井下電視測(cè)井技術(shù)在工程勘察過程中的運(yùn)用與研究

□馬　龍（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院地質(zhì)勘察研究所）

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井下電視測(cè)井技術(shù)在工程勘察過程中的運(yùn)用與研究

□馬龍（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院地質(zhì)勘察研究所）

摘要：井下電視成像技術(shù)是基于數(shù)字視頻體制的井下實(shí)時(shí)成像技術(shù)，成像測(cè)井的結(jié)果采用展開式鉆孔柱狀圖方式表示，直觀形象，便于分析，對(duì)工程鉆探測(cè)井起到舉足輕重的作用。文章結(jié)合某水庫工程壩基透水率勘察，對(duì)勘察過程中鉆孔透水率異常段采用井下電視成像技術(shù)進(jìn)行分析，并結(jié)合鉆孔巖芯和地質(zhì)壓水試驗(yàn)成果對(duì)比分析，確定壩基透水率較大段巖體的具體成因，從而對(duì)壩基防滲處理提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：井下電視；壓水試驗(yàn)；鉆孔巖芯；光學(xué)成像

0　引言

在水利水電工程地質(zhì)勘察中，鉆探是一種主要的勘察手段。工程勘察鉆孔結(jié)束后，常常會(huì)采用聲波測(cè)井、電測(cè)井等常規(guī)方法對(duì)鉆孔進(jìn)行測(cè)井；通過聲波測(cè)井可以計(jì)算巖體的動(dòng)力學(xué)參數(shù)；通過電測(cè)井可以了解含水層的位置和厚度等。這些測(cè)井方法在理論、方法和技術(shù)上都比較成熟，測(cè)井效果也比較好，但它們都是一種間接的測(cè)井方法，受工作理論及地質(zhì)條件復(fù)雜性的影響，勘測(cè)資料的精度還不夠高。隨著工程勘察要求越來越高，僅靠這些間接的參數(shù)還不夠，要對(duì)鉆孔內(nèi)一些特殊地質(zhì)問題及事故做出直觀反映，傳統(tǒng)測(cè)井方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

井下電視成像技術(shù)是國外20世紀(jì)90年代開發(fā)并成功應(yīng)用于油水井故障檢測(cè)的一項(xiàng)新技術(shù)[1]。該技術(shù)能夠直觀準(zhǔn)確的觀測(cè)井下的各種情況，可信度高，井下電視測(cè)井與聲波測(cè)井、電測(cè)井等其他測(cè)井方法可以取長(zhǎng)補(bǔ)短。文章結(jié)合某水庫工程勘察過程中，利用井下電視成像技術(shù)詳細(xì)直觀的查明壩基巖體透水率較大的具體原因，說明了井下電視成像技術(shù)在水利水電勘察過程中的重要性。

1　井下電視成像技術(shù)的基本原理

井下電視成像技術(shù)利用了光學(xué)成像原理，將井下孔壁的地層情況反映到地面顯示終端，在測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示測(cè)井圖像。它有7部分組成，分別為探頭部分、電纜部分、電子計(jì)數(shù)絞車部分、深度計(jì)數(shù)視頻疊加部分、控制器部分、錄像機(jī)及監(jiān)視器部分以及圖像采集編輯部分。測(cè)井時(shí)，在防水承壓艙里裝進(jìn)攝像頭和帶有自動(dòng)調(diào)節(jié)光圈的廣角鏡頭，然后放入需要檢測(cè)的鉆孔內(nèi)，通過電纜把拍攝到的孔壁四周及下部的全景圖像傳送到地面監(jiān)視器顯示，檢測(cè)人員就可實(shí)時(shí)觀看孔壁四周的圖像，同時(shí)由錄像機(jī)記錄下整個(gè)檢測(cè)過程的圖像[2]。

攝像機(jī)將孔壁四周的信號(hào)拍攝下來，經(jīng)電纜電子傳輸?shù)街鳈C(jī)。傳輸?shù)男盘?hào)包括視頻信號(hào)和光電脈沖信號(hào)。主機(jī)將視頻信號(hào)和計(jì)數(shù)脈沖合成并分兩路輸出，一路輸?shù)戒浵駲C(jī)將合成信號(hào)記錄在磁帶上，另一路輸出到監(jiān)視器屏幕上顯示圖像信號(hào)和深度。

2　井下電視成像技術(shù)在某水庫工程勘察中的應(yīng)用

壩址的地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)特征、軟弱巖層分布規(guī)律、巖體滲透性及卸荷與風(fēng)化程度作為壩址勘察的基本內(nèi)容，通常對(duì)于巖體的滲透性及軟弱夾層分布規(guī)律的了解主要依靠鉆孔取芯及孔內(nèi)壓水試驗(yàn)取得，然而鉆孔取芯通常由于樣品擾動(dòng)大難以識(shí)別，壓水試驗(yàn)成果只能反映透水率大小而不能準(zhǔn)確反映出造成透水率偏大的具體原因；采用井下電視成像技術(shù)結(jié)合壓水試驗(yàn)成果可以直觀的看出透水率較大段巖體的具體形態(tài)及分布情況。文章結(jié)合某水庫工程壩基巖體透水率勘察為例，運(yùn)用井下電視成像技術(shù)對(duì)壩基巖體透水率較大段的位置及成因進(jìn)行分析，為今后壩基灌漿處理提供可靠依據(jù)。

2.1工程概況

該水庫工程是某河上的控制性工程，主要承擔(dān)灌溉、防洪等綜合利用工程任務(wù)。水庫樞紐工程建筑物由混凝土面板砂礫石壩、表孔溢流堰、沖沙閘、引水閘、混凝土重力壩段組成。水庫正常蓄水位1315.00 m，死水位1302.00 m，正常蓄水位相應(yīng)庫容1470萬m3，死庫容127萬m3，調(diào)節(jié)庫容1343萬m3。

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)的規(guī)定，確定該水庫工程等別為Ⅲ等工程，工程規(guī)模為中型，主要建筑物大壩為3級(jí)建筑物。大壩由混凝土面板砂礫石壩段、泄洪沖砂閘壩段和混凝土取水口壩段組成。

2.2壩址區(qū)巖土體透水特性成因分析

擬選上、下壩線主要巖性為寒武系上統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)丘里塔格群灰?guī)r、第四系下更新統(tǒng)冰水沉積礫巖和全新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石。

砂卵礫石層分布于現(xiàn)代河床及右岸Ⅰ級(jí)階地，右岸Ⅰ級(jí)階地最大厚度3.30 m左右，其滲透系數(shù)K20=8.90×10-3～3.00× 10-1cm/s，為中～強(qiáng)透水層，對(duì)于壩基均須進(jìn)行防滲處理。

礫巖是構(gòu)成壩址河床的主要基巖，在河床總體上呈現(xiàn)左厚右薄的分布形態(tài)。河床左側(cè)礫巖厚度較大，分布形態(tài)呈“U”型槽，根據(jù)上壩線鉆孔壓水試驗(yàn)資料反映，基巖透水率q＜5 Lu界限埋深最大在基巖面以下80 m（高程1209 m）左右，80 m以上透水率一般在8～24 Lu，大值為73-102 Lu（15 m以上），具中等透水性；80 m以下基巖透水率均在0.50～1.60 Lu之間，具微透水性。河床右側(cè)礫巖厚度較薄，該層基巖透水率q＜5 Lu界限埋深最大在基巖面以下18 m（高程1271 m）左右，18 m以上透水率一般在6～16 Lu，少部分地段強(qiáng)風(fēng)化層上部和弱風(fēng)化層上部透水率可達(dá)56.60～70.10 Lu，具中等透水性；18 m以下基巖透水率均在0.40～4.00 Lu之間，具弱～微透水性。

灰?guī)r是構(gòu)成壩址兩岸及河床底部的主要基巖，據(jù)上壩線左岸ZK5、ZK10號(hào)鉆孔資料，壩址左岸基巖透水率q＜5 Lu界限埋深一般在基巖面以下83～91 m左右，83～91 m以上段基巖透水率一般在7.10～45.40 Lu之間，具中等透水性，83～91 m以下段基巖透水率在0～4.20 Lu之間，具弱—微透水性；據(jù)上壩線右岸ZK8、ZK12號(hào)鉆孔資料，壩址右岸基巖透水率q＜5 Lu界限埋深一般在基巖面以下61 m左右，61 m以上基巖透水率7.60～68.80 Lu之間，具中等透水性，61 m以下基巖透水率1.40～4.30 Lu之間，具弱透水性。

根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)資料顯示，鉆孔垂直方向由上至下透水率呈現(xiàn)無規(guī)律性、不穩(wěn)定趨勢(shì)；以ZK12鉆孔壓水試驗(yàn)成果為例，見表1，該孔在第四段（23.40 m～28.50 m）壓水試驗(yàn)值突然成倍增大，且該段上下巖體透水率均＜5 Lu，為透水率異常段。

表1　2K12號(hào)鉆孔壓水試驗(yàn)成果表

該段巖芯照片見下圖1、圖2，從照片中可以看出25.00～28.50 m段巖體較破碎，多呈碎塊狀，而其上部與下部巖體較完整，多呈短柱狀。

圖2　壩址區(qū)河床ZK12號(hào)孔25～35m范圍礫巖巖芯中巖溶現(xiàn)象圖

為了進(jìn)一步查明透水率較大段巖體特性，對(duì)該段巖體進(jìn)行了室內(nèi)磨片鑒定，鑒定結(jié)果如表2。

表2　壩址區(qū)河床冰水沉積礫巖磨片鑒定試驗(yàn)成果表

為了驗(yàn)證壓水試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，以及確定透水率較大段巖體的具體分布位置及巖性具體特征，對(duì)該孔進(jìn)行了全孔井下電視觀測(cè)，對(duì)于透水率異常段巖體進(jìn)行詳細(xì)拍攝，拍攝成果見圖3。從圖片中可以看出異常段上部及下部巖體較完整，無裂隙發(fā)育，只有少量溶孔發(fā)育，而在異常段25.80～28.00 m段清晰可見一條上下貫通裂隙，裂隙寬1～2 cm，裂隙主要是由于灰?guī)r溶蝕形成貫通的溶縫。

圖3　透水率異常段巖體立體成像圖

據(jù)壩址區(qū)鉆孔巖芯、壓水試驗(yàn)、礫巖磨片鑒定，結(jié)合井下電視攝影資料綜合分析認(rèn)為，河床冰水沉積礫巖透水率及透水率q＜5Lu界限埋深大主要原因在于礫巖中礫石母巖主要成分為灰?guī)r，灰?guī)r被溶蝕，在礫巖中形成溶孔、溶縫，且局部貫通等造成。垂直方向由上至下透水率呈現(xiàn)無規(guī)律性、不穩(wěn)定趨勢(shì)的主要原因在于礫巖母巖成分中灰?guī)r在不同深度被不同程度溶蝕，溶孔、溶縫分布的差異性造成。

2.3小結(jié)

由井下電視成像技術(shù)拍攝所得成果分析，井下拍攝非常詳細(xì)且直觀明了，比在勘察中只利用鉆探技術(shù)所得到的結(jié)果更加清晰詳細(xì)，并且進(jìn)一步修正了鉆探所得成果。因此井下電視作為鉆探的一種有效輔助手段，在鉆孔透水率異常突變，巖芯照片不易判別具體成因的情況下，可以輔助鉆探詳細(xì)查明透水率較大段巖體的具體分布位置及成因類型。

對(duì)于中小型水庫來說，水庫滲漏會(huì)嚴(yán)重影響到水庫的死庫容和興利庫容，查明壩基巖體透水率的大小分布情況則直接關(guān)系到水庫運(yùn)行后滲漏情況；本次勘察運(yùn)用井下電視成像技術(shù)進(jìn)行分析，詳細(xì)的查明了壩基透水率異常段巖體分布具體位置及成因類型，為工程建設(shè)過程中壩基灌漿處理提供了科學(xué)依據(jù)及合理的保障。

3　結(jié)語

在水庫工程壩基勘察過程中，對(duì)基巖透水率大小判定的常規(guī)方法主要是通過鉆探取芯及孔內(nèi)壓水試驗(yàn)，由于鉆井工藝的不同，往往會(huì)造成巖體擾動(dòng)破碎，單從巖心很難判別巖體完整情況；壓水試驗(yàn)通常會(huì)因?yàn)橹顾Ч缓没蛉藶橐蛩貙?dǎo)致結(jié)果失真；當(dāng)遇到透水率突變的異常情況下，通過井下電視成像技術(shù)結(jié)合鉆孔巖芯照片及巖性分析，可以直觀清晰的反映出巖體異常段的具體分布位置、裂隙大小方向及成因類型；為后期灌漿處理提供準(zhǔn)確依據(jù)。

井下電視成像結(jié)果具有直觀可視、色彩豐富、清晰精確的特點(diǎn)，該技術(shù)在此次水庫工程壩基勘察過程中起到了非常重要的作用。作為一項(xiàng)新型技術(shù)，其在日后水庫工程勘察中作用將會(huì)越來越明顯，并且具有廣闊的應(yīng)用前景。

（責(zé)任編輯：趙鑫）

收稿日期：2016-01-22

中圖分類號(hào)：TN949. 6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8853（2016）03-0086-03