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钻孔电视成像仪在水利水电工程勘探中的应用
发布时间:2018-05-15   点击次数:499次
  钻孔电视成像仪在水利水电工程勘探中的应用
  随着物探仪器设备的改进,物探方法手段更趋于多样化,其中钻孔电视成像仪目前在我国工程地质、水文地质、石油勘探、交通运输等水利水电工程建筑等领域得到了广泛的运用。实践证明钻孔电视成像仪在探测深部地质构造、岩溶,查明软弱夹层,检查灌浆质量和效果等方面的应用效果比较好。钻孔电视成像仪能真实直观地看到钻孔孔壁的地质现象,而且能将整个钻孔进行视频成像,并可成钻孔展开图,可以直观地再现孔内结构体并进行定量分析。这一独特的优点是其它探测方法所不能及否。
  将钻孔电视成像仪成像作为一种勘探手段,广泛地应用于水利水电工程地质勘探,重点解决坝基软弱夹层的探视,大坝砼质量检查,黏土心强质量检查以及其他工程地质的探测工作,解决了一些疑难地质问题,取得了一定效果。
  1  钻孔成像方法简介
  钻孔电视成像仪,用钻孔成像方法来解决工程地质问题,主要是对钻孔成像仪在钻孔中拍摄的孔壁图像进行分析,根据孔壁各种各样的图像分析判断钻孔内的各种地质现象。
  1.1  工作原理
  深度计数器用来记录探头在钻孔内行进的深度,探头内带LED发光二极管和摄像机,用来摄取孔壁图像,获得的视频信通过视频传输电缆传到主机,主机接收到深度计数器传来的深度脉冲信和探头传来的视频信,计算探头所在的位置,开始采集后仪器将钻孔内实际情况进行视频录制和成像。
  1.2  钻孔电视成像仪外业工作
  要了解钻孔的钻进情况,有无掉块卡钻现象;孔内水的透明度,所取岩芯的岩性及完整程度。
  2  钻孔图像资料的整理
  因为仪器自带的岩性地层节理裂隙产状描述往往存在一定的误差,在实际应用中要依据一定的实践经验来纠正。下面简单介绍以下资料整理过程中的方法。
  2.1  产状的计算
  根据孔壁摄影图像所拍摄的夹层、裂隙、断层在图像平面上反映的各种形状的曲线和拍摄方位,可以计算他们的倾角及真厚度。
  倾向的确定:在垂直钻孔中,倾斜面在孔壁图像上表现为正弦曲线,正弦曲线波谷所对应的罗盘方位即代表倾斜面的倾向。
  2.1.1  倾角计算(只考虑完整正弦曲线)
  其中,Φ=tg-1A(h-c)/2B
  Φ为倾角;
  A为摄影倍数;
  h为在图像上直接量得的正弦曲线;
  h为在图像上直接量得的正弦曲线波峰和波谷的高度;
  B为拍摄孔段的实际孔壁半径;
  C为孔壁图像重迭校正系数。
  2.1.2  真厚度计算
  H=A(L-C)COSφ
  L为在图像上垂直于水平面量得的裂隙、夹层或断层宽度;
  在倾斜钻孔中产状的计算要用钻孔测斜器对钻孔进行测斜度校正,计算比较复杂,同时用的也比较少,这里就不作介绍。
  2.2  钻孔拍摄图像的分析判断
  钻孔拍摄图像是在干孔或清水钻孔中直接拍摄的孔壁展示图,它比较逼真地反映出钻孔内壁的表面情况,但如何根据这种在特定的环境中拍摄的图像来判断它所反映的地质现象?本人根据多年来的实践经验浅谈一些看法。
  ①节理裂隙的判断。除风化裂隙分布杂乱难以找到规律外,构造裂隙一般均有一定的规律可循,张裂隙开口较大,图像呈现较宽大的线条,有的甚夹杂着碎裂物,压扭性断层多为紧密的闭合状,节理成平直的线条,在观测中一定要注意节理或节理组的相互切割关系,并大致测定其产状,以便进一步研究确定工程地质意义。
  ②软弱结构面的判断。软弱结构面可以分为原生夹层状和次生切层状的两种形式,原生软弱夹层结构面多为薄层粘土性岩石,在地下水作用下岩层软化,这种结构面从成分、结构和产状与围岩不太好分,在钻孔电视成像仪图像上应结合钻探、测井等地质资料进行综合分析。切层的结构面大部分是后期构造产生的,里面多夹有泥质薄层,有的还有碎裂物质,在图像上对比清楚,比较容易判断。
  ③断层的分析判断。断层是一种常见的地质构造现象,在工程地质勘察中常用物探手段勘察断层,除一些常规的方法外借助于钻孔电视成像仪配合钻探可以勘察断层的性质、走向、填充物质等。
  在钻孔图像上见到与岩层正常产状不同的新的界面,岩石完整程度也突然改变,在这新界面以下连续数圈以数十圈形成一个与完整岩石外观完全不同的特殊带,在这一特殊带的下面又是一个和新界面产状一致的下界面,这就是规模较大的断层图像特征。两个界面为断层的上下断层面,中间的特殊带即为断层带,在断层带中可见到岩层的挤压现象及角砾岩等断层特征。根据图像的比例可在判读上下界面的垂直距离及倾斜角度和利用摄像的罗盘可大致判断断层产状。当断层规模很小上下界面都不清楚,又看不到断层物质,就要详细观察是否有错动现象或擦划痕迹等。
  ④黏土心强质量检查孔的判断。黏土心强质量检查孔重点是观察坝体心强裂隙、土质疏松带、高含水量带及多夹杂物带,这些异常带钻孔电视成像仪图像上可以进行直接判断,例如坝体裂隙,在图像上可以详细量到其宽度、形状、延伸等用于确定其稳定性,土质疏松带大部分是由于夯实不好而引起的,图像上表现多孔且有网格状裂隙,高含水带在图像上常常发现由于钻探取样及起下钻具而形成的竖向擦划痕迹,使黏土结构及孔壁受到破坏;以及黏土心强中的夹杂物等情况都可以从钻孔电视成像仪图像上直接判读出来。
  展望未来,相信钻孔电视成像仪应用领域会更加广泛和开阔。

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