标准地层剖面（精选6篇）
标准地层剖面 篇1
1 概述
柳江保护区是我国最早开展地质调查研究工作的地区之一, 早在1869年德国地质学家李希霍芬就来到这里进行地质矿产略查。之后百余年来, 先后曾有许多地质学前辈学者, 如邝荣光, 马底幼, 孙云铸, 叶良辅, 刘季辰, 王竹泉, 程裕淇, 王曰伦等对本区进行了开创性的地质调查工作。特别是叶良辅, 刘季辰 (1919年) 对石门寨奥陶系的调查创立了“亮甲山灰岩” (组级地层单位) 后, 成为华北对比的重要层型剖面和基本地层单位。
2 研究方法
在野外调查和工程地质测绘的基础上采取大量样品进行室内分析, 室内样品的分析与鉴定按照不同项目实验室工作规程要求, 进行样品处理、制备、分析鉴定与相关数据处理。用于岩石定名的样品, 按岩性和成因的不同, 选择了碳酸盐岩分析、X衍射、镜下鉴定和粒度分析等不同方法进行分析鉴定, 相互印证。对一些难于鉴定 (测定) 的重要样品同时送不同的实验室进行了分析鉴定。
2.1 碳酸盐岩分析
为了给碳酸盐岩地层划分提供依据, 确定碎屑岩中所夹碳酸盐岩的岩性特征, 在地层剖面中采集碳酸盐岩样品7组, 采用原子吸收光谱法进行Ca O、Mg O和CO32-百分含量测定, 通过分析具有如下特征:亮甲山剖面中亮甲山组碳酸盐岩样品的Ca O含量普遍较高, Ca O/Mg O比值高, 为典型石灰岩。
2.2 XRD定性分析
为了确定泥页岩和碳酸盐中细粉砂-粘土级碎屑沉积物的成分, 进行室内X衍射定性分析, 共测得42种矿物信息, 经类质同象合并, 共有20种矿物, 一些矿物对沉积环境的指示性以及在地层中分布的规律性, 具有地层划分意义。
2.3 牙形石分析
为了研究地层的生物信息, 针对不同时代、不同岩性特征地层分别作了牙形石微体化石分析。其中35件样品含有牙形石。
本组发现的化石有:“房角石”未定种 (“Cameroceras”sp.) 、阿门角石 (Armenoceras) 扁形满州角石 (Manchuroceras compressnum (Kobayaski) emendobatu) 、平蛇卷螺未定种 (Ophileta sp.) 、古钵海绵未定种 (Archaeoscyphia sp.) 等。
3 剖面的建立
剖面位于亮甲山南侧, 主要地层为下奥陶统, 总厚141.81m (图1) 。
下奥陶统 (O1)
下马家沟组 (O1m) 下部累计厚度41.00m, 未见顶。
浅灰色中薄层结晶白云岩夹燧石结核白云岩与薄层状生物碎屑灰岩。镜下鉴定生物碎屑灰岩特征为泥晶结构, 生物碎屑结构, 层状构造;主要由隐晶质方解石组成;生物碎屑约30%, 呈骨针状、弧形等;较自形的白云石星散分布。 11.01m
(1) 新鲜面为深灰色, 风化面为灰白色, 含虫孔灰岩, 偶夹砂屑灰岩。未见底。
4结论与建议
亮甲山剖面长度为586m。主要地层为下奥陶统, 总厚141.81m, 马家沟组 (中下部) 厚度41m, 主要灰质白云岩含燧石结核白云岩夹藻灰岩;亮甲山组厚度77.97 m主要为云斑灰岩夹砾屑灰岩和生物碎屑灰岩;冶里组 (上部) 厚度22.84m, 主要为泥质条带灰岩夹砾屑、云斑灰岩、泥灰岩。
由于区内地层出露范围小, 而保存地层单位多, 厚度普遍较小, 与各组级地层单位层型剖面相比, 具有较大差距, 因此, 区内所建标准剖面仅适于柳江盆地地层划分对比, 不适于作为大区域对比的标准剖面。
参考文献
[1]牛平山等.河北省抚宁县山羊寨发现一批第四纪哺乳动物化石.古脊椎动物学报1999, 37, 1.
[2]牛平山, 张燕君等.从山羊寨哺乳动物化石看柳江盆地洞穴堆积的时代与环境[J].海洋地质与第四纪地质, 2003, 23 (2) .
标准地层剖面 篇2
关键词：欠平衡钻井,地层孔隙压力,力学模型,碳酸盐岩,井壁失稳,体积弹性模量
准确预测奥陶系地层压力剖面是欠平衡钻井中必须解决的工程难题, 准确建立井壁力学模型与地层压力预测模型是解决问题的前提。杨前雄, 等人[1]在考虑温度和不考虑温度时, 推导地层破裂压力计算模型, 认为碳酸盐岩地层破裂压力须考虑温度的影响。在欠平衡钻井中, 井壁应力随地层孔隙流体的流入而重新分布[2], 影响井壁稳定性;已有的文献中没有同时考虑温度和拖拽力对井壁应力分布的影响;Li等人[3]基于有效应力定理, 建立碳酸盐岩地层孔隙压力预测时关于有效应力与纵横波速度比的函数关系;Zinchenko等人[4]根据比奥特多孔弹性理论, 推导单位体积多孔岩石内流体的变化、平均应力与平均体应变间的关系, 以此计算地层孔隙压力;Han等人[5]通过大量实验发现, 在浅层, 纵波速度与有效应力呈线性关系, 在深层, 纵波速度与有效应力呈指数关系, 由此建立了纵波速度与有效应力间的函数关系。
鉴于上述原因, 从地质因素出发, 分析地应力、温度、拖拽力对井壁应力分布的影响, 建立井壁力学模型;基于有效应力定理, 以实验数据为基础, 根据Biot理论, 建立有效应力与体积弹性模量的关系模型;编制软件, 计算三压力剖面, 推荐欠平衡钻井条件下合理的钻井液密度, 指导现场施工。
1 地质概况
某油田区块奥陶系地层经历了多期构造运动, 遭受了强烈的构造改造, 是孔、洞、缝复合型碳酸盐岩储层, 以溶蚀孔洞和基质孔为主;非均质性强, 储渗空间形态各异。统计分析已完钻的钻井、测井等资料, 奥陶系地层深度为4 200~4 700 m, 地层温度为120~170℃;存在大量溶蚀孔洞, 钻进中极易发生漏失、坍塌等复杂事故;岩性中泥质含量少, 分析认为井壁失稳是由力学因素引起的。结合开发油气藏的需要, 并考虑实际技术水平, 采用低密度钻井液进行欠平衡钻井。因此需对奥陶系地层地层压力剖面进行预测, 并提出相应的对策, 保证安全钻进, 减少钻井事故。
2 欠平衡钻井井壁力学模型的建立
由于垂直井眼的形成, 应力在井壁围岩上重新分布, 可将其看作是弹性力学无限大平板中带圆孔的问题来分析。考虑岩石是小变形弹性体, 利用线性叠加原理, 分析液柱压力、地应力、地层孔隙压力、温度变化引起的附加应力和欠平衡钻井中地层流体向井眼径向流动对岩石产生的拖拽力等因素, 井壁围岩的应力状态描述为
式 (1) 中:σr、σθ、σz分别为井壁所受的径向应力、周向应力和轴向应力 (MPa) ;σr P、σθP、σz P分别为液柱压力、地应力和地层孔隙压力引起的应力 (MPa) ;σr T、σθT、σz T分别为温度变化引起的附加应力 (MPa) ;σr S、σθS、σz S分别为地层孔隙流体流入井筒引起的附加应力 (MPa) ;τθz为剪应力 (MPa) 。
2.1地应力、液柱压力和地层孔隙压力引起的应力
根据线弹性力学理论, 地应力、液柱压力和地层孔隙压力联合作用下的井壁围岩应力分布[6]的表达式为
式 (2) 中:σH、σh、σv分别为最大水平地应力、最小水平地应力和上覆岩层压力 (MPa) ;规定压应力为正号, 拉应力为负号, 故σH>σh>0;pi、pp分别为钻井液的液柱压力和地层孔隙压力 (MPa) ;R、r分别为井眼半径和井眼轴线到地层中一点的半径, cm;α为Biot系数;θ为井周角, (°) ;υ为泊松比。
2.2 温度变化引起的附加应力
由于温度升高, 碳酸盐岩内微裂纹增长, 导致岩石结构破坏, 造成岩石的弹性模量降低。研究表明[7], 弹性模量与温度呈线性关系;温度变化引起岩石在各方向上发生不均匀的变形, 泊松比发生变化;Biot系数随温度的升高而增大。
依据广义Hoek定律及热弹性理论, 温度变化引起的井壁围岩附加应力的表达式为
式 (3) 中Tf (r, t) 为井周围岩温度场, Tf (r, t) =T (r, t) -T0;T0为原始地层温度, ℃;am为岩石体积膨胀系数;E为岩石弹性模量, GPa。
2.3 地层流体对岩石的拖拽力引起的附加应力
欠平衡钻井中, 地层流体向井眼流动, 流体和岩石间存在相互摩擦, 即地层流体对岩石产生拖拽力。拖拽力使岩石的径向应力减小, 增加了井壁失稳的可能性。拖拽力由流体压差引起, 地层孔隙压力与研究点流体压力间的压差越大, 拖拽力越大。
经公式推导[8], 单位渗流面积上, 岩石的孔隙面积 (孔隙度) 为φ, 则地层流体对岩石的拖拽力引起附加应力的表达式为
2.4 欠平衡钻井下的井壁力学模型
综合考虑液柱压力、地应力、地层孔隙压力、温度变化引起的附加应力和欠平衡钻井中地层流体向井眼径向流动对岩石产生的拖拽力等因素, 根据叠加原理, 将式 (2) ~式 (4) 代入式 (1) , 当r=R时, Tw为井壁上的温度, 井壁力学模型
3 地层孔隙压力的解释模型
建立碳酸盐岩地层孔隙压力模型的关键是弄清沉积机理, 而目前已有的研究表明, 无法确定碳酸盐岩地层的沉积机理, 但碳酸盐岩地层沉积机理不同于碎屑岩地层。有效应力定理不受沉积机理限制, 利用有效应力定理解释碳酸盐岩地层孔隙压力的实质是寻找岩石力学参数与有效应力间的关系。
3.1 理论分析
骨架和孔隙流体的弹性力学性质均可用体积弹性模量来表示, 岩石的变形取决于骨架与孔隙流体体积弹性模量, 岩石受到力的作用才会导致岩石变形。根据Biot理论[6,9,10], 对基质型碳酸盐岩这类强刚性骨架, 岩石的体积弹性模量近似等于骨架体积弹性模量。
3.2 实验分析
将碳酸盐岩岩样加工成直径25 mm, 长度是50 mm的标准圆柱体岩心;用MTS实验仪器做三轴条件下的岩石力学参数实验, 主要测试并记录体积弹性模量与有效压力的大小, 如表1。
有效压力在0到40 MPa之间, 体积弹性模量随有效压力的增大而增大, 表明岩石中的微小孔隙、裂缝被压实;当有效压力增大到50 MPa时, 体积弹性模量骤然减小, 表明岩石发生了较大程度的破裂变形;当有效压力增大到60 MPa时, 体积弹性模量增大, 表明岩石中发生破碎的部分重新被压实。利用surfer软件, 对实验数据进行拟合, 得出体积弹性模量与有效压力近似成指数关系。
3.3 建立模型
基于有效应力定理, 通过室内实验, 建立了体积弹性模量与有效应力间的关系模型, 即
式 (6) 中Pe为有效应力 (g/cm3) ;K为体积弹性模量, Gpa;a1、a2、a3为回归系数。
4 地层坍塌压力和破裂压力的计算模型
基于摩尔-库仑强度准则, 可得地层坍塌压力当量钻井液密度的计算模型
基于拉伸破裂强度准则, 可得地层破裂压力当量钻井液密度的计算模型:
式 (8) 中:St为岩石拉伸强度 (MPa) ;;H为井深, m;C为岩石的黏聚力, MPa。
5 现场应用
收集该区块奥陶系地层已钻井的三压力、地应力、钻井液密度等实测数据, 利用Origin8.0软件进行非线性函数回归, 得出模型中的参数, 并对模型进行修正。基于建立的模型, 编制压力预测软件。利用该软件对某口未完钻井奥陶系地层的三压力剖面及钻井液密度进行预测, 并将预测值与实测值进行对比, 如图1~图3所示。
预测的地层孔隙压力值与实测值间的相对误差均在10%以内, 从地层压力剖面的趋势看, 地层孔隙压力预测值剖面接近实测的地层孔隙压力值, 符合地质情况。
计算结果表明, 在奥陶系进行欠平衡钻井, 考虑温度和拖拽力影响的地层坍塌压力当量密度更大, 井壁更易失稳。考虑温度和拖拽力影响的地层坍塌压力当量密度最大值为0.98 g/cm3, 实际钻井液密度控制在1.0 g/cm3左右, 显然井壁不会失稳, 与现场情况吻合。在钻进期间, 地层显示良好, 地面火把火焰最高达4 m, 井内未出现坍塌、掉块等井壁失稳现象, 实现了欠平衡钻井, 保证了安全钻进, 减小了钻井复杂事故的发生。
根据上述预测值, 结合实测值, 由计算结果可知:不考虑温度和拖拽力影响的地层破裂压力预测值与实测值间的相对误差分别为11.3%、8%、10.9%;考虑温度和拖拽力影响的地层破裂压力预测值与实测值间的相对误差分别为5%、6.4%、7.4%;综合对比结果可知, 考虑温度和拖拽力影响的地层破裂压力预测新模型使预测精度提高了约5%;在奥陶系地层进行欠平衡钻井, 温度和拖拽力对地层破裂压力有较大的影响, 有必要给予考虑。
6 结论
1) 考虑地应力、地层孔隙压力、温度和拖拽力对井壁应力分布的影响, 建立欠平衡钻井井壁力学模型, 为准确预测压力剖面提供了理论依据。
2) 室内试验研究表明, 有效应力与体积弹性模呈指数关系;基于有效应力定理, 建立了有效应力与体积弹性模量间的关系模型。应用于现场, 预测值与实测值的相对误差范围控制在5%以内, 基本解决了碳酸盐岩地层孔隙压力难以预测这一难题。
3) 考虑温度和拖拽力影响计算的地层坍塌压力值更大, 井壁更易失稳;考虑温度和拖拽力影响计算的地层破裂压力值与实测值相对误差更小, 预测精度提高了约4%。因此考虑温度和拖拽力影响的新模型更适用于深层奥陶系碳酸盐岩地层坍塌压力、破裂压力预测,
4) 以预测的三压力剖面为基础数据, 选择合理的钻井液密度, 实现了欠平衡钻井, 避免了井壁失稳等钻井复杂事故, 有效指导了现场施工。
参考文献
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标准地层剖面 篇3
1.1 定义
浅层剖面仪是通过声波来对浅底地层剖面结构进行探测的一种仪器, 该仪器是基于超宽频海底剖面仪的改进, 用于显示湖泊、海洋以及江河底部地层剖面的一种设备, 借助于地质解释方面的内容, 可探测到水底以下的地质构造情况。这种仪器不管是在地层穿透深度上, 还是在地层分辨上, 其性能均比较高。除此之外, 还可随意选择相应的扫频信号组合, 在施工现场实时进行工作参量的设计与调整, 不仅可测量航道浮泥的厚度, 该仪器具有图像连续、便于操作且探测速度快等特点。
1.2 工作原理
浅地层剖面仪是由系统软件、水下单元与甲板单元所构成的, 该仪器是基于回声测探仪器所发展成为的一种仪器, 通常情况下其探测的深度是几十米。在测量过程中, 通过声波在水底以及水中沉积物中的反射、传播特点, 连续探测水底沉积物自身的分层结构, 以此获得更为直观和合理的浅地层剖面。浅地层剖面仪的工作方式和测探仪大致相似, 只是所采用的发射功率与频率不同, 但测探仪只可对换能器至水底水深进行测量, 其工作的频率比较低。相对于测探仪而言, 浅地层剖面仪除了可对换能器至水底水深进行测量以外, 同时还可探测出换能器的垂直下方所对应的水底深度, 可将水底地层的具体分层状况及各层的地质特征反映出来。在浅地层剖面仪中, 其换能器根据相应的时间间隔来垂直向下进行声脉冲的发射, 当声脉冲通过水触及到了水底后, 其中有部分的声能可反射返回至换能器, 而另外一部分则又会继续朝地层的深层进行传播, 且其回波又会逐步返回, 一直到声波所传播的这些声能损失全部耗尽为止。
地层厚度的测量其实就是对声波穿透至地层这一过程传播时间的测量, 在这里假设ΔT为地层上下两个界面间时间差, C为该地层声速, 则可按照下面这一公式来计算获得该地层厚度。ω=1/2CΔT, 在这一公式中, w是地层厚度。声波水底反射能量的大小是通过反射系数R来明确的, 其公式为:
其中p2v2和p1v1分别为一层、二层介质密度与声速, 通过上述这一公式可以看出要想获得声强反射, 其介质的密度以及声速差必须要大, 以此才可在浅地层剖面仪终端显示器上将灰度比较强的这一剖面界面线反映出来, 在收到的这些反射信号中, 大部分信号都携带了水底地层构造信息以及地质结构信息。接着利用声学理论的相关原理, 对所做得记录进行全面观察, 分析水底这些沉积物对声波所产生的反射。最后在此基础上, 就可更为准确地了解和掌握探测区域浅部地层具体地质情况, 同时通过相应的处理软件, 将两层沉积物属性图像反映出来。
从声波反射理论出发, 当声波从介质1入射至介质2时, 若这两介质自身的声阻抗不同, 那么就会有部分的声波在这两介质交界面位置产生反射, 同时还有部分声波就会停留于介质2内部, 当水泥浮泥的重度上升至一定程度后, 水底浮泥层就会很快地过渡到沙层或硬层。
2 在水利项目中出现泥沙淤积这一现象的原因
近年来, 为了获得更大经济效益, 在库区范围内, 随意进行采石、取土或者挖沙等, 使得泥石流、崩塌以及滑坡等灾害频发, 加大了库区泥沙的淤积问题, 特别遇到梅汛期的时候, 就会倾斜而下, 并夹带一定泥沙流入到库区中去, 而泥沙的不断淤积也使得库区所具备的功能得不到充分地发挥。从客观的角度来看, 当水库在建成了后, 水库的水温就会逐步升高, 同时其水质也会相应地变差, 若水库的底泥长期未得到相应的清理, 该库区就会不断地释放出各种营养盐, 造成水体出现富营养化问题, 水体就会逐步变绿, 且藻类的生长速度也会加快, 长期下来, 就会产生一种“水华”现象, 最终影响水库的水质量, 继而影响人们的饮水安全。
3 浅地层剖面仪在水利清淤工程中的应用
为了更好地理解浅地层剖面仪, 本文以“秀林水库清淤工程”为例, 就浅地层剖面仪的应用进行详细地阐述。在本案例中, 应用了由美国的Benthos公司所推出的一种浅地层剖面系统, 即ChirpⅢ系统, 该系统的重量较轻, 便于运输和携带, 采用的是线性脉冲调频法, 该系统可在小型船舶上来进行测量与使用。由于原有的拖鱼式转换器在进行测量时, 来往的船只以及河流中所有的这些浅滩会对其产生一定的安全威胁, 对此, 为了使该仪器在应用过程中更好地发挥其功能, 需对仪器原有的拖鱼式换能器实施改进, 从以往安放于测船尾的方式改变为固定于船舷的两侧, 通过这种方式不仅可确保其安全性, 同时还可提高其探测效果。
3.1 采集和处理资料
在应用之前, 首先应该进行资料的采集以及处理, 设计一条断面测线, 用GPS平面定位, 接着再将上述的ChirpⅢ这一浅地层剖面仪放入到水下实施探测, 把所探测到的这些图形数据利用通讯线路上的接口传输至导航计算机的硬盘中去, 将其作为原始资料, 并进行保存。在架设设备的时候, 应确保浅地层剖面仪、GPS天线与测深仪探头处于同一个位置处, 促使各测点水深与平面位置等相对应。根据断面线法来实施测图, 测线的间隔为10m, 测点之间的距离为3—5m。在测量过程中, 应匀速前进, 其中断面线所出现的偏航距离不可超过2m。在采集与处理图像时, 按照地质结构与断面水深的实际情况, 对仪器自动增益、发射间隔、时变增益、延迟时间以及带通滤波等相关参数进行相应地调整, 从而获得更为准确且合理的分辨率以及穿透深度, 最终获得更为清晰的水底剖面结构图像数据和资料。如 (图1、图2)
RS-QP0116型浅地层剖面仪测量2010年12月
3.2 声图判断
由于声图判断为一项细致且复杂的工作, 在工作过程中, 只要出现任何细小的差错都会造成地层名称或者地层地层分界线错定、错划。鉴于这种情况, 为了防止这种错误的发生, 在进行浅剖探测的时候, 操作人员应随时将以下内容标注在声图上:工作模式、工作的具体环境、转换器的水深波、探测前后的水深比、水深位的移植以及量程范围、收发换能器基阵之间的距离、定位时线号、点号与时间、测量船周围所产生的干扰等, 通过这些内容的标注, 为图像资料的评判提供相应的参考资料。在对声图进行判断的时候, 应按照不同干扰特征, 将声图中的虚何地层以及干扰等剔除掉, 接着再按照不同沉积地层规范图谱, 结合工作经验, 对声图进行综合观察和分析, 将连续且清晰的地层分界线找出来, 基于此再来判断声图。实施这一工作的目的就会为了对淤泥厚度进行测量, 通过处理软件在图像中来直接量取淤泥的厚度。如图3。
3.3 淤泥的分析以及土方的计算
相对于颗粒分散泥沙而言, 粒径低于0.03mm泥沙一般称之为淤泥。在《疏浚工程施工技术规范》要求中, 就已明确说明了淤泥其实就是淤泥性土, 在缓慢或者静水的一种流水状态中所沉积下来的泥沙就称之为淤泥性土, 这种淤泥性土的含水率比一般粘性土大。若在此基础上再来进行细分的话, 又可分为浮泥、淤泥质土、流泥以及淤泥等, 在划分淤泥层面时, 应结合地区实际情况, 由于不同地区的泥质情况不同, 划分淤泥层面的标准也会有所不同。当细颗粒的泥沙在通过絮凝后沉落至水底以后, 要通过很长的一段时间才可变得密实, 当其还没有密实前, 具备较强流动性, 而这种泥沙就称之为浮泥, 通常情况下浮泥密度范围在1.0g~1.2g/每立方厘米, 当浮泥在逐步固结时, 其流动性能也会逐渐减少, 当其密度达到了1.2g~1.5g/每立方厘米的时候, 就会变成为了流泥。再将流泥中的孔隙水排出后, 其密度增加至1.5g~1.8g每立方厘米的时候, 就不会再出现界面波, 同时在水流的作用下也不会悬扬, 在此时该泥沙已为淤泥范畴, 当其密度大于1.8g的时候, 就是淤泥质土。
在淤泥厚度测量过程中, 基于声学原理方面的内容, 当声波所遇到的介质, 其密度不同, 则其所反射的强度也会有所不同。对此, 在向水底进行声波发射时候, 在遇到密度不同介质以后就会开始进行反射, 其中有部分声波就会穿透水底反射回来。其中声波在穿透介质以后, 其深度主要取决于其频率与能量, 对于具备一定能量的这些声波来讲, 其震荡的频率越低, 则其穿透力也就越强。而在这其中, 所反射的回波, 其自身信号强度则是由水底淤泥层密度变化所决定的, 这种变化通常被称之为密度梯度, 通过定量化处理密度梯度, 用标定了的这些声源信号来进行反射信号强度的记录, 以此将密度梯度值测定出来, 接着再依据在介质中标定信号振幅值来明确介质密度。在具备了这两个参数以后, 就可对水底淤泥密度进行连续测定。最后利用探头所采集的反射数据, 来进行密度层的划分, 使这三方面的数据成为一个三维数据, 从而为清淤工程的实施打好基础。
测量水底淤泥厚度的主要目的就是为了对淤泥土方量进行计算, 通过计算以此为工程的施工提供相应的参考依据。在外业所采集到的这些数据必须要通过处理成为规范性数据文件后才可用到淤泥土方量的计算中去。通过该仪器在的实践应用情况来看, 该仪器的应用便于水利工程项目演变过程的监控和研究, 通过剖面图所呈现的地层地质构造, 可及时获得沉积物厚度, 而这些对于水利清淤工程的实施而言, 具有非常大的现实意义。
4 结束语
综上所述, 该仪器自身所具备的高效与快速探测功能, 为水利清淤工程的实施提供了有利的技术保障。通过该仪器设备, 可及时了解和掌握探测区域沉积物的特征、地质构造以及地形变化等, 通过综合研究和分析剖面图像与其他测量方式所获得的数据, 可更好地监测探测区域的变化情况, 以便于针对具体的变化采取相应的应对措施, 提供可靠科学依据。
摘要：淤泥测量在水利清淤工程中是一重要环节, 通过淤泥厚度的测量可获得更为准确且合理的水底淤泥土方量, 清淤工程的设计以及施工奠定基础。本文就浅地层剖面仪在水利清淤工程中的应用进行研究和分析, 通过浅层剖面仪的定义与工作原理的简述, 结合具体的案例, 该仪器设备在水利清淤工程的应用进行详细地论述, 希望通过本文内容的阐述可推动我国水利清淤工程的实施, 提高清淤的成效与水平。
关键词：浅层剖面仪,水利,清淤工程,淤泥,应用
参考文献
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标准地层剖面 篇4
金海洋矿区位于华北克拉通盆地西北侧, 随着煤炭开采工作的深入, 亟需加强对煤层形成及赋存规律的研究。该矿区含煤岩系形成于多种沉积体系, 研究此沉积体系的特征, 厘清沉积体系类型、古地理环境及其时空演化, 对揭示矿区煤聚规律、确定煤层编号、指导煤层对比具有重要意义[1,2,3,4,5,6]。
本文以马营山岱马路露头剖面为研究对象, 对该剖面岩性特征、古生物特征、微量元素以及不同层位岩石的粒度等方面进行分析, 确定该剖面的重要层位, 并对研究区含煤岩系沉积环境进行了研究, 以期为掌握成煤期煤层展布规律提供一定的参考。
1 剖面概况
该剖面位于金海洋矿区东部, 植被稀少, 岩石裸露, 含煤地层发育较完整, 其岩石地层单位包含了本溪组、太原组和山西组的全部地层。该剖面石炭—二叠系不整合覆于奥陶系碳酸盐岩地层之上, 底部发育有晚石炭世本溪组, 主要为碳酸盐岩和硅质碎屑岩沉积, 含煤线;本溪组之上为主要含煤地层—晚石炭世太原组, 共发育7层煤层, 其中有主采煤层2层;剖面顶部为早二叠世山西组, 主要由陆源碎屑岩组成, 含1层主采煤层。
2 沉积特征分析
2.1 岩性特征
该剖面太原组含煤地层以灰色、灰黑色为主, 底部偶见菱铁矿, 其形成于10~50 m水深的浅海区。同时野外观察表明, 太原组底部11号煤顶板岩石中含有大量的层状分布的黄铁矿, 指示了原始沉积特征, 表明当时沉积水体属滞流—还原环境。山西组底部岩石颜色较深, 向上逐渐沉积浅色砂岩, 氧化作用进一步增强。
原生的层理和层面构造, 是不同沉积相最重要的标志。如水平层理反映了水流较平静的潮坪、湖泊、沼泽和深海等沉积环境;缓波状层理多出现在三角洲间湾沉积的粉砂岩中;楔形交错层理一般表明三角洲的分流河道沉积;而大型低角度楔形层理则往往表示海滨 (海滩) 沉积环境:野外剖面层理辨别较清晰的地层在太原组上段, 发育有厚层的板状交错层理 (图1) , 该段沉积厚度较大, 同时依据粒度分析的结果, 认为该段为三角洲环境下的河口砂坝沉积。太原组底部至11号煤层附近, 沉积构造多以平行层理为主 (图2) , 且该段为含煤地层, 推测太原组底部至11号煤层, 研究区多接受潟湖潮坪沉积, 同时伴有泥炭沼泽环境的发育。
2.2 古生物特征
金海洋矿区动物化石种类繁多, 主要集中在暗色泥岩和灰岩中, 主要化石种类有蜓类、腕足类、双壳类、腹足类、有孔虫、海百合茎以及珊瑚等[7,8]。由剖面岩样的镜下观察可知, 太原组底部的灰岩中含有蜓类化石, 指示太原组底部沉积时处于浅海环境, 研究区在晚石炭世早期可能沉积一套厚度较大的灰岩, 此对整个地区沉积环境的分析和岩相古地理的判断均有一定的指导意义。
2.3 微量元素特征
沉积物沉积过程中, 沉积物与介质间存在复杂地球化学平衡。因而随着沉积环境物理化学环境的不同, 沉积物中微量元素富集程度也不同[9]。基于此, 对取自该剖面的11个岩样微量元素进行分析, 结果表明:w (Fe) 、w (Ti) 受海侵影响明显, 含量变化与海侵期次一致, w (P) 与海水进退也呈一致关系。w (Fe) 和w (Ti) 的含量变化, 基本反映了石炭二叠纪金海洋矿区沉积环境的变化及在太原组成煤期发生2次明显的海水进退, w (P) 含量随着海水侵入不断增大至0.015%以上, 随着海水南撤陆相占据主导地位后数值逐渐减小。太原组最主要9号煤层便形成于2次海水侵入间一次大规模海侵之后的时期 (图3) , 到6号煤之后一直是海退, 至太原组后期及山西组时期基本转为陆相沉积。
2.4 粒度分析
根据薄片粒度法, 对采自该剖面的26个薄片进行了测量统计。研究表明, 区内砂岩粒度曲线形式包括一段式、两段式和三段式, 基本变化趋势自下而上由简单的一段式向复杂多段式变化, 表明沉积环境逐渐变化。该剖面薄片主要粒度曲线特征如下:
(1) 单一直线型。该类曲线由单一的直线段组成, 此曲线类型说明粒度的分布为正态分布。该曲线斜度60°左右, 在较窄区间内延伸, 最大粒径为2.00 mm, 与普遍的一段式浊流沉积不同, 通过与典型曲线比对分析[10,11], 与天然堤曲线相似度最高。天然堤曲线基本上由单一悬浮总体组成, 粒度普遍较细, 这种沉积主要是悬浮物质沿支流两侧, 因流速突然降低而急速沉积造成。结合野外剖面观察, 6号薄片采自太原组下部, 其沉积体系属于障壁潟湖潮坪沉积体系, 故推测6号薄片岩石可能形成于水下天然堤。16号采自太原组顶部, 此时处于海陆交互相下的三角洲沉积体系, 故16号薄片岩石形成环境可能为天然堤。
结合两段型曲线, 2、20号薄片曲线截点大致在Ф2.5 mm, 次总体主要以悬浮为主, 悬浮总体含量大于80%, 曲线斜率后者较大 (2号采自太原组底部, 20号采自太原组上部) 。经分析认为, 2号曲线形式与低潮坪环境下的曲线形式类似, 但缺失一个推移总体。跳跃总体的分选好, 粒度区间窄, 其原因是因为缺乏强水流, 悬浮总体含量高跟物源有关, 形成环境可能为潮坪环境, 其悬浮总体含量很高。20号可能形成于支流河口沙洲环境, 其悬浮质含量高可能是由于当时河流本身含悬浮质高, 也可能是由于当时三角洲体系滨线上波浪能较小, 无法搬运粗颗粒物质。
(3) 三段式。区内主要层位岩石样本薄片分析累计概率曲线还发育有典型的三段式曲线类型。根据截点位置, 主要为下三段式曲线, 即在跳跃总体的粗端存在一个分选性差的牵引次总体。区内比较典型的为11号薄片, 在截点Ф1.00 mm附近存在一个牵引次总体, 反映了水动力条件不稳定, 其细粒部分斜度较陡, 推测应为河流相沉积作用形成, 属于分流河道相。根据36个薄片的粒度特征, 由此可得砂岩样品的C-M图 (图4) 。从图4中可看出主要粒度集中分布在P和Q之间, 即悬浮和滚动段;其次分布在R和S之间, 即均匀悬浮段;此外少量分布在Q与R之间, 即递变悬浮段。P和Q之间代表悬浮沉积和小比例不影响中位数的滚动沉积, 这一段理论上表明由紊流转变为推移搬运的转折点情况。R和S之间为均匀悬浮, 一般位于递变悬浮之上, 其分选性较好。O和R之间特点是沉积物一般呈悬浮状, 粒度和浓度向上方规则下降。根据C-M图基本可以确定本区沉积物主要以悬浮搬运作用为主, 推移搬运量较少, 其环境主要为海岸环境, 存在着陆相河流作用。
3 沉积环境分析
综合所取样品的概率累积曲线特征及样品发育层位, 典型剖面沉积建造可分为4种沉积体系、8类沉积相, 即浅海碳酸盐台地沉积体系、障壁潟湖潮坪沉积体系、曲流河三角洲沉积体系和河流湖泊复合沉积体系, 发育有台地、潟湖、潮坪、潮道、障壁岛、三角洲、河流和浅水湖泊等类型的沉积相, 该区主要经历了陆表海滨岸环境—海陆过渡环境—陆相环境的转变。
在上述基础上, 结合前人研究成果可知:该区早期受到本溪期海侵作用影响, 海流作用仍然存在, 太原组底部3号样品中发现有大量的蜓, 海百合茎、苔藓虫、有孔虫等有力地证明了此结论。随着北部阴山古陆抬升及西北部地壳的抬升, 发生海退, 但此时的海退规模较小, 局部地势的圈闭可能形成了大小不一。彼此分离的潟湖及沼泽, 与陆地联通区则形成潮三角洲及潮道环境, 此时应为太原组主要成煤期, 随着地壳进一步抬升, 海水退却, 前期的浅海相环境 (包括潟湖、潮道、潮间等) 发生改变, 转变为以陆内河流作用为主, 根据砂岩等值线图[7]分析, 此时物源区为北部, 西北部高地, 由于河流作用受季节性及区域性作用影响显著, 从而导致该研究区发育的煤系地层厚度不均, 局部钻孔未见煤。
4 结论
基于剖面岩性特征、古生物特征、微量元素以及对不同层位岩石的粒度分析, 综合研究所取剖面样品的概率累积曲线特征及样品发育层位, 主要取得了以下成果。
(1) 含煤地层太原组岩石颜色以灰色、灰黑色为主, 沉积环境以还原环境为主, 山西组底部岩石颜色较深, 向上逐渐沉积浅色砂岩, 氧化作用增强;w (Fe) 、w (Ti) 受海侵影响明显, 含量变化与海侵期次一致, w (P) 与海水进退也呈一致关系;区内砂岩粒度曲线形式包括一段式、两段式和三段式, 基本变化趋势自下向上由简单的一段式向复杂多段式变化, 表明沉积环境逐渐变化。
(2) 金海洋矿区的含煤岩系主要为石炭系太原组和二叠系山西组, 包括浅海碳酸盐台地沉积体系、障壁潟湖潮坪沉积体系、曲流河三角洲沉积体系和河流湖泊复合沉积体系, 发育有台地、潟湖、潮坪、潮道、障壁岛、三角洲、河流和浅水湖泊等类型的沉积相。
摘要：为揭示研究区含煤地层沉积特征, 以马营山岱马路露头剖面为研究目标, 基于剖面岩性特征、古生物特征、微量元素以及不同层位岩石的粒度分析, 结果表明, 剖面沉积建造可分为4种沉积体系、8类沉积相类型, 即浅海碳酸盐台地沉积体系、障壁潟湖潮坪沉积体系、曲流河三角洲沉积体系和河流湖泊复合沉积体系, 发育有台地、潟湖、潮坪、潮道、障壁岛、三角洲、河流和浅水湖泊等类型的沉积相, 含煤地层主要经历了陆表海滨岸环境—海陆过渡环境—陆相环境的转变。
标准地层剖面 篇5
关键词：RgMap,剖面图,光谱曲线
数字化填图系统 (RgMap) 可以实现地质资料的获取、处理及使用的数字化, 在区域地质调查工作中已得到广泛应用[1]。近几年, 国家在区域地质调查工作中逐步增加了矿产调查的权重, 鉴于光谱样品易采集、易分析、能快速锁定找矿远景区的优点, 在地质填图及地层剖面测量中, 通过采集光谱样品来进行地质找矿已经发展成为一种趋势, 特别是地层剖面测量过程中越来越多地增加了光谱样品的采集, 由于光谱样品数据多, 因此, 能更快地绘制地层剖面图中的光谱曲线将极大地提高地质工作的效率。本文将以实例演示的方式介绍一种简单快速的绘制方法。
一、光谱曲线数据的整理
在地层剖面测量过程中, 对于样品采集一般不会用GPS或者RgMap野外操作系统进行坐标的采集, 主要基于以下三点:地层剖面测量工作量大, 没有时间进行样品采集的GPS定点;地层剖面测量中样品采集点位置相对较近, 在十米级范围内的GPS定点误差较大;用测绳刻度作为标准进行样品采集较为精确。
因此, 如何获得能制作光谱曲线图的样品坐标就显得尤为重要。通过生产实践, 摸索出下列方法, 以PM007中Mo元素的光谱曲线图绘制为例进行说明。
1.1原始数据的录入。
原始数据的录入一般在野外剖面测量完成后进行, 光谱样品的录入方法与薄片鉴定等其它各种样品录入方法一样, 具体操作过程如下:在RgMap信息平台下打开剖面图---选择剖面编辑与计算工作框---点击产状化石采样栏----在采样数据库中输入光谱样品的原始采集记录。
1.2样品坐标数据的获取。
绘制剖面图的过程中, 光谱样品会与其它样品自动标注在剖面图上。首先将剖面图进行适当的调整, 使剖面图上的样品编号能清晰可见, 然后移动鼠标将蓝色十字标的竖线对准样品标注线, 两线重复部分颜色改变即提示已经对准。最后读取界面下部的横坐标 (如图1-2所示) , 并进行记录。
1.3数据整理。
将样品编号、样品横坐标数据及元素分析数据整理成Excel表格, 并进行校对。选取Excel表格中样品横坐标数据及元素数值两列, 整理成文本文件 (如图1-3所示) 。
二、光谱曲线图的绘制
对于已经整理好的数据文本, 利用Mapgis系统投影变换功能制作成光谱数据点位图, 并进行点的连线就可以完成光谱曲线图的绘制。
2.1投影变换。
首先打开Mapgis主界面, 选择实用服务----投影变换功能, 系统随即弹出用户文件投影转换窗口。选择投影变换下拉菜单一用户文件投影变换功能, 进入图2--1界面。然后在打开文件选项中选择上述整理好的文本文件, 按照国标中的各元素符号对“点图元参数”进行相应参数设置, 并选择“不需要投影”, 设置完成之后点击“数据生成”, 再按“确定”按扭, 形成并保存点文件 (PM007 Mo.wt) , 存盘退出。
2.2绘制光谱曲线图
将上述保存的点文件添加到RgMap信息平台下的地层剖面图工程编辑栏中, 并进行转换。
新建对应元素的线文件, 并选择线编辑中的“用点连线”, 对各个点进行逐个连接, 形成元素曲线。如本例中, PM007的Mo元素, 点文件、线文件可分别记为PM007 Mo.Wt、PM007 Mo.Wl。
各个元素的光谱曲线绘制完成后, 按照不同元素进行线文件的参数设置, 并对光谱曲线点、线进行适当的上下方向的整块移动, 使曲线更容易区别、剖面图更加美观 (如图2--2) 。
绘制光谱曲线图时有两点值得注意:有些元素数据离差较大, 在绘制光谱曲线图之前, 要先进行数据的标准化, 这样做出来的光谱曲线图既达到了寻找矿化的目的, 又简洁美观;在获取光谱样品坐标时, 不能再进行图面的扩大或缩小, 只能进行左右或上下的调整, 防止坐标读取的精密度发生改变。
通过这种方法进行光谱曲线图的绘制简单而快捷, 一条曲线只需几分钟就可绘制完毕, 提高了地质绘图工作的效率, 这是在使用数字化填图系统中的一点经验, 希望能与广大地质工作者进行分享, 如有不妥之处请地学同仁批评指正, 以求共同提高。
参考文献
[1]付金祥.利用RGMAP系统处理地球化学数据[J].信息系统工程, 2010 (7) :39-40.
标准地层剖面 篇6
关键词：浅地层剖面仪,海底管线,计划测线,偏移
浅地层剖面仪探测作为海底管线调查中的一种重要调查手段, 可以准确、高效地查明海底管线的位置及掩埋状况, 十分便利。
1 浅地层剖面仪的工作原理
浅地层剖面仪是利用回声测深原理设计的, 换能器按一定开角、特定的时间间隔垂直海底向下发射一声脉冲, 声脉冲穿过海水触及海底以后, 一部分声能反射返回换能器;另一部分声能继续向地层深层传播, 同时回波陆续返回, 声波传播的声能逐渐损失, 直到声波能量损失耗尽为止, 如图1为声脉冲在三种介质中传播示意图。
通常将衡量声脉冲反射强度的变量称为反射系数, 也称波阻抗, 反射系数R的数学表达式为:
式中, R为反射系数 (波阻抗) , ρ1、V1为第一种介质的密度和声波传播速度;ρ2、V2为第二种介质的密度和声波传播速度。
由式 (1) 中可知, 反射系数的大小取决于界面两侧的物质是否存在着较大的差异。因此, 回波信号经接收处理后, 在浅地层剖面仪终端显示器会反映出灰度较强的剖面界面线, 从而可以辨别海底管线在海床中的埋设位置。
2 工程实例
文章以渤海湾某条海底管线调查项目为工程实例, 调查所使用的管线探测仪器为美国Edge Tech公司生产的3200XS浅地层剖面仪系统, 采用的是全频谱Chirp技术, 是一种高分辨率宽带调频 (FM) 的浅地层剖面仪系统, 可广泛用于海底管线探测、地质调查等。
2.1 设备安装及使用
浅地层剖面仪Edge Tech-3200XS采用侧舷悬挂式安装的方式, 数据采集软件为Discover-Sub-bottom, 频率范围为2~16KHz, 脉冲范围选择2~15KHz, 穿透深度需要根据测区的地质环境而定。作业过程中, GPS可安装在尽量靠近浅地层剖面仪拖鱼的位置, 以减小测量误差;测量船须垂直管线路由沿布设的计划测线进行探测, 船速控制在3~4kn。如图2所示为仪器设备的安装示意图。
2.2 外业调查注意事项
外业调查过程中应注意以下事项: (1) GPS天线的安装位置非常重要, 要尽量选择靠近浅地层剖面仪拖鱼的工作位置处安装, 可以减小数据处理过程中仪器偏移带来的误差; (2) 倘若GPS天线安装在浅地层剖面仪拖鱼的工作位置时, 恰好受到船舶舵楼的干扰, 影响了GPS的差分信号, 则须调整GPS天线的安装位置, 保证GPS的差分信号, 提高测量精度; (3) 测量过程中必须要严格控制船速, 浅地层剖面测量的船速一般控制在3kn左右; (4) 对于探测外径较细的海管 (外径小于8寸时) , 可进一步放慢船速或是将计划测线布设成与海管成45°方向, 增加声波切割海管的时间, 实践证明此方法有效。
2.3 数据处理
浅地层剖面仪Edgetech-3200XS数据处理采用的软件是“Discover-Sub-bottom”, 数据处理过程中, 首先利用采集软件回放原始数据, 然后经过声速改正、涌浪改正、设置海底跟踪、调整TVG数值等, 获取较为清晰的管线剖面图像, 最后摘取管线节点的坐标位置。将会发现摘取的“*.dat”数据文件中包含“测线名、纬度、经度、深度1、深度2、航向”等其他数据信息, 然后根据需要选择有用的数据信息进行整合, 其中“深度2-深度1”为海底管线的大致埋深, 最终可获得管线节点的位置与埋深状况。
3 存在问题及分析
仪器设备安装过程中, 我们发现GPS天线安装在浅地层剖面仪拖鱼工作位置附近处可能会遭受船舶舵楼的干扰, 影响GPS的差分信号, 必须要调整GPS天线的位置。在使用“Discover-Sub-bottom”软件处理数据时发现, 仪器设备的偏移量无法在软件中进行改正。因此, 我们需要对软件摘取的管线数据文件进行后续处理, 手动改正仪器设备的偏移量, 从而获取海底管线的精确位置及埋深状况。
本次调查中浅地层剖面仪拖鱼相对GPS的偏移量为 (-4.5m, 1.3m) , 即拖鱼在GPS后4.5m、右1.3m, 图3所示为部分数据在Auto CAD中通过绘图平移进行偏移改正前后对比。
4 结束语
文章通过工程实例简述浅地层剖面仪在海底管线调查中的安装、使用及调查注意事项, 指出数据处理过程中存在的问题, 提出合理的解决方法, 并在实际的海底管线调查中得到很好的应用。
参考文献
[1]刘杰, 张彦昌, 韩德忠.管沟对浅地层剖面图像影响的多弧现象形成分析[J].水道港口, 2014, 35 (5) :554-557.