地球物理测井技术在铁路隧道勘察中的应用探讨

在铁路勘察中，复杂、深埋、长大隧道的工程地质勘察越来越多，必要的深孔勘探就显得十分宝贵。如何最大程度的获取深孔岩层的信息，并对大地电磁等物探方法的结论进行全面的补充改正，综合测井就是一个非常重要的手段，同时也能够为钻孔围岩类别划分、含水性分析等提供基础数据和设计依据。地球物理测井技术能够在钻孔中测定各种地层的物性参数，从而达到划分地质剖面，验证补充钻探资料的目的。

1 地球物理测井方法常用的地球物理测井方法包括：声波测井、视电阻率测井、自然电位测井、井温测井、井斜测井、井中电视等。

1．1 声波速度测井

声波在地层中的传播速度是岩石密度和弹性的函数，根据声波实测值并结合曲线可以区分岩性，划分各种不同岩性的地层形态，相对幅值，详细准确地判别地层并用于地层的对比。

1．2视电阻率测井

视电阻率测井是基于不同岩层间的电阻率差异(即矿物和岩石的导电性的物理学基础)区分岩性，配合其他测井曲线划分岩层界面，确定岩层的电阻率，划分咸、淡水界线，确定地下水的矿化度等。

1．3 自然电位测并

自然电位测井是基于岩石的电化学活动性质，即测量岩层或矿体在天然条件下产生的电场电位(自然电位)变化的一种测井方法。在离子导电的岩层上可以观测到主要由扩散和吸附作用产生的自然电位，在不同的岩层上有着不同的数值，配合其他测井曲线，可划分含水层与隔水层界面。

1．4 井温测量

测量钻井内温度(通常是井液温度)及其沿井轴或井周的空间分布，是基础地学研究中获得深部地温梯度并计算地热流值的重要手段，是勘察设计或安全措施所需地下温度资料的重要来源，也被用来划分含水层位和分析补给关系。

1．5 井斜测量

测量井轴偏离垂直方向(铅垂轴)的角度(称为倾角或顶角)及井轴在水平面上的投影与磁北方向之间的夹角(称为方位角)。终孔井斜资料用于计算岩层的真厚度。

1．6井中电视

井中电视采用井下摄像机通过锥形反光镜摄取孔壁四周图像，利用计算机控制图像采集和图像处理系统，自动采集图像，并进行展开、拼接处理。

2综合测井技术要求

综合测井应在钻孔完成1～2 d后进行测试。

(2)钻孔现场有场地安放综合测井的仪器设备。

(3)钻孔内必须有水，特别是隧道洞顶以上10 m有稳定水位，以保证测试的顺利进行。

(4)钻孔内的破碎部位应以泥浆护孔，防止孔内坍塌、掉块，防止探头被卡，影响测试。

3地球物理测井技术的应用

3．1确定岩层完整性及破碎程度

当声波在风化严重，有节理、裂隙的岩体中传播时，由于这种不连续界面中往往富含有液体使其波阻抗降低，且在这种界面上传播的声波会发生不同程度的反射、绕射，致使声波的能量很大程度地被衰减、吸收，反映在声速曲线上往往会出现声速“低值异常”带。而视电阻率曲线在破碎岩层处也会呈现出低的幅值，二者结合可有效的划分出破碎带。图l是利用声波测井和视电阻率测井曲线来进行划分某隧道钻孔岩层破碎带的例子。该段岩层为花岗闪长岩，破碎带的位置为①：30．35～32．70 m，为低速低阻带。结合钻探资料，钻探日志显示该段节理裂隙较发育，岩芯呈碎块状，其他段岩层较完整。钻探资料和测井曲线吻合的较好。

3．2 利用视电阻率、自然电位曲线、井温曲线联合划分渗透性岩层

通常，第四系孔隙含水层上或基岩裂隙含水层的地层水和井液存在着明显的矿化度差异，所以含水层上往往出现清楚的自电异常。异常的一般特点是：在含水层上，自然电位幅值大，曲线偏离基线急剧上升或下降。自电曲线的偏离方向，即出现正异常还是负异常，决定于地层水和井液的矿化度。同时，在低矿化度的淡水层上，视电阻率曲线也有明显的反映。含水砂层上，相对于低电阻率的黏土类地层呈现高阻异常；基岩裂隙含水段相对于完整致密基岩段呈现低阻异常。

另外，地下水在岩层中的运移过程中，不断地与围岩产生热交换，从而改变正常的地温，产生局部的相对高温或低温异常。异常的判别根据井温曲线的变化和正常地温增长率的比较来确定高温或低温异常，进而判别是来自浅部的低温水还是来自深部的高温水。三者相互配合可以很好地判别和划分含水层，同时利用井温曲线还可以查明地下有无热灾害的情况。

图2是利用视电阻率曲线、自电曲线、井温曲线联合划分含水层的例子，图2左侧是视电阻率曲线，右侧是自然电位曲线。对照钻探日志和声波曲线可知：该段岩层裂隙比较发育。图中的标号①：115．95～122．85 m即为基岩裂隙含水层段，在该段上，视电阻率呈现低阻异常，自然电位呈现正异常，井温瞳线不符合区域正常地温增长规律。

3．3利用井斜曲线判断钻孔的偏斜情况

在钻探过程中，若存在钻机施工操作不当，或地质条件比较复杂时，往往导致钻孔发生弯曲或倾斜。为此，必须进行钻孔顶角的测量。表1是某铁路隧道钻孑L的不同位置的井斜情况，按照《铁路工程地质钻探规程》(TBl0014---98)，要求钻探孔斜允许误差为1．50／100 m，该钻孔设计深度为125 in，由表中数据得知：钻孔偏离设计方向较多，不符合《铁路工程地质钻探规程》，为不合格孑L。

3．4利用井中电视观察岩层裂隙发育情况井下摄像探头在钻孔中徐徐下降，摄取的孔壁图像信号通过视频传输电缆传给地面控制器，计算机通过深度自动控制采集，完成展开、拼接处理，显示在屏幕上，可实时观测孔壁图像。图3为井中电视的测量结果，表明：该段岩层有一个倒“u”形裂隙，该裂隙上下还有小的裂隙分布。

4结论

图3井中电视的测量结果地球物理测井技术现已广泛地应用于铁路隧道勘察中，取得了一系列显著的效果。

(1)利用声波测井技术能够划分地质剖面，区分低速带，推测岩体的完整性程度，同时声波测井技术与钻探技术相配合，可以相互取长补短，而且能弥补钻探取心不足孔段的地质资料，并且测量方便、快捷。