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1、Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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） Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 讲
2、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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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
3、。 1.1 钻孔地质雷达 图1 钻孔雷达主机与天线 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 钻孔雷达与地面雷达的基本 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
4、原理示意图 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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 Institute of Rock and Soil Mechani
5、cs，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 图4 钻孔地质雷达测试图像 1.1 钻孔地质雷达 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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
6、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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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于数字钻孔摄像
7、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。 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 图5 数字全景钻孔摄像系统示意图 数字全景钻孔摄
8、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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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 数字钻孔摄像技术原理简介 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences
9、中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学
10、研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Scie
11、nces中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 2 钻孔雷达与钻孔摄像综合应用初探 图12 安放PVC套管 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研
12、究 所 钻 孔 摄 像 组 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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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：图像选自DK584+935.4右3.9m钻孔 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力
13、 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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) Institute of
14、 Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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) Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 2.5 岩溶化灰岩 图18 岩溶
15、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。 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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 Inst
16、itute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 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 Institute of Rock and Soil Mechanics，The Chinese Academy of Sciences中 国 科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 钻 孔 摄 像 组 2.9 含泥夹层的钻孔图像 含泥夹层 图22 含泥夹层对钻
