皇范蕤，齊興華，馬鑫龍

（新疆工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000）

復(fù)電阻率法作為重要的地球物理電磁勘探方法之一，其基本原理仍基于巖石的激發(fā)極化效應(yīng)，即在外電場作用下，巖石內(nèi)部電荷產(chǎn)生分離，形成二次電場的一種電化學(xué)現(xiàn)象[1]。前人關(guān)于復(fù)電阻率和激發(fā)極化效應(yīng)的實驗研究很多，分別建立了與礦化度、孔隙度、滲透率等參數(shù)之間的關(guān)系，并廣泛應(yīng)用測井及地礦領(lǐng)域。復(fù)電阻率與電阻率相比，可以有效表征地下巖石由于電化學(xué)作用引起的激發(fā)極化現(xiàn)象，同時復(fù)電阻率的參數(shù)與儲層物性的定量研究可以為基于電磁勘探的儲層預(yù)測提供物理基礎(chǔ)。由于前人在實驗中采用的巖石是自然巖樣，是由礦石、化石及孔隙流體構(gòu)成的多相電介質(zhì)，通常仍以巖石內(nèi)孔隙電解質(zhì)溶液為巖石導(dǎo)電的主要介質(zhì)，在實驗室內(nèi)進(jìn)行電阻率測量時會受巖石結(jié)構(gòu)、溶液鹽度、測量模式、測量電極等多種因素影響[2]，使得到的實驗數(shù)據(jù)較粗略,為了使實驗數(shù)據(jù)更加精確,需要進(jìn)行實驗進(jìn)一步探究復(fù)電阻率的影響因素。

1 研究思路

本研究通過對未膠結(jié)的砂樣進(jìn)行復(fù)電阻率測量實驗開展研究。測量均質(zhì)性較好的未膠結(jié)砂樣在不同的孔隙度、泥質(zhì)含量、地層水礦化度的情況下復(fù)電阻率的變化，即通過控制單一變量法總結(jié)出復(fù)電阻率受上述因素影響的規(guī)律性。具體包含四組實驗：

（1）不同巖樣實驗。利用不同種類和粒度的砂子制備兩種人工巖樣，分別測量其復(fù)電阻率，驗證實驗設(shè)備的可靠性。

（2）不同孔隙度實驗。改變?nèi)斯r樣的孔隙度，測量在不同孔隙度下的復(fù)電阻率。

（3）不同泥質(zhì)含量實驗。加入蒙脫石粉改變泥質(zhì)含量，觀察復(fù)電阻率值變化。

（4）不同地層水礦化度實驗。將不同礦化度溶液分別與砂子混合，測量礦化度對復(fù)電阻率的影響。

本次實驗選用可調(diào)穩(wěn)壓交流電源、數(shù)據(jù)采集卡、高精度電子天平以及LCR數(shù)字電橋，通過自制實驗槽連接取樣電阻和數(shù)字電橋測量電阻率，在導(dǎo)電液體或巖樣上施加交變交流電壓，巖石兩端電壓與電流的比值為電阻，它隨交變電流頻率的變化而變化。測出來的電阻率乘以電極系系數(shù)k（′k=0.0457）就能得到復(fù)電阻率值。

2 實驗過程

2.1 實驗方案

實驗準(zhǔn)備干砂1 500 g；混合干砂巖2 000 g,體積1 L；蒙脫石散12 g；食鹽水濃度2 g/L。結(jié)合實驗設(shè)備并保證實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，測量0.1 kHz到100 kHz的復(fù)電阻率,測量相位差主要用0.1 kHz到0.8 kHz的復(fù)電阻率值。

（1）不同巖樣實驗。先將1L混合砂巖（粒度偏大）放入實驗槽，倒入適量2 g/L的食鹽溶液，通過數(shù)字電橋供電，測量復(fù)電阻率；重新放入事先備好的1 L砂子（粒度較?。谷氲攘肯嗤氖雏}溶液，測量復(fù)電阻率。

（2）不同孔隙度實驗。倒入1 L砂子和適量的2 g/L食鹽溶液，第一次實驗結(jié)束后敲擊實驗槽側(cè)壁，巖樣位置會下降，加一點砂子使巖樣位置恢復(fù)到第一次的位置；重復(fù)3次，測量不同孔隙度下的復(fù)電阻率。

（3）不同泥質(zhì)含量實驗。第一組實驗加3 g蒙脫石粉末，再依次加入3 g重復(fù)做6 g、9 g、12 g的實驗，觀察復(fù)電阻率的變化。

（4）不同地層水礦化度實驗。先將1 L砂子和純凈水充分混合放入實驗槽，測量礦化度為0時的復(fù)電阻率；第一次實驗完成了后倒出溶液，加入等量的礦化度為2 g/L的食鹽溶液，開始測量復(fù)電阻率；重復(fù)做礦化度為4 g/L、6 g/L、8 g/L的實驗。

2.2 實驗裝置（如圖1所示）

圖1 實驗儀器連接示意圖

（1）將數(shù)據(jù)采集卡分別與電腦、供電電極MN和測量電極AB相連。

（2）測量極AB布設(shè)于實驗槽的中軸線上，垂直插入實驗槽里的巖樣中。

（3）將儀器連接到位，而后在系統(tǒng)上進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。

（4）開始實驗，為了數(shù)據(jù)的精確度，每次操作最少重復(fù)觀測3次并記錄數(shù)據(jù)。

2.3 實驗數(shù)據(jù)分析

2.3.1 不同巖樣實驗

通過采用不同粒度的砂樣做對比，可同時驗證設(shè)備的工作狀態(tài)是否正常，結(jié)果如圖2所示。在測量不同粒度的巖樣時，儀器測量數(shù)值較為穩(wěn)定，規(guī)律較為明顯，且在巖樣粒度較高時出現(xiàn)復(fù)電阻率普遍低于粒度較低砂樣的結(jié)果，符合高粒度巖石孔滲較高，復(fù)電阻率較低的規(guī)律，證實實驗結(jié)果具有較強的可靠性。受實驗條件限制，未開展更多粒度巖樣的測量對比。

圖2 低粒度砂樣和高粒度砂樣的復(fù)電阻率

2.3.2 不同孔隙度實驗

一般情況下，隨著孔隙度的增大，溶液越易進(jìn)入巖樣內(nèi)部，導(dǎo)電性會增強，頻散特性減弱[3]。通過圖3可知，不同孔隙度的巖樣其復(fù)電阻率差異較為明顯。對不同孔隙度的復(fù)電阻率進(jìn)行對數(shù)擬合后取其截距可得圖4，可以從中看出復(fù)電阻率隨孔隙度的降低而增大，二者呈典型的指數(shù)關(guān)系。

圖3 未膠結(jié)巖樣在不同孔隙度的復(fù)電阻率

圖4 未膠結(jié)巖樣在不同孔隙度的復(fù)電阻率影響效果

在0.1～0.8kHz范圍內(nèi)對各孔隙度的復(fù)電阻率相位進(jìn)行測量可得圖5。圖5表明相位差隨頻率增加而增大，但是當(dāng)孔隙度變化范圍在本次研究范圍內(nèi)時相位差幾乎不變，導(dǎo)致4條相位曲線完全重合。

圖5 未膠結(jié)巖樣在不同孔隙度各頻率的相位差

2.3.3 不同泥質(zhì)含量實驗

當(dāng)砂巖樣中含有不同程度的蒙脫石（泥質(zhì)）時，其測量結(jié)果如圖6和圖7所示。觀察圖6可知，當(dāng)蒙脫石保持定量時，復(fù)電阻率隨頻率增加而減小，二者呈對數(shù)關(guān)系。頻率一定時，復(fù)電阻率隨蒙脫石含量增大而增大，二者之間呈指數(shù)關(guān)系，計算方法與圖4中所采取的方法一致。由圖7可知，相位差受頻率的影響，但在研究范圍內(nèi)泥質(zhì)含量變化時，相位差并未發(fā)生明顯變化。其中加9 g蒙脫石的時候復(fù)電阻率反而變小，初步推斷是因為實驗中砂子和蒙脫石混合的不夠均勻。造成電阻率逐漸上升的原因初步認(rèn)為：通過加入蒙脫石粉，填充了空間無法形成孔隙，由于泥質(zhì)能吸附地層水和部分離子[3]，降低巖心溶液的含量及其中離子的連通性或可運移性，使同一頻率下復(fù)電阻率越來越大。

圖6 未膠結(jié)巖樣在不同泥質(zhì)含量各頻率的復(fù)電阻率示意圖

圖7 未膠結(jié)巖樣在不同泥質(zhì)含量各頻率的相位差

2.3.4 不同地層水礦化度實驗

通過使巖樣充填不同礦化度的地層水并進(jìn)行測量可得圖8和圖9。由圖8可以看出礦化度對復(fù)電阻率的影響，隨著礦化度增大復(fù)電阻率越來越小，經(jīng)過與上述同樣的計算方法可得二者之間的相互關(guān)系為對數(shù)關(guān)系。由圖9可知，在本研究范圍內(nèi)，地層水礦化度的變化并未導(dǎo)致相位差的變化。

圖8 未膠結(jié)巖樣在不同礦化度溶液各頻率的復(fù)電阻率

圖9 未膠結(jié)巖樣在不同礦化度溶液各頻率的相位差

3 結(jié)論

通過研究未膠結(jié)巖樣標(biāo)本的復(fù)電阻率得出以下結(jié)論：

（1）巖石粒度對巖礦石的復(fù)電阻率有明顯的影響；

（2）巖石孔隙度增大會導(dǎo)致復(fù)電阻率的降低且二者之間呈指數(shù)關(guān)系；

（3）在本研究條件下，泥質(zhì)含量增大會導(dǎo)致巖石復(fù)電阻率的升高，二者之間呈指數(shù)關(guān)系；

（4）地層水礦化度的升高將導(dǎo)致復(fù)電阻率的降低且二者呈對數(shù)關(guān)系；

（5）在本研究范圍內(nèi)，孔隙度、泥質(zhì)含量及地層水礦化度的變化均未對相位差形成影響。