硬巖層區(qū)工程地球物理測井簡要技術及應用課件

硬巖層區(qū)工程地球物理測井簡要技術及應用應用范圍·水電、核電工程勘探：水壩、水電站、核電站選址·鐵路、公路、橋梁、隧道工程勘探·港口、機場的基礎地質條件勘探·城市高層建筑地基工程勘探·礦區(qū)工程水文勘探一、工程地球物理測井主要方法及其物理基礎（一）巖石強度分析1巖石強度參量2巖石強度動態(tài)測定的物理基礎3地球物理測井確定彈性模量的關系式（二）評價巖石均一性和穩(wěn)定性1均一性評價2穩(wěn)定性評價二工程測井的主要方法技術措施

(一)密度測井(二)聲速測井主要技術要求三彈性模量計算程序四、實例

在工程地質勘察工作中，應用現(xiàn)代測井技術較為有效可行的是：劃分井剖面，確定軟弱巖層，查明并圈定裂隙破碎帶；進行巖石強度分析提供巖石物理力學工程參量；分析巖石的均一性和穩(wěn)定性。（一）巖石強度分析1巖石強度參量

巖石強度參量是表征巖石抵抗外荷作用而不致?lián)p壞的能力大小的物理量。主要用巖石的彈性模量來表征。

可以通過應用地球物理方法測定巖石自然狀態(tài)下原位原體的描述巖石強度的彈性參量。2巖石強度動態(tài)測定的物理基礎

由巖石力學可知：固態(tài)物體的強度，取決于介質受力產生的應力與應變的關系。在物體彈性形變范圍內，應力與應變之比值稱為彈性模量。固體物質的相對強度，是由彈性模量來定義的，它表征固體物質在失去彈性或破碎之前，所能承受的應力大小。因受不同的力，產生不同的應變，而有不同的彈性模量。（2）體積模量K

當力F作用于表面積為A、體積為V的彈性體表面，體積變化△V時，應力比體積相對變化，稱為體積模量，以K表示。（3）切變模量G

當切力Ft作用于與作用平行的面積（S）切變角為φ時，切變力比相對切變角的正切，稱為切變模量，以G表示。（4）泊松比μ

當彈性體在軸向應力的拉伸下，產生縱向伸長的同時，會形成橫向壓縮，其橫向相對壓縮與其相對伸長之比，稱為泊松比，以μ表示。3地球物理測井確定彈性模量的關系式介質質點在不同介質中所作的彈性振動的傳播，它取決于介質的密度和彈性性質。因此，地球物理測井方法求取鉆孔巖石的彈性模量，是以介質密度ρ、縱波速度VP、橫波速度VS等參量與彈性模量之間的關系為依據的。根據采用的測井手段不同，而用不同的關系式。（1）具備并采用三維速度測井和密度測井時，可利用測定的密度ρ、縱波速度VP、橫波速度VS按下列各式求取彈性模量：（2）只采用密度和聲速縱波時，可采用經驗近似公式，或取縱、橫波速比估算橫波時差，再按上述關系式計算彈性模量。根據地質情況選取經驗式如下：

其中A=2.125B=45.3248C=-167.312取VP/VS=1.5時則 稱強度指數,以ED表示。根據巖芯波速測定資料

根據完整系數KW按下列數值范圍進行完整性評價：KW范圍1～0.90.9～0.750.75～0.450.45～0.25＜0.25完整性極好好較好差極差2穩(wěn)定性評價

影響巖體穩(wěn)定性的因素,主要是巖石的構造結構面,和改變巖石性質的風化作用。因此,通常需分析研究其裂隙和風化狀況,分別以裂隙系數LS和風化系數Fn來描述。（1）裂隙系數LS

硬巖層地區(qū),造成巖石不連續(xù)面的主要因素是裂隙。裂隙的發(fā)育狀況用裂隙系數LS來評價。裂隙系數定義為完整巖縱波速與觀測巖石縱波速的平方差對于完整巖縱波速平方的比值：根據裂隙系數,可對裂隙狀況分五級進行評價：評級12345LS范圍＜0.250.25～0.50.5～0.650.65～0.8＞0.8評價最好好堅固稍差差二工程測井的主要方法技術措施（一）密度測井1密度測井的刻度（1）標準刻度井刻度

裝有高、中、低三種不同密度的模塊地層和水層共有四種密度。令其標準密度值分別為ρ1、ρ2、ρ3、ρ4，刻度觀測的讀數分別為J1、J2、J3、J4，設待求的儀器刻度系數為A、B則

ρ1=AlnJ1+Bρ2=AlnJ2+Bρ3=AlnJ3+Bρ4=AlnJ4+B用一元一次線性回歸，可求出系數A與B。（2）現(xiàn)場刻度

取一點源，改變點源至探管記錄點的距離，例如距離為r1和r2，讀數分別為J1，和J2，，用系數A與B算出對應的密度值ρ1，和ρ2，以此作為現(xiàn)場刻度已知密度

。同樣讀數得出回歸系數A′、B′作為測井求測點i的密度值ρi的刻度系數。則ρi=A′lnJi+B′

2井徑校正

r－r（密度）測井記錄的散射伽瑪射線的強度，取決于探測范圍內介質的平均密度。包括探測范圍內井液（泥漿）和巖層產生的散射伽瑪射線，井徑大、源距小則井液散射的強度比例大；而源距過大鄰層影響增大。因而要配合井徑測井進行井徑校正。

3現(xiàn)場巖芯樣對比與校正

取適量的鉆孔巖芯,采用高精度密度儀測定密度,作為已知值與測井計算值對比。設井深mi處的巖芯密度為ρi，該深度測井數據為Ji，按系數a0、b0計算的密度為ρJi、當ρi與ρJi對比超差時,按式ρi=alnJi+b求出新的回歸系數a、b再計算密度值。(二)聲速測井主要技術要求指按規(guī)范和各類儀器說明書的技術性要求之外的技術性考慮因素。主要包括儀器選型和其它有關因素與措施。1儀器選型(1)為了能根據實測的密度ρ、縱波速VP（或時差ΔtP）、橫波速VS（或時差ΔtS）計算彈性模量，首選是采用三維速度儀。(2)其次應選用雙發(fā)雙收聲速（補償）儀，以便補償消除因井徑變化和一起傾斜引起的異常。(3)采用單發(fā)雙收聲速儀時，應考慮與分析有關影響因素（源間距、周期跳躍、探測范圍等），采取相應的必要措施。三彈性模量計算程序四、實例

以大冶鐵礦某礦體補勘六各工程水文孔中的兩個為例。根據工程地質任務，選擇投入三側向電阻率測井，密度與自然伽瑪組合測井，鐵礦地段發(fā)現(xiàn)疑點加上磁化率測井，以此劃分和校驗井剖面；采用密度和聲速測井、配合井徑測井進行巖石強度分析。劃分和校驗井剖面本區(qū)地層主要為大理巖、閃長巖、矽卡巖、鐵礦、破碎裂隙層等。綜合觀察分析各方法曲線反映的物性和地層巖性，可得出如下表歸納的特征：巖性電阻率（Ωm）自然伽瑪密度（g/cm3）聲速磁化率10-3（SI）大理巖高14000-21000極低相對低2.72-2.75相對為低基本無閃長巖中等4000-15000略高略高于大理巖2.74-3.00相對偏高42.7矽卡巖偏低1000-4000略高較高2.8-3.2偏高28.9鐵礦低＜1000低極高＞3.5高1118.4裂隙層低＜1000因巖性而異低低

巖石強度分析按前述方法校正、預處理之后,計算各采樣點的彈性模量。分別按巖性和按強度（E模量）大小分層，算出各層的平均值

為了評價勘察區(qū)各巖層的強度，可將所有觀測孔各巖層的彈性模量平均值按大小順序示出。例如該區(qū)結果如下表所示：巖性E（104MPa）μK（104MPa）G（104MPa）鐵礦11．910．2497．974．76矽卡巖化閃長巖6．910．2434．512．78矽卡巖6．420．2514．322，57閃長巖5．930．2513．972．37大理巖4．650．2402．941．87蝕變閃長巖4．290．2472．821．72巖石均一性和穩(wěn)定性分析取所測定的完整巖樣的縱波速度為VP完值，計算完整系數KW，和裂隙系數LS，按數值劃分等級。將各級所占井段長度與各等級總控制長度相比，求出各等級占控制井段的百分數，從而取得對全區(qū)巖石均一性客觀了解的概念。經計算統(tǒng)計的結果列于下表：

完整性（完整系數）穩(wěn)定性（裂隙系數）等級長（m）占（%）等級長（m）占（%）極好341．37最好27511．04好2299．91好188075．50較好210984．70堅固30712．33差1144．58稍差281．13極差40．16差00總計2490100總計2490100同樣可根據密度測井資料,按巖性統(tǒng)計各巖層的密度值，經刻度和井徑校正之后,統(tǒng)計得出的巖石密度值,由小至大列于下表：

其中經統(tǒng)計的鐵礦密度值,與地質采樣分析得出的總平均密度值只相差不到0.02(g/cm3)

。巖性蝕變閃長巖大理巖閃長巖矽卡巖鐵礦密度(g/cm3)2.7092.7282.8462.9224.065實踐證明,工程地球物理測井,是配合工程地質勘察必要的手段之一。在方法選擇正確合理、密切結合地質的前提下,能有效地劃分和校驗井剖面,彌補鉆進采取率不足,可能漏失地質層的缺陷。同時地球物理測井，是對井壁原位原體的自然狀態(tài)下的地質體進行探測的，因此,取芯采集不到無法進行材料力學試驗的軟弱、破碎地段,只有通過地球物理測井才能有效配合地質勘察工作。JGSB-1

輕便工程測井系統(tǒng)

輕便絞車JGSB-1輕便工程測井系統(tǒng)特點:1交直流供電(直流供電時使用12V電瓶)10AH電瓶連續(xù)使用時間>4小時2輕便地面儀器:≤3Kg絞車(包括310米電纜):≤25Kg3探管長度:≤1.6m重量:≤3Kg4探管直徑Φ40mm(聲波探管Φ50mm)5多參數測井,功能和JGS系列相當主要技術指標數據傳輸波特率：9600Bit/S12位A/D轉換，測程-10V～+10V，精度：4.88mV脈沖記數通道頻率范圍：0.1Hz～2.5MHz井下供電電源：DC24V/0.5A，電壓調整率1%，紋波<0.5%電測供電電流：1mA～500mA