硬巖層區(qū)工程地球物理測井簡要技術(shù)及應(yīng)用

硬巖層區(qū)工程地球物理測井簡要技術(shù)及應(yīng)用楊坤彪應(yīng)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(jī)場的基礎(chǔ)地質(zhì)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(chǔ)（一）巖石強(qiáng)度分析1巖石強(qiáng)度參量2巖石強(qiáng)度動態(tài)測定的物理基礎(chǔ)3地球物理測井確定彈性模量的關(guān)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(shù)措施

(一)密度測井(二)聲速測井主要技術(shù)要求三彈性模量計(jì)算程序四、實(shí)例一、工程地球物理測井主要方法及其物理基礎(chǔ)

主要介紹利用測井資料進(jìn)行巖石強(qiáng)度分析的物理基礎(chǔ)，和測井工作中應(yīng)進(jìn)行的刻度、井徑校正、誤點(diǎn)剔除等主要方法技術(shù)措施。并列舉實(shí)例介紹測井資料的運(yùn)用，進(jìn)行工程地質(zhì)評價的基本方法。

在工程地質(zhì)勘察工作中，應(yīng)用現(xiàn)代測井技術(shù)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(jìn)行巖石強(qiáng)度分析提供巖石物理力學(xué)工程參量；分析巖石的均一性和穩(wěn)定性。（一）巖石強(qiáng)度分析1巖石強(qiáng)度參量

巖石強(qiáng)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(yīng)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(qiáng)度的彈性參量。2巖石強(qiáng)度動態(tài)測定的物理基礎(chǔ)

由巖石力學(xué)可知：固態(tài)物體的強(qiáng)度，取決于介質(zhì)受力產(chǎn)生的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。在物體彈性形變范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之比值稱為彈性模量。固體物質(zhì)的相對強(qiáng)度，是由彈性模量來定義的，它表征固體物質(zhì)在失去彈性或破碎之前，所能承受的應(yīng)力大小。因受不同的力，產(chǎn)生不同的應(yīng)變，而有不同的彈性模量。（1）楊氏模量E

當(dāng)力F作用于彈性體長度L方向，其截面為S，伸長△L時，縱向應(yīng)力比相對彈性伸長，稱為楊氏模量，以E表示。（2）體積模量K

當(dāng)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(yīng)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(dāng)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(dāng)彈性體在軸向應(yīng)力的拉伸下，產(chǎn)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。各彈性模量之間的關(guān)系式為：只要得出任意兩個模量，就可求得其余兩個模量。3地球物理測井確定彈性模量的關(guān)系式介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在不同介質(zhì)中所作的彈性振動的傳播，它取決于介質(zhì)的密度和彈性性質(zhì)。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(zhì)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(guān)系為依據(jù)的。根據(jù)采用的測井手段不同，而用不同的關(guān)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(jīng)驗(yàn)近似公式，或取縱、橫波速比估算橫波時差，再按上述關(guān)系式計(jì)算彈性模量。根據(jù)地質(zhì)情況選取經(jīng)驗(yàn)式如下：

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

（二局）評四價巖戒石均嶄一性尚和穩(wěn)家定性1均一盤性評躍價巖體割通常邪為不渣連續(xù)涂體,其不軍連續(xù)華面由據(jù)宏觀精的斷尋層、嗚節(jié)理、金裂隙,和微砍觀的芬晶面賓及微鳴裂隙粱組成凳。不株連續(xù)迷面的惰發(fā)育孝狀況,反映否著巖汁石的祖均一圖性特伙征。晨它可捏以通強(qiáng)過觀拜測的?？v波跌速度和在衫完整減巖中窮傳播壇的縱宏波速踢度來褲分析益其均怨一性側(cè)。用膠完整克系數(shù)KW表征仆巖石掌的完躁整性,其數(shù)鏈值等抓于巖石舉縱波懇速度蛾（VP巖）,與完整州巖石姓縱波呼速度底（VP完）之謠比的正平方群數(shù)值謠。根據(jù)翠完整晌系數(shù)KW按下冬列數(shù)史值范妖圍進(jìn)劉行完嚼整性瀉評價：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)定迷性評臨價影響爽巖體漏穩(wěn)定掌性的杠因素,主要精是巖園石的矛構(gòu)造抬結(jié)構(gòu)面,和改梢變巖且石性反質(zhì)的納風(fēng)化曠作用佛。因季此,通常已需分占析研究其餓裂隙翠和風(fēng)隙化狀嫁況,分別優(yōu)以裂隙異系數(shù)LS和風(fēng)絲式化系肉數(shù)Fn來描登述。（1）裂可隙系盾數(shù)LS硬巖睬層地均區(qū),造成病巖石戲不連清續(xù)面煉的主兄要因梳素是蠢裂隙膀。裂限隙的發(fā)育生狀況衛(wèi)用裂叛隙系架數(shù)LS來評架價。裂隙同系數(shù)熱定義炒為完疫整巖嘉縱波摘速與觀測旺巖石軟縱波軍速的乏平方祖差對討于完潮整巖吳縱波秧速平籍方的飯比值言：根據(jù)涂裂隙紫系數(shù),可對蒜裂隙棉狀況刃分五唐級進(jìn)許行評難價：評級12345LS范圍＜0.250.25～0.50.5～0.650.65～0.8＞0.8評價最好好堅(jiān)固稍差差（2）風(fēng)每化系草數(shù)風(fēng)化蠶作用摘不僅電破壞籌巖體魚的完主整性,而且太會改爛變巖墳石的檔性質(zhì)掃。巖石客的風(fēng)薯化程公度,用風(fēng)眉化系袍數(shù)Fn來描蔽述,它定守義為新鮮哈巖縱杯波速VP新與觀愈測經(jīng)菊風(fēng)化斜巖的納縱波葉速VP風(fēng)之差汽對于況新鮮嚷巖縱屢波速索的比廣值。根據(jù)摟風(fēng)化瀉系數(shù)鴿值,可將兵風(fēng)化險程度春分五悅類進(jìn)較行評囑價：Fn范圍00～0.20.2～0.40.4～0.6＞0.6評價未風(fēng)化微風(fēng)化弱風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化劇風(fēng)化二壯工程曾測井供的主濾要方顫法技摧術(shù)措幻玉施（一專）密支度測欲井1密度熔測井承的刻元度（1）標(biāo)忽準(zhǔn)刻婦度井姓刻度裝有天高、提中、橫低三毅種不志同密閥度的白模塊嘗地層輔和水蘆層共淚有四定種密瓜度。彩令其以標(biāo)準(zhǔn)指密度否值分琴別為ρ1、ρ2、ρ3、ρ4，刻敵度觀蔬測的簡讀數(shù)率分別偉為J1、J2、J3、J4，設(shè)睬待求伙的儀昨器刻咐度系間數(shù)為A、B則ρ1=A嗽ln賠J1+B殘ρ2=A膠ln嘗J2+B拼ρ3=A備ln總J3+B捉ρ4=A漁ln熊J4+B用一遲元一屆次線刺性回紛歸，紗可求狼出系討數(shù)A與B。（2）現(xiàn)砌場刻巾度取一栽點(diǎn)源稼，改機(jī)變點(diǎn)壘源至恭探管摩記錄犁點(diǎn)的物距離縱，例猾如距夢離為r1和r2，讀方數(shù)分說別為J1，和J2，，具用系鹽數(shù)A與B算出啊對應(yīng)僑的密愁度值ρ1，和ρ2，以嗎此作改為現(xiàn)躍場刻宴度已知斷密度。同兆樣讀厲數(shù)得醋出回追歸系狂數(shù)A′、B′作為處測井雙求測束點(diǎn)i的密碗度值ρi的刻螺度系乖數(shù)。則ρi=A′灑ln漸Ji+音B′2井徑數(shù)校正r－r（密洽度）綱測井朽記錄濱的散麥射伽騙瑪射揚(yáng)線的短強(qiáng)度，歇取決裳于探訴測范毒圍內(nèi)口介質(zhì)技的平巖均密朗度。包括腎探測熟范圍脂內(nèi)井蠢液（饅泥漿東）和磁巖層算產(chǎn)生王的散射淋伽瑪緒射線占，井張徑大混、源碧距小逮則井浴液散曠射的湊強(qiáng)度比例肅大；征而源項(xiàng)距過韻大鄰粗層影莊響增行大。翠因而匹要配關(guān)合井徑測悔井進(jìn)迎行井唉徑校消正。井徑社校正撈步驟適如下：(1塞)令刻澤度井呈的孔鄉(xiāng)豐徑為φ標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)詢，其舅刻度辰系數(shù)憑為a0、b0。(2選)在不判同井抓徑同接種巖亂石的煮實(shí)驗(yàn)注井群唱中觀靈測，臂設(shè)井警徑分女別為φa、φb、φC、…,觀測牙讀數(shù)戚為Ja、Jb、Jc…。都朗按系鈴數(shù)a0、b0計(jì)算李密度鎮(zhèn)值,得ρa(bǔ)、ρb、ρc…(3點(diǎn))由于閑井徑φi與確拘定系趨數(shù)的耍標(biāo)準(zhǔn)遭井徑φ標(biāo)不同,存在咬一個闖密度顧差Δρi,可以所根據(jù)構(gòu)計(jì)算機(jī)值建黨立因句不同缺井徑推影響欲所引知起的密豎度差握關(guān)系萍。即痛：(4貓)取控為拖縱軸,井徑管為駁橫軸遲，繪旦制井咬徑校艘正曲米線。3現(xiàn)場珠巖芯雹樣對般比與鋤校正取適末量的感鉆孔只巖芯,采用沈高精聾度密霧度儀變測定眠密度,作為已厭知值傲與測茄井計(jì)呀算值冒對比碼。設(shè)勿井深mi處的溫巖芯信密度班為ρi，該育深度鴨測井途數(shù)據(jù)滴為Ji，按鄙系數(shù)a0、b0計(jì)算雖的密各度為ρJi、當(dāng)ρi與ρJi對比蠻超差躺時,按式ρi=al稈nJi+b求出續(xù)新的賺回歸頸系數(shù)a、b再計(jì)纏算密亭度值狀。(二)聲速畫測井厘主要瘋技術(shù)秤要求指按魯規(guī)范窗和各屯類儀聰器說擾明書旨的技孔術(shù)性洪要求陽之外隸的技志術(shù)性聲考慮因素丈。主鋪要包生括儀釘器選電型和權(quán)其它快有關(guān)咸因素號與措證施。1儀器芝選型(1康)為了壓能根袖據(jù)實(shí)谷測的懸密度ρ、縱暗波速VP（或避時差ΔtP）、籃橫波贈速VS（或魔時差ΔtS）計(jì)授算彈宰性模漂量，首選飽是采違用三竭維速哪度儀。(2攪)其次瀉應(yīng)選藝用雙發(fā)鹿雙收本聲速滔（補(bǔ)摔償）息儀，以便劃補(bǔ)償志消除慕因井凈徑變綱化和工一起冠傾斜及引起屯的異衛(wèi)常。(3嚴(yán))采用竹單發(fā)律雙收圓聲速倦儀時叢，應(yīng)變考慮鋼與分昂析有榴關(guān)影蒼響因目素（謹(jǐn)源間疫距、羞周期危跳躍姿、探境測范訴圍等脊），紋采取彼相應(yīng)飲的必要伸措施。2采用跪單發(fā)鉆雙收帳聲速檔儀測薪井的腿必要眉措施(1)必須樂采用爸井下故探管捏居中眉器，鐵減少助儀器抬不居昨中產(chǎn)嗎生的魚假異短常。(2溪)結(jié)合旨井徑虹測井艘資料茫，分沫析井園徑變跑化引悠起的把非地帥層變朽化的六假異隨常，劑以便廳確定哲預(yù)處穴理應(yīng)效剔除侄的采填樣點(diǎn)窮。3進(jìn)行剩必要釘?shù)膸r膚芯樣柜波速宰測定。通常斗取作環(huán)密度嗽測試濟(jì)的巖龜芯，鍛同時礙測定際縱波與橫祖波速今度。三贊彈性失模量嘩計(jì)算符程序四窩、實(shí)耳例以大宮冶鐵凡礦某巴礦體亡補(bǔ)勘但六各放工程失水文很孔中衰的兩瞧個為總例。根據(jù)減工程鋤地質(zhì)覽任務(wù)滅，選期擇投漁入三側(cè)者向電治阻率失測井送，密雀度與自然玩伽瑪?shù)澜M合血測井渠，鐵礦頑地段敬發(fā)現(xiàn)脈疑點(diǎn)迷加上堪磁化誼率測牙井，丑以此劃分直和校濾驗(yàn)井訓(xùn)剖面；采拒用密度向和聲擱速測臣井、省配合頸井徑晌測井進(jìn)行鍛巖石牙強(qiáng)度擦分析稅。劃分此和校逃驗(yàn)井剖面本區(qū)添地層主要聲為大土理巖項(xiàng)、閃長尤巖、拉矽卡巖、越鐵礦叉、破碎裂退隙層盡等。綜合盯觀察縫分析各方頁法曲需線反映的耗物性襪和地層巖蹈性，嫩可得出如捆下表藥歸納的特霜征：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菠強(qiáng)度心分析按前抱述方胞法校正、犁預(yù)處越理之后,計(jì)算邀各采芒樣點(diǎn)的吵彈性托模量際。分別勻按巖治性和按強(qiáng)采度（E模量捕）大小罷分層白，算出各偽層的慢平均吼值為了飾評價飾勘察繪區(qū)各化巖層長的強(qiáng)掘度，旨可將侄所有益觀測委孔各罩巖層消的彈性模轟量平紙均值應(yīng)按大哨小順漠序示拒出。例如虎該區(qū)確結(jié)果策如下豎表所疊示：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巖石欄均一猴性和耀穩(wěn)定搖性分通析取所基測定挽的完喚整巖擺樣的它縱波晝速度狡為VP完值，名計(jì)算都完整攜系數(shù)KW，和望裂隙蛾系數(shù)LS，按就數(shù)值公劃分勸等級電。將抱各級惹所占芒井段挖長度魔與各收等級氣總控奏制長夢度相羞比，求出輩各等示級占前控制縱井段蠟的百透分?jǐn)?shù)勤，從王而取坦得對府全區(qū)狹巖石伶均一導(dǎo)性客骨觀了惹解的概板念。經(jīng)計(jì)竭算統(tǒng)須計(jì)的悟結(jié)果想列于娃下表薦：完整性（完整系數(shù)）穩(wěn)定性（裂隙系數(shù)）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(jiān)固30712．33差1144．58稍差281．13極差40．16差00總計(jì)2490100總計(jì)2490100同樣鑼可根沫據(jù)密穿度測系井資償料,按巖計(jì)性統(tǒng)賠計(jì)各壇巖層依的密繳度值戶，經(jīng)刻度忠和井參徑校禍正之噴后,統(tǒng)計(jì)請得出吳的巖最石密半度值,由小藥至大恭列于下表柔：其中籃經(jīng)統(tǒng)攜計(jì)的劍鐵礦房誠密度仇值,與地享質(zhì)采賽樣分第析得忠出的瓦總平政均密度值荷只相偉差不贊到0.云02(g晌/c話m3)。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(shí)踐據(jù)證明,工程軍地球稼物理貞測井,是配嘆合工抓程地膀質(zhì)勘泡察必要孤的手遷段之中一。顧在方肚法選依擇正格確合態(tài)理、沫密切醉結(jié)合地質(zhì)稅的前敞提下,能有必效地襲劃分她和校屬驗(yàn)井偷剖面,彌補(bǔ)礎(chǔ)鉆進(jìn)采黃取率否不足,可能層漏失等地質(zhì)坐層的直缺陷困。同時旗地球遍物理隱測井軌，是下對井坦壁原幻玉位原傭體的使自然認(rèn)狀態(tài)下的丸地質(zhì)斧體進(jìn)師行探紛測的釀，因忍此,取芯至采集嘴不到確無法進(jìn)行臭材料干力學(xué)終試驗(yàn)瓶的軟歸弱、鴨破碎逮地段,只有才通過別地球物理崖測井豆才能宿有效乳配合董地質(zhì)宗勘察獄工作伶。JG技SB翼-1輕便諷工程穴測井系統(tǒng)輕便古絞車JG狀SB瓣-1輕便盆工程賄測井俯系統(tǒng)特點(diǎn):1交直榴流供厘電(直流脈供電備時使昂用12卷