参考的解释方法。

1 工区地质与地球物理特征概述

研究区位于陕西省西安市西咸新区，位于渭河断陷盆地南部，在西安凹陷、临潼断凸两个次级构造单元之上。距今约250万年前至今的第四系地层，是西安地表出露最广的地层，约占全区总面积的65%。岩性主要为黄土、古土壤、粉质粘土、粉土、细砂、中砂、粗砂、圆砾，区内200 m以浅地层按沉积时代划分可分为下更新统、中更新统、上更新统和全新统。

根据井温曲线可知：井温值在8.55℃～27.20℃变化，从整个区域看，东北方向井温略高于西南方向井温，未发现有有利浅层地温热源；根据补偿密度、井径等曲线计算出的各岩性层的力学参数发现：力学强度指数值在15～5 MPa之间，属于较软地层；区内地层含水类型为松散层潜水含水层，主要为大气降水入渗形成，富水程度主要受降雨量制约和土层顶面形态控制。松散层潜水的水位动态分布范围与大气降水的丰欠直接相关，随着年度降水量的变化砂层水位相应变化。

岩层的物性研究是测井资料解释工作的基础。本次测井解释是根据自然伽马、三侧向电阻率、声波时差和补偿密度等测井曲线的形态变化，判断其颗粒粗细可分为圆砾、粗、中、细、粉砂、粉土、粉质粘土，现通过测井资料对所测钻孔的岩层测井响应特征统计(如表1)。

表1 研究区各岩层测井响应特征

通过对所测钻孔物性参数的综合分析，对比收集到的区内60个地质调查孔的4项主要物性参数，岩性与物性之间具有较为明显的变化规律(见图1)：视电阻率值从粉质粘土到砂层、砾石依次变大；天然伽玛值从粉质粘土到中砂依次减小；声波时差值从粉土到中砂依次减小；密度从黄土、古土壤、粉质粘土到砂层、砾石依次变大，其中有些粉质粘土的密度略高于粉砂层，是由于粘土在形成过程中，吸附性较强，吸附一些密度值较高的颗粒，而砂层胶结疏松，孔隙度较多引起的。

图1 研究区主要岩性物性统计直方图

2 含水层、隔水层概述

自然界的岩石和土壤大多为多孔介质，它们本身的孔隙性有很大差异，有些能含水，有些不含水，有的虽然含水但很难透水。饱和带中的岩性层根据其给出水的能力，可划分为含水层与隔水层。

含水层是指能够给出并透过相当数量水的岩体。这类含水的岩体大都呈层状，所以称为含水层，如砂层、砾石层等。含水层不但储存水，而且水在其中可以运移。非固结沉积物是最主要的含水层，特别是砂和砾石层，这种含水层具有良好的透水性能，条件适宜时，在其中打井可获得丰富的水量。

隔水层是指那些既不能给出又不能透过水的岩层，或者它给出或透过的水量都极少。通常可分为二类：一类是致密岩石，其中没有或很少有孔隙，很少含水也不能透水，如某些致密的结晶岩石(花岗岩、闪长岩、石英岩等)。另一种是颗粒细小，孔隙度很大，但孔隙直径小，岩层中含水，但存在的水绝大多数是结合水，在常压下不能排出，也不能透水。一般粘土、泥岩、页岩为隔水层，砂岩、灰岩、花岗岩既可以是隔水层，也可以是含水层.

含水层与隔水层的划分是相对的，它们之间并没有绝对的界线，在一定条件下两者可以相互转化。如粘土层，在一般条件下由于孔隙细小，饱含结合水，不能透水与给水，起隔水层作用。但在较大的水头压力作用下，部分结合水发生运动，也可以转化为含水层。

3 含水层、隔水层的定性解释

3.1 含水层、隔水层定性识别

经学者多年的研究发现：地球物理测井方法可实现含水层与隔水层的定性与定量解释，仅依靠单一测井曲线解释含水层具有多解性，因此需要选取多曲线参数进行含水层、隔水层的判别，如选取深浅侧向测井进行含水层的定性识别，电阻率曲线、自然伽马曲线与自然电位曲线组合进行含水层、隔水层的辨别。

基于上述研究成果，本次首先以自然伽马曲线为主解释曲线，结合电阻率曲线进行全井段岩性层的划分，然后对不同岩性层的自然电位值、自然伽马值以及电阻率值进行统计，建立GR-RT、GR-SP、RT-SP散点分析(图2～图4)，发现GR-SP能够快速直观地识别该研究区含水层与隔水层，RT-SP对于二者的识别度较低。由此可知：划分岩性时，电阻率与自然伽马起主导作用，而划分含水层、隔水层时，自然伽马与自然电位是主导曲线。经统计发现：研究区含水层、隔水层测井曲线解释模型为：含水层SP<-30 mV，GR<100 API；隔水层SP>30 mV，GR>100 API，可根据此模型，进行研究区全钻孔的含水层、隔水层解释。

图2 电阻率与自然伽马交会图分析 图3 电阻率与自然电位交会图分析

图4 自然伽马与自然电位曲线交会图分析

3.2 含水层、隔水层地球物理特征

通过参考含水层测井划分原则(图5)，对研究区60口孔进行含水层、隔水层层划分(图6)。本研究区含水层呈高电阻率、高自然电位负异常、低自然伽玛，隔水层呈自然伽玛、低电阻率、低自然电位负异常。

图5 含水层与隔水层的定厚分析示意图

图6 含水层、隔水层测井曲线特征图

经统计发现：含水层岩性主要以砾石、粗砂、中砂与细砂，隔水层岩性为粉砂岩、粉土与粉质粘土；含水层的自然伽马值呈低值，其值在50～100 API，电阻率在20～700 Ω·m，自然电位呈高负异常，其值在-70～-30 mV，隔水层的自然伽马呈高值，其值在100～150 API，电阻率值10～22 Ω·m，与含水层电阻率区别不明显，自然电位呈负异常，其值在-30～-2 mV。

4 结语

(1)多参数测井资料对含水层、隔水层的划分及含水层的赋水性研究准确可靠，本区含水层的赋存岩性为中砂、粗砂、细砂、圆砾，含水层的电阻率值在20～70 Ω·m之间，自然伽玛值在50～100.25 API之间，自然电位值在-30～-70 mV之间；隔水层的赋存岩性为粉砂、粉质粘土、粉土，隔水层的电阻率值在10～22 Ω·m之间，自然伽玛值在100～150 API之间，自然电位值在-30～-2 mV之间。

(2)以自然伽马曲线为主，异常半幅值点为解释点，有效划分各岩性层；将自然电位曲线异常根部突变点为解释点，并结合自然伽马曲线，准确地划分出含水层、隔水层。薄层解释点相应向异常顶部移动。

(3)含水层的定性遵循“三高一低”的物性特征，即高电阻率、高自然电位负异常、低自然伽玛、高中子孔隙度。隔水层的定性遵循“三低一高”的物性特征，即低电阻率、低自然电位负异常、高自然伽玛、低中子孔隙度。