CN111158066B - 一种综合监测海水入侵砂岩含水层方法 - Google Patents

一种综合监测海水入侵砂岩含水层方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种综合监测海水入侵砂岩含水层方法，是将电阻率法（高密度电法或并行电法）与电阻率测井、探地雷达法或地震反射法、水文地球化学方法、取样测试等综合起来监测海水入侵，本发明解决了电阻率法定位不准和单纯水化学法成本高的问题。同时，海水入侵定位更加准确，可靠。

Description

一种综合监测海水入侵砂岩含水层方法
技术领域
本发明属于物探和水化学的综合技术领域，具体涉及一种综合监测海水入侵砂岩含水层的方法。
背景技术
目前，海水入侵监测方法主要靠水文地球化学的方法，即钻井取水样，对水样进行测试，确定海水入侵区域(无入侵区、轻度入侵区和严重入侵区)。现在国际通用的海水入侵标准也是利用水文地球化学的方法得到的。但该方法所用的数据为点数据，钻孔周围外界环境对数据影响大。
国内已有很多区域尝试使用电阻率法对海水入侵进行监测，电阻率法很容易获得剖面数据，能够进行实时监测且获得大量的数据。但该方法得到的电阻率是视电阻率，很难像水文地球化学那样根据氯离子浓度精确的划分海水入侵区域。
阿尔奇公式是地层真实电阻率的经验公式，在测井行业得到广泛的应用。通过含水层取样测试，进行数据拟合，可得到阿尔奇公式中的a、m，从而得含水层的真实电阻率及海水入侵砂岩含水层的真实电阻率。
电阻率约束反演，能够充分利用钻孔采样测试、测井、探地雷达或地震反射法等获取的已知信息，对电阻率进行反演。由于约束反演利用了已验证的电阻率信息，因此，经过电阻率约束反演后的视电阻率更加接近于真实的电阻率值。
发明内容
本发明的目的在于提出一种综合监测海水入侵砂岩含水层的方法，解决电阻率法定位不准和单纯水化学法成本高的问题，实现海水入侵定位更加准确，可靠的目的。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种综合监测海水入侵砂岩含水层的方法，包括以下步骤：
S1、电阻率测线布设：在探测区内布置电阻率测线，将电阻率测线垂直于入侵面；
S2、探地雷达法或地震反射法布设：平行于电阻率测线，每条电阻率测线附近各布至少一条探地雷达法或地震反射波测线；
S3、测井布设及取样：每条测线至少布置三个钻孔，即分别布设在海水严重入侵区、轻度入侵区、无入侵区，对每个钻孔内取样；
S4、建立氯离子浓度与淡-海水混合液电阻率关系曲线：分别在钻孔中取淡水和在附近海中取海水，测定不同比例淡水与海水混合后氯离子浓度和电阻率值，建立氯离子浓度与淡-海水混合液电阻率关系曲线；
S5、建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层真电阻关系曲线：通过测试砂岩岩样，确定阿尔奇公式中参数；将不同氯离子浓度所对应的淡-海水混合液电阻率值带入阿尔奇公式，可以得到该离子浓度海水入侵砂岩含水层后的真电阻率，最后，建立了氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层真电阻率的关系曲线；
S6、建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层视电阻率关系曲线：根据电阻率测井及钻孔相关数据，建立一组已知地层厚度和各层电阻率的层状模型，其中，非入侵层电阻率不变，砂岩含水层电阻率采用海水入侵砂岩真电阻率值，对该组模型进行正演模拟，得到含水层的视电阻率值，从而建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层视电阻率曲线；
S7、确定海水入侵程度砂岩含水层视电阻率：将氯离子浓度250mg/L和1000mg/L在氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层视电阻率关系曲线上对应的视电阻率值A、B作为划分海水入侵程度的边界，小于A的为无入侵区；大于A小于B的为轻度入侵区；大于B的为严重入侵区；
S8、电阻率约束反演：利用探地雷达法或地震反射法获得地层的分布信息，结合钻孔及取样的信息及测井的信息作为约束信息，对电阻率剖面数据进行电阻率约束反演；根据各钻孔中实测氯离子浓度，对照氯离子浓度与海水入侵地层电阻率曲线，找到各钻孔真实的入侵地层的电阻率，将各钻孔电阻率作为约束信息，对穿过各钻孔的电阻率剖面进行约束反演；
S9、确定电阻率剖面中海水入侵程度和范围：对进行电阻率约束反演的剖面图，根据以上确定的海水入侵程度地层边界视电阻率A、B，划分无入侵区、轻度入侵区和严重入侵区，并确定各区域的范围。
优选地，步骤S1中将电阻率测线垂直于入侵面，通常垂直于海岸线，测线长度既满足探测砂岩含水层的深度要求，又要包含入侵的全过程，即包含海水严重入侵区、轻度入侵区、无入侵区。
优选地，步骤S2通过探地雷达法或地震反射法来获取电阻率测线下地层水平和垂直方向的地层信息。
优选地，步骤S3中取样包括取砂岩层水样和取砂岩岩样。
优选地，步骤S5中建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层真电阻率的关系曲线具体步骤如下：
去除砂岩岩样内的氯离子：取一块砂岩岩样放入淡水中浸泡，1小时后取出岩样，测量浸泡岩样的淡水的电阻率；将岩样烘干，再放入新鲜的淡水中浸泡，重复上面的过程，直到淡水的电阻率不变为止，所有的砂岩岩样都要经过上述过程进行去氯离子处理；
挑选去氯离子后若干块砂岩岩样，测定出每块样品的孔隙度φ1，φ2，…，φn与饱含水电阻率ρ01，ρ02，…，ρ0n，计算出每块砂样的地层因素F，以F为纵坐标、φ为横坐标绘制双对数坐标图，通过拟合确定参数m与a：
Figure GDA0003283771100000031
式中，F是地层因素，ρ0是岩样电阻率，单位：Ω·m，ρw是水的电阻率，单位：Ω·m，
φ是空隙度，
将氯离子对应的淡-海水混合液电阻率代入阿尔奇公式可得砂岩含水层海水入侵后真电阻率值：
Figure GDA0003283771100000032
式中，ρ真是砂岩含水层真电阻率，单位：Ω·m，ρ混是淡水和海水混合液的电阻率，单位：Ω·m；
最后，建立了氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层真电阻率关系曲线。
优选地，步骤S5中对砂岩岩样进行清洗，去除氯离子的影响。
优选地，步骤S1中电阻率法包括高密度电法和并行电法，探测区内至少布置2条电阻率测线，测线间距10km。
通过上述技术特征，得到以下有益效果：
本发明采用的阿尔奇公式是地层真实电阻率的经验公式，在测井行业得到广泛的应用。通过含水层取样测试，进行数据拟合，可得到阿尔奇公式中的值，从而得含水层的真实电阻率及海水入侵砂岩含水层的真实电阻率。
本发明中的电阻率约束反演技术，能够充分利用钻孔采样测试、测井、探地雷达或地震反射法等获取的已知信息，对电阻率进行反演。由于约束反演利用了已验证的电阻率信息，因此，经过电阻率约束反演后的视电阻率更加接近于真实的电阻率值。
本发明将电阻率法(高密度电法或并行电法)与电阻率测井、探地雷达法或地震反射法、水文地球化学方法、取样测试等综合起来监测海水入侵，本发明解决了电阻率法定位不准和单纯水化学法成本高的问题。同时，海水入侵定位更加准确，可靠。
附图说明
以下结合附图对本发明做进一步详细描述。
图1是综合物探监试海水侵入砂岩含水层方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明将取样得到的淡水和海水混合，分别测量混合液的氯离子浓度和电阻率，建立离子浓度与淡-海水混合液电阻率关系曲线。通过对各钻孔所取样品进行测试，得到阿尔奇公式中各参数。通过阿尔奇公式，将氯离子浓度与淡-海水混合液电阻率关系曲线转化为氯离子浓度与海水入侵地层真电阻率关系曲线。利用钻孔数据及测井数据，建立一组地电模型，进行电阻率二维正演模拟，得到入侵含水层视电阻率，建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层视电阻率曲线。利用水文地球化学法确定海水入侵程度边界氯离子浓度，结合氯离子浓度与海水入侵地层视电阻率曲线，确定海水入侵程度视电阻率标准。将电阻率测井、探地雷达、地震反射法及钻孔取样测试信息作为先验信息建立模型，对电阻率法进行模型约束反演。利用海水入侵程度视电阻率标准划分各层电阻率入侵程度和范围。
如图1所示，一种综合监测海水入侵砂岩含水层的方法，包括以下步骤：
S1、电阻率测线布设：在探测区内布置至少2条电阻率(高密度电法或并行电法)测线，测线间距10km，将电阻率测线垂直于入侵面；通常垂直于海岸线，测线长度既满足最深目的层的探测要求，又要包含入侵的全过程，即包含海水严重入侵区、轻度入侵区、无入侵区；
S2、探地雷达法或地震反射法布设：平行于电阻率测线，每条电阻率测线附近各布至少一条探地雷达法或地震反射波测线；
S3、测井布设及取样：每条测线至少布置三个钻孔，即分别布设在海水严重入侵区、轻度入侵区、无入侵区，对每个钻孔内取样；
S4、建立氯离子浓度与淡-海水混合液电阻率关系曲线：分别在钻孔中取淡水和在附近海中取海水，测定不同比例淡水与海水混合后氯离子浓度和电阻率值，建立氯离子浓度与淡-海水混合液电阻率关系曲线；
S5、建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层真电阻关系曲线：对砂岩岩样进行清洗，去除氯离子的影响，通过测试砂岩岩样，确定阿尔奇公式中参数；将不同氯离子浓度所对应的淡-海水混合液电阻率值带入阿尔奇公式，可以得到该离子浓度海水入侵砂岩含水层后的真电阻率，
去除砂岩岩样内的氯离子：取一块砂岩岩样放入淡水中浸泡，1小时后取出岩样，测量浸泡岩样的淡水的电阻率；将岩样烘干，再放入新鲜的淡水中浸泡，重复上面的过程，直到淡水的电阻率不变为止，所有的砂岩岩样都要经过上述过程进行去氯离子处理；
挑选去氯离子后若干块砂岩岩样，测定出每块样品的孔隙度φ1，φ2，…，φn与饱含水电阻率ρ01，ρ02，…，ρ0n，计算出每块砂样的地层因素F，以F为纵坐标、φ为横坐标绘制双对数坐标图，通过拟合确定参数m与a：
Figure GDA0003283771100000051
式中，F是地层因素，ρ0是岩样电阻率，单位：Ω·m，ρw是水的电阻率，单位：Ω·m，
φ是空隙度，
将氯离子对应的淡-海水混合液电阻率代入阿尔奇公式可得砂岩含水层海水入侵后真电阻率值：
Figure GDA0003283771100000052
式中，ρ真是砂岩含水层真电阻率，单位：Ω·m，ρ混是淡水和海水混合液的电阻率，单位：Ω·m；
最后，建立了氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层真电阻率关系曲线。
S6、建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层视电阻率关系曲线：根据电阻率测井及钻孔相关数据，建立一组已知地层厚度和各层电阻率的层状模型，其中，非入侵层电阻率不变，砂岩含水层电阻率采用海水入侵砂岩真电阻率值，对该组模型进行正演模拟，得到含水层的视电阻率值，从而建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层视电阻率曲线；
S7、确定海水入侵程度砂岩含水层视电阻率：将氯离子浓度250mg/L和1000mg/L在氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层视电阻率关系曲线上对应的视电阻率值A、B作为划分海水入侵程度的边界，小于A的为无入侵区；大于A小于B的为轻度入侵区；大于B的为严重入侵区；
S8、电阻率约束反演：利用探地雷达法或地震反射法获得地层的分布信息，结合钻孔及取样的信息及测井的信息作为约束信息，对电阻率剖面数据进行电阻率约束反演；根据各钻孔中实测氯离子浓度，对照氯离子浓度与海水入侵地层电阻率曲线，找到各钻孔真实的入侵地层的电阻率，将各钻孔电阻率作为约束信息，对穿过各钻孔的电阻率剖面进行约束反演；
S9、确定电阻率剖面中海水入侵程度和范围：对进行电阻率约束反演的剖面图，根据以上确定的海水入侵程度地层边界视电阻率A、B，划分无入侵区、轻度入侵区和严重入侵区，并确定各区域的范围。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种综合监测海水入侵砂岩含水层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、电阻率测线布设：在探测区内布置电阻率测线，将电阻率测线垂直于入侵面；
S2、探地雷达法或地震反射法布设：平行于电阻率测线，每条电阻率测线附近各布设至少一条探地雷达法或地震反射波测线；
S3、测井布设及取样：每条测线至少布置三个钻孔，即分别布设在海水严重入侵区、轻度入侵区、无入侵区，对每个钻孔内取样；
S4、建立氯离子浓度与淡-海水混合液电阻率关系曲线：分别在钻孔中取淡水和在附近海中取海水，测定不同比例淡水与海水混合后氯离子浓度和电阻率值，建立氯离子浓度与淡-海水混合液电阻率关系曲线；
S5、建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层真电阻关系曲线：通过测试砂岩岩样，确定阿尔奇公式中参数；将不同氯离子浓度所对应的淡-海水混合液电阻率值带入阿尔奇公式，可以得到该离子浓度海水入侵砂岩含水层后的真电阻率，最后，建立了氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层真电阻率的关系曲线；
S6、建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层视电阻率关系曲线：根据电阻率测井及钻孔相关数据，建立一组已知地层厚度和各层电阻率的层状模型，其中，非入侵层电阻率不变，砂岩含水层电阻率采用海水入侵砂岩真电阻率值，对该组模型进行正演模拟，得到含水层的视电阻率值，从而建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层视电阻率关系曲线；
S7、确定海水入侵程度砂岩含水层视电阻率：将氯离子浓度250mg/L和1000mg/L在氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层视电阻率关系曲线上对应的视电阻率值A、B作为划分海水入侵程度的边界，小于A的为无入侵区；大于A小于B的为轻度入侵区；大于B的为严重入侵区；
S8、电阻率约束反演：利用探地雷达法或地震反射法获得地层的分布信息，结合钻孔及取样的信息及测井的信息作为约束信息，对电阻率剖面数据进行电阻率约束反演；根据各钻孔中实测氯离子浓度，对照氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层真电阻率的关系曲线，找到各钻孔真实的入侵地层的电阻率，将各钻孔电阻率作为约束信息，对穿过各钻孔的电阻率剖面进行约束反演；
S9、确定电阻率剖面中海水入侵程度和范围：对进行电阻率约束反演的剖面图，根据以上确定的海水入侵程度地层边界视电阻率A、B，划分无入侵区、轻度入侵区和严重入侵区，并确定各区域的范围。
2.根据权利要求1所述的一种综合监测海水入侵砂岩含水层的方法，其特征在于：步骤S1中将电阻率测线垂直于入侵面，垂直于海岸线，测线长度既满足探测砂岩含水层的深度要求，又要包含入侵的全过程，即包含海水严重入侵区、轻度入侵区、无入侵区。
3.根据权利要求1所述的一种综合监测海水入侵砂岩含水层的方法，其特征在于：步骤S2通过探地雷达法或地震反射法来获取电阻率测线下地层水平和垂直方向的地层信息。
4.根据权利要求1所述的一种综合监测海水入侵砂岩含水层的方法，其特征在于：步骤S3中取样包括取砂岩层水样和取砂岩岩样。
5.根据权利要求1所述的一种综合监测海水入侵砂岩含水层的方法，其特征在于：步骤S5中建立氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层真电阻率的关系曲线具体步骤如下：
去除砂岩岩样内的氯离子：取一块砂岩岩样放入淡水中浸泡，1小时后取出岩样，测量浸泡岩样的淡水的电阻率；将岩样烘干，再放入新鲜的淡水中浸泡，重复上面的过程，直到淡水的电阻率不变为止，所有的砂岩岩样都要经过上述过程进行去氯离子处理；
挑选去氯离子后若干块砂岩岩样，测定出每块样品的孔隙度φ1，φ2，…，φn与饱含水电阻率ρ01，ρ02，…，ρ0n，计算出每块砂样的地层因素F，以F为纵坐标、φ为横坐标绘制双对数坐标图，通过拟合确定参数m与a：
Figure FDA0003283771090000021
式中，F是地层因素，ρ0是岩样电阻率，单位：Ω·m，ρw是水的电阻率，单位：Ω·m，φ是孔隙度，
将氯离子对应的淡-海水混合液电阻率代入阿尔奇公式可得砂岩含水层海水入侵后真电阻率值：
Figure FDA0003283771090000022
式中，ρ真是砂岩含水层真电阻率，单位：Ω·m，ρ混是淡水和海水混合液的电阻率，单位：Ω·m；
最后，建立了氯离子浓度与海水入侵砂岩含水层真电阻率关系曲线。
6.根据权利要求1所述的一种综合监测海水入侵砂岩含水层的方法，其特征在于：步骤S5中对砂岩岩样进行清洗，去除氯离子的影响。
7.根据权利要求1所述的一种综合监测海水入侵砂岩含水层的方法，其特征在于：电阻率法包括高密度电法和并行电法，探测区内至少布置2条电阻率测线，测线间距10km。
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