井下电视成像技术在乔诺水库地质勘察中的应用

仝卫超

(新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，乌鲁木齐 830052)

0 前 言

在水利水电工程前期工程地质勘察中，坝址区工程地质勘察的基本内容是地层岩性、岩体结构特征、软弱岩层分布规律、岩体渗透性及卸荷和风化程度[1]。由于大多数水利水电工程地质勘察位于山区，地质勘察过程中大多采用传统的钻孔取芯方法，虽然可以获得一定长度和直径的岩芯，但钻杆在钻进过程中对地层有一定程度的扰动，岩芯有时不能准确地反映断层、裂隙的规模和产状。随着水利水电工程勘察要求的提高，采用先进、精确的测井技术对钻孔进行图像记录供地质勘察人员分析地层情况显得越来越重要。

随着20世纪90年代以来水利和油田开采要求的提高，井下电视成像技术发展日新月异，已成功应用于油井和地下隧洞探测中。由于增加了带有微集成电路的摄像模块、高质量的信号传输系统和光纤，使得井下电视成像技术在探测地质构造条件复杂的情况下，供地质勘察人员复判地层条件，取得显著效果[2]。

2 工程概况及技术应用

2.1 工程概况

乌瑞克河位于新疆维吾尔自治区的西南端克孜勒苏柯尔克孜自治州，是乌恰县境内的一条主要河流。该河流发源于天山南脉海拔4687m的阿克巴什阿尤山南坡，是克孜河支流卡浪沟吕克河的支流之一。新疆乔诺水库位于乌瑞克河中下游河段，是乌瑞克河上一座控制性水库，是一座具有灌溉、防洪等综合利用任务的水利工程。坝址位于新疆乌恰县乌瑞克河中下游乔诺村附近。水库西距乌恰县15km，南距阿图什市40km。工程区南邻3013国道与309省道，坝址前段为康什维尔村村道及阿克气田修建的便道，后段进入山区为沿河砂砾石便道，交通条件一般。

根据1/400万《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)，乔诺水库所在场址50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.30g，地震基本烈度为Ⅷ度，区域构造稳定性属于较差。

2.2 技术应用

井下电视成像的原理是使用光学成像，随着测井深度的增加持续实时记录孔壁四围的图像，将钻孔内孔壁的情况反映在手持显示屏中。井下电视成像的主要技术就是实时观察和记录[3]。一般井下电视成像系统由三个部分组成：井下探头记录系统、电缆传输系统、地面主机读取系统。从井下电视安装完成到密封性检查以后，将探头放入钻孔中央，随着电缆传输深度的增加，探头开始对钻孔四周的孔壁进行探测和记录。在测井过程中，图像经过主机和探头之间的的光纤电缆进行图像数据传输成像。

水库两岸坝肩发育上石炭统(C3)微晶灰岩，巨厚层-厚层状构造，灰色，岩层产状280°NE∠50-55°,层面倾上游略倾岸外。受断裂构造的影响，左岸坝肩岩体多呈次块状结构，隐节理发育，受构造影响岩块强度偏低。对新疆乔诺水库上坝址左右两岸坝肩ZK3和ZK4钻孔岩芯进行现场描述时发现，岩芯相对完整，但压水试验结果得出的分段透水率偏大。因此对ZK3和ZK4进行了井下电视测孔，ZK3钻孔深度70m，测量深度64m,ZK4钻孔深度90.3m，测量深度88.2m。两岸坝肩孔内均无水。

3 测量结果及分析

3.1 ZK3钻孔分析

坝肩的工程地质条件分析往往结合区域构造、钻孔岩芯、压水试验进行综合分析，为设计防渗深度提供可靠的依据和支撑。本次勘察过程中，通过现场岩芯照片可以看出，ZK3钻孔26.8-28.1m处钻孔岩芯破碎(如图1)，为含砾石黏土，推测该处发育一断层，岩芯呈断层泥状态。现场压水试验结果表明ZK3号孔25.1-30.2m段透水率为38.4Lu，远远大于设计要求的5Lu线。为了进一步查清孔内孔壁情况，对ZK3进行了井下电视成像(如图2)。

图1 左坝肩ZK3节理玫瑰花图

图 2 ZK3孔26.8-28.1m岩芯处为断层泥 图3 ZK3孔26.8-28.1m破碎掉块

由成像可以看出，井下电视测量孔壁内的成像结果与钻孔取芯的结果可以对应起来，井下电视呈现的图像比较破碎时，对应深度下的钻孔芯样也多呈碎块状。该段压水试验结果透水率大，与钻孔芯样状态和井下电视成像结果基本相符，地质条件分析和结果可靠。

在电脑上分析该钻孔孔壁的图像以后，上传至井下电视节理裂隙统计分析软件，将孔壁上的节理裂隙产状用软件绘出，得到该段岩芯构造的基本情况，通过建立表格统计并对该钻孔内产状进行统计和排序，部分产状走向见下表1。

表1 ZK3钻孔裂隙统计表

由表1可以得到该钻孔内地层岩性产状的走向、倾向和倾角，并且通过执行宏来引入统计结果，通过计算得到该钻孔岩层的最优走向和条数，根据空间方向以10°间隔为一组绘制半圆，其中需要在节理走向玫瑰花图上标注方位角刻度线，方位角、半径等，节理走向分组由连续的折线组成[4]。绘制完成后，ZK3孔内岩层得到节理走向玫瑰花图如下图3。

根据现场地质测绘及本次调查，受托特拱拜孜-阿尔帕雷克断裂分支影响，坝址区小断层较发育，左坝肩主控断层为f1：55°NW∠75°，压扭性，长度大于100m,带宽5-12cm，带内主要为角砾岩。f2：280-290°NE∠50-55°，面粗糙，大部分闭合无充填，多沿层间发育，倾向上游，发育间距不等，小则1-2m，大则10m以上，延伸长30-100m，个别长达200m以上，两岸坡均有分布。与钻孔节理玫瑰花图基本一致，结果可靠。

3.2 ZK4钻孔分析

ZK4钻孔59.4-63.4m处钻孔岩芯破碎(如图4)，多呈小于5cm碎块状。现场压水试验结果表明ZK4号孔55.8-60.9m和60.9-65.9m段透水率分别为20.7Lu和19.3，大于设计要求的5Lu线。为了进一步查清孔内孔壁情况，对ZK4进行了井下电视成像(如图5)。

图4 ZK4孔59.4-63.4m岩芯破碎 图5 ZK5孔60-64.1m成像完整

由图4和图5可以看出，井下电视测量孔壁内的成像结果与钻孔取芯的结果有一定的差别，芯样破碎的深度，井下电视成像孔壁完整，且节理裂隙少。与现场钻机工作人员进行再次复核确认后，发现该段钻机采用单管钻进，对岩芯扰动大，取样时人工敲击管壁，致岩芯多呈碎块状。再次对该段进行双塞压水试验，将上塞和下塞准确放在该深度，试验结果小于5Lu。为地质人员准确判断孔内情况提供了可靠的再复核依据。

本次勘察对新疆乔诺水库的坝肩孔运用了井下电视成像技术，并进行分析和判断，相对准确地获得了坝肩的地层情况，为该项目的建设提供了更准确的依据和图像资料，同时也有助于地质条件分析的正确性。

4 结 语

通过结合乔诺水库工程现场勘察，井下电视成像技术提高了现场勘察结果的准确性，特别是当钻孔芯样受到扰动，不能反映地层情况时，井下电视成像技术通过图像资料为地质勘察人员提供了更加丰富的勘察手段。其次，通过井下电视成像技术分析绘制的节理走向玫瑰花图，可以与区域构造、地质测绘结合起来进行研究和分析。在成像过程中，井下电视的结果是直观的，清晰准确的，作为一种新型技术，将在水利工程调查中发挥越来越重要的作用。