电 法 测 井 的 一 种 。 也 叫 SP Log （ 源 自 Spontaneous Potential Log）
测量井下岩层的电阻率，一 般须人为供电。
进行电阻率测井时，目的层 测量结束、在断电情况下， 发现记录仪仍然显示，井下 有电位的变化。
根据自然电位曲线研究井内地质剖面的方法－ 自然电位测井（SP，单位：mV）。
Ed KdlgC Cm wfKdlgR Rm wf
Kd——扩散电动势系数 对于NaCl溶液，在18°C时，Kd＝-11.6mV
扩散吸附电动势
实
将渗透性隔板换成泥岩 验
浓度大的一方富集负电 荷，浓度小的一方富集正 电荷
Cw
Cm
泥岩的特殊性质造成
泥岩颗粒由含硅或铝的晶体组成。由于晶格中 的硅或铝离子被低价（钠）离子所取代，泥岩颗 粒表面带负电。为达到平衡，必须吸附正离子— —平衡离子
扩散吸附电动势Eda表达式
EdaKdalgC Cm wfKdalgR Rm wf
Kda——扩散吸附电动势系数 对于NaCL, 在18°C时，Kdamax＝58mV 在一般情况下Kda在－11.6mV(纯砂岩，Qv＝ 0）到58mV（纯泥岩，Qv→∞）之间变化。
过滤电动势E
钻井过程中，泥浆柱压力一般大于地层压力。 在压力差作用下，泥浆滤液渗入地层。在岩石孔 隙中的滤液带有相当多的正离子向压力低的地层 一方移动聚集，而压力大的一端聚集较多的负离 子，产生电位差——即过滤电动势。
E主要取决于压差ΔP，通常忽略不计。
3. 自然电位测井
自然电位测井时，测量 电极N放在地面，M电极 用电缆放至井下，提升M 电极沿井轴测量自然电位 随井深变化曲线。
自然电位测井通常与电 阻率测井同时进行。
3. 自然电位测井
在井内纯砂岩井段所测 量 的 自 然 电 位 —— 即 是 扩 散电动势Ed造成的。
电动势：是一个表征电源特征的物理量。定 义为把单位正电荷从负极通过电源内部移到正 极时，非静电力所作的功。单位：福特，V。
1. 自然电位的概念
电位（电势差）：表示静电力把单位正电荷 从电场中的某一点移到另一点所做的功。
电动势：表示非静电力把单位正电荷从负极 经电源内部移到正极所做的功。
1. 自然电位的概念
在井内纯泥岩井段所测量 的自然电位——即是扩散吸 附电动势Eda造成的。
在井内砂岩和泥岩接触面 附近的自然电位为Ed与Eda 的叠加。
泥 岩
砂 岩
泥 岩
Cw>Cmf
3. 自然电位测井
纯 砂 岩 井 段 扩 散 电 动 势 Ed的幅度称为砂岩线。
纯泥岩井段扩散吸附电动 势Eda的幅度为泥岩线。
实际测井中以泥岩线作为 自然电位测井曲线的基线 （零线）。
泥 岩
砂 岩
泥 岩
Cw>Cmf
静自然电位
在相当厚的砂岩和泥岩接触 面处的自然电位幅度基本上 是产生自然电场的总电动势 SSP，也称静自然电位。
SSP=Ed－Eda
SSP(K dK da)lgR R m w f KlgR R m w f
静自然电位
SSP(K dK da)lgR R m w f KlgR R m w f 在18C时，纯砂岩，K=69.6mV。 实测曲线通常以泥岩为基线，巨厚纯砂岩的自 然电位幅度就是静自然电位。
非静电力是指除静电力外能对电荷流动起作用 的力。非静电力有不同的来源。
在化学电池中，非静电力是一种与离子溶解和 沉积过程相联系的化学作用。
温差电源中，非静电力是一种与温度差和电子 浓度差相联系的扩散作用；一般发电机中，非静 电力起源于磁场对运动电荷的作用，即洛伦兹力。
1. 自然电位的概念
自然电位测井 电阻率测井 SP的发现
验
透
受渗透压力作用，高浓度
性
→低浓度
隔
氯离子迁移率>钠离子迁移率
板
低浓度→氯离子富集 高浓度→钠离子富集
Cw
Cm
接触面正负离子迁移速度相同时→电荷 富集停止→离子还在继续扩时，电动势保持一 定值——扩散电动势Ed
Ed的表达式
Ed＝kd
lg
Cw Cmf
在一定条件下（C<20000PPM），溶液电阻率 与其浓度成反比：C = 1/R
平衡离子的多少用Qv表示
Qv
称为泥质的阳离子交换能力——每单 位孔隙空间中平衡离子的克当量数。
阳离子交换的结果：泥岩（粘 土）表面吸附阳（正）离子。所 以泥质（粘土）的表面存在偶电 层，里层为负，外层为正，这样 当负离子穿过时就会被吸附，而 只有正离子通过。
正离子－扩散 负离子－吸附
Cw
Cm
扩散、吸附的结果→使浓度低的一方带正电， 而使浓度高的一方带负电——该过程产生的电动 势叫扩散吸附电动势Eda，也叫薄膜电势（因为 泥岩选择性地让正离子通过）。
《测井解释与生产测井》
第4讲 自然电位测井
张元中
中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院
主要内容
1. 自然电位的概念 2. 自然电场的产生 3. 自然电位测井 4. 自然电位曲线的应用
教材 第1章：第1节，第2节，第4节
1. 自然电位的概念
电位：又称电势，是指单位电荷在静电场中 的某一点所具有的电势能，大小取决于电势 零点的选取，其数值只具有相对的意义（电 势差，电位差）。单位：福特，V。
方向—叫负异常；相反—
叫正异常
自然电位异常幅度ΔUsp的读数是基线到曲线 极大值之间的宽度（毫伏：mV）。
砂岩厚度有限时，自然电位异常幅度ΔUsp并 不等于SSP。
薄 层 → ΔUsp比SSP小得多。地层愈厚，ΔUsp 愈接近SSP。
2. 自然电场的产生
自然电场形成
钻井过程中，在井中由于泥浆和地层 水的含盐量（矿化度，电阻率）不同，地 层压力和泥浆柱压力不同，在井壁附近产 生电化学过程，结果产生自然电动势，形 成自然电场。
2. 自然电场的产生
自然电动势
扩散电动势（Ed） 扩散吸附电动势（Eda）
过滤电动势（E）
扩散现象
实
渗
SSP 变 化 范 围 ： ＋ 50mV( 淡 水 岩 层 ) ～ － 200mV(高矿化度盐水层）。
自然电位曲线的变化 与岩性有密切关系，在 渗透层有明显异常。
负异常与正异常
泥
自然电位测井曲线一般
岩
以泥岩井段的曲线作为基
砂
线（相对零线）来计算渗
岩
透层井段自然电位异常幅
度 （ mV ） 。 异 常 偏 向 负