测井学科概况

地球物理测井，简称测井（Well Logging），是用各种地球物理方法在井中进行勘查工作的总称。
将测井与地面地球物理相比，许多方法的基本理论大体相同。由于井下探测的特殊性，测井的探测环境、研究对象、数据采集，以及一整套数据处理和资料解释技术都与地面物探有着完全不同的概念。正是由于它能直接面对被探测对象进行测量，因而测量结果的真实性和可靠性，以及解决地下地质问题的能力和精细程度明显高于地面地球物理方法。也需要指出，由于测井探测范围的局限，所能提供的地球物理数据主要是井孔附近（探测器周围）介质的响应，即从宏观来看是一个井点的地层特征，从区域研究的角度，它又不如地面地球物理。
根据探测对象及研究任务的不同，测井细分为油气田测井（石油测井）、煤田测井、金属与非金属测井和水文与工程测井几个小的分支。无论哪一类测井，都是根据地下不同岩、矿石或探测对象所表现的物理性质的差异，通过某种物理参数的测定来研究钻井地质剖面，确定目的层段，并对其进行定量或半定量评价。本篇主要讲述这一学科的一些基础理论、方法原理和资料处理解释技术。
地球物理测井的最初工作始于法国（1927年），七十多年来，随着勘探工作的不断深入和科学技术的进步，测井技术经历了一系列的变革和发展，逐渐形成了以电学、声学、核学为主体，结合热学、磁学、力学和光学的一整套测井方法、仪器设备及资料解释技术。目前，已有的测井手段可多达数十种，根据它们的物理基础和应用领域，可作如下分类。
13.1.1 按岩石物理性质分类
（1）电测井类
这是以研究岩石导电性、介电特性和电化学活动性为基础的一类测井方法。它利用某种井下装置或仪器，通过测量岩石的电阻率、介电特性和电化学特性来解决地下地质问题的，在各类矿产的勘探开发中应用最为广泛。属于这类的测井方法主要如下。
1）普通视电阻率测井。
2）侧向测井。包括深、浅侧向（或双侧向）、微侧向和微球形聚焦测井等。
3）微电阻率（或微电极系）测井和微电阻率扫描测井。
4）感应测井。包括深、中感应（或双感应）和阵列感应测井。
5）电磁波传播测井。
6）自然电位测井。
（2）声测井类
这是以研究声波在岩石中传播时，其速度、幅度和频率变化等声学特性为基础的一类测井方法。它广泛用于地震解释，确定地层孔隙度和储层裂缝分析等。属于这类的测井方法主要如下。
1）声波速度测井。包括普通声波测井和偶极声波测井。
2）声波幅度测井。
3）声波全波列测井。
4）井下声波电视。
（3）核测井类
这是以研究岩石核物理性质为基础的一类测井方法，也称放射性测井。它包括岩石的自然放射性和人工放射性两类，广泛应用于确定岩石性质与地层孔隙度，以及储层裂缝分析等。属于这类的测井方法主要如下。
1）自然伽马及自然伽马能谱测井。
2）密度测井。包括补偿密度和岩性密度测井。
3）中子测井。包括补偿中子、中子寿命、次生伽马能谱和中子活化测井。
（4）其他类型测井
除了上述几个大的测井分类之外，还有一些测井手段具有一定的特殊性，它们如下。
1）核磁测井。
2）磁测井。
3）重力测井。
4）地层倾角测井。
5）井径及井斜测量。
6）井温测井。
7）用于监控油气储层的流量测井和地层压力测井（电缆地层测试器）。
13.1.2 按地质应用的测井组合分类
不同测井手段由于其所测岩石物理性质和仪器结构设计等差异，解决地质问题的能力和侧重不尽相同。同时，也由于地下地质情况的复杂性，许多地质问题常常又需要多种测井方法共同配合去解决。因此，从实用的角度出发，有人又将测井按地质应用进行系列分类。因此，以下的分类组合只能理解为它的主要应用领域而不是全部。另外，有些测井方法还很难归类于某种地质应用之中。
（1）饱和度测井系列
目前，用于研究油气储层饱和度的测井方法主要是电阻率测井。这是因为组成储集岩石的矿物颗粒（骨架）和油气具有非常高的电阻率，其导电性主要与岩石孔隙中所含导电流体（水）的数量，即含水饱和度以及该流体的电阻率有关。因此，利用深、浅、微电阻率测井组合，如双侧向-微侧向（或微球形聚焦）组合，或深、中感应-微侧向组合，可以研究冲洗带含水饱和度和原状地层含水饱和度，进而确定可动油气和残余油气体积，这两类测井组合常称为饱和度测井系列。
此外，可用以研究油气储层饱和度的测井方法还有中子寿命测井和电磁波传播测井，但它们在实际工作中应用较少。
束缚水饱和度也是评价油气储层，特别是评价渗透率的重要参数，但所述这些测井方法均无能为力。核磁测井对确定这一参数有独到之处。
（2）孔隙度测井系列
目前，测定岩石孔隙度的测井方法主要是声波（速度）测井、密度测井和中子测井。
需要指出，在定量研究岩石孔隙度时，岩性资料必不可缺。不知道岩性，孔隙度也难以求准。这三种方法的组合，能在一定程度上分析岩性并同时确定孔隙度。因此，有时又将它们称为岩性孔隙度测井。
（3）岩性测井系列
有些测井方法虽不能用于研究岩石孔隙度和饱和度，但确定岩性的能力较强，我们把它归为一类，称为岩性测井。这些方法是自然电位测井、自然伽马测井、岩性密度测井，以及自然和人工伽马能谱测井等。后三种测井方法对于定量评价复杂岩性的岩石成分具有重要的作用。
（4）地层倾角测井系列
地层倾角测井最初主要用于测量井下岩层的倾斜角和倾斜方位，并由此研究地质构造、断层和沉积特征等。随着探测仪器的不断改进，相继发展了高分辨率地层倾角测井和地层学地层倾角测井，这一测井方法的地质应用领域向着更精细的地层学和沉积学研究方向进一步发展。
（5）成像测井系列
成像测井是20世纪90年代迅速发展起来的新型测井技术，它主要由电成像测井、声成像测井、核成像测井，以及数字遥传系统的多任务数据采集与成像系统组成。其中电成像测井有地层微电阻率扫描成像和阵列感应成像测井等方法；声成像测井有偶极横波声波成像、超声波电视和阵列地震成像测井等方法；核成像测井有阵列中子孔隙度岩性成像、碳氧比能谱成像和地球化学成像测井等方法。这些成像测井技术，为复杂、非均质储层的地质分析和油气勘探开发提供了有效的手段。
（6）其他
还有一些测井方法，如井斜、井径测量及套管井声幅测井等常归为工程测井；中子寿命测井和碳氧比测井属于开发测井范畴；地层流量测量、压力测量以及井温、流体密度和持水率计测井等又属于生产测井等等。

《测井技术》是测井行业唯一面向国内外公开发行的正式期刊，中国科技论文统计源期刊。本刊在全国1286种统计源期刊中名列第408位，在陕西省636种入源期刊中列第13位，能源学科类28种入源期刊中列第9位。目前已被国内外六家数据库收录。《测井技术》于1977年创刊，是国内惟一反映我国测井技术发展现状、水平及动向的技术刊物。本刊集学术性、技术性和信息性为一体，为《中国学术期刊（光盘版）》期刊；被《中国石油文摘》、美国《石油文摘》、美国职业测井分析家学会（SPWLA）地球物理数据库、美国 Ei检索刊物数据库、万方数据库等收录检索；被美国《PETROPHYSICS》转载；发行范围覆盖了与测井相关的各个领域，形成与国际相关测井行业的学术交流和信息交流，同时被全国主要大专院校图书馆馆藏。《测井技术》所刊登的文章内容主要涵盖测井技术的理论研究、实验分析、仪器设计与数据采集、测井资料分析处理、石油地质解释、动态监测技术、软件开发以及科技信息动态等方面，内容覆盖了与测井相关的各个领域。 综述处理解释测井仪器测井应用动态监测射孔技术 1992年全国优科技期刊二等奖1997年集团公司优秀科技期刊奖2000年陕西省优秀科技期刊一等奖 期刊名称：测井技术 英文名称：Well Logging Technology主办单位：中国石油集团测井有限公司出版地：陕西省西安市语言种类：中文历史沿革：现用刊名：测井技术曾用刊名：地球物理测井主管单位：中国石油天然气集团公司主编：陆大卫　李剑浩　王环地址：西安市南郊红专南路8号西安石油勘探仪器总厂邮政编码：710061 　　主任委员： 陆大卫副主任委员（按姓氏笔划排序）：　　匡立春 李剑浩 李建良 李越强 陈序三 陈尚明委员（按姓氏笔划排序）：　　王天波 王 环 王国平 王界益 尹庆文 田树祥 安 涛 刘书民 刘风亮 朱世和 李 宁 李林新 李保同 李铁军 李国欣 宋公仆 汤天知 何亿成 吴世旗 佟成秋 严建奇 肖承文?陈必孝 姚声贤 邵在平 国庆忠 周灿灿 周凤鸣 范宜仁 金 鼎胡启月 张继果 郭海敏?施振飞 陶宏根 董经利 夏耀先 鲜于德清 魏大农 鞠晓东 谢荣华 樊政军

0.1.1 测井的含义及方法分类

地球物理测井(或称地球物理测井勘探、地球物理测井勘查、应用地球物理测井、矿场地球物理)，简称测井，是地球物理学的一个重要分支学科。它以物理学(电、声、核、磁、热、光、力等)、数学和地质学为理论基础，以井眼及其周围介质为研究对象，采用多种专门的仪器设备，沿钻井剖面测量各种物理参数，通过数据处理和综合研究，揭示测量对象的特征和规律，进而发现油气、煤、金属与非金属、放射性、地热、地下水等矿产资源。近年来它的应用已扩展到工程地质、灾害地质、生态环境、考古研究等应用领域。

测井与地面、航空、海洋地球物理分支学科等具有相同之处，有些测井方法在原理上与其他地球物理方法基本相同，它们也可以用来解决相同的地学问题。不同之处在于，测井必须将仪器放入井中，使其充分接近测量对象，因此测井一般具有更高的测量精度;由于其测量精度高和特有的钻井条件，其他地球物理分支不能实现的测量方法，在测井中可以采用。因此，测井方法的种类更多。

测井与井中物探同属于将仪器放入井中测量的方法，二者的探测空间范围不同，很多文献中均不予严格区分。测井探测范围为“井壁附近”，通常指在垂直于井轴方向(径向)上自井轴向外数厘米或数米，在沿井轴方向上自井口至井底的空间范围;井中物探的勘查范围是井周、井间或井底下方的较大空间，其具体范围决定于所用方法技术及探测目标的状况，目前一般为井轴径向或井底数十至数百米。

钻井目的不同，其深度也有差别。工程和水文钻井，浅的仅数十米;油气勘探开发井，一般深度为1000～6000m，塔里木油田克深7井完钻深度达到8023m;世界上最深钻井位于俄罗斯科拉半岛，原计划钻探到15000m深度，相当于地壳平均厚度30000m的一半，目前只钻至12262m。理论上，钻井有多深，测井也可以探测多深。实际上测井会受井中温度、压力等条件的影响和制约。

测井种类很多，分类方法也很多。根据应用领域的不同，测井可分为油气测井、煤田测井、金属非金属矿测井、水文及工程测井等。根据仪器下井方式的不同，测井可分为电缆测井和随钻测井。由电缆连接测井仪器，在重力作用下将测井仪器下入井中测井称为电缆测井，它适合直井和井斜角较小的井眼情况，是最常用的测井方式。随钻测井是在钻井过程中，将测井仪器附于钻头处测井，可以减少井眼对测量结果的影响，且适合大斜度井和水平井的情况。根据井眼状况的不同，测井可以分为裸眼井测井和套管井测井。井眼被钻开后，处于裸眼状态时进行测井，称为裸眼井测井。如果井中下入套管，在套管内测井，称为套管井测井。另外，还可以根据探测对象的物理性质不同，进行测井方法分类。

1)以岩石导电性质为基础的测井方法:普通电阻率测井、侧向测井、感应测井、微电极测井、微侧向测井、微球型聚焦测井和微电阻率扫描成像测井等。

2)以岩石电化学性质为基础的测井方法:自然电位测井和人工电位测井等。

3)以岩石弹性或声学性质为基础的测井方法:声波速度测井、声波幅度测井、阵列声波测井和超声波成像测井等。

4)以岩石核物理性质为基础的测井方法:自然伽马测井、自然伽马能谱测井、密度测井、中子测井、同位素测井、元素俘获谱测井、X射线荧光测井和核磁共振测井等。

5)其他测井方法:井径测井、井斜测井、地层倾角测井、温度测井和磁化率测井等。

0.1.2 测井的发展历史

测井起源于法国。1927年9月5日，C.Schlumberger和M.Schlumberger在法国Merkwiller－Pechelbronn油田一口500m深的井中进行普通电阻率测井，获得了世界上第一条测井曲线(图0.1.1)，标志着测井技术的诞生。测井开始在欧洲用于勘探煤和油气，两年后传到美国和苏联。

1939年12月20日，翁文波在四川石油沟一号井主持了中国首次测井工作。1943年至1945年翁文波和赵仁寿在玉门油矿做过10余口井的电测井工作;1947年夏至1949年春，刘永年和王曰才在玉门油矿组建和主持我国第一个电测站。他们对中国测井学科的创立和发展做出了卓越的贡献。

长期以来，测井在石油工业中发挥了重要的作用，占有十分重要的地位。石油勘探开发工作的不断深入和科学技术的进步，又有力地推动了测井技术的发展，逐渐形成了以电、磁、声、核、热、力、光等物理学原理为基础的一系列测井方法。根据测井数据采集系统的特点，测井技术的发展历程大致可分为模拟记录、数字测井、数控测井和成像测井等几个阶段(表0.1.1)。

图0.1.1 世界上第一条测井曲线

表0.1.1 测井技术发展状况

0.1.2.1 模拟记录阶段(1927～1964)

测井仪器采用模拟记录方式，利用检流计光点照相记录仪在照相纸或胶片上记录测井曲线。模拟记录的特点是采集的数据量小，传输速率低。

这一阶段相继诞生的测井方法包括普通电阻率测井(1927)，自然电位测井(1931)，自然伽马测井(1946)，感应测井(1948)，地层密度测井(1950)，七侧向测井和三侧向测井(1952)，声波测井(1952)，自然伽马测井(1956)，等等。

0.1.2.2 数字测井阶段(1965～1972)

20世纪60年代，世界石油产量达到10×10⁸t，测井工作量大增。同时，测井技术的发展使测量信息越来越丰富，模拟测井仪器已不能满足需要，人们开始研制数字化测井地面仪器以及与之配套的下井仪器。

1965年，斯伦贝谢公司首次用“车载数字转换器”(包括模数转换器、数字深度编码和磁带记录装置)记录数字化测井数据，数字测井时代开始。利用数字磁带机进行数字记录，提高了测量精度，增加了可靠性，且便于将测井资料输入计算机进行处理。

0.1.2.3 数控测井阶段(1973～1990)

计算机技术的高速发展，推动测井仪器的更新换代。1973年，首次在现场用计算机采集和处理数据，数控测井时代开始。数控测井仪器是以车载计算机为中心的遥控、遥测系统，各种下井仪器作为计算机的外设，通过电缆通信系统实现数据的交换和计算机对下井仪器的控制。仪器校验、测量数据处理、显示、曲线回放等都通过软件实现。

在这一阶段，增加的测井方法包括:自然伽马能谱测井，岩性密度测井，碳氧比能谱测井，长源距声波测井，电磁波传播测井，地层学地层倾角测井，地层微电阻率扫描测井。这些新的测井方法，能够提取更多的有用信息，扩大了测井的应用领域。

0.1.2.4 成像测井阶段(1990年以后)

石油勘探中，越来越多地遇到裂缝性等各种复杂地层，迫使人们寻求应对复杂地层的测井方法。1986年，微电阻率扫描成像测井仪问世，为裂缝识别和评价提供了全新的手段，引起了人们极大的兴趣和充分重视。之后，其他一些成像测井下井仪器相继诞生。为了满足各种成像测井仪器在大信息量传输、记录、图像处理等方面的要求，研制成像测井地面仪器并将各种成像测井仪器与之集成而形成完整的成像测井系统已成为必然趋势。

20世纪90年代初，斯伦贝谢公司率先推出了MAXIS-500成像测井系统。成像测井是一个集各种先进技术之大成的系统，是高新技术的结晶;成像测井地面系统是计算机技术、遥控遥测技术、高速数据传输、应用软件密切结合的体现。

0.1.3 测井的用途

测井的应用非常广泛，而且在不同的应用领域有不同的用途。

在油气勘探开发中，测井占有非常重要的地位。每个阶段的各类钻井，测井工作都必不可少。对一口油气钻井而言，测井的应用一直要持续到井的报废。测井在储集层评价、油藏静态描述与综合地质研究、油井检测与油藏动态描述、钻井采油工程等方面，起着不可替代的作用。除了前面述及的大多数裸眼井和套管井测井方法外，还有许多生产测井方法，甚至包括射孔、井壁取心等。现代测井在石油工业中是高新技术含量最多的产业部门之一，在我国已列为石油科学的十大学科之一。

煤田也是测井技术重要应用领域之一。测井被广泛用于钻井地质剖面的划分和对比，查明煤层并确定其深度、厚度、结构和品质，提供岩层、煤层的机械力学参数，评价顶底板稳定性，确定含水层位置及补给关系，了解地温数据及井身技术状况等，是煤田勘查、储量计算、开发工程设计不可缺少的手段。我国有关法规、规范要求在煤田地质勘查中每口井都必须按设计要求完成测井工作。

在水文及工程勘查中，测井也占有重要地位。水文工程测井可用来查明和划分含水层和隔水层，确定含水层性质和水力联系，估算地层涌水量或吸水量，划分咸淡水界面，评价水的矿化度，检查固井质量及止水效果，以及划分裂隙、岩溶发育带、进行区域地层对比等。在各类工程钻井中测井被用来原位测定岩石土壤的各种力学参数，主要是密度、体积模量、切变模量、泊松比等弹性参数。除了专门的水文或工程勘查项目外，在各类矿产特别是油气和煤炭勘查开发项目钻井中，有时也包括水文测井、工程测井的任务和内容。

在金属矿勘查中，测井主要用于划出矿化、矿层或富矿段，确定其深度和厚度;确定矿石成分、品位、规模和储量;划分和校验钻井地质剖面，校正钻探岩心编录;为地面或井中物探解释提供所需的物性参数;地层对比，研究矿体产状;解决矿区水文地质问题，如确定出水位置。测井常常与井中物探方法相结合，发现井周、井底、深部盲矿;确定矿体相对于井的位置、形状、大小、产状;圈定矿体或矿化带范围;研究井间矿体的连续性等。

在科学钻探方面，测井也起到了重要作用。科学钻探是人类深入地球内部原位认识和研究地球的唯一途径，包括海洋科学钻探、大陆科学钻探、湖泊钻探和极地钻探。测井在科学钻探中的岩石学、古环境、古气候、构造地质、水文地质、地热和地球化学等方面研究中取得了丰硕成果。

0.1.4 测井仪器设备

在绝大多数情况下，现场使用的电缆测井仪器设备，一般由地面仪器、下井仪器、绞车、电缆、电缆头和井口滑轮等部件组成(图0.1.2)。

图0.1.2 电缆测井示意图

国内外的测井仪器生产商很多，生产的测井仪器大致可分为两类:一类主要服务于油气勘探开发，下井仪器种类多、测量精度高、探测深度大，如斯伦贝谢公司、阿特拉斯公司、哈里伯顿公司、西安石油勘探仪器厂、中国石油测井公司、大庆油田及胜利油田等单位生产的测井仪器;另一类为轻便测井仪器系统，主要服务于煤田、金属矿、水文和工程测井领域，下井仪器直径较小、种类有限、探测深度一般不超过2000m，英国RG公司、美国MT公司、重庆地质仪器厂、上海地质仪器厂等生产此类测井仪器。表0.1.2列出了部分常用的测井仪器设备。

表0.1.2 部分常用的测井仪器设备