CN102279417A - 一种近地表岩性探测仪及探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种近地表岩性探测仪及探测方法，其结构包括驱动机构和测量装置；所述驱动机构为置于移动载体上的液压贯入装置，所述测量装置包括地下的探头和地上的地面数据采集显示系统和测量资料处理平台；所述液压贯入装置通过探杆连接地下测量装置的探头。利用近地表伽马测井技术与静力探测技术的有机结合，相互印证，成功的避开了含水率影响，能够更为精确的探测地层结构及岩性变化规律，最终逐点选择激发岩性。从岩土力学与伽马射线吸收衰减两方面来判别近地表岩性，为地震勘探逐点设计最优激发岩性提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及地表岩性探测仪，具体地说是一种近地表岩性探测仪及探测方法。
背景技术
目前石油地震勘探中，近地表岩性探测方法主要有岩性取心与静力探测两种。两种方法在特定的情况下都存在一定的局限性。例如在含水率较大的地区，取心器的扰动，造成取心结果并不可靠；另一方面，高含水导致依靠应力差异划分岩性的结果与真实情况相差甚远。
同时现有技术探测方法中所应用到的探测装置存在运输不方便的缺陷，没有便携的特点；另外探杆的驱动机构功能少，没有实现自动化。
近地表伽马测井技术就是利用不同岩性的地层所含放射性同位素类型与浓度差异，造成的伽马光子能级和放射性强度差别来识别岩性、划分地层、研究沉积环境及其他若干地质问题。本发明将伽马测井技术与静力探测技术的有机结合，利用近地表岩土的自然伽马放射性强度变化与近地表岩性的应力变化规律，精细识别近地表地层岩性。
本发明的意义在于利用近地表伽马测井技术与静力探测技术的有机结合，相互印证，成功的避开了含水率影响，能够更为精确的探测地层结构及岩性变化规律，最终逐点选择激发岩性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种近地表岩性探测仪及探测方法，解决现有技术探测装置存在的驱动机构自动化不高和不便携以及驱动机构和运输装置有机的结合在一起的问题，同时还解决现有探测方法存在的在含水率较大的地区，取心器的扰动，造成取心结果并不可靠和高含水导致依靠应力差异划分岩性的结果与真实情况相差甚远的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
近地表岩性探测仪，其结构包括驱动机构和测量装置；所述驱动机构为置于移动载体上的液压贯入装置，所述测量装置包括地下的探头和地上的地面数据采集显示系统和测量资料处理平台；所述液压贯入装置通过探杆连接地下测量装置的探头。
所述探头包括通过摩阻探头相互连接在一起的自然伽马探头和压力探头，所述自然伽马探头连接探杆；所述探头通过置于探杆中的电缆连接地上的地面数据采集显示系统和测量资料处理平台。
所述移动载体为带有箱体的车辆并作为液压贯入装置向下贯入时的反力装置，所述液压贯入装置置于车辆的箱体内。
所述液压贯入装置由移动载体提供动力，通过液压油缸连接并驱动探杆和探头；所述液压贯入装置还包括有左、右、后下锚机及地锚并由各下锚机控制手柄来控制；所述探杆还与角机相连接。
所述液压贯入装置还包括液压控制操作台、用来控制液压油缸和探杆的贯入起拔手柄，同时还包括用来存储探杆和油的探杆存储及副油箱，所述移动载体外部设置有多个液压支腿，所述支腿由液压贯入装置的控制手柄来控制。
本发明解决其另一技术问题所采用的技术方案是：
近地表岩性探测仪的探测方法，该方法按如下步骤进行：
步骤1、调平移动载体：当移动载体在选好的位置停止不动后，将四块原木垫块分别置于四个液压支腿下方，利用液压贯入装置中的支腿控制手柄调整车辆下部四个调平支腿，上升或下降，使贯入油缸与地面处于垂直状态，确保静力探测设备将探头和探杆垂直压入地层，避免探杆弯曲或损坏，同时减轻工作时对移动载体的轮胎的压力；
步骤2、液压下锚：考虑到移动载体箱体的空间和操作，设计了三个液压下锚机，前端的左、右下锚机位置固定，后端的后下锚机能进行左右滑动；前端左、右下锚机各下一个地锚，后端下锚机下一至三个地锚；拉动，后下锚机手柄，进行下锚工作，直至下锚机下行至导向套处后，拔去销轴；将下锚机再回升至下锚机构顶部，放置下锚连接杆再进行下锚工作，直至锚杆顶部低于移动载体地面15-25CM左右，停止下锚。使用同样的方法将后面其它两个地锚下入土中固定；拉动右下锚机手柄，右下锚机开始工作，到下锚机向下5-70CM左右，停止下锚；
步骤3、液压贯入：首先将预先穿好电缆的探杆与探头相连接；连接时须将探头固定，顺时针转动探杆，直至与探头连接牢固；贯入工作按以下步骤进行：a、将连接好探头的探杆，从贯入液压油缸的横梁中间穿过；在贯入液压油缸的连接板中部和上横梁中间的孔中分别插入两只半圆的导向套；使其探杆稳固在两只油缸中间，再连接一根探杆，插入卡块；b、操纵液压贯入起拔手柄使其油缸抬升，当横梁将带有卡块的探杆抬升后，探头离开地面4-5CM后，即停止；c、根据探头的接线方式，将探头的电缆线与地面数据采集显示系统的接线盒相连接，根据仪表使用手册将地面数据采集显示系统开机，在视窗中输入各种指令相关参数；d、将角机固定在即将贯入的探杆上，并进行深度调零；e、将贯入液压油缸的横梁下降，拔出卡块，上升横梁至探杆接头中的凹槽在其横梁的下部，插入卡块，下降横梁进行测量；f、油缸设计行程为45-55cm，将标准的每一根探杆分两次压入；因此，当上横梁升至油缸顶部时，须用下部副梁在进行压入；g、随着探头及探管在土层的下行，地面必须随时再进行连接探管工作；
步骤4、贯入的过程中同时进行测量工作：a、将探头匀速压入地层的过程中，静力探头的锥尖阻力、侧壁摩擦力将通过电缆传输到地面实时监控面板；b、伽马射线被NaI(Tl)晶体吸收时，在晶体内部就产生微弱闪光；闪光通过光耦合剂进入光电倍增管的阴极时打出一个自由电子；此自由电子在光电倍增管内经过10级倍增后从高压阳极上激发一个负电流脉冲。每产生一个负电流脉冲就探测到一个伽马射线；
步骤5、测量资料处理：a、数据加载，把LDO组件、LDO属性页组件和测井数据解编组件组装在一起，形成一个综合的数据管理平台，主要完成将多种存储格式的数据加载到数据库，同时提供数据导出功能；b、数据处理，把LDO组件和处理方法组件组装在一起，形成一个交互处理平台，主要通过对自然伽马及摩阻数据等资料的处理，计算地层的泥质含量等地质参数，准确划分地层；c、绘图，对曲线进行曲线拼接、曲线深度和数值的平移、曲线线性校正、曲线漂移的校正、曲线滤波、曲线重采样以及曲线数值的鼠标在位编辑和数值的直接编辑等操作，并显示或打印各类图件；
步骤6、地层岩性评价：a、锥尖阻力较小、侧壁摩阻力比较大的层段所代表的土层多为粘土层；b、锥尖阻力大、侧壁摩阻力比较小的层段所代表的土层则为砂土层；c、侧壁摩阻力与锥尖阻力的比值，即摩阻比FR＝fs/qc×100％，也是划分土层极好的参数，粘性土的FR常大于2％，而砂类土的FR常小于或等于1％；d、IGR＜15％为砂岩，15％＜ICR＜50％为泥质砂岩，50％＜IGR＜85％为砂质泥岩，IGR＞85％为泥岩。
本发明的一种近地表岩性探测仪及探测方法和现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明利用近地表伽马测井技术与静力探测技术的有机结合，相互印证，成功的避开了含水率影响，能够更为精确的探测地层结构及岩性变化规律，最终逐点选择激发岩性。世界范围内首次将工程静探技术应用到石油物探领域，从岩土力学与伽马射线吸收衰减两方面来判别近地表岩性，为地震勘探逐点设计最优激发岩性提供依据，最终提高单炮记录信噪比，大幅度提高资料品质。
附图说明
图1是本发明的一种近地表岩性探测仪的流程图；
图2是近地表实际岩性探测成果图。
具体实施方式
接下来参照说明书附图对本发明作以下详细地说明。
实施例1：
近地表岩性探测仪，其结构包括驱动机构和测量装置；所述驱动机构为置于移动载体上的液压贯入装置，所述液压贯入装置由移动载体提供动力，所述移动载体为带有箱体的车辆并作为液压贯入装置向下贯入时的反力装置，本发明采用液压装置连续贯入方式。反力的取得可由地锚和车辆及设备自重来获得；所述液压贯入装置置于车辆的箱体内。所述测量装置包括地下的测井仪即探头和地上的静力探测仪即地面数据采集显示系统和测量资料处理平台；所述液压贯入装置通过探杆连接地下测量装置的探头。所述探头包括通过摩阻探头相互连接在一起的自然伽马探头和压力深头，所述自然伽马探头连接探杆；所述探头通过置于探杆中的电缆连接地上的地面数据采集显示系统和测量资料处理平台。测量精度可以满足浅表地层岩性的识别与划分；机械屈服强度能够满足600MPa的液压贯入压力下不产生弯曲。液压贯入装置通地液压油缸连接并驱动探杆和探头；所述液压贯入装置还包括有左、右、后下锚机及地锚并由各下锚机控制手柄来控制；所述探杆还与角机相连接。探头直径在40～50mm，具体尺寸受自然伽马测量仪受晶体尺寸和电子线路尺寸限制，同时满足贯入时抗屈服强度等要求；NaI(Tl)晶体部件：它将伽马射线在穿过介质的路径上所消耗的部分能量转换成光，然后通过光耦合，光电倍增管可接收晶体发出的光脉冲，从而判断自然伽马的变化规律；CR192光电倍增管：将来自碘化钠晶体的微弱闪烁光进行光电转换和电流倍增放大。2芯电缆电气连接电线，在地面为伽马测井探头、静力探测探头提供电源及信号传输通道；所述液压贯入装置还包括液压控制操作台、用来控制液压油缸和探杆的贯入起拔手柄，同时还包括用来存储探杆和油的探杆存储及副油箱，所述移动载体外部设置有多个液压支腿，所述支腿出液压贯入装置的控制手柄来控制。
实施例2：
近地表岩性探测仪的探测方法，该方法按如下步骤进行：
步骤1
调平移动载体：当移动载体在选好的位置停止不动后，将四块原木垫块分别置于四个液压支腿下方，利用液压贯入装置中的支腿控制手柄调整车辆下部四个调平支腿，上升或下降，使贯入油缸与地面处于垂直状态，确保静力探测设备将探头和探杆垂直压入地层，避免探杆弯曲或损坏，同时减轻工作时对移动载体的轮胎的压力；
步骤2
液压下锚：考虑到移动载体箱体的空间和操作，设计了三个液压下锚机，前端的左、右下锚机位置固定，后端的后下锚机能进行左右滑动；前端左、右下锚机各下一个地锚，后端下锚机下一至三个地锚；拉动后下锚机手柄，进行下锚工作，直至下锚机下行至导向套处后，拔去销轴；将下锚机再回升至下锚机构顶部，放置下锚连接杆再进行下锚工作，直至锚杆顶部低于移动载体地面15CM左右，停止下锚。使用同样的方法将后面其它两个地锚下入土中固定；拉动右下锚机手柄，右下锚机开始工作，到下锥机向下70CM左右，停止下锚；
步骤3
液压贯入：首先将预先穿奸电缆的探杆与探头相连接；连接时须将探头固定，顺寸针转动探杆，直至与探头连接牢固；贯入工作按以下步骤进行；a、将连接好探头的探杆，从贯入液压油缸的横梁中间穿过；在贯入液压油缸的连接板中部和上横梁中间的孔中分别插入两只半圆的导向套；使其探杆稳固在两只油缸中间，再连接一根探杆，插入卡块；b、操纵液压贯入起拔手柄使其油缸抬升，当横梁将带有卡块的探杆抬升后，探头离开地面5CM后，即停止；c、根据探头的接线方式，将探头的电缆线与地面数据采集显示系统的接线盒相连接，板据仪表使用手册将地面数据采集显示系统开机，在视窗中输入各种指令相关参数；d、将角机固定在即将贯入的探杆上，并进行深度调零；e、将贯入液压油缸的横梁下降，拔出卡块，上升横梁至探杆接头中的凹槽在其横梁的下部，插入卡块，下降横梁进行测量；f、油缸设计行程为45cm，将标准的每一根探杆分两次压入；因此，当上横梁升至油缸顶部时，须用下部副梁在进行压入；g、随着探头及探管在土层的下行，地面必须随时再进行连接探管工作；
步骤4
贯入的过程中同时进行测量工作：a、将探头匀速压入地层的过程中，静力探头的锥尖阻力、侧壁摩擦力将通过电缆传输到地面实时监控面板；b、伽马射线被NaI(Tl)晶体吸收时，在晶体内部就产生微弱闪光；闪光通过光耦合剂进入光电倍增管的阴极时打出一个自由电子；此自由电子在光电倍增管内经过10级倍增后从高压阳极上激发一个负电流脉冲。毎产生一个负电流脉冲就探测到一个伽马射线；地面数据采集系统主要将采集的三个参数：探头的锥尖压力和侧壁摩阻力及地层的自然伽马值(10cm/个)进行采样并记录。
步骤5
测量资料处理：a、数据加载，把LDO组件、LDO属性页组件和测井数据解编组件组装在一起，形成一个综合的数据管理平台，主要完成将多种存储格式的数据加载到数据库，同时提供数据导出功能；b、数据处理，把LDO组件和处理方法组件组装在一起，形成一个交互处理平台，主要通过对自然伽马及摩阻数据等资料的处理，计算地层的泥质含量等地质参数，准确划分地层；c、绘图，对曲线进行曲线拼接、曲线深度和数值的平移、曲线线性校正、曲线漂移的校正、曲线滤波、曲线重采样以及曲线数值的鼠际在位编辑和数值的直接编辑等操作，并显示或打印各类图件；
流程管理器将定义好的工作任务装配成工作流程，并以流程图的形式显示在屏幕上，地质工程师根据流程图按部就班地工作。流程管理器还可以与其控制的应用程序通信，自动初始化应用程序的执行。定义好的工作流程可以存储在数据库中，以便下次使用，同时实现网络信息共享；
数据交换程序将LDO组件、LDO属性页组件和测井数据解编组件组装在一起，形成一个综合的数据管理平台，完成将多种存储格式的数据加载到数据库，同时提供数据导出功能；
数据处理程序将LDO组件和处理方法组件组装在一起，形成一个交互处理平台，通过对自然伽马及摩阻数据等资料的处理，计算地层的泥质含量等地质参数，准确划分地层岩性；
绘图程序用于对图件进行曲线拼接、曲线深度和数值的平移、曲线线性校正、曲线漂移的校正、曲线滤波、曲线重采样以及曲线数值的鼠标在位编辑和数值的直接编辑等操作，并将绘图模板和井的绘图信息存储在LogDB中，实现网络共享；
步骤6
地层岩性评价：a、锥尖阻力较小、侧壁摩阻力比较大的层段所代表的土层多为粘土层；b、锥尖阻力大、侧壁摩阻力比较小的层段所代表的土层则为砂土层；c、侧壁摩阻力与锥尖阻力的比值，即摩阻比FR＝fs/qc×100％，也是划分土层极好的参数，粘性土的FR常大于2％，而砂类土的FR常小于或等于1％；d、IGR＜15％为砂岩，15％＜IGR＜50％为泥质砂岩，50％＜IGR＜85％为砂质泥岩，IGR＞85％为泥岩。
根据图2所示，在高青城东南大约10公里的位置某钻探点001孔进行的浅表地层测量成果图，孔深20米，从图上可以看出，自然伽马曲线与静力探测的资料对应性很好，对岩性的变化有明显的响应，例如4.4～97m层段，自然伽马数值比上部层段明显偏低，这是地层含砂量增加的显示，根据含泥质指数值判断，该层为泥质砂土层，层内中部6.7～7.3m层段自然伽马数值增大，说明泥质增加；而锥尖阻力和侧壁摩阻力比上部层段的数值明显增高，摩阻比大于1但小于2，这是泥质砂土层的特征，而且层内中部的锥尖阻力和侧壁摩阻力减小、摩阻比增大，说明该处粘土含量增加。因此该层段综合评价分析结果为泥质砂层，中间6.7～7.3m层段为砂质泥土层。这与钻探取样资料非常吻合。
实施例6：
不同的是步骤2中“直至锚杆顶部低于移动载体地面25CM，停止下锚；使用同样的方法将后面其它两个地锚下入土中固定；拉动右下锚机手柄，右下锚机开始工作，到下锚机向下50CM，停止下锚”；步骤3中“b、操纵液压贯入起拔手柄使其油缸抬升，当横梁将带有卡块的探杆抬升后，探头离开地面4CM后，即停止；f、油缸设计行程为55cm，将标准的每一根探杆分两次压入；当上横梁升至油缸顶部时，用下部副梁进行压入”；其他同实施例2。
以上所述实施例，只是本发明较优选的具体的实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种近地表岩性探测仪，其结构包括驱动机构和测量装置；其特征在于：所述驱动机构为置于移动载体上的液压贯入装置，所述测量装置包括地下的探头和地上的地面数据采集显示系统和测量资料处理平台；所述液压贯入装置通过探杆连接地下测量装置的探头。
2.根据权利要求1所述的一种近地表岩性探测仪，其特征在于：所述探头包括通过摩阻探头相互连接在一起的自然伽马探头和压力探头，所述自然伽马探头连接探杆；所述探头通过置于探杆中的电缆连接地上的地面数据采集显示系统和测量资料处理平台。
3.根据权利要求1或2所述的一种近地表岩性探测仪，其特征在于：所述移动载体为带有箱体的车辆并作为液压贯入装置向下贯入时的反力装置，所述液压贯入装置置于车辆的箱体内。
4.根据权利要求1或2所述的一种近地表岩性探测仪，其特征在于：所述液压贯入装置由移动载体提供动力，通过液压油缸连接并驱动探杆和探头；所述液压贯入装置还包括有左、右、后下锚机及地锚并由各下锚机控制手柄来控制；所述探杆还与角机相连接。
5.根据权利要求4所述的一种近地表岩性探测仪，其特征在于：所述液压贯入装置还包括液压控制操作台、用来控制液压油缸和探杆的贯入起拔手柄，同时还包括用来存储探杆和油的探杆存储及副油箱，所述移动载体外部设置有多个液压支腿，所述支腿由液压贯入装置的控制手柄来控制。
6.一种近地表岩性探测方法，其特征在于该探测方法按如下步骤进行：
步骤1
调平移动载体：当移动载体在选好的位置停止不动后，将四块原木垫块分别置于四个液压支腿下方，利用液压贯入装置中的支腿控制手柄调整车辆下部四个调平支腿上升或下降，使贯入油缸与地面处于垂直状态，确保静力探测设备将探头和探杆垂直压入地层；
步骤2
液压下锚：考虑到移动载体箱体的空间和操作，设计了三个液压下锚机，前端的左、右下锚机位置固定，后端的后下锚机能进行左右滑动；前端左、右下锚机各下一个地锚，后端下锚机下一至三个地锚；拉动后下锚机手柄，进行下锚工作，直至下锚机下行至导向套处后，拔去销轴；将下锚机再回升至下锚机构顶部，放置下锚连接杆再进行下锚工作，直至锚杆顶部低于移动载体地面15-25CM，停止下锚；使用同样的方法将后面其它两个地锚下入土中固定；拉动右下锚机手柄，右下锚机开始工作，到下锚机向下50-70CM，停止下锚；
步骤3
液压贯入：首先将预先穿好电缆的探杆与探头相连接；连接时须将探头固定，顺时针转动探杆，直至与探头连接牢固；贯入工作按以下步骤进行：a、将连接好探头的探杆，从贯入液压油缸的横梁中间穿过；在贯入液压油缸的连接板中部和上横梁中间的孔中分别插入两只半圆的导向套；使其探杆稳固在两只油缸中间，再连接一根探杆，插入卡块；b、操纵液压贯入起拔手柄使其油缸抬升，当横梁将带有卡块的探杆抬升后，探头离开地面4-5CM后，即停止；c、根据探头的接线方式，将探头的电缆线与地面数据采集显示系统的接线盒相连接，根据仪表使用手册将地面数据采集显示系统开机，在视窗中输入各种指令相关参数；d、将角机固定在即将贯入的探杆上，并进行深度调零；e、将贯入液压油缸的横梁下降，拔出卡块，上升横梁至探杆接头中的凹槽在其横梁的下部，插入卡块，下降横梁进行测量；f、油缸设计行程为45-55cm，将标准的每一根探杆分两次压入；当上横梁升至油缸顶部时，用下部副梁进行压入；g、随着探头及探管在土层的下行，地面及时连接探管；
步骤4
贯入的过程中同时进行测量工作：a、将探头匀速压入地层的过程中，静力探头的锥尖阻力、侧壁摩擦力将通过电缆传输到地面实时监控面板；b、伽马射线被Na工(Tl)晶体吸收时，在晶体内部就产生微弱闪光；闪光通过光耦合剂进入光电倍增管的阴极时打出一个自由电子；此自由电子在光电倍增管内经过10级倍增后从高压阳极上激发一个负电流脉冲，每产生一个负电流脉冲就探测到一个伽马射线；
步骤5
测量资料处理：a、数据加载，把LDO组件、LDO属性页组件和测井数据解编组件组装在一起，形成个综合的数据管理平台，完成将多种存储格式的数据加载到数据库，同时提供数据导出功能；b、数据处理，把LDO组件和处理方法组件组装在一起，形成一个交互处理平台，准确划分地层；c、绘图，对曲线进行曲线拼接、曲线深度和数值的平移、曲线线性校正、曲线漂移的校正、曲线滤波、曲线重采样以及曲线数值的鼠标在位编辑和数值的直接编辑操作，并显示或打印各类图件；
步骤6
地层岩性评价：a、锥尖阻力较小、侧壁摩阻力比较大的层段所代表的土层为粘土层；b、锥尖阻力大、侧壁摩阻力比较小的层段所代表的土层则为砂土层；c、侧壁摩阻力与锥尖阻力的摩阻比FR＝fs/qc×100％，粘性土的FR常大于2％，而砂类土的FR小于或等于1％；d、IGR＜15％为砂岩，15％＜IGR＜50％为泥质砂岩，50％＜IGR＜85％为砂质泥岩，IGR＞85％为泥岩。
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