electrical logging
简介
研究钻孔中岩层间电学或电化学性质差异为基础的一组地球物理勘探方法的总称。它在所有测井方法中发展最早，理论与实践也较成熟。煤田地质勘探中应用的电测井，一般使用由一个或多个电极组成的电极系，放置在充有导电冲洗液的裸孔中进行测量。按照使用的场源，电测井可分为自然电场测井与人工电场测井两类。前者不用人工向钻孔供电，测量由煤、岩层的电化学性质产生的自然电场分布，在煤田地质勘探中常用的有自然电位测井和电极电位测井; 后者则是人工向钻孔供直流或交流电，测量在煤、岩层影响下的人工电场分布，在煤田地质勘探中常用的有视电阻率测井、接地电阻测井、侧向测井、感应测井、激发极化测井等。根据电测井资料，可以识别钻孔剖面上的岩性，划分剖面，识别煤层结构，计算岩石孔隙度和煤层各主要成分含量，研究地质构造和沉积环境特征。
电测井是煤田测井中最重要的方法之一，其发展趋向是通过消除和校正各种影响因素，提高测量精度，获得煤、岩层的真电学参数;研究将其它电测井方法用于煤田地质勘探，并开发新的电测井方法，以提高其解决煤田地质问题的能力。
自然电位测井 沿钻孔剖面测量岩、煤层在自然条件下产生的电场电位的变化的一种电测井方法。即在钻孔中放置一个测量电极，在地面放置一个比较电极，测量钻孔中电极由于煤、岩层内液体与冲洗液引起的扩散及扩散吸附，过滤和氧化还原等电化学作用而产生的自然电位。多数煤层，特别是无烟煤煤层的氧化还原作用会造成较高的自然电位。渗透性岩石因冲洗液与岩石内液体存在矿化度与压力的差异，也能产生自然电位。一般岩石颗粒变细，泥质含量增加，渗透性变差，孔隙度变小，自然电位都会降低。
自然电位测井曲线对于目的层中心呈对称形态，其曲线幅度的半幅点处对应目的层界面。若将地面比较电极也与测量电极一起下入孔内并相距一个很小距离时，则测得的成果是自然电位沿孔轴的变化率，这一方法称为自然电位梯度测井。
电极电位测井 电极系由一个能与孔壁接触的刷状金属电极和分别位于其上、下的两个比较电极构成，用以测量孔内电子导体电极电位特性的一种测井方法。电极电位的大小，既与刷状电极和比较电极采用的金属种类有关，又取决于刷状电极所接触电子导体的性质。由于含煤岩系中的无烟煤煤层接近于电子导体，其上、下围岩又多为离子导电型岩石，因而在电极电位测井曲线上，无烟煤煤层往往显示大幅度的异常，根据这一特性，能有效地识别无烟煤煤层。
视电阻率测井 测量钻孔剖面上煤层和岩层电阻率的一种测井方法。其测量装置通常由一对供电电极A、B和一对测量电极M、N组成，并由其中2～3个电极组成一定排列的电极系，用电缆下入孔内。电极系上可构成成对的电极(供电电极或测量电极)称成对电极，而只能与地面电极构成成对的电极则称不成对电极。电极系根据其电极排列可分为电位电极系和梯度电极系。
均匀介质的电阻率ρ为
式中ΔU为测量电极M、N间的电位差;I为供电电极A、B间的电流强度;K为装置系数，即与电极系电极排列有关的常数。对于非均匀介质，用此式求出的电阻率，则反映了该非均匀体的等效电阻率，它受诸多因素的影响，称视电阻率ρs(见电阻率法)。
各种煤层、岩层的电阻率存在程度不同的差异。通常烟煤的电阻率很高，无烟煤的电阻率很低，它们都易于与其它岩石区分。砂岩、泥岩，一般颗粒越细，电阻率越低。著名的阿尔奇(Archie)公式表明，电阻率还与岩石的孔隙度密切相关。
Ro/Rw＝aφm
式中Ro、Rw分别为孔隙饱和含水岩层的电阻率和岩层中水的电阻率;φ为岩石孔隙度;a为胶结系数;m为比例常数。
视电阻率测井在煤田地质勘探中广泛用于识别煤层，对比岩层和分析沉积环境，与其它测井方法相结合，还用以分析煤层灰分、水分和碳含量。
电位电极系测井 使用电位电极系的一种电阻率测井方法。其测量结果与测量点的电位成正比。电位电极系是一种在各电极间的距离中，成对电极间的距离不是最小的电极系(图1)。由A、M两个电极组成的电极系，称为理想电位电极系。用电位电极系测得的视电阻率曲线对于目的层中心呈对称形态。在没有其它影响因素的理想条件下，目的层中心的视电阻率测量值，反映了该岩层的真电阻率值。高阻岩层界面的位置，对应于视电阻率曲线幅度的起跳处 (根部) (图2)。
梯度电极系测井 用梯度电极系的一种电阻率测井方法。其结果与测量点的电位梯度成正比。该电极系的特点是在各电极间的距离中，以成对电极间的距离为最小(见图1)。①成对电极位于不成对电极上方时，称顶部梯度电极系。②成对电极位于不成对电极下方时，称底部梯度电极系。用该法测得的视电阻率曲线，在目的层处呈不对称形态：对于高电阻率目的层，用顶部梯度电极系测得的目的层视电阻率极大值在该层顶界面处出现，用底部梯度电极系测得的目的层视电阻率极大值，在该层底界面处出现，而在另一界面处则出现目的层视电阻率极小值 (图3)。
图1 视电阻率测井的电极系
a、b—理想电位电极系;c、d—电位电极系;e—顶部梯度电极系;f—底部梯度电极系
图2 电位电极系视电阻率曲线
ρ1、ρ2、ρ3—分别为上、中、下3个相邻岩层的视电阻率
接地电阻测井 电极系只由供电电极构成的一种电阻率测井方法。它可测量由于电极在钻孔中与岩层接地电阻的变化而造成的供电电流变化，因而又称电流法测井。当只用一个供电电极下入孔内测量时，则称单点电阻法测井。①当在入孔供电电极上、下方各放置一个同极性的圆柱状电流屏蔽电极，用以减小或消除沿孔轴方向的电流时，则称三电极屏障电流测井。②当将两个同极性电极下入孔内，通过电桥测量两电极间接地电阻的差异时，称接地电阻梯度测井或接地电阻差值测井。其分层能力较强，易于识别岩层界面，但其受各种因素影响，较难校正，难以用作定量解释。
(a)
(b)
图3 梯度电极系视电阻率曲线形态
a—顶部梯度电极系曲线;b—底部梯度电极系曲线
侧向测井 电极系上安置有各种屏蔽电极的一种电阻率测井方法。屏蔽电极的作用是迫使供电电流垂直孔轴流入岩层，以提高测井的垂向分层能力，增大测井的探测深度。①当电极系由中心电极与上、下两个柱状屏蔽电极组成时，称三侧向测井。②当电极系由中心电极、一对屏蔽电极与两对监督电极组成，以抑制孔中沿孔轴方向流动的电流时，称七侧向测井(图4)。通过选择屏蔽电极的不同距离、长度和电流返回电极B的远近，可调整测井的探测深度。根据探测深度的不同大小，侧向测井又可分成深、中、浅、微侧向测井(见图4)。在作浅侧向测井供电时，A2为反极性的供电电流返回电极B，主电极电流流入岩层 (图4中阴影部分)后不远就开始发散，其探测深度较浅。在作深测向测井供电时，A2与A1短接，共同作屏蔽电极，主电极电流可较深地流入岩层而不发散，探测深度较大。深侧向测井视电阻率值主要反映岩层的真电阻率; 而浅侧向测井则更多地反映岩层被冲洗液浸入后的电阻率值。该测井法利于判断岩层渗透性、岩层内流体的性质和煤层中的含气情况。中国煤田地质勘探中广泛开展三侧向测井，深、浅侧向测井也有所应用。
图4 侧向测井电极系
a—三侧向电极系;b—七侧向电极系;c—深、浅侧向电极系及其电流线示意图;A0—中心供电主电极;M1、M2—监督电极; A1、A2—与A0同极性屏蔽电极
井液电阻率测井 用专门的电极系测量钻孔内液体的电阻率沿孔深变化的一种电阻率测井方法。孔内液体电阻率数据对消除其对电阻率测井成果的影响，有重要作用。在确定含水层位置、水文地质参数、地下水运动状态以及解决检查孔内漏水(或井水)位置等一些水文地质问题方面，井液电阻率测井更有重要的作用 (见水文地质物探)。
激发极化测井 测量岩石、矿石在人工电场作用下产生的激发极化电场的一种测井方法。它是在人工向岩石供电一段时间后，测量断电后岩石产生的激发极化电位或极化率。煤层及含金属矿物的岩石，通常能产生较强的激发极化电位。此法常用于识别煤层以及估计煤层中黄铁矿等矿物的含量 (见激发极化法)。