裂缝探测（通用4篇）
裂缝探测 篇1
一、压裂裂缝探测技术的探测原理
压裂施工中, 所用的压裂液相对于地层为良导体。由于压裂液的压入, 目标层的压力场、内部介质、喉道等都将发生改变, 目标射孔层内的电阻率将降低。通过被测井套管和远供电电极向地层供以稳定的强电流, 这部分压裂液在地层中即可看成一个场源, 由于它的存在, 将使原电场 (注压裂液前的地面电场) 的分布形态发生变化, 即大部分电流集中到低阻体带, 使地层表面的电流密度减小, 造成地面的电位发生变化。
鉴于此, 若在被测井周围环形布置多组测点, 采用高精度的电位法压裂裂缝方位测试系统, 测量在注入压裂液前后的地面电位变化。实际上, 根据测量得到的电位差不能直接判断裂缝方位。
原因包括:
1. 裂缝深度较大, 供电功率有限, 由压裂液引起的外电场变化很小。
2. 地层中介质的不均匀性, 引起地面本身的电位分布不均匀。
3. 测量电极的接地条件不同, 导致不同测点间的电位差存在较大差异。
4. 供电电流的影响。经验表明:长时间供电, 供电电极表面发生氧化, 供电电流减小。
二、数据采集
1. 为保证测试数据的准确性和有效性, 现场测试要求:
(1) 测量线和供电线的接地电阻接近0Ω。
(2) 对地绝缘电阻大于30MΩ。
(3) 复查测点的重复测量相对误差在±0.5%以内。
2. 野外施工工作步骤:
(1) 井位现场踏勘。包括确定电法仪器放置位置、采集井口准确坐标、设计施工方案等。根据压裂时间安排, 制定好工作计划。
(2) 布设测点。采用导航仪和测绳, 准确定位各测点, 每个测点打入1根铜电极, 确保所有电极都打入实土中。供电电极一端固定在井口金属架上 (A极) , 一端距离井口1200m, 压裂目的层深度为1000m, 设计的远电极极距大于目的层深度。远电极共2根, 呈“一”字形排开, 各电极通过导线连接。
(3) 将所用测点通过导线与设备连接好, 确保导线完好。
(4) 设备优化。启动设备开始测试, 保证供电电流达到6A且稳定, 观测OM、ON间电位差, 对不能满足设计要求的测点进行整改。整改的测点包括:电位差不稳定, 或者与其它两点间的电位差差异大。整改途径:换一根导线、增加电极、将电极深埋等。确保所有测点工作正常, 测得稳定的数据。
(5) 背景电场测量。压裂前, 进行设备的连接调试, 设置测试参数。在保证仪器工作稳定条件下, 采集数据时间为1.5h, 在压裂施工前对被测井地面人工电场进行正常场测试, 测量内、中、外测点间的电位差。测量正常场阶段, 现场分析测量数据, 绘制时间-电位差曲线, 若电位差的变化率小于3%, 视为正常。
(6) 压裂施工过程中, 不间断测量异常场, 与压裂前基准电位场测试装置一致, 测试压裂过程中, 测量内、中、外测点间的电位差, 取得与压裂前对应相对应的电位差数据。整个测量期间, 电流出现下降趋势, 采用增大供电电压或者增加供电电极方法, 确保供电电流稳定。压裂过程持续2h, 现场时刻观察电位差的变化率, 分析引起电位差变化的原因。测量期间出现导线被压裂车辆弄断现象, 一旦发现故障, 立即采取处理措施, 将导线接好, 确保所有测点工作正常。
(7) 压裂完成后, 再测量3h, 继续记录电位场的变化。在压裂裂缝方位, 压裂液回流, 本方位测点间的电位差的变化率逐渐减小, 最终在零值附近小范围波动。
(8) 最后将所有设备整理好, 完井。
三、资料处理与解释
压裂裂缝探测技术选用的电位法测试压裂裂缝资料解释依据是, 根据电位法理论以及正演模拟可得出:改变压裂层段电阻率值后, 裂缝方向 (或高渗透方向) 的测点测得的电位视纯异常值发生明显变化, 我们知道, 当高矿化度液体进入人工压裂后的地层段, 由于电流分配系数在沿着高矿化度液体扩散方向上急剧增大, 导致地面电流密度减小, 这样, 地面电位视纯异常曲线出现负异常变化;反之, 当低矿化度液体进入压裂层段后, 电流分配系数沿低矿化度液体的扩散方向明显减小, 地面电流密度增加, 地面电位视纯异常曲线出现正异常变化。
结论及建议
压裂裂缝探测技术选用的电位法测试压裂裂缝技术是一种地球物理探测技术, 采用高信噪比电法系统, 对地下进行电场透视, 利用地下电位差异进行成像, 直接探测压裂裂缝的几何参数。
现场生产及资料解释表明:电位法测试压裂裂缝技术可以快速、准确的得到压裂液推进方向和距离;本方法效率高且易于解释, 有利于及时指导开发方案的调整;测试工作全部在地面进行, 操作简便, 不影响生产。
然而, 目前本方法只求出视纯异常变化率, 仅能对压裂裂缝方位给出较好的解释, 对裂缝的长度及高度, 即压裂裂缝三维分布信息还不能给出好的解释, 数据处理工作有待于进一步研究。
摘要：针对低渗透油藏, 压裂是稳产的重要手段之一。监测压裂裂缝的走向、长度对于验证压裂效果、了解裂缝形态、分析裂缝泻油状况、分析地层主应力分布方向对今后勘探等都将提供重要科学依据。压裂裂缝探测技术是一种有效的直接测试压裂裂缝走向及长度的成熟测试手段。而监测压裂裂缝的走向、长度对于验证压裂效果、了解裂缝形态、分析裂缝泻油状况、分析地层主应力分布方向、为今后勘探等都将提供重要科学依据。压裂裂缝探测技术是一种有效的测试压裂裂缝走向及长度的成熟测试手段, 曾多次在我国油田各种类型的油藏上进行了现场应用, 取得了较好的应用效果。我们现在使用的压裂裂缝探测技术叫电位法测试, 以电性差异为基础, 人工建立地下稳定直流电场。压裂施工中, 由于压裂液的压入, 导致目标射孔层内的电阻率发生改变, 采用高信噪比电法仪测量这种差异, 达到解释压裂裂缝方位和评价裂缝形态的目的。
关键词：压裂裂缝探测,电位法
参考文献
[1]何芳.井间电位测试技术在大庆油田的应用.石油仪器[J].2009, 23 (3) :38-64.
[2]郭建春, 李永明等.电位法裂缝测试技术研究与应用.石油地质与工程[J].2009, 5 (6) :88-94.
[3]霍艳皎.井一地电位法测试技术在水力压裂裂缝探测中的应用.特种油气藏[J].2007, 14 (5) :19-24.
利用测井技术识别和探测裂缝 篇2
在油气资源储存地区, 致密地层的裂缝是决定油气藏是否有经济开采价值的关键因素。对于油气藏勘测来说, 识别和探测裂缝, 及研究裂缝的分布规律和发育程度, 是日常工作的重要内容。近年来, 由于电子技术的发展和新型电子器件的应用, 测井技术水平得到的迅速的提升, 被广泛应用于裂缝的识别的探测。利用测井技术识别和探测裂缝就是利用地层微电阻扫描成像技术、声波成像技术和方位侧成像等成像测井技术, 识别裂缝、计算裂缝的几何参数。以及给出裂缝的有效性、发育程度等参数, 进一步分析裂缝的网络横向展布情况。本文从技术层面, 分析了裂缝识别的测井技术响应特征, 详细介绍了裂缝识别的常规测井技术和新型测井技术的发展。并结合实际例子, 举出了测井技术在裂缝识别和探测中的具体应用, 有一定的参考意义。
1、裂缝识别和探测的常规测井技术
2.1、电阻率的测井技术
常采用的电阻率测井技术有双感应-八侧向测井和深浅双侧向-微球聚焦测井探测裂缝。在探测过程中, 电阻曲线为高低间互、起伏不定的多尖峰曲线, 其中峰值较低时表示电阻值越小, 裂缝发育越成熟。基于电阻率测井技术的诊断模型比较成熟, 应用较广, 衡量裂缝好坏的参数一般有裂缝长度、开口方向、角度、孔隙大小等等。
2.2、声波测井技术
裂缝能形成声波阻抗面, 从而减弱声波的传播速度和幅度。在声波对裂缝进行识别和探测时, 可以利用声波时差、全波波形和长源距声波来识别和评估裂缝的好坏。另外, 还可以通过计算纵、横波幅值比和速度比来识别裂缝。在波形显示图上, 图上出现的干涉条纹, 可以确定裂缝位置和解释低角度缝, 此方法对水平缝显示的效果较好。
2.3、地层倾角测井技术
地层倾角测井和地层倾角仪都是通过贴井壁极板上的微聚焦电极接触裂缝时而产生的电导率来检测出裂缝的, 并识别裂缝产状和走向。但存在一些缺点, 测量结果容易受到环境因素和测量条件的影响, 如井口位置和大小、地层物质、裂纹角度和长度等等。地层倾角测井技术一般又分电导率异常检测DCA和裂缝识别测井FIL。DCA处理方法可以通过检测和比较开启裂缝, 从电导率差异来识别斜角度和高角度, 确定裂缝的走向。充分研究DCA资料, 能有效预测油气储藏的分布规律。
2.4、其他常规的测井方法
其他常用的测井方法还有岩层密度测试法、电磁波测井技术和密度校正值测井方法等。岩性密度测井技术中, 测试光电吸收的截面指数Pe可以预测裂缝带, 通过对地层发射电磁波, 测量电磁波的衰减指数也可以有效预测裂缝的大小和走向。
3、裂缝识别和探测的测井新技术
3.1、地层电阻率扫描成像技术
地层电阻率扫描成像技术是一种井壁成像方法, 可以通过扫描地层, 显示井眼周围一定深度的三维图像和井壁二位图像。电成像技术在对裂纹进行识别和探测时有如下几种功能:
(1) 识别裂纹的生成原因。识别真假裂纹, 如断层面、层界面、黄铁矿带及其他和裂缝相似的地质情况。常见的诱导缝有重泥浆的压裂缝、机械振动裂缝、压力释放裂缝等等。在成像图上, 可以根据电阻率的不同绘制不同颜色的曲线区别真假裂缝。
(2) 解释裂缝的参数。裂缝参数主要有裂缝密度、裂缝开口、裂缝长度和裂缝面积等。利用FMI图形能直观解释评判指标的计算过程。并通过光学扫描成像分析上述数据, 预判裂缝的发育程度和存储质量。
3.2、方位侧向成像测井技术
方位侧向成像测井技术是在侧向测井技术上发展而来, 能探测井壁较远区域的介质电阻率, 为地层不均匀性研究提供重要方法。目前常用的电阻率成像测井仪有ARI, 径向探测深度为2m, 是预测裂缝有效性和井旁构造形态的有效手段。由ARI和FMI结合的探测技术, 能有效排除干扰, 探测裂缝, 并预探井旁的不整合和地层构造特点。
3.3、声波测井技术
当前声波测井技术发展迅速, 开发出了各种声波探测仪, 如多级电子声波测井仪、超声波电视成像测井仪和井旁声波反射成像仪等。多级电子声波测试能提高高质量的纵、横声波和斯通利波, 提供反射波具体参数, 用来评价裂缝的状况。超声波电视成像仪记录声波反射波幅和传播时间, 提供井眼内全视角的显示图。
4、应用实例分析
图1中为某油田井旁声波反射测井 (BARS) 的处理结果。从图中可以看出, 在井旁12m范围内没有明显的反射界面, 声阻阻抗界面倾角约为40°左右, 表示裂纹主要为中低角度裂缝。结合FMI图形可以发现, 在4115-4125m和4197-4205m地层界面发育不够好, 但有较强的转换波反射, 据此分析这些裂纹应是有效裂缝。
参考文献
[1]李青和.测井技术在致密储层裂缝识别中的应用[J].内蒙古石油化工.2007 (07)
[2]申辉林.基于BP神经网络进行裂缝识别研究[J].断块油气田.2007 (02) .
裂缝探测 篇3
排土场又称废石场,是指矿山采矿排弃物集中排放的场所[1]。作为一个人工形成的堆积体,排土场的稳定性直接关系到下游人员和设施设备的安全。排土场的灾害形式因地质、地理、气候等自然条件不同而异,按其对环境危害的表现形式,大体上可以分为排土场滑坡、排土场泥石流和排土场环境污染三大类[2]。对于排土场滑坡或者泥石流危害来说,其发展的前兆有一个明显特点就是出现地面显现裂缝,《金属非金属矿山排土场安全生产规则》中对排土场的检查环节提出了具体要求,指出排土场地面出现隆起、裂缝时,应查明范围和隆起高度等,判断危害程度。
鉴别裂缝对排土场安全影响的风险程度首先需要分析裂缝,滑坡裂缝的分析包括判定滑坡范围、判定滑坡发展阶段和判定滑坡厚度等内容[3],在进行以上分析的时候只有地面显现的裂缝信息数据是不足以做出准确判断的,往往还需要结合排土场内部的裂缝分布信息数据进行综合分析判断。目前,大多数矿山企业可做的裂缝范围检查主要是地面显现裂缝的分布、走向、宽度及动态变化观测等内容,对于排土场内部裂缝的分布和范围情况往往无法查明,这对于排土场的安全管理和防灾减灾工作产生了不利影响。因此,需要对排土场内部的裂缝分布情况进行探测。排土场裂缝探测的目的就是为了了解排土场内外部裂缝的分布情况,从而在立体空间上掌握裂缝分布情况,为准确判断排土场安全隐患和滑坡影响分析做好数据支撑。
关于岩土体内部裂缝的物探方法较多,高密度电阻率法、地震映像法、瞬态瑞雷波法和探地雷达都在不同岩土体的裂缝探测工作中得到应用[4,5]。绕射波方法可给出地裂缝(地下盲沟)的位置、深度等参数;高密度电法不仅可以给出其位置,还可得到其宽度参数;而探地雷达的探测结果可给出近地表数米内地裂缝(盲沟)的高精度图像,更适合探测隐伏状态的地裂缝[6]。探地雷达(GPR)是一种利用高频电磁波的反射探测目的体及地质结构的物探方法,其发射电磁波频段常为107 Hz以上数量级,在地层介质中雷达波波长一般为0.1-2m[7], 所以探地雷达在探测浅部地层介质时,具有比地震法更高的分辨率,比电阻率法更深的探测深度,能从线和面上充分认识坡积物与基岩结构特征[8],而且还有经济、快速、非破坏性、操作简便等优点。
探地雷达技术用于滑坡裂缝探测在原理上可行[8],探地雷达检测裂缝已经在山地滑坡体、堤坝、公路、隧道等领域得到的应用,但是对矿山排土场的裂缝探测的应用较少,相应的工作也鲜有报道。因此,将探地雷达技术用于矿山排土场裂缝检测,研究其应用的方法、程序和特点,这对矿山企业排土场安全管理和防灾减灾具有重要的应用价值。
1 探测可行性分析
探地雷达的工作原理是用无载波高速脉冲作为探测地下目标的信号源,其脉冲参数因目标探测要求而定。由于电磁波在不同电性、不同形态的介质中传播时,其路径、强度、波形均随之变化,因而可根据测得的波的传播时间、幅度、相位、波形来判断介质的结构与深度。探地雷达是通过脉冲电磁波在地下的辐射、散射和反射所携带的地下电磁参数来判断地下目标的分布与存在,探测地下目标实质就是测量地下电磁参数。
排土场裂缝主要由裂缝周围的土体和中空的腔室组成,不同的介质存在着明显的电磁参数差异,具有不同的反射系数。而物体电性界面也就是电磁波传播的速度界面,在有不同电磁参数的目标体的分界面上,就会产生反射波。可见,采用探地雷达进行排土场裂缝探测是有充分的物探基础和依据的。
2 探测方法和过程
2.1 前期准备
使用探地雷达进行探测之前,需要先对整个排土场的现场进行踏勘,掌握排土场的基本轮廓,表面裂缝类型、发展速度和位置分布等信息。掌握以上信息非常必要,因为后期的天线选择和测线布置都与这些信息相关。虽然排土场的裂缝主要显现在台阶破顶面或坡面上,但是由于排土场内部沉降和滑动体运动的作用,在排土场台阶内部也会形成各种裂缝,因此雷达测线的布置原则是大体布置在滑动体潜在结构线和地面出露裂缝的平行线及垂线上,覆盖滑坡前部剪出带、滑坡后缘等裂缝多发区域。
探测工作选用的是美国GSSI公司研制的SIR20型探地雷达仪,天线选用3200MLF低频组合天线(可调节)。该天线用于深部探测,发射/接收天线排列可变,天线的发射频率可以调整。
本次研究工作中,探测的测线布置在出露裂缝的排土场的台阶坡顶平面上,该平面距排土台阶下的原始地形的平均高度约35m,排土场的土石介电常数并非常量,不同地点的介电常数各不相同,根据现场雷达初探,取用平均介电常数值为15。依据GSSI公司的低频组合天线的使用说明,40MHz天线的时间窗口推荐值是800ns,20MHz天线的时间窗口推荐值是1500ns,在介电常数为15的情况下,两种天线所能探测的理论深度分别约为30m和50m,所以探测研究中天线频率选择40MHz和20MHz两种,40MHz的频率天线用于排土场浅层探测,20MHz的频率天线用于排土场深部探测。总之,要根据探测深度和地质结构等条件选择合适的探测天线。另外,在雷达探测过程中,要尽量避免天线周边金属物和电磁波的影响,最大程度的减少背景杂波的干扰,以免影响后期的图像分析和解释。
2.2 雷达探测
雷达探测的主要内容是将探测天线沿着事前定好的测线进行移动,在移动的过程中将天线接收到的波形信号传至雷达主机进行处理和记录。这个过程中除了要保证测线信号的完整连续以外,最关键的就是要避免探测过程受到外界干扰。因为研究中应用的天线属于低频天线,该天线为非屏蔽式天线。在运用非屏蔽天线进行野外滑坡裂缝调查时, 一定要合理布线和灵活走线, 尽量避免或减小高压电线、金属物质、高大乔木、裸露岩石、地表水等对雷达信号产生干扰[9]。
2.3 雷达探测图像解释
裂缝的雷达探测图像特征与裂缝自身的物理特性是密切相关的,裂缝侧壁通常凹凸不平,底部有细微颗粒沉淀;裂缝一般充满空气介质,与周围介质存在物性差异,但差异相对较小;裂缝底部上下介质存在物性差异,甚至会出现“水平界面”异常。当雷达电磁波跨越裂缝附近时,引起信号的反射,导致波形出现变异和不连续。对接近竖向的裂缝发育区,雷达反射波振幅明显减小或同相轴中断。
关于裂缝的雷达图像特征在很多文献中都有介绍。不均匀沉降裂缝具有探地雷达裂缝异常基本特征,裂缝异常有一定倾向,地下介质层位界面反映的雷达同相轴连续较好,但存在起伏变化。地裂缝下介质存在错动时,表现在探地雷达图像上为多条平行的电磁波的连续同相轴被严重中断,这种错动具有较好的连续性,且与地表可见裂缝相连续,错动具有一定倾向[10]。
地层受剪切和张力的作用,产生张裂缝、张裂隙,造成地层某一位置错断,在雷达图像上表现为同相轴错断;若裂隙、裂缝沿横向发育,由于裂缝、裂隙对电磁波的吸收、衰减作用,往往造成此部位的同相轴局部缺失[11]。
2.4 雷达图像正演分析
探地雷达数值模拟又称为正演模拟,是利用给定的地质模型,根据电磁波传播方程,采用适当的数值方法计算出电磁波场[12]。探地雷达的正演分析是通过计算机建模,按照电磁波在不同结构和地质体内的传播规律来仿真雷达探测波形的过程。通过雷达正演分析,可以加深对探地雷达反射剖面的认识,提高解释精度,为探地雷达的反演提供理论依据。
正演分析是采用 GPRSIM 商业软件。排土场是矿山覆土和废石排弃的场地,土体和废石排弃后在自重作用下逐渐沉积压实,因此排土场内部表现为很多不同土层,具有较强的不均匀性,尤其是在浅表地带。
排土场内部总体来讲有两种裂缝,水平位移的张裂缝和垂向位移的沉陷裂缝。本次正演分析使用的材料如图1所示,其中Er为材料介电常数,C为材料的电导率。air代表空气材料,该材料有两种用途,一是模拟地面以上的空气部分,二是模拟裂缝中的空气,因为裂缝形成发展后具有一定的内部空间,而此空间内除了松散土体外主要是空气成分。Soil1代表地下整个土体的材料。Soil2代表排土场内部存在的某一层沉降土体。
正演分析建立的模型如图2所示,图中在浅层地表布置了一个水平土层,在土层中从左至右放置了3条裂缝,左边的裂缝是垂向位移裂缝,中间的裂缝是垂向位移沉陷裂缝,右边的是该层内部的一个水平裂缝。
通过计算机模拟后形成的波形图如图3所示,该图代表探地雷达扫描之后的所有反射波形成的波形图。从图中可以看到裂缝探测波形的规律,即三个裂缝的对应位置出现了波形同相轴的突然中断异常,波形的振幅明显小于两侧的波形,近乎直线的形状。另外,排土场内的不同沉积层并非完全处于一个水平上,分层界限有的地方浅些,有的地方深些,从图中也可以看到波形对这个差异的信号体现。在模拟中使用的是20MHz的低频天线,发射端和接收端是分开的,之间的距离有3m,所以在图中可以看到地表附近出现了一条呈水平分布的信号,该信号的主要特征是振幅较大,在同一水平位置上连续分布。因此,在反演分析的时候要分辨出这种差异,以免误判裂缝信号。
3 应用分析
3.1 探测排土场
研究区域选定为四川省盐源县平川铁矿,该矿位于四川省盐源县平川镇境内。目前,该矿排土场已经形成了多级排土台阶,台阶高度25m左右。但是最下方排土平台,即+2760m处的台阶高度过大,经过测量该台阶坡顶线至坡底线的垂直高度达到了90m左右。+2760m排土台阶主要出现了两组明显的裂缝分布,为描述方便将两组裂缝分别定义为A组裂缝和B组裂缝。
A组在距离台阶坡顶线较近的位置,且走向与坡顶线基本平行。通过观察发现该处裂缝的地表出露部分已经贯通,且贯通线呈现出圆弧线的形状。裂缝最窄处约4mm,最宽处约20.5cm。
B组裂缝分布在+2760m排土台阶的上一级台阶的坡脚线附近,走向也与上一级台阶坡脚线基本一致。这一组裂缝的地表出露部分没有贯通,呈间断状持续沿走向分布,在某些地方还集中出现了相互平行的两条裂缝。该组裂缝最窄处约5mm,最宽处达到了15.6cm左右。
3.2 测线分布与图像解释
沿着裂缝的走向布置了两条测线,两条测线的长度都略大于地表显现的裂缝范围。对应于A、B两个裂缝区域将两条测线分别定义为A测线和B测线,其布局如图4所示。
探测采用20MHz和40MHz两种天线以点测的形式对每一条测线进行完整探测,分别对浅层和深层裂缝进行探测,同时还可以相互对比分析。两种天线的探测参数如表1所示。
由于A、B两条测线的长度较长,受篇幅限制文中将测线探测图像中的具有典型代表性的图像给予解释说明后,给出图像解释的结论。
3.2.1 A测线典型图像解释及探测结论
图5显示的是测线A的雷达扫描图像的一个典型片段,图中起始点为地表出露裂缝的末端。图像当中横坐标方向为测线长度,纵坐标方向为探测深度。从图中可以看到在地下10-15m之间出现了2段比较明显的裂缝。滑体移动常沿透水性好的地下水流动面发生,因此这种面的物性差异明显,常构成强反射面,而滑动带的上部,波形呈细密锯齿状,下部则为宽大波形[7]。据此判断,8-12m的范围内,出现了一条连续发展的滑动面,且呈圆弧形状。
对A组裂缝探测后发现,看到排土场滑坡体的已经形成圆弧状的滑动面,一定深度处皆出现了裂缝发育的情况,且裂缝相互靠近,从上至下有连通趋势。根据A组裂缝的探测情况,分析认为该滑坡体的内部滑动面已经基本形成。
3.2.2 B测线典型图像解释及探测结论
图6显示的是测线B的雷达扫描图像的一个典型片段,图像当中横坐标方向为测线长度,纵坐标方向为探测深度。可以看到在地下15-20m之间出现了2条裂缝;地下12-20m的范围有一段滑动面。
综合分析B测线探测图像后,分析认为软弱层和裂缝主要分布在地下8-20m的范围内。连通来看,20m左右的深度出现了几条滑动面,下部深层的土体基本得到了较好的沉降,结构比较稳定。目前,对于B组裂缝所处的台阶下部,本次探测认为B组裂缝主要是由于台阶排水不利,水进入土体后在一定深度沉积流动,干扰了排土场土体的正常沉降,造成了不均匀沉降的发生,表现在台阶表面就出现了裂缝。
3.3 探测结果分析
根据滑坡体的滑坡形成规律,结合地表出露裂缝的观察,对A组和B组两组大的裂缝地下的探测发现:
A组裂缝在地表已经形成贯通的裂缝线,且该线呈圆弧形的分布。在探测图像中,探测图像中看到排土场滑坡体的两侧已经形成圆弧状的滑动面。因此,探测分析认为A组裂缝所处位置已经形成滑坡体,并且该滑坡体的内部滑动面已经基本形成。
B组裂缝地表出露部分没有贯通,基本与上一级台阶的坡底线接近并呈平行状延伸。裂缝主要分布在地下8-20m的范围内,且基本在一水平位置上延伸发展,地下软弱层没有贯通,同地表裂缝一样,也成间断性分布。因此,本次探测认为B组裂缝所处位置还没有形成滑坡体,目前所出现的裂缝主要是因为排水不利形成的不均匀沉降所致。
根据矿山排土场裂缝的日常观测数据和施工管理档案得出的裂缝安全性判断结果本次雷达探测结论是一致的。A组裂缝处的台阶降段作业也验证了雷达探测出的滑动面位置和深度是基本准确的。
4 结论
(1)从探地雷达的物理探测特性来分析,该物探手段是适用于矿山排土场裂缝探测的,有助于排土场的稳定性分析判断,矿山排土场实例探测的良好效果说明了探地雷达对排土场内部裂缝的分布和特征探测是可行的,但是在正式开展探测之前, 应进行探测方法及参数试验,以达到较好探测的效果。
(2)矿山排土场内部裂缝的探测手段中,钻孔方法费用较高且无法获得连续剖面的图像,而探地雷达具有便携、快速、准确、无损等独特优势,能够获得测线的连续图像,可以做到经常性的检测,省时省力,极大补充了钻孔方法的不足之处。
(3)因为排土场内部裂缝在物理形态上的特殊性,决定了其雷达波形图像是具有一定特征的,但是物探方法存在解释上的多义性,所以在雷达探测图像的反演分析基础上,应用探地雷达建模正演技术可以进行修正和补充分析,达到准确判断的目的,提高分析的可靠性。
摘要：矿山排土场出现裂缝后会直接影响到其自身稳定性,为了掌握排土场的安全状态和提出治理措施,就必须对排土场内部的裂缝分布进行了解。探地雷达作为一种物探设备与手段已经在公路和堤坝等裂缝探测工作中得到应用,将雷达探测技术引入到矿山排土场的裂缝探测中,从雷达探测机理和排土场裂缝物理特征上论证了该方法的适用性和可行性。解释了使用雷达探测的具体方法与过程,并提出利用雷达正演模拟来对探测图像的反演分析进行辅助解释,以提高探测精度和可靠性。对平川铁矿排土场的内部裂缝进行了探测实证,发现探测结论与已掌握的裂缝信息数据是基本一致的,说明了雷达探测技术在排土场内部裂缝探测工作中的实用意义。
综合物探在地裂缝探测中的应用 篇4
晋中盆地祁县地裂缝较为发育, 特别是祁县的东观、乔家堡、白圭村一带地裂缝给当地的居民房屋以及耕地造成很大破坏, 具有分布范围广、活动强度大、致灾程度重的特点, 因此进行工程建设前, 对地裂缝的勘测工作成了一项必不可少的工作。
当地下存在裂缝时, 由于存在裂缝的间隙或有充填物, 它们将与两侧的土层在电性上反映不同, 出现高阻或低阻, 裂缝越明显, 则电性差异越大, 利用不同岩性的电性差异和地—电特征来解释地质问题是高密度电法所必须具备的地球物理前提条件。毫无疑问, 氡在构造裂隙、裂缝中富集并为氡向上运移提供了好的通道, 在地表形成高氡气异常, 为其测量提供了地质理论依据。因此可以采用高密度电法及放射性测氡法等综合物探方法解决地裂缝等地质问题。
祁县东观镇白圭村南部拟征新农村建设用地, 为了查明拟建设用地区内是否有隐伏地裂缝分布, 进行了拟建设场地范围内的地裂缝地面物探勘测工作。
拟建场地形状基本呈长方形, 南北长250 m, 东西宽300 m, 面积75 000 m2。本次工作的目的是采用地面物探勘测的手段基本查明拟建场区范围内地裂缝的分布及发育状况, 为工程设计时提供基础资料。本次工作的任务是:通过地面物探高密度电法及放射性测氡法综合物探测试手段, 查明拟征地范围内有无地裂缝分布, 若存在地裂缝, 探测其发育状况。
1 地质特征
建设用地位于祁县北东部, 地貌单元属冲积平原区, 区内地形平坦, 地面标高为770.2 m~773.2 m, 相对高差小于3 m。
据区域资料, 下伏基岩为三叠系延长组, 埋深约440 m, 下部为红色粘土、亚粘土;中部为红色粘土;上部为灰黄色亚粘土、亚砂土, 为第四系地层。
2 构造特征
据《山西省祁县地质灾害调查与区划报告》及《山西省区域地质志》, 勘测区区域上处于晋中新裂陷之次级构造单元西谷—南庄凹陷。晋中新裂陷:北西侧主要为交城大断裂, 南东侧为洪山—范村断裂, 南西侧为三泉断裂, 北东侧为榆次—北田断裂。呈北东向延伸的似平行四边形, 长105 km, 宽40 km。叠加于吕梁块隆、五台块隆和沁水块坳之间。其主体方向为向南东掀斜的箕状凹陷, 次级北东向、北西向断裂发育。西谷—南庄凹陷位于其中部西侧, 与侯城—平遥陷隆为邻。
西谷—南庄凹陷:位于晋中新裂陷中部西侧, 南东边界在太谷—祁县—平遥一线。西北侧基岩埋深达3 000 m~4 000 m;基底向南东翘起, 南东侧基岩埋深仅400 m左右。凹陷内次级北东向断裂发育, 形成再次级的凸起和凹陷。
距勘测区较近的断裂构造为东阳—净化断裂 (F6) :由榆次东阳向西南, 经胡村、太谷、祁县到平遥净化, 全长96 km, 最大断距900 m, 为正断层, 它控制着祁县凸起的基底形态, 是太原盆地内的区域性控制断裂, 为西谷—南庄凹陷与侯城—平遥陷隆的分界, 也是祁县构造地裂缝形成的主要影响因素。
3 地裂缝发育特征
20世纪80年代以来, 在祁县相继发现一些较大的地裂缝, 主要分布在平原区, 裂缝延伸方向总体以北东向为主, 剖面上大部分地裂缝上宽下窄呈楔形, 在地表处倾角接近直立, 这些地裂缝的地表变形以张裂为主, 在部分地段裂缝具有拉张下错的特点。
4 地球物理特征
勘测区地表覆盖第四系松散层且较厚, 下覆三叠系延长组地层。本次物探勘查的目的是地裂缝发育情况, 地层有无发育地裂缝时存在着较明显的电性差异, 高密度电法是以岩矿石的电性差异为前提条件的。对于地裂缝的勘探, 其目标物为地下裂缝发育时形成的空间、空洞与填充物, 形成与周围岩性差异较大的物理特征, 呈高阻或低阻特征, 利用其高、低阻特征, 在本区投入高密度电法进行地裂缝勘察是具备其地球物理前提条件的。
氡是铀系的子体, 又是唯一呈气态的惰性气体, 它可以由地下深部迁移至地表, 地裂缝发育时, 在地下形成氡射气运移的通道, 并且改变了地下气体的运移与积聚环境, 为氡气的运移与富集创造了条件, 氡气元素向裂缝带运移, 在裂缝带积聚, 在地表形成一个与裂缝形态相应的氡高值异常区。因此, 可以通过测量地表氡元素的浓度来圈定地裂缝的位置和范围。所以在本区投入放射性测氡法进行地裂缝勘察具备其地球物理前提条件。
5 工作方法
接受任务后, 搜集工作区以往地质成果, 在分析收集资料的基础上, 对实地进行踏勘, 根据地形地质条件和勘察目的, 选择高密度电法和放射性测氡法等物探勘测方法, 首先在拟建场区北部的已知地裂缝进行已知探测试验;然后根据物探试验成果布置探测工作;高密度电法共布置8条测线, 每条测线60个测点, 点距4 m, 测线长240 m, 走向近南北向, 测线号由西向东增加, 点号由北向南增加;放射性测氡法布置5条测线, 三条长测线, 长240 m, 10 m点距, 每条线布置25个测点。另在测区东部由于建筑物限制, 布置两条短测氡测线, 长140 m, 点距10 m, 每条测线15个测点;其中, 实测剖面的高密度电法及放射性测氡两种方法在1线, 5线, 8线位置基本重合布置, 2, 3, 4, 6, 7测线只布置高密度电法, 9, 10测线只布置放射性测氡法。室内对外业采集的数据和资料进行分析研究, 编写地裂缝勘测报告。
本次高密度电法勘测使用的仪器为中地装备集团重庆仪器厂生产的DUK-2A高密度电法测量系统, 电极排列方式为温纳 (WN) 排列方式, 最大电极数为60, 电极距选择4.0 m, 最小隔离系数为1, 最大隔离系数为16, 供电脉宽0.5 s, 供电周期2, 装置系数K, 视电阻率R0, 由仪器自动算出并存储。
本次放射性测氡法勘测选用的仪器为CD-1α杯探测仪, 其工作方法是将α探测杯在测点位置处埋入地下40 cm深的坑中, 上覆以原土, 待4 h后取出, 放入CD-1α杯探测仪测量3 min计数脉冲, 并进行储存记录。
6 资料处理
1) 高密度电法。同一地区、不同地质体具有不同的地电特征, 当土层中发育有地裂缝时, 由于裂缝被泥质土充填、降雨渗漏或滞水, 视电阻率将呈下降趋势, 若裂缝呈张性未被泥水充填, 视电阻率将呈高阻特征显示, 根据在地裂缝勘测中的经验和本次数据规律看, 大部分地裂缝都被泥水充填物充填, 因此在电性上显示为低阻特征的规律。
在室内数据处理的基础上, 绘制了基本分析图件:高密度电法各测线视电阻率等值线图。
视电阻率等值线图以测点 (桩号) 为横坐标 (算术坐标) , 深度为纵坐标 (算术坐标) , 将各测点经初步反演所得到的ρr值, 经网格化后成图。视电阻率等值线图不但能反映剖面上各测点垂直方向电性变化情况, 而且还能反映不同深度沿水平方向电性变化情况, 它形象直观, 能比较详细和清楚地反映地下构造特征和各种地质现象。理论上分析, 正常的沉积地层在视电阻率断面图上, 等值线基本呈水平层状分布, 当有异常体存在时, 等值线将发生畸变, 呈现各种形态的变化, 研究曲线在纵向和横向上电性的变化特征, 以确定地裂缝异常体的性质。
2) 放射性测氡法。野外读取数据完毕后, 运用绘图软件绘制放射性测氡法Rn剖面曲线图。本次测氡数据体特征:本测区放射性测氡正常场背景值为小于100脉冲, 异常场值为大于200脉冲。
根据以往地质资料显示, 测区北部发育两条地裂缝 (L1, L2) , 距离测区最近距离分别为850 m, 500 m, 测区南部发育一条地裂缝 (L3) , 距离测区最近300 m;根据放射性测氡各测线的异常反映, 氡值均在背景值范围内波动, 测区内未见明显的氡值异常段;由高密度电法视电阻率断面图显示, 纵向电阻率断面呈层状分布, 符合地形的层状分布规律, 与试验线探测结果对比, 未见明显上凸或者下凹的电阻率异常情况, 横向上电阻率较为连续, 未见明显错断, 综合分析未发现引起电法异常的浅层地裂缝。
7 结语
此次投入的两种物探手段, 是基于目的要求的同时, 也结合了气候、场地条件、时间要求等因素, 根据放射性测氡的原理和氡的运移机制, 放射性氡气测量对探测深部构造的发育情况有效, 而高密度电法对探测地层浅部是否存在隐伏地裂缝有效。依据上述两种地面物探探测地裂缝成果, 未发现拟建场区下有地裂缝异常显示, 场区适宜建设工程设计。