淺談鉆孔電視在水利水電工程勘探中的應(yīng)用

余陽發(fā)

摘 ?要：在水利水電工程勘探中，應(yīng)用鉆孔電視可以幫助解決一些疑難地質(zhì)問題，文章介紹了鉆孔電視可以直觀地再現(xiàn)孔內(nèi)結(jié)構(gòu)體并進(jìn)行定量分析，簡述其在實(shí)際工作應(yīng)用中的資料整理及鉆孔電視的工作原理和工作條件。

關(guān)鍵詞：水利水電工程;鉆孔電視;應(yīng)用領(lǐng)域;使用方法。

中圖分類號(hào)：TV221.1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）36-0029-02

隨著物探儀器設(shè)備的改進(jìn)，物探方法手段更趨于多樣化，其中鉆孔電視目前在我國工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、石油勘探、交通運(yùn)輸?shù)人姽こ探ㄖ阮I(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。實(shí)踐證明鉆孔電視在探測深部地質(zhì)構(gòu)造、巖溶，查明軟弱夾層，檢查灌漿質(zhì)量和效果等方面的應(yīng)用效果比較好。鉆孔電視能真實(shí)直觀地看到鉆孔孔壁的地質(zhì)現(xiàn)象，而且能將整個(gè)鉆孔進(jìn)行視頻成像，并可成鉆孔展開圖，可以直觀地再現(xiàn)孔內(nèi)結(jié)構(gòu)體并進(jìn)行定量分析。這一獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是其它探測方法所不能及否。

我院將鉆孔電視成像作為一種勘探手段，廣泛地應(yīng)用于水利水電工程地質(zhì)勘探，重點(diǎn)解決壩基軟弱夾層的探視，大壩砼質(zhì)量檢查，黏土心強(qiáng)質(zhì)量檢查以及其他工程地質(zhì)的探測工作，解決了一些疑難地質(zhì)問題，取得了一定效果。

1 ?鉆孔成像方法簡介

我院鉆孔成像工作使用的儀器為JL-IDOI鉆孔電視成像儀，用鉆孔成像方法來解決工程地質(zhì)問題，主要是對鉆孔成像儀在鉆孔中拍攝的孔壁圖像進(jìn)行分析，根據(jù)孔壁各種各樣的圖像分析判斷鉆孔內(nèi)的各種地質(zhì)現(xiàn)象。

1.1 ?工作原理

深度計(jì)數(shù)器用來記錄探頭在鉆孔內(nèi)行進(jìn)的深度，探頭內(nèi)帶LED發(fā)光二極管和攝像機(jī)，用來攝取孔壁圖像，獲得的視頻信號(hào)通過視頻傳輸電纜傳到主機(jī)，主機(jī)接收到深度計(jì)數(shù)器傳來的深度脈沖信號(hào)和探頭傳來的視頻信號(hào)，計(jì)算探頭所在的位置，開始采集后儀器將鉆孔內(nèi)實(shí)際情況進(jìn)行視頻錄制和成像。

1.2 ?鉆孔電視外業(yè)工作

首先要了解鉆孔的鉆進(jìn)情況，有無掉塊卡鉆現(xiàn)象;孔內(nèi)水的透明度，所取巖芯的巖性及完整程度。

2 ?鉆孔圖像資料的整理

因?yàn)閮x器自帶的巖性地層節(jié)理裂隙產(chǎn)狀描述往往存在一定的誤差，在實(shí)際應(yīng)用中要依據(jù)一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來糾正。下面簡單介紹以下資料整理過程中的方法。

2.1 ?產(chǎn)狀的計(jì)算

根據(jù)孔壁攝影圖像所拍攝的夾層、裂隙、斷層在圖像平面上反映的各種形狀的曲線和拍攝方位，可以計(jì)算他們的傾角及真厚度。

傾向的確定：在垂直鉆孔中，傾斜面在孔壁圖像上表現(xiàn)為正弦曲線，正弦曲線波谷所對應(yīng)的羅盤方位即代表傾斜面的傾向。

2.1.1 ?傾角計(jì)算（只考慮完整正弦曲線）

其中，Φ=tg-1A（h-c）/2B

Φ為傾角;

A為攝影倍數(shù);

h為在圖像上直接量得的正弦曲線;

h為在圖像上直接量得的正弦曲線波峰和波谷的高度;

B為拍攝孔段的實(shí)際孔壁半徑;

C為孔壁圖像重迭校正系數(shù)。

2.1.2 ?真厚度計(jì)算

H=A（L-C）COSφ

L為在圖像上垂直于水平面量得的裂隙、夾層或斷層寬度;

在傾斜鉆孔中產(chǎn)狀的計(jì)算首先要用鉆孔測斜器對鉆孔進(jìn)行測斜度校正，計(jì)算比較復(fù)雜，同時(shí)用的也比較少，這里就不作介紹。

2.2 ?鉆孔拍攝圖像的分析判斷

鉆孔拍攝圖像是在干孔或清水鉆孔中直接拍攝的孔壁展示圖，它比較逼真地反映出鉆孔內(nèi)壁的表面情況，但如何根據(jù)這種在特定的環(huán)境中拍攝的圖像來判斷它所反映的地質(zhì)現(xiàn)象？本人根據(jù)多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)淺談一些看法。

①節(jié)理裂隙的判斷。除風(fēng)化裂隙分布雜亂難以找到規(guī)律外，構(gòu)造裂隙一般均有一定的規(guī)律可循，張裂隙開口較大，圖像呈現(xiàn)較寬大的線條，有的甚至夾雜著碎裂物，壓扭性斷層多為緊密的閉合狀，節(jié)理成平直的線條，在觀測中一定要注意節(jié)理或節(jié)理組的相互切割關(guān)系，并大致測定其產(chǎn)狀，以便進(jìn)一步研究確定工程地質(zhì)意義。

②軟弱結(jié)構(gòu)面的判斷。軟弱結(jié)構(gòu)面可以分為原生夾層狀和次生切層狀的兩種形式，原生軟弱夾層結(jié)構(gòu)面多為薄層粘土性巖石，在地下水作用下巖層軟化，這種結(jié)構(gòu)面從成分、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)狀與圍巖不太好分，在鉆孔電視圖像上應(yīng)結(jié)合鉆探、測井等地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析。切層的結(jié)構(gòu)面大部分是后期構(gòu)造產(chǎn)生的，里面多夾有泥質(zhì)薄層，有的還有碎裂物質(zhì)，在圖像上對比清楚，比較容易判斷。

③斷層的分析判斷。斷層是一種常見的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，在工程地質(zhì)勘察中常用物探手段勘察斷層，除一些常規(guī)的方法外借助于鉆孔電視配合鉆探可以勘察斷層的性質(zhì)、走向、填充物質(zhì)等。

在鉆孔圖像上見到與巖層正常產(chǎn)狀不同的新的界面，巖石完整程度也突然改變，在這新界面以下連續(xù)數(shù)圈以至數(shù)十圈形成一個(gè)與完整巖石外觀完全不同的特殊帶，在這一特殊帶的下面又是一個(gè)和新界面產(chǎn)狀一致的下界面，這就是規(guī)模較大的斷層圖像特征。兩個(gè)界面為斷層的上下斷層面，中間的特殊帶即為斷層帶，在斷層帶中可見到巖層的擠壓現(xiàn)象及角礫巖等斷層特征。根據(jù)圖像的比例可在判讀上下界面的垂直距離及傾斜角度和利用攝像的羅盤可大致判斷斷層產(chǎn)狀。當(dāng)斷層規(guī)模很小上下界面都不清楚，又看不到斷層物質(zhì)，就要詳細(xì)觀察是否有錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象或擦劃痕跡等。

④黏土心強(qiáng)質(zhì)量檢查孔的判斷。黏土心強(qiáng)質(zhì)量檢查孔重點(diǎn)是觀察壩體心強(qiáng)裂隙、土質(zhì)疏松帶、高含水量帶及多夾雜物帶，這些異常帶鉆孔電視圖像上可以進(jìn)行直接判斷，例如壩體裂隙，在圖像上可以詳細(xì)量到其寬度、形狀、延伸等用于確定其穩(wěn)定性，土質(zhì)疏松帶大部分是由于夯實(shí)不好而引起的，圖像上表現(xiàn)多孔且有網(wǎng)格狀裂隙，高含水帶在圖像上常常發(fā)現(xiàn)由于鉆探取樣及起下鉆具而形成的豎向擦劃痕跡，使黏土結(jié)構(gòu)及孔壁受到破壞;以及黏土心強(qiáng)中的夾雜物等情況都可以從鉆孔電視圖像上直接判讀出來。

3 ?應(yīng)用實(shí)例圖片

本人在工地上應(yīng)用鉆孔電視拍攝的實(shí)例圖像，如圖1所示，僅供參考。

利用鉆孔電視成像解決工程地質(zhì)問題和進(jìn)行大壩質(zhì)量檢查所取得的一些成果還是比較理想的，具有一定的使用價(jià)值，它能直觀地反映地下的工程地質(zhì)問題，顯示了這種手段的優(yōu)越性，但在實(shí)踐工作中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如，儀器工作性能還不夠穩(wěn)定，應(yīng)用環(huán)境受到一定的限制，儀器羅盤精度還不夠精確等。尤其是軟件應(yīng)用開發(fā)還有待于加強(qiáng)。如，巖性編錄存在誤差還需借助于手工量測和計(jì)算。

展望未來，相信鉆孔電視應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更加廣泛和開闊。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周斌.地質(zhì)勘測方法與技術(shù)在水利水電工程的應(yīng)用[J].廣東科技，2007，（3）.