地球物理測井（以下簡稱測井）是用專門的儀器沿鉆井井身測量巖石的各種物理特性、流體特性（如導電性、導熱性、放射性、彈性，等等），根據不同巖石及其內部流體的這些特性的差別，可以間接劃分地層，判別巖性和油、氣、水層。測井具有工藝簡便、成本低、獲取資料迅速、效果好等特點，取得的資料是油氣田地質研究、油氣田開發工作必不可少的資料。測井技術發展很迅速，不但能定性判斷巖性，還可以定量確定巖石物性、地層產狀；不但用於油氣勘探地質解釋，還用於鉆井、試油、采油工程等。下面簡要介紹幾種常用的測井方法。
壹、視電阻率測井
視電阻率測井的實質是利用地下不同巖石導電性能的差別，間接判斷鉆穿巖層的性質，在井中下入測井儀，沿井身測定巖層電阻率的變化情況，與鉆井過程中取得的地層巖心、巖屑等資料結合，可以較準確地劃分井中地層界線和確定地層巖性。
（壹）井下巖石電阻率的測量
視電阻率測井裝置如圖3-3所示，主要是包括供電線路、測量線路和井下電極系三部分。井下電極系是通過電纜與地面供電—測量系統連接。電極***有四個：A、B、M、N。其中A、B為供電極，接入供電線路；M、N為測量電極，接入測量線路。接入同壹電路中的電極稱為成對電極。在井下，幾個電極組成電極系，根據井內成對電極和不成對電極的距離不同，可以組成電位電極系和梯度電極系（見圖3-4）。成對電極在不成對電極下方的電極系，稱底部梯度電極系。
圖3-3 視電阻率測井原理圖
圖3-4 電極系的電阻距與記錄點
為了表示電極系的大小和便於計算測量深度，規定了電極系的電極距L和記錄點O。電位電極系的電極距L為兩個相鄰最近電極A、M之間的距離，記錄點O為A、M的中間點；梯度電極系電極距L為不成對電極到成對電極中點的距離，記錄點O為成對電極之間的中間點。
當電極系由井底向井口移動時，由供電電極供給電流，在地層中形成人工電場。由測量電極M、N測量M、N兩點的電位差ΔUMN。M、N兩點的電位差主要由其所在位置附近的巖層電阻率決定：巖層電阻率越高，測得的電位差越大；反之，測得的電位差越小。沿井身電位差的變化反映了井內不同地層電阻率的變化。由於電極系是在井筒鉆井液中移動，鉆井液電阻率以及鉆井液侵入地層後侵入帶電阻率都與巖層真實電阻率不同，加上上下鄰層屏蔽等因素的影響，使得M、N兩點測得的電阻率不能代表巖層真電阻率，我們稱為視電阻率，用Ra表示。可以根據不同電極距測量結果，求得巖層真電阻率。
（二）視電阻率曲線形狀
將電極系沿井身移動，通過地面儀器記錄，可以測得壹條反映地下巖層視電阻率變化的曲線。
1．梯度電極系視電阻率曲線
當巖層厚度h大於電極距AO時，對於底部梯度電極系，在高電阻率巖層底界面出現視電阻率極大值（R1），而在其頂界面出現視電阻率極小值（R2），因此可以用這壹特征劃分巖層頂、底界面，如圖3-5（a）所示。
當巖層厚度小於電極距時，視電阻率曲線仍有上述特點，並出現假極大值。對於底部梯度電極系，假極大值位於巖層底界面以下壹個電極距處，如圖3-5（b）所示。
圖3-5 底部梯度視電阻率曲線2．電位電極系視電阻率曲線
當巖層厚度大於電極距時，視電阻率曲線以巖層中點為界上下對稱，在巖層中點出現視電阻率極大值。可以用曲線的半幅點劃分巖層頂、底界面，如圖3-6（a）所示。
當巖層厚度小於電極距時，在高電阻率巖層的中心出現視電阻率極小值。在這種情況下，電位電極系視電阻率曲線不能反映巖層的真實情況，如圖3-6（b）所示。
圖3-6 電位電極系視電阻率曲線（三）視電阻率曲線應用
1．劃分巖層界面
在進行鉆井地質剖面地質解釋時，其他錄井方法都不能準確確定巖層界面，必須依靠電阻率測井曲線來完成這項工作。根據各種類型電極系測得的曲線在巖層界面的特點，可以準確確定巖層分界面位置。當h＞AO時，曲線特征明顯，巖層分界線位置可靠；當h＜AO時，曲線特征不明顯，曲線分層的可靠程度降低，分層時需要參考其他測井曲線。
2．確定巖性
地層孔隙水中含鹽，導電性強、電阻率低；油層含水少，電阻率高。因此，利用視電阻率曲線可以判斷巖石的巖性，劃分油、氣、水層。對於碎屑巖地層剖面和碳酸鹽巖地層剖面，視電阻率曲線特征分別如圖3-7和圖3-8所示。
圖3-7 碎屑巖沈積剖面視電阻率與自然電位曲線示例
圖3-8 碳酸鹽巖沈積剖面視電阻率與自然電位曲線示例
二、微電極測井
上述視電阻率測井在測量薄層時，曲線幅度沒有明顯變化，這是上下鄰層影響的結果。另外井筒中的鉆井液及井徑的變化也影響了曲線的形狀，使得不能較準確地劃分薄層界線。
為了細分層，減少上下鄰層、鉆井液及井徑對曲線的影響，改裝下井的電極系，使電極系靠井壁測量巖層電阻率。改裝後的電極系的最大特點是電極之間的距離大大縮小了（只有幾厘米），由此得名為“微電極系測井”。
圖3-9 微電極測井下井裝置
1—儀器主體；2—彈簧片；3—絕緣板；4—電纜
（壹）微電極系結構
微電極系安裝在壹個特殊的下井裝置上（見＜ahref="327D4D36AC9F496DBA57E6C7DAB56D3D"＞圖3-9＜/a＞）。圖中，儀器主體上裝有3個（或2個）彈簧片，互成120°（或180°）角；絕緣板裝在彈簧片上，靠彈簧片的壓力緊貼井壁。在三塊絕緣板中，有壹塊裝有三個電極A、M＜sub＞1＜/sub＞、M＜sub＞2＜/sub＞，稱極板；電極之間的距離為0.025m；三個電極組成兩組電極系，即A0.025M＜sub＞1＜/sub＞0.025M＜sub＞2＜/sub＞的微梯度電極系和A0.05M＜sub＞2＜/sub＞的微電位電極系。微電極系電極距短，探測半徑小。實驗證明，微梯度電極系探測半徑為5cm，而微電位電極系探測半徑為8cm左右。由於微電極系探測範圍小，因此在測量時井壁上有無泥餅對測量結果影響很大，故微電極系測得的視電阻率只反映了靠近井壁附近巖層電阻率的情況。當井徑擴大、彈簧片不能與井壁接觸時測得的電阻率為鉆井液電阻率。若井徑不規則，極板與井壁接觸不良，在極板與井壁之間夾有薄層鉆井液（鉆井液薄膜），同樣影響測量值。
（二）微電極測井曲線的應用
解釋微電極測井資料時，必須參考其他測井資料，方能得到正確的地質解釋。微電極測井在定性解釋方面主要是確定巖層界面和劃分滲透層。
1．確定巖層界面
由於微電極系的電極距短小，緊貼井壁進行測量，消除了鄰層屏蔽影響並減小了鉆井液影響，因此巖層界面在曲線上反映得很清楚。利用微電極曲線，壹般可以劃分厚度為20cm的薄層。實驗結果顯示：微電極測井曲線的分層原理是用微電位曲線的半幅點來確定高電阻地層的頂、底界面。
2．劃分滲透層
滲透性巖層的井壁上有泥餅存在，而非滲透性巖層沒有泥餅，但井壁與極板間有鉆井液薄膜，鉆井液薄膜與鉆井液對微電極測井都有影響，但影響大小不壹樣，因此，我們有可能根據微電極測井資料劃分出滲透性地層。
圖3-10 微電極視電阻率曲線
對於滲透層，泥餅厚度壹般在0.2～2cm，泥餅電阻率為鉆井液電阻率的1～3倍。形成泥餅後，靠近井壁的巖層孔隙被鉆井液濾液充填，形成鉆井液侵入帶（見圖3-10），其電阻率壹般為3～10倍鉆井液電阻率。微電位電極系的探測半徑大於微梯度電極系，因此泥餅對微梯度電極系測量結果的影響大於微電位電極系。當用這兩種微電極系對同壹滲透層進行測量時，探測半徑大的微電位電極系測得的視電阻率主要受侵入帶電阻率的影響，顯示出較高的數值；而微梯度電極系測得的視電阻率受泥餅影響較大，故顯示較低的數值，此時兩條微電極曲線出現幅度差。微電位曲線幅度大於微梯度曲線的幅度值，稱作正幅度差。滲透性巖層在微電極曲線上壹般呈正幅度差，如圖3-10所示。只有當鉆井液濾液礦化度很高，使得泥餅電阻率大於侵入帶電阻率時，微電位曲線幅度低於微梯度曲線幅度，稱為負幅度差。
3．確定巖性
在碎屑巖沈積剖面上，根據兩條微電極曲線幅度差大小，可以定性判斷巖層的滲透性好壞、泥質含量的多少。
泥巖壹般表現電阻率低，井壁無泥餅，曲線平緩，無幅度差。滲透性砂巖壹般表現為曲線幅度值高，兩條曲線存在正幅度差。隨泥質含量的增加，巖層滲透性變差，泥餅變薄，正幅度差值變小。泥質粉砂巖的巖性致密，泥餅較薄，正幅度差很小，隨泥質增加，正幅度差減小。
三、自然電位測井
如圖3-11所示，在井內不供電情況下，測量電極M沿井身移動，可測量出M、N兩點電位差，說明井內存在自然電場。井內自然電位的產生是鉆井液與地層水之間離子擴散與吸附電化學活動作用造成的。自然電位測井就是測量自然電位隨井深變化的數值，用以研究地下巖層性質的測井方法。
自然電位曲線主要應用於以下兩方面：
（1）劃分巖層界面。對於厚巖層，可用曲線半幅度點劃分巖層界面；對於薄巖層，必須與視電阻率曲線配合，才能獲得準確結果。
（2）確定滲透性巖層。視電阻率較高的巖層，可能是具有滲透性的油氣層或淡水層，也可能是致密巖層（火山巖、石灰巖等），如果配合自然電位曲線解釋會獲得明確結論，即當地層水礦化度Cw大於鉆井液礦化度Cmf時，滲透性巖層的自然電位出現負異常，非滲透性致密層為正異常；而當Cw＜Cmf時，情況恰好相反，如圖3-12所示。
圖3-11 自然電位測井原理示意圖
四、感應測井
感應測井是研究地層電導率的測井方法。巖石的電導率是電阻率的倒數，單位為ms/m。電導率是衡量巖石導電能力大小的物理量，巖石的電阻率越大，電導率越小，導電能力越差。
（壹）原理
下井儀器如圖3-13所示，當振蕩器向發射線圈輸出固定頻率的電流時，發射線圈就會在井周圍地層中形成交變電磁場，此時地層中就產生感應電流（又稱渦流）。感應電流是交變電流，該電流在地層中同時形成次生電磁場。在次生電磁場的作用下，接收線圈便產生感應電動勢。該電動勢大小與地層感應電流強度有關，感應電流強度大小與地層電導率成正比，通過電纜將接收信號輸送到地面儀器，記錄成曲線。
（二）曲線的應用
1．確定巖性
地層電導率是地層電阻率的倒數，因此視電阻率曲線上幅度值大的巖層（如油層、氣層、致密砂層等），在感應測井曲線上恰恰都是低幅度值；而低電阻率層（如泥巖層）反而為高幅度值。感應測井曲線上直接記錄的是地層電導率，它可以換算成地層電阻率。
2．判斷油水層，劃分油水界面
感應測井曲線對地層電導率反應極為靈敏，水層電導率明顯高於油層。在油水界面附近，由於電阻率的急劇變化，引起地層電導率的急劇變化，在感應測井曲線上表現明顯。
圖3-12 自然電位曲線
圖3-13 感應測井原理圖
五、側向測井
當井剖面巖層電阻率普遍很高或井內充滿高礦化度鉆井液時，用普通電極系很難劃分巖層和確定巖層電阻率。因此采用帶聚集裝置的電極系進行側向測井。
側向測井電極系中除有主電極外，還有壹對屏蔽電極，其作用是使從供電電極發出的電力線呈水平層狀流入地層，目的是減小鉆井液、侵入帶和上下圍巖對測量結果的影響。
側向測井按附加電極的個數和電極之間相對距離又分為三側向、六側向、七側向和微側向測井等，它們的測量原理是相同的。下面以三側向測井為例來介紹。
（壹）基本原理
三側向測井電極系如圖3-14所示。電極系是壹個被絕緣物質分成三段的金屬圓柱體，中間壹段稱主電極A0，兩端兩段稱屏蔽電極A1、A2。測井時，主電極A0和屏蔽電極A1、A2通以相同極性的電流，並保持三個電極電位相等。由於電極系中絕緣物厚度很小，電極系長度很大，所以電極系的電場和壹個完整的金屬圓柱的電場基本壹樣。主電極的電流I0夾在電極A1、A2之間，被電極電流I1、I2屏蔽。因此主電極的電流不能四散，只能呈壹板狀電流束進入地層。可以從式（3-1）求得視電阻率值Rs：
圖3-14 三側向測井原理圖
（A）—可控電路；R—可控電阻；E—電源；G—電位差計
Rs=KU0/I0
式中 K——電極系數，與電極的尺寸有關；
U0——用電位差計G測得的電極電位，mV；
I0——主電極的電流，A。
U0/I0是主電極接地電阻，它表示主電極電流從電極發出後傳至無限遠之間的介質電阻，用R0表示，可以看作是井內鉆井液電阻、侵入帶電阻和地層電阻之和。對於高礦化度鉆井液，鉆井液電阻和侵入帶電阻都很低，接地電阻主要取決於地層電阻。所以，在高礦化度鉆井液中進行側向測井，壹般比普通電極系測井探測能力強。
（二）曲線特點及應用
側向測井曲線中高電阻層具有對稱性，最大值在地層中點，解釋時只取最大值，可以近似以曲線突變點分層，對薄層分層能力比其他電阻測井要清晰得多。
如果用兩條不同電極距的三側向測井曲線，由於其探測深度不同，受鉆井液侵入帶電阻率、巖層電阻率影響不壹樣，根據兩條曲線的幅度差可以劃分滲透層和油、氣、水層。油層、氣層曲線幅度差大，且顯示正幅度差；水層幅度小或顯示負幅度差。
六、放射性測井
在地層水礦化度較高的地區鉆井，鉆井液常被鹽侵，使鉆井液電阻率變低，電阻率測井將無法進行。放射性測井是根據巖石的核物理性質，利用巖層中存在的放射性元素或人工產生放射性射線，間接研究鉆井地質剖面。由於放射性元素所產生的射線可以穿過金屬物質，所以下套管的井中仍然可以進行測井工作。這為油氣田投入開發以後了解油、氣、水重新分布情況帶來方便。因此放射性測井也廣泛應用於解決井下工程技術問題。下面介紹兩種常用的放射性測井方法。
（壹）自然伽馬測井
自然伽馬測井是通過巖石的自然伽馬射線強度來研究巖性的壹種測井方法。
1．自然伽馬測井裝置
井內巖層自然放射性測量示意線路如圖3-15所示。自然伽馬測井裝置包括井下儀器及地面記錄裝置兩部分。記錄放射性射線的主要裝置是放電計數管，當有射線打入計數管時，它輸出壹個信號電流（脈沖），經放大器由電纜送到地面記錄裝置。巖石中自然放射性元素衰變放射出三種粒子，即α、β、γ射線。由於α、β射線的穿透能力弱，在未到達測量儀器之前就被吸收，因此儀器接收的放射性射線是γ射線。γ粒子打入計數管後便由計數管輸出壹個脈沖。射線強度與放射性元素每秒衰變次數有關，每衰變壹次放出壹定γ粒子。巖層中放射性元素越多，衰變放出γ射線強度越大，每分鐘脈沖值越高（由於放射性元素衰變不穩定，故測得曲線呈鋸齒狀）。
2．自然伽馬測井曲線的應用
自然伽馬測井曲線可以配合其他測井資料或地質錄井資料進行綜合解釋，確定巖層巖性。泥巖吸附放射性元素離子能力大，在自然伽馬測井曲線上幅度值高；砂巖、碳酸鹽巖、石膏等巖層在曲線上顯示低幅度值；對於含泥質巖層，根據泥質含量多少，其在曲線上的幅度值介於上述兩者之間，如圖3-16所示。此外，曲線還可以判斷巖層滲透性。
從自然伽馬測井曲線上比較容易選擇區域性對比標準層，因此，當其他測井曲線難以進行地層對比時，可以用自然伽馬曲線進行。
另外，自然伽馬測井可以在下套管的井中進行，因此廣泛應用於工程技術測井，如跟蹤定位射孔、找套管外竄槽等。
（二）中子伽馬測井
中子伽馬測井是壹種人工的放射性測井法。它是用人工產生中子去“轟擊”巖層，當中子與巖石中的礦物和巖石孔隙中流體的原子核碰撞後，中子損失了能量，最後被原子核俘獲；原子核俘獲中子以後，被激發成為激發狀態的原子核，它由激發狀態過渡到穩定狀態時放出伽馬射線。為了有別於自然伽馬射線，將這種射線稱為中子伽馬射線或二次伽馬射線。巖石性質不同，放出的二次伽馬射線強度不同。中子伽馬測井就是通過測量巖層原子核俘獲中子後所放出的二次伽馬射線的強度來研究鉆井剖面的。
圖3-15 自然伽馬測井裝置
1—放電計數管；2—放大器；3—高壓電源；4—儀器外殼；5—地面記錄裝置
圖3-16 自然伽馬曲線解釋示例
1．中子伽馬測井裝置
中子伽馬測井地面記錄設備與自然伽馬測井相同，井下儀器往往也與自然伽馬測井儀合為壹體，裝置結構見圖3-17：中子源是產生中子的裝置；鉛屏是消除幹擾的裝置，由於中子源在放出中子的同時，產生伽馬射線，用鉛屏可以消除伽馬射線對中子伽馬測井結果的幹擾；計數管（3）是記錄二次伽馬射線的裝置，由計數管中點到中子源的距離稱為中子源距（L），壹般L為60～70cm；計數管（4）是用來記錄自然伽馬射線的裝置。
2．中子伽馬測井曲線的應用
圖3-17 中子伽馬測井裝置
1—中子源；2—鉛屏；3，4—計數管；5—地面記錄裝置
1）判斷巖性
自然伽馬測井曲線可以區分碎屑巖剖面中砂巖與泥巖地層。如果砂巖中也含有放射性元素，也會有較高的放射性強度，對於這種剖面僅用壹條自然伽馬測井曲線是很難區分的。此時可用中子伽馬曲線與自然伽馬曲線配合。對於含氫量較多的泥巖，中子伽馬曲線呈低幅度，而砂巖呈現高幅度。
2）判斷油、氣、水層
在含高礦化度地層水的地區，地層水含大量氯化鈉，水層中的氯含量遠大於油層。在這種情況下，水層的中子伽馬曲線顯示高值，而油層為中等值，利用這個特點可劃分油水界面。中子伽馬測井判斷氣層更為有效，氣層含氫量低於油水層，曲線上顯示為高值。
3）判斷巖層孔隙度
巖層孔隙中，在溶液性質壹定的情況下，曲線幅度反映了巖層孔隙度的大小。
七、聲波時差測井
聲波時差測井是利用測定聲波在地層中傳播的速度，從而確定巖層特性和區分油、氣、水層壹種測井方法。
（壹）原理
如圖3-18所示，在井下儀器中裝有壹個聲波發生器和兩個接收裝置，兩個接收器與發生器之間的距離不同。聲波發生器向地層發射壹定頻率的聲波時，經地層傳至接收器的初至波到達兩個接收器的時間不相同，兩者的時差為Δt（單位μs，1μs=10-6s），兩個接收器壹般相距0.5m，即Δt相當於聲波在地層內通過0.5m所需的時間。隨著儀器在井筒內上提，可以得到Δt沿井身的變化曲線。聲波在巖石中傳播速度隨巖石密度的增加而加快。不同性質的巖石，其密度和結構不同，聲波在巖石中的傳播也速度不壹樣。因此，可以根據聲波的傳播速度來研究巖石特性。
圖3-18 聲波時差測井原理圖
1—聲波發生器；2—接收器1；3—接收器2（二）聲波時差曲線的應用
1．判斷巖性
巖石越致密，聲波時差測井的Δt越小；巖石越疏松，孔隙度越大，Δt越大。
2．區分油、氣、水層
聲波在水中傳播的速度大於在石油中傳播的速度，而在石油中的傳播速度大於在天然氣中的傳播速度，故孔隙中含有不同的流體可以從聲波時差曲線上反映出來，對油氣界面和氣水界面劃分尤為明顯。
八、井徑測井
在鉆井過程中，由於鉆井液、鉆頭和鉆桿對地層的撞擊等原因，使巖性不同的井段井徑大小不壹樣。在地球物理資料解釋和解決某些油氣井技術問題時，需要了解沿井身井徑的變化情況。
（壹）測量原理
如圖3-19所示，電阻式井徑儀的儀器腿依靠彈簧的張力與井壁緊密接觸，當井徑改變時，儀器腿繞腿軸轉動，使凸輪帶動連桿上下移動，連桿與電位器滑動端相連接，可變電阻隨井徑改變而改變。
圖3-19 電阻式井徑儀工作原理
1—儀器腿；2—腿軸；3—凸輪；4—連桿；5—可變電阻（二）井徑測井曲線的應用
滲透性巖層井壁有泥餅，會使井徑縮小；泥巖層、疏松巖層井壁易垮，井徑變大；堅硬、致密層井徑與鉆頭直徑相近。因此可用井徑曲線粗略判斷鉆穿地層的巖性。
另外，可根據平均井徑、套管直徑及固井井段的長度，計算固井水泥用量。井徑還可以作為地球物理測井曲線解釋參考資料。