|
水利水电工程前期地质勘察工作中，坝址的地层岩性、岩体结构特征、软弱岩层分布规律、岩体渗透性及卸荷与风化程度作为坝址勘察的基本内容[1]，采用传统的钻孔取芯方法可以得到一定长度和直径的岩石芯样，并且通过对芯样状态的描述以及力学实验可以间接得到对应地层深度下的岩石力学信息。但是钻杆在钻孔过程中对地层有一定的扰动，不能直观准确地反映地层下面的断层和产状裂隙的规模。 随着水利水电工程勘察要求的提高，采用更加精准的测井技术对钻孔进行直接测量就显得势在必行。20世纪90年代以来，井下电视成像技术开发越来越成熟，并成功应用于油水井故障检测和地质勘探中。由于内含微型集成电路的摄像模块和高质量信号传输系统以及光纤新材料的加入，使井下电视测井技术在勘探地质结构复杂时也能大显身手、成效明显[2]。本文结合新疆某水利工程勘察过程中，利用井下电视测井技术得到的岩性信息及分析结果，探讨井下电视成像技术在水利工程中的应用与前景。 1 井下电视成像技术的基本原理井下电视成像技术利用了光学成像原理，将井下孔壁的地层情况反映到地面显示终端，在测井过程中实时显示孔壁周围的图像。摄像头准确的将图像展示在主机的显示器上，是井下电视成像测井的关键技术[3]。井下电视成像系统一般分为3个部分：井下测量系统、传输系统、地面读取系统。在测井过程中，安装并密封完成以后，通过地面控制系统对探头下达命令进行相关操作，在探头自带可见光源的照明下，井下测量系统对孔壁周围进行拍摄，采集到孔壁图像，图像经过传输系统的九芯光纤电缆将图像呈现在主机上。 地面读取系统中采用DSP图像采集与处理技术，将井下测量系统传输的视频信号和计数脉冲信号分两路输出，一路输到录像机将合成信号记录在磁带上，另一路输出到主机屏幕上显示深度和孔壁图像。 2 工程概况及应用2.1 工程概况该工程区出露的地层岩性主要有古生代：泥盆系(D)灰绿色变质粉砂岩、凝灰质砂岩、砂砾岩夹杏仁状辉石安山玢岩；石炭系(C)灰绿、灰黑色凝灰质砂岩、凝灰砂砾岩、凝灰质粉砂岩，晶屑-岩屑凝灰岩、凝灰角砾岩；二迭系(P)桔黄色、红色砾岩夹砂岩、细砾岩及少量炭质页岩；中生代：三迭系(T)层状红色砾岩、夹薄层紫红色砂质泥岩、砂岩；侏罗系(J)灰黄绿色砂岩、粉砂岩与炭质泥岩及褐煤互层、局部夹砾岩；白垩系(K)红色、黄色砂岩、泥质粉砂岩夹砾岩及砂质泥岩；新生代：第三系红色泥岩、粉砂质泥岩或泥质粉砂岩为主，夹土黄色、灰黄色砂岩、粗砂岩、含砾砂岩、砂砾岩、砾岩；第四系(Q)以洪积、冲洪积和风积成因为主碎石土、含砾砂土、砂卵砾石、风积砂、洪积砂、粉土等。 据GB 18306—2015《中国地震动峰值加速度区划图》，该方案沿线场地50 a超越概率10%的地震动峰值加速度为0.05～0.15 g，对应的地震基本烈度为Ⅵ～Ⅶ。除东线线路大多处于区域稳定性较差地区外，其他工程都处于区域稳定性较好的地区。 2.2 工程应用在测量过程中，待钻探进行完毕并将孔内水清洗沉淀以后，现场需要将光纤电缆与探头组装并且保证其密封性良好，确保井下电视主机与探头工作性能正常，依靠探头自重由光纤电缆在钻孔内自由下落，下落过程中，探头将孔壁录像，且传输至主机，供操作人员观看并自动保存。 本次测量ZK89号钻孔位于新疆G216塘巴湖附近，孔深61 m，测量深度57.3 m，测量水位为20.4 m。利用井下电视成像技术的高精度、高清晰、和高分辨率的特点，对岩芯描述资料进行补充和完善，有利于对该钻孔的地质情况进行评估和决策。 3 测量结果及分析通过井下电视测量结果及岩芯照片对照分析可知：岩芯较破碎，测量过程中孔壁较破碎。获取该钻孔孔壁周围的图像以后，上传至IDOI分析软件，画出孔壁上的产状，得到产状的基本信息，通过对该钻孔内产状的统计和排序，部分产状走向见表1。 表1 钻孔裂隙统计  序号段起点深度/m段终点深度/m走向倾向倾角/°155.16355.185286.18NE16.69222.09722.184290.22NE49.33311.42611.473296.29NE32.41433.04433.143298.31NE52.91530.35230.385302.36NE23.79627.43227.508318.54NE45.64751.3851.424324.61NE30.19836.13536.235328.65NE53.27955.20255.31330.67NE551028.7128.767334.72NE37.171117.77718.002338.76NE71.551231.2331.342338.76NE56.291344.06344.304342.81NE72.691432.26432.302348.88NE27.081529.02129.134354.94NE56.291651.16551.244354.94NE46.611729.50829.657358.99NE63.351830.00330.0831.01SE47.091955.63555.7461.01SE55.982038.41438.5353.03SE58.352152.63352.6993.03SE41.42253.78953.8443.03SE36.522356.83856.9083.03SE43.062445.31745.45813.15SE62.082535.32835.40615.17SE46.132648.20748.55721.24SE77.922745.6445.76725.28SE59.43 由表1可以得到该钻孔所有产状的走向、倾向和倾角，将该统计结果导入节理源统计程序通过进行宏运算，得到最优走向所在的倾向和条数的坐标，按空间方位10°间隔为1组。节理走向玫瑰花图由半圆，方位角刻度线，方位角、半径标注，节理走向分组连续折线组成[4]。绘制完成后得到节理走向玫瑰花图如图1所示。  图1 ZK89走向节理玫瑰花示意 图1与区域地质构造结合，常将节理玫瑰花图，按测点位置标绘在地质图上供地质人员分析使用，可以清楚反映出不同构造部位的节理与构造，如褶皱和断层的关系，综合分析不同构造部位节理玫瑰花图的特征，可得出局部应力状况，甚至可以大致确定主应力轴的性质和方向。 在节理玫瑰花图的基础上，通过IDOI分析软件将孔壁图像与芯样情况进行对比分析，可以更加准确地进行地质情况的描述，孔壁图像如图2和图3所示，对应深度的芯样情况如图4和图5所示。 由图2至图5可见，井下电视测量孔壁内的成像结果与钻孔取芯的结果基本一致，在图像的掉块段，对应深度下的芯样也比较破碎。本次勘察应用了井下电视成像技术进行分析和判断，比较准确地得到了地质资料，为水利工程建设提供了科学依据和技术支撑。
 图4 41.8～42.1 m段孔内芯样 4 结语井下电视成像技术在水利工程中的应用，提高了勘察成果的精度，尤其是在钻孔取芯不能完全反映地下地质情况信息时，井下电视成像技术很好地弥补了这一不足。通过井下电视成像技术分析绘制的节理玫瑰花图，可以清楚反映出不同构造部位的节理与构造。在测量过程中，成像直观、清晰准确，作为一项新型的技术，在以后水利工程勘察中将会起到越来越重要的作用。 参考文献： [1] 马龙. 井下电视测井技术在工程勘察过程中的运用与研究[J].河南水利与南水北调，2016(3):86-88． [2] 高瑛. 数字高清井下电视测井仪关键技术研究[D].西安:西安石油大学，2016． [3] 王发青，刘金岩，李新宝. 钻孔井下电视成像技术在工程勘察中的应用[J].东北水利水电，2012，30(5):69． [4] 陈军. 基于excel绘制节理走向玫瑰花图[J].江淮水利科技，2014(6):10-11．
|
|
|
