一、钻井地球物理-地球物理测井
钻井地球物理广泛应用于石油、天然气、煤、地下水和地热、金属与非金属矿产等资源勘探中, 以及基础地质研究和许多工程监测中, 凡涉及需要取得钻井（孔）资料时, 都可以进行钻井地球物理勘探。
钻井地球物理是地球物理学的一个重要组成部分, 同时它也是工业中实用性很强的一门工程技术, 工业部门习惯上称它为地球物理测井或简称测井。在国外也存在着类似的两种称呼，在该课程中简称测井。
测井以地质学、物理学、数学为理论基础，应用计算机信息技术、电子技术及传感器技术设计专门的测井仪器。将测井仪器置于井中沿井身进行测量，得出井壁地层的各种物理化学性质、地层结构及井身几何特性等各种信息，为石油、天然气和煤等矿产的勘探和开发提供资料和服务。
二、测井的概念
测井（钻井地球物理）是在勘探和开发石油、天然气、煤、金属矿等地下矿藏的过程中，利用各种仪器测量井孔地层的各种物理参数和井眼的技术状况，解决地质和工程问题的一种手段。测井是地球物理学的一个分支。
测井是获取地层信息的最直接的地球物理方法之一，通过在井下放置一定的测量仪器，同时在地面配置对井下仪器进行控制、操作、记录和分析的设备。沿井孔测量井孔地层剖面上不同地层物理参数的变化，然后对参数进行综合分析得到地层的各种地质特征。
三、测井的发展简史
世界上第一次测井是由法国人斯仑贝谢兄弟（C. Schlumberger & M. Schlumberger）与道尔（Doll）一起，在1927年9月5日实现的。 我国第一次测井是由著名地球物理学家翁文波，于1939年12月20日在四川巴县石油沟油矿1号井实现的。
1、模拟记录阶段2、数字测井阶段3、数控测井阶段4、成像测井阶段
四、测井工作的两个阶段
1、现场测取资料阶段
即将仪器运往井场，组装测井仪器，下到待测井段，上提仪器测量各种参数，得到满足一定要求的测井曲线。
2、资料处理解释阶段
将测井数据带回室内，在专用的测井解释工作站上用专用测井解释软件进行处理、解释，得到地层各种地质
参数。
五、测井在石油勘探开发中的应用
石油测井求取的主要储集层参数
储集层：具有孔隙、裂缝等储集空间，并且储集空间之间联通的地层称为储集层。根据储集空间类型可分为碎屑岩储集层和碳酸盐储集层。
岩石孔隙度：岩石内孔隙总体积占岩石总体积的百分比。一般用有效孔隙度评价储集层储集能力。
含油饱和度：含油体积占孔隙体积的百分比，同样可以定义含水饱和度和含气饱和度。
石油测井求取的主要储集层参数
渗透率：在压力差作用下岩石允许流体通过的性质。用于描述岩石渗透性优劣的参数。单位为μm2，1μm2表示长、宽、高为1cm的岩样两端压力差为一个大气压（atm）允许黏度为1×10-3Pa·S的1cm3液体在一秒内通过该岩样的能力。
储集层有效厚度：用测井曲线确定储集层的顶、底界面深度后，两个界面的深度差为储集层的厚度。扣除储集层中的夹层厚度，得到储集层的有效厚度。
六、测井在石油勘探开发中的应用
识别井孔剖面岩性，解释地层岩石矿物成分并计算其含量。
划分储集层，解释储集层所含流体性质（含油性），定量计算储集层参数。
结合其他物探方法计算油气储量。
进行地层层序分析、沉积学研究、地质构造研究、烃源岩与盖层研究。
计算地层压力、地层温度，分析岩石机械特性。
在钻井工程、采油工程及完井工程的应用等。
七、测井在煤田勘探开发中的应用
确定煤层的埋深、厚度及结构。
划分钻孔岩性剖面，提供煤、岩层的.物性数据。
确定含水层位置及含水层间的补给关系。
测量地层产状，研究煤、岩层的变化规律、地质构造及沉积环境。
推断解释煤层的碳、灰、水含量，岩层的砂、泥、水含量。
提供地温、岩石力学性质等资料。
对其它有益矿产（煤层气）提供信息或做出初步评价。
八、测井在沉积学研究的应用
主要研究内容有：
相体几何形态：沉积岩体的几何形态是指总体形状和大小,不涉及内部层理构造，是沉积前地形、沉积环境和沉积后地质史的总体表现。
岩性及岩相分析：岩性分析主要是成分和结构分析。岩相分析包括岩性和沉积相的划分，盆地演化的动力学特征分析，沉积相分析，测井相分析等。
沉积构造：沉积构造是测井沉积学研究的重要内容, 包括沉积构造所造成的层理、裂缝及其产状、形状，界面特性和界面内物质结构等内容。
古水流和搬运方向：根据水流层理的特征(类型、角度、形式、分布)和方向(定向程度、发散程度、与古斜坡和砂体几何形状的走向关系)与对应的测井信息来确定古水流的方向及发育情况。
地球化学分析：自然伽玛能谱、岩性密度测井、激发伽马能谱测井等测井技术可直接测量到岩石中的10余种元素成分,使识别岩石成分和分析沉积环境的能力得到提高。
九、测井地质研究中正、反演问题
正演问题：把自然界各种需要研究的地质现象建立相应的地质模型、模式，研究各种测井方法在这种模型、模式中的响应。模型、模式可分为两大类，即数学模型和物理模型。
反演问题：用各种测井参数和曲线形态与各种不同的地质模型、模式建立关系，以便正确反映地下地质现象。反演问题包括两个因素，一是客观因素，即测井资料的准确性， 另为主观因素，即在推论和提出假设的过程中加进人的思想，这也是反演问题的关键。
第一章 自然电位测井
第一节自然电场的产生
一、扩散电动势产生的条件
1. 两种溶液的矿化度不同 2. 中间具有渗透性隔层 3.正负离子的迁移率不同
井中砂岩剖面的扩散电动势:泥浆滤液和地层水的矿化度不同;附着在地层上的泥饼具有渗透性;泥浆滤液和地层水的正负离子迁移率不同。
二、扩散吸附电动势
组成泥岩的粘土矿物，其结晶构造和化学性质只允许阳离子通过泥岩扩散，而吸附带负电的阴离子的作用称为阳离子交换作用。扩散结果 在浓度小的一方富集正电荷带正电，在浓度大的一方富集负电荷，形成扩散吸附电动势Eda： 扩散吸附电动势产生的条件：1.两种溶液的矿化度不同；2.两种溶液用渗透性隔层隔离；3.渗透性隔层对不同极性的离子具有不同的吸附性。
井中泥岩剖面的扩散吸附电动势:1. 泥浆滤液矿化度低于地层水矿化度2. 泥岩具有渗透性3. 泥岩具有吸附阴离子的阳离子交换能力。
当井壁附近地层水和泥浆滤液矿化度都较低时，且Cw>Cmf时泥岩剖面上的扩散吸附电动势为：
在矿化度较低的情况下，溶液的电阻率与溶液的矿化度成反比关系，因此上式可写为：
三、氧化还原电位
地下煤层与其接触的溶液（地层水或钻井液）发生氧化还原反应，从而在其接触面上形成氧化还原电位，最终形成沿井身的自然电位异常。当煤层处于氧化状态时，可形成自然电位正异常；当煤层处于还原状态时，可形成自然电位的负异常。
无烟煤和石墨的氧化反应最强烈，自然电位曲线表现为正异常。
瘦煤、炼焦煤、肥煤氧化反应强度递减，其自然电位正异常依次减小。
气煤和褐煤处于还原状态且强度不大自然电位表现为不大的负异常。
由于烟煤中含有的金属硫化物氧化作用很强，因此烟煤的自然电位正异常与其所含的金属硫化物有关。
四、 过滤电动势
在岩石中，岩石颗粒之间形成很细的毛细管孔道，当泥浆柱的压力大于地层的压力时，泥浆滤液通过井壁在岩石孔道中流过，形成过滤电动势。
在砂泥岩剖面的井中的自然电场主要由砂岩井段的扩散电位和泥岩井段扩散吸附电位组成。在煤层中自然电位以氧化还原电位为主。
第二节 自然电位测井及曲线特征
一、自然电位测井（Spontaneous Potential Logging）
进行自然电位测井时将对比电极N放在地面测量电极M用电缆送至井下，提升M电极沿井轴测量自然电位随井深的变化曲线该曲线称为自然电位曲线（SP曲线）。
二、自然电位测井曲线的特征
静自然电位：在相当厚的纯砂岩和纯泥岩交界面附近的自然电位变化最大其电动势E总称为静自然电位SSP：
泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层所对应的自然电位曲线，即Eda的幅度。而Ed的幅度称为砂岩线。所以静自然电位SSP是均质、巨厚的砂岩地层的自然电位读数与泥岩基线的幅
淡水泥浆上下围岩为泥岩有限厚度的砂岩的自然电位曲线特征：
1. 曲线关于地层中点对称，地层中点处异常值最大；
2. 地层越厚，ΔUSP越接近SSP，地层厚度变小，ΔUSP下降，且曲
ΔUSP≤SSP；
3. 当h>4d时，ΔUSP的半幅点对应地层的界面，较厚地层可用半幅点法确定地层界面，
地线顶部变尖，底部变宽度差。
层变薄时，不能用半幅点法分层。
4. 实测曲线与理论曲线特点基本相同，由于测井时受多方面因素的影响，实测曲线不如理论曲线规则。
使用自然电位曲线时应注意：
自然电位曲线没有绝对零点，是以泥岩井段的自然电位曲线幅度作基线；
砂泥岩剖面中自然电位曲线幅度ΔUSP的读数是基线到曲线极大值之间的宽度所代表的毫伏数。
在砂泥岩剖面中，以泥岩作为基线，Cw>Cmf时，砂岩层段出现自然电位负异常；Cw<Cmf时，砂岩层段出现自然电位正异常；Cw=Cmf时，没有造成自然电场的电动势产生，则没有自然电位异常出现，Cw与Cmf 差别愈大，造成自然电场的电动势愈大。 这是自然电位曲线识别渗透性砂岩层的重要特征。
第三节 自然电位测井的影响因素
一、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值(Cw/Cmf)的影响二、岩性的影响
三、温度的影响四、地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响
五、 地层电阻率的影响六、地层厚度的影响七、 井径扩大和泥浆侵入的影响
第四节 自然电位曲线的应用
一、划分渗透性岩层
在砂泥岩剖面中，当RwCmf)时，在自然电位曲线上，以泥岩为基线，出现负异常的井段可认为是渗透性岩层，其中纯砂岩井段出现最大的负异常；含泥质的砂岩层，负异常幅度较低，而且随泥质含量的增多，异常幅度下降。砂岩的ΔＵSP还决定于砂岩渗透层孔隙中所含流体的性质，一般含水砂岩的 ΔＵ水SP比含油砂岩的ΔＵ油SP要高。
二、 估计泥质含量
1. 图版法 2. 利用经验公式估算：
三、 确定地层水电阻率Rw
1. 确定含水层的静自然电位SSP 2. 确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe 3. 确定地层水电阻率Rw
四、判断水淹层
水淹层：含有注入水的储层。
SP曲线能够反映水淹层的条件及现象：当注入水与原地层水的及钻井液的矿化度不同时，与水淹层相邻的泥岩层出现基线偏移。偏移量的大小与水淹的程度有关。
第二章 普通电阻率测井
电阻率测井：是一类通过测量地层电阻率来研究井剖面地层性质的测井方法。普通电阻率测井包括梯度电极系测井、电位电极系测井。
第一节岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系
一、岩石电阻率与岩性的关系
离子导电的岩石主要靠连通孔隙中所含溶液中溶解的正负离子导电。
电子导电的岩石靠组成岩石颗粒本身的自由电子导电。金属矿物、无烟煤、石墨，以电子导电为主，电阻率极低。
二、岩石电阻率与地层水性质的关系
岩石骨架：组成沉积岩石的造岩矿物的固体颗粒部分叫做岩石骨架。岩石骨架主要靠很少的自由电子导电，其导电能力很差，因此沉积岩石的导电能力主要取决于所含地层水的电阻率。
1.地层水电阻率与地层水所含盐类化学成份的关系 2.地层水电阻率与矿化度和温度的关系
三、岩石电阻率与孔隙度的关系
沉积岩的导电能力主要取决于孔隙度和地层水电阻率Rw。岩石孔隙度越大或地层水的电阻率越低，岩石导电能力越强，
电阻率就越低；反之，则岩石导电能力差，岩石电阻率高。
四、含油岩石电阻率与含油气饱和度的关系
含油饱和度So ：含油孔隙体积占孔隙体积的百分比。含水饱和度Sw ：含水孔隙体积占孔隙体积的百分比。 阿尔奇（Archie）公式的应用:
1.确定地层孔隙度2.确定地层水电阻率和视地层水电阻率3.确定孔隙流体性质
第二节普通电阻率测井原理
普通电阻率测井研究的是稳定的电流场，电场强度E、电位U和电流密度J的关系：
一、均匀介质中的电阻率测量
U为：二、普通电阻率测量原理(p27)
电极系：能够在钻孔中实施供电和测量的装置。
电位电极系和梯度电极系电阻率公式的通式为 公式中K值随电极系不同而不同。电极系确定则K值为常数。沿井筒提升电极系，测量ΔU随井深的变化曲线，经横向比例刻度后即为岩层电阻率测井曲线，在均匀介质中所测得电阻率曲线应为一条直线。
三、非均匀介质中的电阻率测井
视电阻率Ra ：在井剖面的情况下，测量的电位差除了受地层真电阻率Rt影响外，还要受Ri、Rmc、Rs、Rm，井径d，侵入带直径D，以及地层厚度h和电极系结构等因素的影响，因此不能用均匀介质中的电阻率计算公式简单地求解地层的真电阻率。但是在井中实际测量的电位差，仍然可以代入公式计算电阻率，在这种复杂情况下求出的电阻率称为地层的视电阻率，用Ra表示。
四、电极系
1.电极系的分类
电极系：是由供电电极A、B和测量电极M、N按一定的相对位置、距离组成的测量系统。电极系一般三个电极在井下，一个电极在地面。
成对电极：下井的三个电极中两个在同一线路(供电线路或测量线路)中，或叫同名电极，如A和B、M和N。 不成对电极：另外一个和地面电极在同一线路（测量线路或供电线路）中，叫不成对电极或单电极。
据电极间的相对位置的不同，可以分为梯度电极系和电位电极系。
2. 电位电极系
不成对电极到成对电极中靠近它的那个电极之间的距离小于成对电极间距离的电极系为电位电极系。
3. 梯度电极系
单电极到成对电极中靠近它的那个电极之间的距离大于成对电极间距离的电极系为梯度电极系。梯度电极系的深度记录点O在成对电极的中点。单电极距到O点的距离是梯度电极系的电极距。
