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自然电位测井方法原理在早期的电阻率测井中发现：在供电电极不供电时，测量电极M在井内移动，仍可在井内测量到有关电位的变化。
这个电位是自然产生的，故称为自然电位。
使用图1所示电路，沿井提升M电极，地面仪器即可同时测出一条自然电位变化曲线。
自然电位曲线变化与岩性有密切关系，能以明显的异常显示出渗透性地层，这对于确定砂岩储集层具有重要意义。
自然电位测井方法简单，实用价值高，是划分岩性和研究储集层性质的基本方法之一。
图 1 自然电位测井原理一、井内自然电位产生的原因井内自然电位产生的原因是复杂的，但对于油井，主要有以下两个原因：地层水的含盐量(矿化度)与泥浆的含盐量不同，地层压力和泥浆柱压力不同，在井壁附近产生了自然电动势，形成了自然电场。
1．扩散电动势(Ed)的产生如图2所示，在一个玻璃容器中，用一个渗透性的半透膜将其分隔开，两边分别装上浓度为Cl和C2(C1>C2)的NaCl溶液，并且在两边分别放人一只电极，此时表头指针发生偏转。
此现象可解释为：两种不同浓度的NaCl溶液接触时，存在着使浓度达到平衡的自然趋势，即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，这一现象称为离子扩散。
在扩散过程中，由于Cl-的迁移率大于Na+的迁移率，扩散结果使低浓度溶液中的Cl-相对增多，形成负电荷聚集，高浓度溶图2扩散电动势产生示意图液中Na+相对增多，形成正电荷聚集。
这就在两种不同浓度的溶液间产生了电动势，所以可测到电位差。
离子在继续扩散，高浓度溶液中的Cl-，由于受高浓度溶液中正电荷的吸引和低浓度溶液中负电荷的排斥，其迁移速度减慢；而高浓度溶液中的Na+，由于受高浓度溶液中正电荷的排斥和低浓度溶液中负电荷的吸引，其迁移速度加快，这使得电荷聚集速度减慢。
当接触面附近的电荷聚集使正、负离子的迁移速度相等时，电荷聚集就停止了，但离子还在继续扩散，溶液达到了动平衡，此时电动势将保持一定值：这个电动势是由离子扩散作用产生的，故称为扩散电位(Ed)，也称扩散电动势，可用下式表示：mv g/L。
自然电位法自然电位法是一种用于地下水资源调查和环境地球化学研究的常用方法。
它通过测量地表上的电位差，来推测地下水体的性质和分布情况。
本文将从原理、仪器设备、实施步骤和应用案例等方面介绍自然电位法。
一、原理自然电位法是基于电场理论的地球物理勘探方法之一。
地球上的电场是由地球与大气之间的电荷分布差异所形成的。
地下水体中的溶解物质和岩石中的矿物质都会影响地下水的导电性，从而改变地下水体的电位分布。
自然电位法利用这种电位差来推测地下水体的性质和分布情况。
二、仪器设备自然电位法的主要仪器设备包括电位计、电极和电缆等。
电位计用于测量地表上的电位差，电极则用于感应地下水体的电位分布，电缆用于连接电位计和电极。
在实际应用中，还需要辅助设备如地面支架、测量绳索等。
三、实施步骤1. 预备工作：选择合适的测区，清理测区的杂物和植被，确保测区表面光滑平整。
2. 布设电极：根据具体情况，选择合适的电极间距和布设方式。
一般情况下，电极间距越大，测量深度越深。
3. 连接仪器：将电位计与电极通过电缆连接起来，并确保连接良好。
4. 测量数据：根据测区的要求，选择合适的测量方式和时间。
通常情况下，需要连续测量一段时间，以获取准确的数据。
5. 数据处理：将测量得到的电位差数据进行分析和处理，得到地下水体的电位分布图或剖面图。
四、应用案例自然电位法在地下水资源调查和环境地球化学研究中有着广泛的应用。
以下是一些典型的应用案例：1. 地下水资源调查：自然电位法可以用于判断地下水体的供水潜力和水质状况，为地下水资源的开发和利用提供科学依据。
2. 环境地球化学研究：自然电位法可以用于监测地下水体中的污染物扩散情况，评估污染源的范围和影响程度，为环境保护和污染治理提供参考。
3. 工程地质勘察：自然电位法可以用于勘察地下水位、水流方向和地下水体的分层情况，为工程设计和施工提供依据。
4. 地热资源勘探：自然电位法可以用于探测地下热水体的分布和性质，为地热资源的开发和利用提供技术支持。
静自然电位
静自然电位是指在不外加电压的情况下，由于电离现象和离子运动而形成的一种电位差。
在自然环境下，地球表面和大气之间存在着电位差，这被称为大地静电势或静自然电位。
静自然电位是地球电磁场的一部分，它来源于地球内部的电流，主要与地球的磁场和日地电流有关。
同时，静自然电位也受到地球表面的离子浓度、电导率和湿度等因素的影响。
测量静自然电位可以用于地质勘探、地下水资源调查和大气电学研究等方面。
通过测量不同位置的电位差，可以了解地下离子运动和地下水流动情况，也有助于研究大气电场分布和天气变化等现象。
静自然电位的单位一般采用伏特（V）或毫伏（mV）。
常见
的静自然电位范围为-300mV至+300mV。
自然电位确定地层水电阻率的方法自然电位法是一种通过测量地表上的自然电位差来确定地层水电阻率的方法。
以下是关于自然电位法的50条描述：1. 自然电位法是一种无需人为干扰的地球物理勘探方法，可以用于确定地下水位和地层水电阻率。
2. 自然电位差是由地下水体的电导率差异所引起的。
3. 自然电位法的测量基于地下水体中的离子浓度差异，因而对地下水体中的溶质扩散和电解质浓度进行了考虑。
4. 自然电位差是地下水体离子浓度分布和电导率分布的结果。
5. 自然电位差可以通过在地表上安装电极并进行测量来确定。
6. 自然电位差的大小和方向与地下水流动状况有关。
7. 自然电位法可用于确定区域地下水体的水流路径和水流速度。
8. 自然电位法可以区分不同地质结构和不同类型的地下水体。
9. 自然电位法可用于测量地下水渗流方向和坡度。
10. 自然电位差是地下水体中电导率异质性的表现。
11. 自然电位法可用于评估地下水体的储集性能和水文地质特征。
12. 自然电位法还可用于监测地下水体的变化和污染现象。
13. 自然电位法的测量精度受到地壳电场、杂散电流和地震干扰的影响。
14. 自然电位法需要进行长时间的连续测量以获得准确的结果。
15. 自然电位法适用于均匀和块状地下水体。
16. 自然电位法对于研究地下水体的深部流动具有较好的应用性。
17. 自然电位法可以用于监测地下水资源的利用和管理。
18. 自然电位法可用于研究地下水体的动力特性和物理特性。
19. 自然电位法在地下水勘探和水文地质调查中具有重要的应用价值。
20. 自然电位法的测量结果可以与其他地球物理方法相结合，增强分析的准确性和可靠性。
21. 自然电位差的测量可通过使用高灵敏度的自然电位仪器来实现。
22. 自然电位法的测量结果通常以电位差的大小和方向表示。
23. 自然电位法可以用于评估地下水体的潜水面形态和深度。
24. 自然电位法可用于研究地下水体与地表水体的相互作用。
25. 自然电位法可用于监测地下水位的变化和趋势。
自然电位的概念自然电位（Resting membrane potential）是细胞膜在静息状态下的电位差，通常指神经元或肌肉细胞的电位。
它是细胞内外离子浓度和通透性的结果，是神经元和肌肉细胞的重要生理指标。
神经元和肌肉细胞的自然电位是维持其正常功能的重要基础，对于神经传导、兴奋传递和肌肉收缩等生理过程起着至关重要的作用。
在细胞膜的生物电学性质中，自然电位是一个极为重要的参数。
自然电位的产生与细胞膜上的离子通道、静息离子内外浓度差异以及细胞膜的电容性质等密切相关。
这些因素共同导致了细胞膜内外的电位差，维持了细胞在静息状态下的电位稳定性。
自然电位的维持是靠离子泵和离子通道的共同作用。
在细胞膜上，存在着多种离子泵和离子通道，它们对细胞内的离子浓度和电位稳定起着关键作用。
其中，Na+/K+泵、Ca2+泵等离子泵通过主动转运维持了细胞膜内外的Na+、K+、Ca2+等离子浓度差异，而离子通道如Na+通道、K+通道、Cl-通道等则可以让离子在膜上自由扩散，从而调节细胞内外的电位。
在静息状态下，细胞内外离子浓度差异导致了自然电位的形成。
在神经元和肌肉细胞中，自然电位的值通常为-70mV左右。
这是由于在细胞膜上Na+/K+泵的作用下，细胞内外Na+、K+离子浓度产生了梯度，在添加上细胞质中还有蛋白质负电荷和其他阴离子的存在，导致在细胞膜上形成了负电位，细胞膜内外离子浓度不同也使得不同离子的渗透性也不同，K+离子内外渗透能力高，进一步增强了细胞膜上的负电位。
细胞静息状态的自然电位是细胞正常生理功能的基础。
首先，它是神经元和肌肉细胞的兴奋传导的基础。
在神经元兴奋传导的过程中，细胞外的刺激能够改变细胞膜上的离子通道的状态，导致离子通道的开放和关闭，从而改变了细胞膜的电位。
而对于神经元来说，只有当细胞膜上的电位达到一定的阈值时，才能够引发动作电位的产生，从而实现神经信号的传导。
而这一系列的兴奋传导，正是依赖于细胞膜上的自然电位的稳定性。
自然电位测井的研究与应用自然电位测井是常规电法测井方法之一，应用范围较广泛，主要用于砂泥岩剖面，是划分和评价储集层的重要方法之一。
文章从自然电位的成因入手，介绍了自然电位的原理，分析了自然电位曲线的特点，结合现场实际测井经验，阐述了影响自然电位测井的实际因数。
标签：电动势；自然电位；岩性；测井1 地层中自然电位的成因1.1 自然电位的理论分析裸眼井中由于泥浆和地层水的矿化度有所不同，地层压力和泥浆柱压力也有差异，会在井壁附近产生电化学过程，产生自然电动势。
（1）扩散电动势（Ed）的产生。
如果将两种不同浓度的NaCl溶液放在一个水槽的两端，中间用渗透性隔膜分离时，存在着使浓度达到平衡的自然趋势，即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，迁移过程中因离子的迁移速率不同，造成溶液接触面两侧富集正负电荷，当接触面附近正、负离子迁移速度相同时，电荷富集停止，但离子还在扩散，达到一种动平衡，此时接触面附近的電动势会保持一定值，这个电动势叫扩散电动势。
（2）扩散吸附电动势（Eda）。
将两种不同浓度的NaCl溶液用泥岩隔膜分开，因为泥岩有一种特殊性质。
泥质颗粒基本由含有硅或铝的晶体组成，由于晶格中的硅或铝离子被低价的离子所取代，泥质颗粒表面带负电，为了达到电平衡，必须吸附阳离子，这样，就相当于泥岩具有渗透阳离子的能力，而阴离子不能通过，在渗透压的作用下，浓度高的溶液中阳离子会通过泥岩向浓度低的方向渗透，这样就会造成浓度大的一方富集了负电荷，浓度小的一方富集了正电荷。
该过程产生的电动势叫扩散吸附电动势。
1.2 测井过程中自然电动势成因分析在淡水泥浆钻井时，地层水矿化度小于泥浆滤液矿化度，在井筒内，砂岩段靠近井壁的地方负电荷富集，地层内靠近井壁的地方正电荷富集，导致井筒泥浆的电势低于地层电势，因而在砂岩段形成扩散电位；在泥岩段，在井筒内靠近井壁的地方正电荷富集，地层中负电荷富集，导致井筒泥浆的电势高于地层电势。
图2-1 井中砂、泥岩接触情况下离子扩散及形成的电荷分布（Cw ＞Cmf ） 图2-1-1 井中砂、泥岩接触情况下离子扩散及形成的电荷分布（Cw>Cmf ） 1.自然电位测井自然电位测井是在裸眼井中测量井轴上自然产生的电位变化，以研究井剖面地层性质的一种测井方法。
它是世界上最早使用的测井方法之一，是一种最简便而实用意义很大的测井方法，至今仍然是砂泥岩剖面淡水泥浆裸眼井必测的项目之一。
对于区分岩石性质，尤其是在区分泥质和非泥质地层方面，更有其突出的优点。
1.1自然电场的产生井内有自然存在的电位变化，说明井内有自然电流流动，井内必然有自然产生的电动势。
实践研究表明，能够引起井内自然电流，进而产生一定电位值的自然电动势有多种，包括扩散电动势、扩散吸附电动势、过滤电动势、氧化还原电动势等。
在沉积岩地区的油气钻井中，主要遇到的是前三种，而且常常以前两种占绝对优势。
1.1.1扩散电动势（地层水与泥浆之间的直接扩散）砂岩孔隙中的地层水与井内泥浆之间，相当于不同浓度的两种NaCl 溶液呈直接接触。
溶液中的Cl －和Na ＋将从高浓度的岩层一方朝着井内直接扩散（图2-1-1a ）。
由于两种离子的移动速度（在电化学中称迁移率）不同，Cl －的移动速度比Na ＋大，于是扩散之后，在低浓度的泥浆一方将出现过多的移动速度快的Cl －，带负电；而在高浓度的岩层一方，则将出现移动速度慢的Na +离子，带正电。
正负离子在不同浓度的溶液两方相对集中的结果，便产生了电位差——地层一方的电位高于泥浆一方的电位。
但是，随着扩散过程的继续进行，所形成的电场反过来会影响离子进一步的扩散。
也就是使原来移动速度快的Cl －离子减慢，而使移动速度慢的Na +加快。
当溶液两方电荷积累到一定程度，使不同符号的离子以相等的速度继续扩散，达到所谓动态平衡时，电荷的积累便停止。
于是在不同浓度的两种溶液之间形成一固定的电动势。
这种由于溶液直接接触，并通过离子的自由扩散所形成的电动势，称为扩散电动势，如图2-1-1b 中砂岩与泥浆接触处的情况。
可以看出，扩散电动势的极性是，低浓度溶液一方为负，高浓度溶液一方为正。
扩散电动势的大小，与两种溶液之间的浓度差有关，还与溶液中盐离子的类型和溶液温度有关。
显然，溶液之间的浓度差越大，形成的扩散电动势也会越大。
根据实验得知，对所述地层水和泥浆滤液这两种NaCl 溶液进行直接扩散而言，扩散电动势（用符号E d 表示）可由下式决定： mf w d d C C K E lg （2-1-1）式中C w 、C mf 分别为地层水和泥浆滤液的浓度；K d 为扩散电动势系数，单位为毫伏。
它与溶液中决定离子迁移率的离子类型和温度有关。
对于NaCl 溶液，在温度为18℃的情况下，根据理论计算得出的K d 为 –11.6mV 。
则当地层水浓度C w 为泥浆滤液浓度C mf 的10倍时，它们直接接触所形成的扩散电动势E d =-11.6mV 。
由于在一定浓度范围内，溶液浓度与它的电阻率成反比，于是，式（2-1-1）又可写成 wmf d d R R K E lg = （2-1-2） 式中R mf 、R w 分别为泥浆滤液和地层水的电阻率。
1.1.2扩散吸附电动势（地层水通过泥岩与泥浆之间的扩散）地层水与泥浆之间扩散的另一个渠道是地层水中的离子通过周围的泥岩向低浓度的泥浆一方进行扩散，见图2-1-1a 。
这时，泥岩在两种溶液——地层水与泥浆滤液之间起着一种隔膜的作用。
这种扩散同上述两种溶液直接接触时的扩散有着本质的区别。
即一方面离子不是直接在溶液中运动，而是在粘土的颗粒表面上移动；另外，由此所形成的电动势不仅极性不同，而且数值相差很大。
这是因为组成泥质的粘土颗粒表面都带有较多的负电荷，当它处于某种盐溶液之中时，就要吸附一部分阳离子而形成“吸附层”，中和掉一部分表面负电荷。
剩下的一部分表面负电荷，又松散地吸引一部分阳离子，形成“扩散层”或叫“可动层”。
该扩散层与它接触的水溶液之间，建立起吸附和离解的动平衡。
盐溶液的浓度改变时，这种动平衡也要发生改变。
当粘土将同样性质的两种不同浓度的溶液分开时，在浓度大的一边，泥土颗粒表面的扩散层中将有更多的阳离子，而在浓度低的一方则较少。
于是，在不同浓度的溶液两方出现了电位差，且浓度大的一方电位高。
从而使得高浓度溶液一方扩散层中的阳离子要往低浓度溶液一方跑，即在粘土的颗粒表面移动。
就这样，高浓度溶液一方的阳离子不断从水溶液里进入到扩散层中，而低浓度溶液一方又将从扩散层中得到的阳离子离解到溶液中。
如此继续下去，低浓度溶液一方的阳离子将不断增多而带正电。
当所形成的电场使溶液两方这种扩散和离解达到动平衡时，便形成一稳定的电动势，称为扩散吸附电动势。
在形成这种电动势时，泥质所起的作用就好象一种只许带正点荷的Na ＋通过，而不允许Cl －通过的离子选择薄膜一样。
有的书上也把这种现象认为是泥质对Cl －有选择性吸附的能力造成的，但其实质应当是如上所述。
扩散吸附电动势的极性，显然与扩散电动势的极性相反，即在低浓度的泥浆一方为正电位，而在高浓度地层水的岩层一方为负电位。
如图2-1-1b 示出了这一电动势的电荷分布情况。
同扩散电动势类似，扩散吸附电动势（用符号E da 表示）的大小可由下式决定：mf w da da C C K E lg = (2-1-3)式中K da 为扩散吸附电动势系数。
它只与溶液中正离子的离子价和迁移率以及溶液温度有关。
对于NaCl 溶液，在温度18℃时，通过计算得出K da =58mV 。
则当地层水浓度C w 与泥浆滤液浓度C mf 之比为10时，扩散吸附电动势E da =58mV 。
可见，它不仅极性与扩散电动势相反，图2-2 井内的自然电动势及其等效电路 图2-1-2 井内的自然电动势及等效电路 而且数值也比扩散电动势大得多。
若将浓度之比改换为电阻率之比，式 (2-1-3)又可表示为 wmf da da R R K E lg = （2-1-4） 1.1.3井内的过滤电动势井内除了上述扩散电动势和扩散吸附电动势之外，还有一种过滤电动势也能引起自然电流，并产生自然电位。
这种电动势是由于泥浆柱与地层之间存在着压力差，泥浆滤液通过泥饼或泥质岩石渗滤形成的。
通常，泥浆柱的压力大于地层压力，在渗透性岩层（如砂岩层）处，都不同程度的有泥饼存在。
由于组成泥饼的泥质颗粒表面有一层松散的阳离子扩散层，在压力差的作用下，这些阳离子就会随着泥浆滤液的渗入向压力低的地层内部移动。
于是，地层内部一方出现了过多的阳离子，使其带正电，而在井内泥饼一方正离子相对减少，使其带负电，从而产生了电动势。
由此形成的电动势，叫做过滤电动势（又叫动电电动势）。
显然，它的极性与扩散电动势相同，即井的一方为负，岩层一方为正。
过滤电动势（用符号E f 表示）的大小与泥饼两边的压力差△P 和泥浆滤液的电阻率R mf 成正比，而与泥浆滤液的粘度μ成反比。
即μmf f f R P K E ⋅∆= （2-1-5） 式中K f 为过滤电动势系数，它与泥浆滤液的化学成分和浓度有关。
根据同样的道理，在泥岩上也能产生过滤电动势。
其极性显然与渗透层泥饼上形成的过滤电动势极性相同。
因此，当渗透性岩石夹于泥岩层之中时，在由泥岩、泥浆柱、渗透性岩石组成的闭合回路中，总的过滤电动势是渗透层泥饼的过滤电动势与泥岩中的过滤电动势之差。
通常，这两个电动势差别不大，它们几乎互相抵消，所以在实际工作中一般都认为过滤电动势可以忽略不计。
1.1.4井内形成的总电动势及电位的分布1.1.4.1井内总的自然电动势在井下实际条件下，通常地层水和泥浆滤液中的主要盐类是NaCl ，而且地层水的矿化度比泥浆滤液高。
所以，夹于泥岩中的砂岩层被充满泥浆的井孔穿过时，地层水与泥浆之间的扩散，就与上述假设条件基本一致。
扩散的结果，在砂岩与泥浆直接接触处产生扩散电动势，井孔一方为负，岩层一方为正。
而砂岩中地层水通过泥岩向井中扩散，产生扩散吸附电动势，井孔一方为正，岩层一方为负。
如将这两种电动势表示成电池形式，并用等效电路联系起来后，便得图2-1-2所示的情况。
由图2-1-2可以看出，在由砂岩，泥岩，泥浆所组成的导电回路中，电动势是呈串联的。
因此，在该回路中由于扩散作用形成的总电动势（用SSP 表示）为该两电动势的代数和。
即w mf mf w mf wda d mf wda mfw d dad dad R R K C C K C C K K C C K C C K K K E E SSP lg lglg )(lg lg==+=+=+=+= (2-1-6) 式中K=K d +K da 称为总的扩散吸附电动势系数，一般称SSP 为静自然电位。
对于夹在纯泥岩中的纯砂岩层而言，在温度为18℃情况下，K 的绝对值为11.6+58=69.6mV 。
则当地层水和泥浆滤液均为NaCl 溶液，且C w =10C mf （或R mf =10R w ）时，井内离子扩散所形成的总的电动势等于69.6毫伏，且对着泥岩层的井为正，而对着砂岩层的井为负。
1.1.4.2井内自然电位的分布井内自然电动势形成之后，与周围的导电介质就构成了电流流动的闭和回路。
如图2-1-3a 所示，在岩层中心的上下有两个这样的闭合回路，均由扩散电动势E d 、扩散吸附电动势E da 以及井孔泥浆柱、砂岩和泥岩这几部分的等效电阻r m 、r t 和r s 组成。
由于电动势发出的电流在外电路上是从高电位流向低电位，所以等效闭合回路中电流的流动方向是从泥岩出发，经井内泥浆柱、砂岩层再回到泥岩。
在电流所经过的路径上，泥浆柱、砂岩和泥岩各部分等效电阻上都将产生一定的电压降。
根据在一个电阻上电位值沿电流方向降低的规律，所以，在自然电流所经过的泥浆柱上，电位值就沿电流流动的方向不断降低，从而造成该井段上不同点处有不同的电位值。
图2-1-3 井中自然电流回路、电流线及电位分布示意图为了进一步分析在电流所经过的泥浆柱上电位值的数量变化，如图2-1-3b 用电流线示出了电流的流动情况。
从电流线的分布图看出，在砂岩与泥岩交界面附近的井内，电流线最密集。
显然，那里的电流强度最大，单位距离上产生的电位降落也最急剧。
而越接近岩层中心的井段上，电流线逐渐发散而变稀，电位降落也趋于缓和。
井中这种电位值的变化特征，如图2-1-3c 的曲线所示。
显然，当岩层均匀且上下围岩的岩石性质相同时，岩层中心上下（a ）（b ）图2-4 自然电位测量原理图2-1-4 自然电位测量原理 井内的自然电位分布是对称的。
对着泥岩层的井内为正，对着砂岩层的井内为负。
当地层水的浓度C w 小于泥浆滤液的浓度C mf 时，离子扩散的结果则正好与上述情况相反，对着泥岩层的井内为负，对着砂岩层的井内为正电位。
