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第 38 卷 第 1 期                关威等： 基于动电效应的震电测井方法研究进展                                          143


                                                               震测井的观测方式。前两种方式受限于探测深度，
             0 引言
                                                               目前看更适合用于地下水位以上地层中的流体渗
                 含水孔隙介质中，与双电层有关的弹性波 (声                         流监测和 CO 2 封存等浅层问题            [4−5] 。震电测井方
             波) 电磁场耦合效应 (动电效应，Electrokinetic ef-               法将源和接收器置于井中，探测深度不受影响                       [6] ，
             fect)在地球科学的许多领域有着潜在应用价值。由                         在深部储层探测上的应用前景更好。与声波测井
             于土壤、岩石的固相骨架/孔隙水交界面附近存在                            不同，震电测井不仅接收井内声源激发的经地层
             着带净剩电荷的双电层，弹性波诱导的孔隙水渗                             返回井内的声波信号，还接收声波在地层中诱导
             流可引起波长尺度上的净剩电荷累积，形成伴随弹                            的震电信号。这两类信号的幅度比和相位差与渗
             性波的运流电势、电流和电磁场。反之，在交变电                            透率密切相关。与传统的电法探测相比，震电信号
             场或电磁波驱动下，净剩电荷运动也会导致孔隙水                            既对岩石电学性质敏感，又兼具弹性波的空间分辨
             渗流波动。从广义上讲，这两种互逆的动电效应属                            率。我国的胡恒山团队以油气储层测井为背景在井
             于界面电化学领域的流动电势效应和电渗效应，但                            孔动电耦合波的模拟计算和实验测量等方面持续
             本文特指的是波动诱导的动电效应，也可称之为动                            地开展了研究工作，在似稳法计算诱导电磁场                       [7] 、
             电耦合波效应。这种动电耦合波现象最早由地震                             似稳法的合理性验证           [8] 、通过支点割线积分计算
             学家发现    [1] ，“震电效应” 一词也一直沿用至今。在                   电磁首波     [9−11] 、随钻震电的模拟等方面进行了研
             地球物理学界，为区分这两种现象，分别称它们为                            究 [12−14] ；在实验方面，胡恒山团队搭建了模型井震
             震电 (Seismoelectric) 和电震 (Electroseismic) 效应。      电信号的测量系统          [15] ，分析了界面震电转换信号
             下文中，“动电” 一词泛指震电或电震效应，而 “震                         的传播特性      [16] ，进行了随钻震电测井的研究等工
             电”一词特指弹性波(声波)诱导电磁场。                               作 [17] 。此外，他们还以地震电磁场为背景开展了相
                 人们很早便意识到这种与渗流密切相关的动                           关研究    [18−19] 。Jouniaux等  [3]  曾在其动电效应综述
             电耦合波具有潜在应用价值，希望借助它解决储层                            文章中用近 2 页大篇幅介绍了胡恒山及其团队的研
             渗透率反演、地下流体渗流监测、地震电磁场研究                            究工作。本文将围绕动电耦合波理论模型以及井孔
             等难题。然而，由于观测手段的局限，在很长一段时                           动电耦合波的实验测量和模拟计算的发展动态展
             期内，相关的文献报道极少。随着微弱信号检测手                            开讨论。
             段、信号处理技术的不断发展，20 世纪 90 年代，继
             美国麻省理工学院的 Pride         [2]  推导出完整的动电耦            1 动电耦合波理论
             合波控制方程组之后，包括美国 (典型研究机构有
             ExxonMobil石油公司、麻省理工学院地球资源实验                           在 20 世纪 40 年代，Ivanov    [1]  发现岩石中地震
             室、斯坦福大学)、加拿大、俄罗斯、西欧和我国等陆                          波诱导电场的现象后，Frenkel           [20]  随即开展了相关
             续开展了动电耦合波的实验测量和模拟计算。一系                            的理论研究。值得一提的是，尽管 Frenkel的理论推
             列可喜的成果促使动电效应在储层地球物理、水文                            导存在缺陷 (忽略了固相骨架加速度对渗流的影响，
             地球物理和地震学等领域成为备受关注的研究方                             依据他的方程，只有纵波导致流动电势)，但他的工
             向  [3] 。研究表明：动电耦合波既对影响弹性波特性                       作为后来著名的 Biot孔隙弹性波理论               [2]  以及Pride
             的岩石模量、孔隙度、渗透率等参数敏感，又与电导                           动电耦合波理论         [22]  奠定了基础。需要说明的是，
             率等岩石电学性质密切相关；基于动电信号的探测                            Thompson  [23]  更早发现的震电现象与本文的与双
             方法同时接收地震波 (声波) 和电磁场两类信号，可                         电层有关的震电现象不同 (个别文献混淆了二者)。
             避免采用单一类型 (地震波或电磁) 方法的不足，兼                         它们的英文名称均为 seismoelectric effect，按时间
             具二者的优越性。区别于近年来大力发展的地震、                            先后，它们分别被称为第一类和第二类震电效应。
             电磁联合勘探策略，动电勘探时的这两类信号具有                            Thompson 震电效应也称电阻效应，它的机理是地
             由动电耦合系数等岩石特性参数决定的天然内在                             震波导致岩石孔隙体积改变，进而导致岩石电阻改
             联系，利用它们的相关性可反演渗透率等参数。                             变，在岩石两端施加电压时，测量的电流发生变化。
                 前人借鉴地震波勘探和声波测井的经验，相继                              目前的动电耦合波理论模型主要有两种：一
             提出地面震电/电震勘探、垂直震电剖面和震电/电                           种是在 Frenkel   [20]  工作的基础上提出的 Pride 模
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