仝衛(wèi)超

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院地質(zhì)勘察研究所，烏魯木齊 830052)

0 前 言

在水利水電工程前期工程地質(zhì)勘察中，壩址區(qū)工程地質(zhì)勘察的基本內(nèi)容是地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)特征、軟弱巖層分布規(guī)律、巖體滲透性及卸荷和風(fēng)化程度[1]。由于大多數(shù)水利水電工程地質(zhì)勘察位于山區(qū)，地質(zhì)勘察過程中大多采用傳統(tǒng)的鉆孔取芯方法，雖然可以獲得一定長度和直徑的巖芯，但鉆桿在鉆進(jìn)過程中對地層有一定程度的擾動，巖芯有時不能準(zhǔn)確地反映斷層、裂隙的規(guī)模和產(chǎn)狀。隨著水利水電工程勘察要求的提高，采用先進(jìn)、精確的測井技術(shù)對鉆孔進(jìn)行圖像記錄供地質(zhì)勘察人員分析地層情況顯得越來越重要。

隨著20世紀(jì)90年代以來水利和油田開采要求的提高，井下電視成像技術(shù)發(fā)展日新月異，已成功應(yīng)用于油井和地下隧洞探測中。由于增加了帶有微集成電路的攝像模塊、高質(zhì)量的信號傳輸系統(tǒng)和光纖，使得井下電視成像技術(shù)在探測地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜的情況下，供地質(zhì)勘察人員復(fù)判地層條件，取得顯著效果[2]。

2 工程概況及技術(shù)應(yīng)用

2.1 工程概況

烏瑞克河位于新疆維吾爾自治區(qū)的西南端克孜勒蘇柯爾克孜自治州，是烏恰縣境內(nèi)的一條主要河流。該河流發(fā)源于天山南脈海拔4687m的阿克巴什阿尤山南坡，是克孜河支流卡浪溝呂克河的支流之一。新疆喬諾水庫位于烏瑞克河中下游河段，是烏瑞克河上一座控制性水庫，是一座具有灌溉、防洪等綜合利用任務(wù)的水利工程。壩址位于新疆烏恰縣烏瑞克河中下游喬諾村附近。水庫西距烏恰縣15km，南距阿圖什市40km。工程區(qū)南鄰3013國道與309省道，壩址前段為康什維爾村村道及阿克氣田修建的便道，后段進(jìn)入山區(qū)為沿河砂礫石便道，交通條件一般。

根據(jù)1/400萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)，喬諾水庫所在場址50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.30g，地震基本烈度為Ⅷ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性屬于較差。

2.2 技術(shù)應(yīng)用

井下電視成像的原理是使用光學(xué)成像，隨著測井深度的增加持續(xù)實(shí)時記錄孔壁四圍的圖像，將鉆孔內(nèi)孔壁的情況反映在手持顯示屏中。井下電視成像的主要技術(shù)就是實(shí)時觀察和記錄[3]。一般井下電視成像系統(tǒng)由三個部分組成：井下探頭記錄系統(tǒng)、電纜傳輸系統(tǒng)、地面主機(jī)讀取系統(tǒng)。從井下電視安裝完成到密封性檢查以后，將探頭放入鉆孔中央，隨著電纜傳輸深度的增加，探頭開始對鉆孔四周的孔壁進(jìn)行探測和記錄。在測井過程中，圖像經(jīng)過主機(jī)和探頭之間的的光纖電纜進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)傳輸成像。

水庫兩岸壩肩發(fā)育上石炭統(tǒng)(C3)微晶灰?guī)r，巨厚層-厚層狀構(gòu)造，灰色，巖層產(chǎn)狀280°NE∠50-55°,層面傾上游略傾岸外。受斷裂構(gòu)造的影響，左岸壩肩巖體多呈次塊狀結(jié)構(gòu)，隱節(jié)理發(fā)育，受構(gòu)造影響巖塊強(qiáng)度偏低。對新疆喬諾水庫上壩址左右兩岸壩肩ZK3和ZK4鉆孔巖芯進(jìn)行現(xiàn)場描述時發(fā)現(xiàn)，巖芯相對完整，但壓水試驗(yàn)結(jié)果得出的分段透水率偏大。因此對ZK3和ZK4進(jìn)行了井下電視測孔，ZK3鉆孔深度70m，測量深度64m,ZK4鉆孔深度90.3m，測量深度88.2m。兩岸壩肩孔內(nèi)均無水。

3 測量結(jié)果及分析

3.1 ZK3鉆孔分析

壩肩的工程地質(zhì)條件分析往往結(jié)合區(qū)域構(gòu)造、鉆孔巖芯、壓水試驗(yàn)進(jìn)行綜合分析，為設(shè)計(jì)防滲深度提供可靠的依據(jù)和支撐。本次勘察過程中，通過現(xiàn)場巖芯照片可以看出，ZK3鉆孔26.8-28.1m處鉆孔巖芯破碎(如圖1)，為含礫石黏土，推測該處發(fā)育一斷層，巖芯呈斷層泥狀態(tài)?，F(xiàn)場壓水試驗(yàn)結(jié)果表明ZK3號孔25.1-30.2m段透水率為38.4Lu，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求的5Lu線。為了進(jìn)一步查清孔內(nèi)孔壁情況，對ZK3進(jìn)行了井下電視成像(如圖2)。

圖1 左壩肩ZK3節(jié)理玫瑰花圖

圖 2 ZK3孔26.8-28.1m巖芯處為斷層泥 圖3 ZK3孔26.8-28.1m破碎掉塊

由成像可以看出，井下電視測量孔壁內(nèi)的成像結(jié)果與鉆孔取芯的結(jié)果可以對應(yīng)起來，井下電視呈現(xiàn)的圖像比較破碎時，對應(yīng)深度下的鉆孔芯樣也多呈碎塊狀。該段壓水試驗(yàn)結(jié)果透水率大，與鉆孔芯樣狀態(tài)和井下電視成像結(jié)果基本相符，地質(zhì)條件分析和結(jié)果可靠。

在電腦上分析該鉆孔孔壁的圖像以后，上傳至井下電視節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)分析軟件，將孔壁上的節(jié)理裂隙產(chǎn)狀用軟件繪出，得到該段巖芯構(gòu)造的基本情況，通過建立表格統(tǒng)計(jì)并對該鉆孔內(nèi)產(chǎn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和排序，部分產(chǎn)狀走向見下表1。

表1 ZK3鉆孔裂隙統(tǒng)計(jì)表

由表1可以得到該鉆孔內(nèi)地層巖性產(chǎn)狀的走向、傾向和傾角，并且通過執(zhí)行宏來引入統(tǒng)計(jì)結(jié)果，通過計(jì)算得到該鉆孔巖層的最優(yōu)走向和條數(shù)，根據(jù)空間方向以10°間隔為一組繪制半圓，其中需要在節(jié)理走向玫瑰花圖上標(biāo)注方位角刻度線，方位角、半徑等，節(jié)理走向分組由連續(xù)的折線組成[4]。繪制完成后，ZK3孔內(nèi)巖層得到節(jié)理走向玫瑰花圖如下圖3。

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪及本次調(diào)查，受托特拱拜孜-阿爾帕雷克斷裂分支影響，壩址區(qū)小斷層較發(fā)育，左壩肩主控斷層為f1：55°NW∠75°，壓扭性，長度大于100m,帶寬5-12cm，帶內(nèi)主要為角礫巖。f2：280-290°NE∠50-55°，面粗糙，大部分閉合無充填，多沿層間發(fā)育，傾向上游，發(fā)育間距不等，小則1-2m，大則10m以上，延伸長30-100m，個別長達(dá)200m以上，兩岸坡均有分布。與鉆孔節(jié)理玫瑰花圖基本一致，結(jié)果可靠。

3.2 ZK4鉆孔分析

ZK4鉆孔59.4-63.4m處鉆孔巖芯破碎(如圖4)，多呈小于5cm碎塊狀?，F(xiàn)場壓水試驗(yàn)結(jié)果表明ZK4號孔55.8-60.9m和60.9-65.9m段透水率分別為20.7Lu和19.3，大于設(shè)計(jì)要求的5Lu線。為了進(jìn)一步查清孔內(nèi)孔壁情況，對ZK4進(jìn)行了井下電視成像(如圖5)。

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

由圖4和圖5可以看出，井下電視測量孔壁內(nèi)的成像結(jié)果與鉆孔取芯的結(jié)果有一定的差別，芯樣破碎的深度，井下電視成像孔壁完整，且節(jié)理裂隙少。與現(xiàn)場鉆機(jī)工作人員進(jìn)行再次復(fù)核確認(rèn)后，發(fā)現(xiàn)該段鉆機(jī)采用單管鉆進(jìn)，對巖芯擾動大，取樣時人工敲擊管壁，致巖芯多呈碎塊狀。再次對該段進(jìn)行雙塞壓水試驗(yàn)，將上塞和下塞準(zhǔn)確放在該深度，試驗(yàn)結(jié)果小于5Lu。為地質(zhì)人員準(zhǔn)確判斷孔內(nèi)情況提供了可靠的再復(fù)核依據(jù)。

本次勘察對新疆喬諾水庫的壩肩孔運(yùn)用了井下電視成像技術(shù)，并進(jìn)行分析和判斷，相對準(zhǔn)確地獲得了壩肩的地層情況，為該項(xiàng)目的建設(shè)提供了更準(zhǔn)確的依據(jù)和圖像資料，同時也有助于地質(zhì)條件分析的正確性。

4 結(jié) 語

通過結(jié)合喬諾水庫工程現(xiàn)場勘察，井下電視成像技術(shù)提高了現(xiàn)場勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性，特別是當(dāng)鉆孔芯樣受到擾動，不能反映地層情況時，井下電視成像技術(shù)通過圖像資料為地質(zhì)勘察人員提供了更加豐富的勘察手段。其次，通過井下電視成像技術(shù)分析繪制的節(jié)理走向玫瑰花圖，可以與區(qū)域構(gòu)造、地質(zhì)測繪結(jié)合起來進(jìn)行研究和分析。在成像過程中，井下電視的結(jié)果是直觀的，清晰準(zhǔn)確的，作為一種新型技術(shù)，將在水利工程調(diào)查中發(fā)揮越來越重要的作用。