高分辨率声波钻孔电视及其在核废物地质处置深部岩体研究中的应用

声波钻孔电视测量是最早能获得钻孔直观图像的地球物理测井方法,新一代声波钻孔电视探头采用了先进的声波束聚焦技术、数字记录技术和数字化数据处理技术,具有精度高、分辨率高和测井速度快等特点。在高放废物深地质处置库场址预选和场址评价研究中,深部岩体的节理裂隙特征参数是场址性能评价的基础数据之一。利用高分辨率声波钻孔电视测井技术,可获得钻孔孔壁直观图像和孔壁各点的三维磁坐标和倾斜坐标参数。利用这些参数,计算钻孔的偏移量、进行钻孔裂隙统计分析、岩芯定向排列和评价局部范围内深部岩体节理裂隙和断裂构造的延伸特征等。声波钻孔电视是一种方便、快捷、精度高的深部岩体裂隙测量工具。

超声波钻孔电视在地应力测量研究中的应用

通过一个300m和一个800m典型钻孔的实际测试结果,揭示超声波钻孔电视在地应力测量研究领域中的几个应用实例,如:岩层裂缝的检测、地应力测试段的选定、岩芯定向,特别是对水压致裂法形成的诱发裂缝和孔壁崩落的测定及分析,在地应力测量研究中将可显示出较强的优势,尤其是最大水平主应力方向的获取,更优于其它方法。并将在两个钻孔中所得结果与常用的定向印模测试结果进行了对比,取得了较为一致的成果。关于超声波钻孔电视对水压致裂法诱发裂缝的测试还未曾见过报道。最后简述了地应力数值大小的推估研究与展望。

基于超声波钻孔电视的深部岩体结构面特征研究

深部岩体结构面特征是岩体质量评价的基础数据之一。利用超声波钻孔电视对甘肃北山芨芨槽花岗岩体的BS15#、BS16#钻孔进行测量,获得了深部岩体结构面的数量、密度、产状、优势方向组和结构面宽度等数据,并与岩心编录结果进行对比分析。分析结果表明超声波钻孔电视在深部岩体结构面研究中具有良好效果,但也存在一些不足,需要结合其他资料综合分析才能更好地发挥作用。

超声波成像钻孔电视在工程勘察中的应用

介绍了超声波成像系统的工作原理,利用超声波成像钻孔电视对大亚湾场址的4个钻孔进行了测试,并统计了结构面产状、间距和RQD,与岩芯和地面结构面统计结果进行了系统对比研究。超声波成像系统具有以下几方面的优点:它可以对地表露头和岩芯结构面统计结果进行校正和补充,评价深部岩体质量;其次,还可以针对不同类型仪器来选择其探头在钻孔中的安装位置,确定最大主应力方向,以及对部分工程质量进行检测。超声波成像钻孔电视已在工程勘察、水利工程、土木工程和采矿工程等领域得到了广泛的应用,是地学界非常有用的一种勘探技术。

基于钻孔超声波成像技术的普朗铜矿钻孔节理分布规律研究

对普朗铜矿矿区的四个钻孔开展了超声波成像测井工作,并根据监测数据解译了四个钻孔的结构面的产状、裂隙张开度及钻孔岩体完整性,钻孔超声波监测规律与已有地质编录资料吻合度很好。基于超声波测井技术的钻孔节理分布规律,为普朗铜矿地质、水文地质资料的评价提供了可靠的依据。超声波测井技术在普朗铜矿钻孔节理分布规律测量中得到很好的应用。

综合钻孔测量技术在导水构造水文地质特征评价中的应用

导水构造水文地质特征评价是高放废物地质处置系统场址选取和评价研究的重要任务。钻孔雷达测量可以提供断裂构造在岩体中横向的延展特征。钻孔声波电视测量可以获得钻孔孔壁360°连续图像。从这些图像上可以解译出岩性特征、结构面的走向和相互关系等信息。多参数水化学测井直接获得深部环境地下水水化学数据和垂向变化特征。双栓塞压水试验技术可以分段测量钻孔揭露岩体的渗透参数。任何单一的钻孔测量技术都不能准确、完整地描述导水构造的特征。综合钻孔测量技术将单一的钻孔测量技术有机结合起来,综合分析所获得的数据,既发挥综合效应,各类数据又可以相互验证,提高数据的可靠性。将综合钻孔测量技术应用于高放废物地质处置系统场址预选和评价研究中,以甘肃北山预选区3#(BS03)钻孔为例,建立导水构造的水文地质特征模型。

基于应力多边形与钻孔崩落的白鹤滩右岸厂房区地应力场特征研究

白鹤滩水电站是我国能源布局西电东送的骨干能源点。在水电站建设初期使用常规方法获得了一些地应力场数据,但随着地下厂房硐室开挖,出现了显著的高应力作用导致的脆性破坏。因此,开展开挖过程中的地下厂房围岩地应力场的研究对未来地下厂房的长期稳定性具有重要意义。利用高精度超声波井下电视成像系统对钻孔井壁进行扫描获取录井图像,使用Well CAD软件提取钻孔崩落宽度WBO,将基于Mohr-Coulomb摩擦准则以及Anderson断层理论形成的应力多边形法与基于修正Wiebols-Cook岩石强度准则的钻孔崩落法相结合,对应力量值进行限定估算,从而计算出工程区岩体应力场特征。研究结果显示工程区水平最大主应力方向为N30.15°E,水平最小主应力S_(h)、垂直主应力S_(V)、水平最大主应力S_(H)量值分别为11.62±0.34MPa、14.45±0.33MPa、25.88±5.61MPa,测试段应力量值大小关系为S_(h)<S_(V)<S_(H),应力结构类型为走滑断层型。对比分析表明,应力多边形与钻孔崩落法联合限定工程岩体应力场特征具有较高的准确性,为认识水电工程区应力场特征提供了一条可行的路径。

利用钻孔崩落数据再认识白鹤滩右岸地应力场特征

白鹤滩水电站是仅次于三峡水电站的第二大水电站,位于中国西南地区川滇菱形块体内的金沙江上。通常地壳应力状态是影响地下工程安全的重要地质因素,对地下硐室稳定性分析具有重要意义。在水电站右岸厂房建设过程中,为了水电站的长期安全运营,采用超声波井下电视录井测试系统对白鹤滩右岸厂房锚固洞内7处钻孔进行测试,基于钻孔崩落数据计算了现今白鹤滩右岸厂房区域上方工程岩体的主应力方向。研究结果表明:白鹤滩右岸厂房区域最大水平主应力(S_(H))方向为北北东—南南西方向,主要受到构造应力、自重应力、河流剥蚀作用以及岸坡卸荷作用的共同影响,属于局部构造应力场。

高放废物地质处置的岩体深部结构面特征研究——以甘肃北山高放废物地质处置地下实验室工程为例

岩体深部结构面是岩体工程质量评价、三维地质建模、钻孔水文地质试验和地下实验室工程设计等研究的重要影响因素。甘肃北山新场花岗岩地段已被确定为中国高放废物地质处置地下实验室的推荐场址。基于超声波钻孔电视技术和其他地质资料对场址岩体深部结构面特征开展研究,结果表明:场址内花岗岩体具有很好的完整性,有利于地下实验室的工程建造。场址周边断裂构造纵向延伸范围有限,断裂带规模和横向影响范围随深度增加而逐渐减小。结构面产状特征与区域构造特征相一致,为区域构造特征研究提供了佐证。研究成果为地下实验室工程的开挖设计提供了重要参考依据,并为区域基础地质研究提供参考资料。

利用孔壁竖向裂缝方位数据分析沂沭断裂带的地应力场特征

区域地应力场状态的特征参数对于区域地壳稳定性分析、深部能源和资源开采以及深部基础设施建设都至关重要。主应力方向是地应力场的重要特征指标之一。在众多基于钻孔的地应力测量与估算方法中,利用钻孔孔壁诱发裂缝(DITF)确定区域应力场最大水平应力方向是最直接的方法之一。利用跨沂沭断裂带布置的3个深度约400m的钻孔,于2012—2014年开展了为期3a的高精度超声波钻孔电视重复扫描录井及水压致裂应力测量工作,以期准确确定区域的地应力场特征。通过录井图像精确识别出竖向裂缝共199组,其中包括钻孔诱发裂缝99组、水压致裂裂缝43组、后期生长裂缝57组。经循环统计方法确定的沂沭断裂带区域应力场的最大水平主应力优势方向为92.28°,并在优势方向附近首次发现竖向裂缝自然生长现象,进一步验证了利用超声波钻孔电视确定应力方向的准确性。

某地下油库蚀变岩工程特性及岩体质量评价技术研究

地下水封油库对场区的工程地质条件要求较为严格。文章以场址综合勘探成果为基础,统计分析了花岗岩体中穿插的酸、中-基性岩脉的分布规律与产状,采用从宏观到微观的方法研究了蚀变花岗岩的工程性质。试验结果表明:中-基性岩脉与花岗岩接触带发生了粘土化蚀变,属于岩脉侵入的热液蚀变类型,不仅强度低,且具有弱膨胀性,极大地恶化了围岩工程性质;以超声波钻孔电视作为采集深部岩体信息的主要手段,结合钻探记录和岩芯编录资料,对岩体质量评价更加客观、可靠,建立了RMR和Q之间关系式,采用考虑膨胀性因素的Q系统判定岩体级别,以RMR与RQD值为参考和校正的岩体质量评价法较合理,洞库设计深度岩体质量主要为Ⅱ级围岩,局部岩脉及粘土化蚀变带、节理密集带的岩体质量为Ⅲ、Ⅳ级。最后利用Unwedge程序分析地下油库开挖过程不稳定块体,并验算了锚杆加固不稳定块体效果。

高渗压条件下基于非达西流的裂隙岩体渗透特性研究

钻孔高压压水试验是评估高水头条件下岩体渗透特性的主要手段。目前,高水压条件下岩体的渗透特性估算多借鉴基于Darcy流假定的钻孔常规压水试验行业规程推荐公式,尚缺乏成熟、有效的计算方法。基于非线性Izbash定律,建立高渗压条件下岩体渗透系数的估算公式,并将高压压水试验P-Q曲线分为线性段、非线性段和水力劈裂扩展段。提出的公式应用简便,各压水试验段岩体渗透系数的确定只需稳态下的流量和水头,并且表征水流流态的系数m可通过曲线拟合得到。通过对琼中抽水蓄能电站高岔区钻孔高压压水试验数据的研究表明,岩体的渗透特性不受水流流态的影响,在高压压水试验的线性段和非线性段基本保持一致;岩体发生水力劈裂后,岩体的渗透特性将急剧增大。建立的公式可为高渗压条件下岩体的渗透特性取值提供一种有效的途径。