CN103670382A - 一种钻孔岩心方位恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高放废物地质处置研究领域和工程地质研究领域深部岩体构造特征研究的技术，具体涉及一种钻孔岩心方位恢复方法。包括以下步骤：①岩心基线划定；②岩心结构面编录；③钻孔电视测量和解译，获得钻孔孔壁分布图；④岩心校对并确定基准面，确定各基准面的倾向；⑤确定基线方向：根据钻孔电视测量结果获取基准面倾向值Zi，随后根据基准面与基线的相对位置，按下式可获得各基线的方向；⑥岩心结构面倾向确定：根据每条基线范围内各结构面与基线的相对位置，按以下方程确定每条基线范围内各结构面的倾向值。采用本发明技术方案中的方法，可以实现深钻孔岩心结构面产状的系统恢复，进而为深部地质环境研究提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于高放废物地质处置研究领域和工程地质研究领域深部岩体构造特征研究的技术，具体涉及一种钻孔岩心方位恢复方法。
背景技术
深部岩体结构面的方位、规模是深部地质环境调查的重要内容，也是进行深部地下工程可行性分析和工程设计所必需的关键信息。对于高放废物地质处置工程，岩体结构面的分布不仅会影响岩体力学特性，还可以为发射性核素提供潜在的迁移通道，是影响工程稳定性和长期安全性的关键因素。
为了获取深部岩体的构造特征，深钻孔施工是最为直接和有效的技术手段。钻孔电视测井技术的发明和应用为岩体深部地质特征研究提供了有力工具。但受测量信息解译率的限制，仅仅依靠钻孔电视技术不能完整准确地获得深部岩体构造特征。
作为岩体深部地质特征最直接的载体，钻孔岩心是深部构造特征研究的重要依据。但是在钻孔施工过程中，由于岩石破碎、破损等原因，钻孔岩心往往不能实现完整拼接，导致无法确定深部钻孔岩心结构面的准确方位，造成了岩心中关于岩体深部构造特征的大量有价值信息的遗失。因此，目前急需开发一种能够准确恢复深钻孔岩心方位的技术方法，为深部地质工程的相关研究提供技术支撑。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻孔岩心方位恢复方法，综合岩心结构面编录和高分辨率声波钻孔电视测量技术，建立钻孔岩心方位恢复技术，从而准确揭示深部岩心结构面产状等重要信息，解决目前在深部岩体构造特征研究领域的技术难题。
为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：一种钻孔岩心方位恢复方法，包括以下步骤：
①岩心基线划定：以靠近地表方向为上，将岩心按照从上到下的顺序进行连接；在每个岩心完整拼接段划定基线，并标明深度标识；
②岩心结构面编录：对每个基线范围内的结构面进行编录：记录结构面下顶点的深度、倾角、垂距、以及结构面与基线的相对方位；
其中，结构面是岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面；倾角是结构面与水平面的夹角；深度是岩心结构面下顶点至地面的深度；垂距是岩心结构面上顶点和下顶点之间的垂直距离；结构面与基线的相对方位是指岩心结构面下顶点距基线的最短弧长；
③钻孔电视测量和解译：采用高分辨率声波钻孔电视测井技术，获得钻孔孔壁直观图像和孔壁各点的三维磁坐标和倾斜坐标参数；通过数据解译，获得钻孔孔壁分布图；
④岩心校对并确定基准面：将钻孔电视测量结果与岩心进行比对，根据结构面的深度、形态以及和邻近结构面的相互关系，在每个基线范围内确定岩心结构与钻孔电视解译结果一一对应的典型结构面为基准面；基于钻孔电视获得的结构面数据，确定各基准面的倾向；
⑤确定基线方向：根据钻孔电视测量结果获取基准面倾向值Zi，随后根据基准面与基线的相对位置，按下式可获得各基线的方向Yi：Yi=Zi-lB/r，其中，基线方向为岩心的轴线和基线所确定的平面与水平面的交线的方向；lB为基准面下顶点和基线之间的最短弧长，lB在基线的左侧为正，lB在基线的右侧为负；r为岩心半径；
⑥岩心结构面倾向确定：根据每条基线范围内各结构面与基线的相对位置，按以下方程确定每条基线范围内各结构面的倾向值：Xi，j=Yi+lBi，j/r，其中，Xi，j代表第i条基线范围内第j条结构面倾向；Yi为第i条基线的方向值；lBi，j代表第i条基线范围内第j条结构面下顶点距基线的最短弧长。
进一步的，如上所述的一种钻孔岩心方位恢复方法，步骤①中进行基线划定时，同一基线范围内岩心无缝拼接；对于由于岩心破碎或破损导致无法拼接的情况，该基线结束并进行标记，在下部岩心完整拼接段标记新的基线。每间隔10～30m标注一次深度标识，更优化的，每间隔20m标注一次深度标识。
采用本发明技术方案中的方法，可以实现深钻孔岩心结构面产状的系统恢复，进而为深部地质环境研究提供技术支撑。该方法已在我国高放废物候选场址深部地质环境研究中进行了成功应用，实现了多个深钻孔岩心产状的恢复。结果表明，在600m深度范围内，该方法岩心产状恢复误差在15°以内。
附图说明
图1为钻孔岩心方位恢复技术流程图；
图2为钻孔岩心基线划定方法示意图；
图3为钻孔岩心柱状图；
图4为钻孔岩心平面展开示意图；
图5为岩心结构面编录示意图。
图中，1-岩心，2-基线，3-深度标识，4-结构面，5-结构面下顶点，6-倾角，7-垂距，8-与基线的相对方位。
具体实施方式
下面结构附图和实施实例对本发明所提供的一种钻孔岩体方位恢复方法作进一步说明。
一种钻孔岩心方位恢复方法，如图1所示，包括以下步骤：
（1）岩心基线划定：如图2所示，以靠近地表方向为上，将岩心1按照从上到下的顺序进行连接；在每个岩心完整拼接段划定基线2，并标明深度标识3；进行基线2划定时，应保证同一基线范围内岩心实现无缝拼接，以确保各结构面与基线的相对方位8准确。对于由于岩心破碎或破损导致岩心无法拼接的情况，该基线结束并进行标记。在下个岩心完整拼接段标记新的基线。进行基线2划定时，每间隔10～30m标注一次深度标识3，更优化的方案可以是每间隔20m标注一次深度标识3。
（2）岩心结构面编录：如图3～5所示，对每个基线2范围内的结构面4进行编录：记录结构面下顶点5的深度、倾角6、垂距7、以及结构面4与基线2的相对方位8；其中，结构面4是岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面；倾角6是结构面4与水平面的夹角；深度是岩心结构面下顶点5至地面的深度；垂距7是岩心结构面上顶点和下顶点之间的垂直距离；结构面4与基线2的相对方位8是指岩心结构面下顶点5距基线2的最短弧长；
（3）钻孔电视测量和解译：采用高分辨率声波钻孔电视测井技术，获得钻孔孔壁直观图像和孔壁各点的三维磁坐标和倾斜坐标参数；通过数据解译，获得钻孔孔壁分布图；
（4）岩心校对并确定基准面：将钻孔电视测量结果与岩心进行比对，根据结构面4的深度、形态以及和邻近结构面的相互关系，在每个基线2范围内确定岩心结构与钻孔电视解译结果一一对应的典型结构面为基准面；基于钻孔电视获得的结构面数据，确定各基准面的倾向；
（5）确定基线方向：根据钻孔电视测量结果获取基准面倾向值Zi，随后根据基准面与基线2的相对位置，按下式可获得各基线的方向Yi：Yi=Zi-lB/r，其中，基线方向为岩心1的轴线和基线2所确定的平面与水平面的交线的方向；lB为基准面下顶点和基线2之间的最短弧长，lB在基线2的左侧为正，lB在基线2的右侧为负；r为岩心半径；
（6）岩心结构面倾向确定：根据每条基线2范围内各结构面4与基线2的相对位置，按以下方程确定每条基线范围内各结构面4的倾向值：Xi，j=Yi+lBi，j/r，其中，Xi，j代表第i条基线范围内第j条结构面倾向；Yi为第i条基线的方向值；lBi，j代表第i条基线范围内第j条结构面下顶点距基线的最短弧长。
Claims (4)
1.一种钻孔岩心方位恢复方法，其特征在于：包括以下步骤：
①岩心基线划定：以靠近地表方向为上，将岩心（1）按照从上到下的顺序进行连接；在每个岩心完整拼接段划定基线（2），并标明深度标识（3）；
②岩心结构面编录：对每个基线（2）范围内的结构面（4）进行编录：记录结构面下顶点（5）的深度、倾角（6）、垂距（7）、以及结构面（4）与基线（2）的相对方位（8）；
其中，结构面（4）是岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面；倾角（6）是结构面（4）与水平面的夹角；深度是岩心结构面下顶点（5）至地面的深度；垂距（7）是岩心结构面上顶点和下顶点之间的垂直距离；结构面（4）与基线（2）的相对方位（8）是指岩心结构面下顶点（5）距基线（2）的最短弧长；
③钻孔电视测量和解译：采用高分辨率声波钻孔电视测井技术，获得钻孔孔壁直观图像和孔壁各点的三维磁坐标和倾斜坐标参数；通过数据解译，获得钻孔孔壁分布图；
④岩心校对并确定基准面：将钻孔电视测量结果与岩心进行比对，根据结构面（4）的深度、形态以及和邻近结构面的相互关系，在每个基线（2）范围内确定岩心结构与钻孔电视解译结果一一对应的典型结构面为基准面；基于钻孔电视获得的结构面数据，确定各基准面的倾向；
⑤确定基线方向：根据钻孔电视测量结果获取基准面倾向值Zi，随后根据基准面与基线（2）的相对位置，按下式可获得各基线的方向Yi：Yi=Zi-lB/r，其中，基线方向为岩心（1）的轴线和基线（2）所确定的平面与水平面的交线的方向；lB为基准面下顶点和基线（2）之间的最短弧长，lB在基线（2）的左侧为正，lB在基线（2）的右侧为负；r为岩心半径；
⑥岩心结构面倾向确定：根据每条基线（2）范围内各结构面（4）与基线（2）的相对位置，按以下方程确定每条基线范围内各结构面（4）的倾向值：Xi，j=Yi+lBi，j/r，其中，Xi，j代表第i条基线范围内第j条结构面倾向；Yi为第i条基线的方向值；lBi，j代表第i条基线范围内第j条结构面下顶点距基线的最短弧长。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔岩心方位恢复方法，其特征在于：步骤①中进行基线（2）划定时，同一基线（2）范围内岩心（1）无缝拼接；对于由于岩心（1）破碎或破损导致无法拼接的情况，该基线（2）结束并进行标记，在下部岩心（2）完整拼接段标记新的基线（2）。
3.根据权利要求1所述的一种钻孔岩心方位恢复方法，其特征在于：步骤①中进行基线（2）划定时，每间隔10～30m标注一次深度标识（3）。
4.根据权利要求3所述的一种钻孔岩心方位恢复方法，其特征在于：步骤①中进行基线（2）划定时，每间隔20m标注一次深度标识（3）。
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