中科院武汉岩土所王川婴 钻孔雷达

1、钻孔雷达与钻孔摄像在工程地质勘察中的综合应用与探讨报告人: 王川婴单 位: 中科院岩土力学研究所日 期: 2007.03.21第二届探地雷达应用技术培训班（成都）讲稿目录勘察设备简介及数字钻孔摄像技术钻孔雷达与钻孔摄像综合应用初探工作中存在的问题及改进要求初步结论与探讨提纲1 勘察设备简介使用GSSI公司生产的SIR-20地质雷达系统，采用100MHz井中天线。测试使用仪器参数：单天线，1通道，100MHz井中天线，samp/scan：2048，bits/sample：16，scans/sec：20， Range（ns）：300。1.1 钻孔地质雷达图1 钻孔雷达主机与天线 钻孔雷达与地面雷达

2、的基本原理是一样的，如右图所示，即它包括雷达发射机和接收机，并内置于不同的天线内。天线通过电缆与控制单元相连，电缆用来传输触发信号和采集的数据。笔记本用来存储和显示图像。钻孔雷达可以用以下不同模式：反射，跨孔，地面-孔中和直达波模式。本次工程采用的是反射模式。1.1 钻孔地质雷达图2 钻孔雷达原理示意图 在反射模式下，雷达发射天线和接收天线以固定的间距下到相同的钻孔中（见下图），并向360度空间辐射和接收反射信号（无方向性），因此，仅从一个钻孔中得到的数据无法得到反射体的方位，但可以得到反射体的距离，反射体是否是面状的，以及确定平面体和钻孔的夹角。图3 钻孔雷达反射测量示意1.1 钻孔地质雷达

3、图4 钻孔地质雷达测试图像1.1 钻孔地质雷达 本次勘察工程采用的数字钻孔摄像系统硬件部分由绞车、全景探头、控制箱、仪器箱、摄像机、台式计算机（含视频采集卡、1394卡）等部分组成。它是由中科院武汉岩土力学研究所经过多年攻关研制成的岩土测试仪器。 光学成像技术自上世纪50年代被引入到测井中来后，从早期模拟方式的钻孔照相系统，到侧视旋转式钻孔电视、全景式孔内彩色电视和侧壁轴向观测的双CCD钻孔电视等钻孔电视系统，一直发展成现在的数字钻孔摄像技术。该钻孔摄像系统的特点、主要技术指标和基本应用如下：1.2 数字钻孔摄像系统1.3 数字钻孔摄像技术1.3 什么是数字钻孔摄像技术? 数字钻孔摄像技术是基

4、于数字钻孔摄像系统发展起来的全景技术与数字技术相结合的新型岩土测试技术，在结构面产状、形成平面图像和三维图像以及统计分析等方面，有传统方法无法比拟的优点。该系统可观测钻孔中地质体的各种特征和细微变化，如底层岩性、岩石结构、断层、裂隙、夹层、岩溶等。在水利、土木、能源、交通、地质、矿山、环境等领域已得到了广泛应用，并取得了良好的经济效益。图5 数字全景钻孔摄像系统示意图数字全景钻孔摄像系统主要包括7个部分: 全景摄像头，深度测量轮，绞车，深度脉冲发生器，磁带录像机，视频监视器以及计算机和打印机。1.3.2 数字钻孔摄像技术原理简介图6 全景探头和绞车型观测窗深度测量系统数据接口1.3.2 数字钻

5、孔摄像技术原理简介图7 摄像头及绞车的安装与调试1.3.2 数字钻孔摄像技术原理简介图8 钻孔摄像测试现场 1.3.2 数字钻孔摄像技术原理简介测试基本原理简介图9 数字全景钻孔摄像技术原理示意图基本原理全景图像平面展开全景技术数字技术虚拟岩壁1.3.2 数字钻孔摄像技术原理简介2 钻孔雷达与钻孔摄像综合应用初探图10 钻孔雷达与钻孔摄像测试现场 2 钻孔雷达与钻孔摄像综合应用初探图11 套管及固定支架 2 钻孔雷达与钻孔摄像综合应用初探图12 安放PVC套管 2 钻孔雷达与钻孔摄像综合应用初探图13 钻孔雷达与钻孔摄像数据采集 2.1 地表的影响地表影响图14 地表对钻孔雷达图像的影响注：图

6、像选自DK584+935.4右3.9m钻孔2.2 套管的影响图15 套管对钻孔雷达图像的影响套管部分套管出口处(20.33m)注：图像选自DK584+935.4右3.9m钻孔2.3 裂隙的影响图16 裂隙对钻孔雷达图像的影响裂隙反射波纹注：图像选自DK583+880.5右1.1m钻孔裂隙(30.4m)钻孔雷达图像数字钻孔图像裂隙(26.6m)2.4 穿过钻孔的溶洞图17 穿过钻孔的溶洞的雷达图像能量衰减明显注：图像选自DK584+935.4右3.9m钻孔钻孔雷达图像数字钻孔图像裂隙(26.6m)2.5 岩溶化灰岩图18 岩溶化灰岩的雷达图像溶隙处能量衰减明显注：图像选自DK604+375.4左

7、3.5m钻孔钻孔雷达图像数字钻孔图像岩溶化灰岩溶隙，分别在29.9m-30.7m和33.4m-33.8m，充填有黄色的粘土。2.6 粘土层及土岩分界面图19 粘土层的雷达图像粘土层雷达图注：图像选自DK604+375.4左3.5m钻孔钻孔雷达图像数字钻孔图像粘土层土岩分界面2.7 未穿过钻孔的溶洞图20 可能存在的未穿过钻孔的溶洞可能存在的溶洞注：图像选自DK583+880.5右1.1m钻孔钻孔雷达图像数字钻孔图像闭合裂纹闭合裂纹2.8 水对雷达图像的影响水位影响图21 水位对钻孔雷达图像的影响注：图像选自DK584+935.4右3.9m钻孔2.9 含泥夹层的钻孔图像含泥夹层图22 含泥夹层对

8、钻孔雷达图像的影响注：图像选自DK597+036.6右5.3m钻孔含泥夹层数字钻孔图像2.10 竹节状灰岩图22 竹节状灰岩数字钻孔图像无明显反应注：图像选自DK584+935.4右3.9m钻孔钻孔雷达图像数字钻孔图像竹节状灰岩竹节状灰岩数字钻孔图像3 工作中存在的问题及改进要求 钻孔摄像经过多年的发展以及在各类工程中的广泛应用，已成为工程地质勘察中的重要手段。虽然它具有直观性、完整性、准确性以及可量测特征，但是，仍无法摆脱其一维特性。而钻孔雷达正好弥补了钻孔摄像的这一缺陷，它以钻孔为中心对四周的空间区域进行探测。目前，钻孔雷达的应用还是基本的，不论是从仪器本身，还是在结果解释方面都仍然存在一

9、些需要探讨的问题。3 工作中存在的问题及改进要求1雷达设备 天线的发射与接收端不可拆分； 无井口固定支架； 距离测量器难以应用于井中测试定位； 未提供绕线盘； 未提供探头的安装/拆卸工具。2图像解释 面状结构的倾角； 面状结构的延深； 点状结构的定位； 发射与接收端处于面状结构两边的特征。4 初步结论与探讨4.1初步结论钻孔摄像与钻孔雷达的应用是成功的；钻孔摄像能准确地揭示了岩体结构的一维特征；钻孔雷达能准确地反映钻孔侧壁周围目标体的结构特征，如点、面状结构；不共线三孔布局可解决钻孔雷达的定向问题； 钻孔摄像与钻孔雷达相结合实现局部区域的工程地质勘察是可行的。4 初步结论与探讨4.2探讨总的看来，数字钻孔摄像系统和钻孔地质雷达在工程勘察中的综合应用是成功的。经处理得到的孔壁展开图及立体柱状图与钻孔地质雷达图综合，能清晰准确地反映测孔地区岩石的形态特征，岩体内部的裂隙、节理、破碎带分布及岩脉等地质构造的原始状态，达到