鉆孔測(cè)量鉆孔測(cè)量技術(shù)

鉆孔測(cè)量技術(shù)包括鉆孔巖心編錄和取樣、常規(guī)地球物理測(cè)井（井徑、溫度、密度、伽馬測(cè)井等）、鉆孔雷達(dá)測(cè)量、鉆孔孔壁成像測(cè)井（如聲波鉆孔電視測(cè)量、光學(xué)電視測(cè)量等）、多參數(shù)水化學(xué)測(cè)井、鉆井液電導(dǎo)率測(cè)井、鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)等。在工程實(shí)踐中，鉆孔巖心編錄和取樣、常規(guī)地球物理測(cè)井是常用的鉆孔測(cè)量技術(shù)，國(guó)內(nèi)外均有大量的研究。

鉆孔測(cè)量鉆孔雷達(dá)測(cè)量

鉆孔雷達(dá)和地面雷達(dá)統(tǒng)稱為探地雷達(dá)。探地雷達(dá)是20世紀(jì)70年代后期逐步發(fā)展起來(lái)的一種地球物理方法。該技術(shù)借鑒了其他地球物理方法的優(yōu)點(diǎn)，并依托于迅速發(fā)展的電了技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和光纖通信技術(shù)，從儀器制造到軟件設(shè)計(jì)充分顯示了現(xiàn)代地球物理的特點(diǎn)。探地雷達(dá)技術(shù)具有如下顯著特點(diǎn)：分辨率高，測(cè)量速度快（納秒級(jí)的采樣速度），信號(hào)疊加次數(shù)多（從1次至3萬(wàn)多次疊加，可充分抑制背景噪聲），數(shù)據(jù)傳輸快（采用光纜傳輸），測(cè)量方式多樣（空中、地面、鉆孔、速度測(cè)量、透視測(cè)量、跨孔CT），低功耗、輕便，有一定的探測(cè)深度。

20世紀(jì)80年代，瑞典研究人員為評(píng)價(jià)高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)場(chǎng)址深部巖石的完整性，開始研究地面雷達(dá)在鉆孔中的應(yīng)用。到20世紀(jì)90年代，鉆孔雷達(dá)技術(shù)基本成熟。同時(shí)，加拿大、瑞士和美國(guó)等國(guó)家也應(yīng)用鉆孔雷達(dá)評(píng)價(jià)高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)場(chǎng)址深部巖石的完整性。

鉆孔雷達(dá)的測(cè)量原理是:利用寬頻帶短脈沖形式的高頻電磁波（主頻為數(shù)十至數(shù)白兆赫），以鉆孔軸線為測(cè)線，固定發(fā)射和接收天線問(wèn)的距離（發(fā)/收距），沿鉆孔提/放天線進(jìn)行測(cè)量。由于電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性及兒何形態(tài)而變化，因而，根據(jù)接收到的波的傳播時(shí)問(wèn)（亦稱雙程走時(shí)）、幅度與波形資料，通過(guò)圖像處理和分析，確定鉆孔側(cè)向一定范圍內(nèi)的陡傾角(或垂直)裂隙等結(jié)構(gòu)面和空洞的空問(wèn)位置或結(jié)構(gòu)。

根據(jù)鉆孔雷達(dá)的測(cè)量原理可知，利用鉆孔雷達(dá)開展鉆孔裂隙、斷裂構(gòu)造調(diào)查的最大優(yōu)勢(shì)是可以確定這些結(jié)構(gòu)面在巖體中的延仲和傾角特征。但是，通過(guò)鉆孔雷達(dá)測(cè)量很難獲得被測(cè)結(jié)構(gòu)面的走向/傾向。另外，由于鉆孔雷達(dá)測(cè)量所使用的光纜有較大的仲縮性，深度校正是一個(gè)繁瑣的過(guò)程。

鉆孔測(cè)量聲波鉆孔電視測(cè)量

聲波鉆孔電視測(cè)井技術(shù)作為一種小口徑鉆孔地球物理測(cè)井工具，由于探頭采用了先進(jìn)的聲波束聚焦技術(shù)、數(shù)字記錄技術(shù)和數(shù)字化數(shù)據(jù)處理技術(shù)等，其精度和測(cè)井速度較高，廣泛運(yùn)用于鉆孔地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查、生產(chǎn)勘探和開采設(shè)計(jì)、核廢物深地質(zhì)處置庫(kù)選址和場(chǎng)址評(píng)價(jià)、巖石工程等研究領(lǐng)域，用于開展評(píng)價(jià)斷裂構(gòu)造的延仲特征、巖心定位和定向排列、裂隙隙寬定量分析、鉆孔偏移測(cè)量、節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)分析等研究。

蘇銳等詳細(xì)介紹了聲波鉆孔電視測(cè)井技術(shù)的測(cè)量原理和技術(shù)特點(diǎn)。利用鉆孔電視測(cè)量技術(shù)，可以獲得鉆孔孔壁連續(xù)的三維圖像，進(jìn)而分析被鉆孔揭穿的結(jié)構(gòu)面（如裂隙、斷裂構(gòu)造、頁(yè)理、巖性分界面等）的空問(wèn)結(jié)構(gòu)特征和分布特征以及巖性的空問(wèn)分布特征等。其技術(shù)缺陷在于鉆孔電視只能“看見”鉆孔孔壁特征，無(wú)法探測(cè)結(jié)構(gòu)面沿垂直鉆孔方向的延仲特征。

鉆孔測(cè)量鉆孔多參數(shù)水化學(xué)測(cè)井

深部環(huán)境水文地質(zhì)特征和地下水水化學(xué)特征研究是高放廢物深地質(zhì)處置場(chǎng)址選址及評(píng)價(jià)研究的重要內(nèi)容之一。為了獲得深部環(huán)境水化學(xué)參數(shù)，廣泛采用的方法是從深部取出地下水樣品，然后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和送實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)量。這種方法的特點(diǎn)是分析精度高；可以根據(jù)需要分析地下水的水化學(xué)組分。其不足之處是取得的樣品數(shù)總是有限的，測(cè)量周期長(zhǎng)，無(wú)法獲得地下水化學(xué)參數(shù)隨深度變化特征曲線；受到取樣技術(shù)的限制，特別是在干旱低滲透裂隙巖地區(qū)，由于含水介質(zhì)非均一性、各向異性、涌水量小，獲得深部有代表性的原狀地下水樣品既是一項(xiàng)技術(shù)難度大的任務(wù)，又是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢的工作;實(shí)際工作中，實(shí)驗(yàn)室往往距離取樣現(xiàn)場(chǎng)遙遠(yuǎn)，如果樣品送回實(shí)驗(yàn)室分析就需要可靠的樣品儲(chǔ)存、運(yùn)輸技術(shù)和設(shè)備，這也是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢的任務(wù)。多參數(shù)水化學(xué)測(cè)井技術(shù)很好地克服了這些缺點(diǎn)。

由于鉆進(jìn)過(guò)程中使用的鉆井液和潤(rùn)滑劑會(huì)污染地下水，如果進(jìn)行鉆孔多參數(shù)水化學(xué)測(cè)井前沒(méi)有將鉆井液和潤(rùn)滑劑排除干凈，則所獲得水化學(xué)值不能反映地下水真實(shí)的水化學(xué)特征。

鉆孔測(cè)量雙栓塞鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)

雙栓塞鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)獲得巖體滲透參數(shù)的常用的成熟的鉆孔測(cè)量技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于水利水電、巖土工程、水資源評(píng)價(jià)和石油勘探等領(lǐng)域。其基本原理是：用雙栓塞（也稱為封隔器）將目標(biāo)含水層/巖體與其他含水層/巖體隔離開，達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量目標(biāo)含水層/巖體的滲透參數(shù)的目的。

對(duì)于低滲透性含水層/巖體，普遍采用雙栓塞壓水試驗(yàn)技術(shù)獲得滲透參數(shù)。其特點(diǎn)是設(shè)備較簡(jiǎn)單，試驗(yàn)歷時(shí)較短，效率高。

根據(jù)地質(zhì)或工程要求，利用鉆探設(shè)備，在巖層中鉆鑿的直徑遠(yuǎn)小于其深度的柱形圓孔。鉆孔的最上部稱孔口，鉆孔的底面稱孔底，由孔口至孔底的整個(gè)柱狀側(cè)面稱孔壁。整個(gè)鉆孔有時(shí)也稱為孔身。根據(jù)工程目的不同，鉆孔可分為地質(zhì)勘探鉆孔、水文鉆孔、工程鉆孔等。

鉆孔測(cè)量鉆孔要素

鉆孔直徑、鉆孔深度、鉆孔方向是一個(gè)鉆孔的三要素。鉆孔要素取決于工程目的和施工條件。煤田地質(zhì)勘探鉆孔的直徑通常在75～172mm范圍內(nèi)；直徑小于75mm的稱小口徑鉆孔;直徑大于172mm的稱大口徑鉆孔或鉆井。煤田地質(zhì)勘探鉆孔的深度通常不超過(guò)1500m，深度在300m以內(nèi)的鉆孔稱淺孔；深度在300～800m的稱中深孔；深度超過(guò)800m的稱深孔。鉆孔方向即鉆孔軸線的指向。地面鉆孔有直孔和斜孔（鉆孔軸線同鉛垂線間夾角小于45°的鉆孔。坑道鉆孔的方向可變性很大，可以從垂直向下到垂直向上，但多數(shù)是接近水平的鉆孔。

鉆孔測(cè)量鉆孔結(jié)構(gòu)

又稱孔身結(jié)構(gòu)，指鉆孔由開孔到終孔的孔徑變化。通常在施工前對(duì)鉆孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即提出對(duì)整個(gè)鉆孔與一定深度相對(duì)應(yīng)的孔徑變化要求，并以剖面圖的形式繪出。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括埋設(shè)孔口管的直徑及深度、開孔直徑和鉆進(jìn)深度、各個(gè)需變徑孔段的直徑和鉆進(jìn)深度。如須下入套管，還應(yīng)繪出套管規(guī)格、下入位置、層數(shù)及固定方法，并附文字說(shuō)明以及終孔直徑和終孔深度等?？咨斫Y(jié)構(gòu)剖面又稱鉆孔技術(shù)剖面，它作為《鉆孔地質(zhì)技術(shù)指示書》的重要內(nèi)容之一，是鉆孔施工的主要依據(jù)。設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮鉆孔的工程目的、巖層特點(diǎn)、最大深度、合理的終孔直徑以及鉆進(jìn)方法、護(hù)孔措施、設(shè)備能力等，并在滿足地質(zhì)或工程要求的前提下力求簡(jiǎn)化孔身結(jié)構(gòu)；盡量縮小整個(gè)鉆孔的直徑;盡少變換孔徑，不下或少下套管，以加快鉆進(jìn)速度、降低鉆探成本。常用的設(shè)計(jì)方法是先根據(jù)鉆孔工程目的及最大鉆進(jìn)深度確定合理的最小終孔直徑，再據(jù)穿過(guò)的巖層性質(zhì)、孔壁穩(wěn)定情況及合理利用設(shè)備功率等因素，自下而上逐段推出變徑位置以及開孔直徑。對(duì)于較復(fù)雜的孔段應(yīng)考慮進(jìn)行技術(shù)處理或下入套管的可能，保留進(jìn)行擴(kuò)孔或下入套管的備用直徑，不強(qiáng)求簡(jiǎn)化。

鉆孔測(cè)量鉆孔功能

①獲取巖心、巖屑或煤層氣樣品，必要時(shí)從孔壁補(bǔ)取巖樣。

②作為煤田測(cè)井通道，獲取巖層各種地球物理信息。

③簡(jiǎn)易觀測(cè)地下含水層水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)。

④有的鉆孔可探采結(jié)合，開采地下水、煤成氣，地?zé)岬取?

鉆孔測(cè)量是地球物理測(cè)井技術(shù)的重要組成部分，在鉆孔質(zhì)量檢測(cè)、鉆孔定向、礦產(chǎn)資源評(píng)估、建井工程等方面起著極其重要的作用，特別是近年來(lái)鉆孔測(cè)斜技術(shù)應(yīng)用到工程施工和工程質(zhì)量檢測(cè)方面，使鉆孔測(cè)斜技術(shù)的研究和應(yīng)用日益受到重視。

鉆孔測(cè)量結(jié)構(gòu)

回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆孔測(cè)量系統(tǒng)屬于無(wú)線式軌跡測(cè)量系統(tǒng)，是一種固態(tài)自成系統(tǒng)的軌跡測(cè)量裝置，由孔底測(cè)量探管、孔口同步器和無(wú)磁鉆桿組成，其體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便，現(xiàn)場(chǎng)的安裝快捷簡(jiǎn)便，操作簡(jiǎn)單?？椎诇y(cè)量探管主要包括：三軸加速度計(jì)及磁力傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、電池組及輔助構(gòu)件。地而裝置包括：一套數(shù)據(jù)處理軟件、一臺(tái)用于現(xiàn)場(chǎng)處理測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。

鉆孔測(cè)量工作原理

回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆孔測(cè)量系統(tǒng)是利用地球重力場(chǎng)和地磁場(chǎng)原理，使測(cè)量探管對(duì)鉆孔軌跡的傾角、方位角進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)孔口同步器實(shí)現(xiàn)測(cè)量時(shí)間同步記錄，再將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行鉆孔軌跡圖繪制。井下工作時(shí)，首先在鉆頭后而加接兩根無(wú)磁鉆桿，之后將測(cè)量探管固定在第三根無(wú)磁鉆桿中，再加接其余兩根無(wú)磁鉆桿，即可加接普通鉆桿正常鉆進(jìn)。測(cè)量探管可以實(shí)時(shí)測(cè)量鉆進(jìn)軌跡參數(shù)（井斜角、方位角等），數(shù)據(jù)處理儀留在鉆孔孔口，每鉆進(jìn)一根鉆桿，在加接鉆桿的時(shí)間內(nèi)，由操作人員按數(shù)據(jù)處理儀上的操作按鍵記錄測(cè)量時(shí)間。待鉆孔完鉆后，提鉆取出測(cè)量探管，將探管中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到孔口同步器，再與孔口同步器的數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，自動(dòng)生成鉆孔的軌跡，并繪圖顯示（上下偏差、左右偏差），鉆孔軌跡一目了然，同時(shí)數(shù)據(jù)可打印、保存等。進(jìn)而對(duì)下個(gè)鉆孔的軌跡布局進(jìn)行理論指導(dǎo)，或進(jìn)行區(qū)域及局部防突措施，使該區(qū)域鉆孔的設(shè)計(jì)及布置更加科學(xué)合理，從而達(dá)到消除瓦斯抽放盲區(qū)的目的，實(shí)現(xiàn)鉆孔合理布置。同時(shí)儀器所用電源為可充電電池，節(jié)約生產(chǎn)成本。

阜康黃山村鉆孔測(cè)量

測(cè)區(qū)己知有16個(gè)需測(cè)鉆孔，測(cè)區(qū)附近僅有4個(gè)互相不通視的GPS E級(jí)點(diǎn)區(qū)內(nèi)地形起伏較大，有樹林和田地，GPS E級(jí)點(diǎn)與16個(gè)需測(cè)鉆孔也互不通視在這里采用常規(guī)測(cè)量，根據(jù)測(cè)量規(guī)范要求，需要引測(cè)控制點(diǎn)到與鉆孔通視附近的位置曰完成鉆孔測(cè)量工作需要4-5人、3-4天，勞動(dòng)強(qiáng)度大，加之天氣現(xiàn)象的因素，常規(guī)測(cè)量受到極大影響工作成本高、速度慢。

根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際情況，采用GPS-RTK測(cè)量本次使用的GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)為美國(guó)產(chǎn)天寶5800動(dòng)態(tài)GPS及商業(yè)解算軟件1臺(tái)套。

鉆孔測(cè)量是在測(cè)區(qū)己有控制點(diǎn)基礎(chǔ)上，采用Trim-b1c5800RTK1 1接收機(jī)及自動(dòng)存儲(chǔ)手簿進(jìn)行測(cè)量，基準(zhǔn)站設(shè)置在測(cè)區(qū)中心位置附近且地勢(shì)較高的控制點(diǎn)上，流動(dòng)站距離基準(zhǔn)站小于5km，其質(zhì)量存儲(chǔ)控制水平限差0.015m；垂直限差0.020m；觀測(cè)時(shí)間5秒為了避免坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)投影變形過(guò)大，Trimb1c5800RTK 1 1在測(cè)量過(guò)程中加入測(cè)區(qū)3個(gè)控制點(diǎn)校正鉆孔位置測(cè)至封孔標(biāo)志中心，高程測(cè)至標(biāo)石面，并提供地面高程數(shù)據(jù)整個(gè)外業(yè)工作在1天時(shí)間里就完成了，第二天就提供了測(cè)量成果GPS-RTK測(cè)量精度符合工程測(cè)量規(guī)范要求，滿足地質(zhì)勘查工作的需要在類似項(xiàng)目工程中完全可以使用GPS-RTK進(jìn)行測(cè)量和復(fù)測(cè)孔位。 2100433B

中文名稱

鉆孔位置測(cè)量

英文名稱

bore-hole position survey

定　　義

在鉆探工程中按設(shè)計(jì)要求將鉆孔位置測(cè)設(shè)于實(shí)地，在鉆探過(guò)程中檢查和恢復(fù)孔位，以及鉆探結(jié)束后測(cè)定孔位中心的平面坐標(biāo)和高程的測(cè)量。

應(yīng)用學(xué)科

測(cè)繪學(xué)（一級(jí)學(xué)科），工程測(cè)量（二級(jí)學(xué)科）

鉆孔頂角是鉆孔在其各測(cè)點(diǎn)處傾斜方向的垂直平面上偏離鉛垂線的角度，可利用地球重力場(chǎng)，以鉛垂線為基準(zhǔn)，采用液面水平、懸錘、擺錘等方法測(cè)量。高精度測(cè)量采用閉環(huán)式加速度計(jì)。鉆孔方位角是鉆孔水平投影偏離磁北(N)的角度，利用地球磁場(chǎng)、以地球磁子午線為定向基準(zhǔn)，用磁羅盤測(cè)量。高精度測(cè)量采用磁通門。在強(qiáng)磁性礦區(qū)的鉆孔內(nèi)，要采用以慣性定向原理的陀螺儀測(cè)量。

鉆孔定位測(cè)量（hole position survey）是按設(shè)計(jì)要求將鉆孔位置測(cè)設(shè)于實(shí)地（初測(cè)階段）、并在平整鉆機(jī)機(jī)場(chǎng)后根據(jù)復(fù)測(cè)校正樁，恢復(fù)確定平整機(jī)場(chǎng)時(shí)被破壞的鉆孔位置（復(fù)測(cè)階段）以及在鉆探結(jié)束后測(cè)定鉆孔中心（封孔標(biāo)志中心或套管頂面中心）的平面坐標(biāo)和高程（定測(cè)階段）等的測(cè)量工作。 2100433B