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1、钻孔成像技术在裂隙岩体渗透性各向异性评价中的应用-以烟台地下水封洞库为例摘要随着工业现代化进程对能源的大量需求，能源储藏问题不可避免的摆在人们面前，特别是针对易燃易爆的石油天然气，更需要一个良好的储存空间。而地下空间具有优越的防护性、热稳定性和密闭性，因此开发和利用地下洞室储藏石油液化气就具有深远的现实意义。 低渗透性裂隙岩体地区是地下水封洞库的理想选址区，裂隙的空间发育情况和渗透系数等基本水力学参数的研究将为后续库区裂隙水渗透场的模拟和洞库水封效果的评价提供关键的水文地质依据。 不同地质时期复杂的地质构造作用使岩体中节理裂隙发育具有随机的、非均质的特点，因此对于裂隙岩体的结构研究比较复杂。充
2、分了解研究区内的裂隙发育特征对于裂隙介质渗透性的空间分布研究有重要的意义。因此本文通过渗透张量的计算对裂隙岩体的各向异性进行讨论。本文通过渗透张量对裂隙岩体的各向异性进行评价，评价过程中，运用钻孔成像技术，对深部岩体裂隙的倾向、倾角、隙宽以及间距进行大量统计分析，并依据渗透张量理论，计算岩体渗透张量，获取渗透主值及渗透主方向，以此来反应裂隙岩体的各向异性。由渗透张量计算结果知，ZK19附近渗透方向主要为北东方向，北西方向，与裂隙发育的主方向基本一致。本文利用钻孔成像技术对深部岩体裂隙进行统计具有以下特点：1. 可对所有观测孔全方位、全柱面观测成像；2. 可以直观的观测到深部裂隙发育情况，整体把
3、握深部岩体裂隙发育程度；3. 通过解译软件对成像图片的解译结果精确度较高，可以较好解译裂隙面产状。在计算得出渗透张量过程中由于裂隙统计测量中存在的一些误差，使得计算出来的渗透张量存在偏差，为消除这种偏差，本文采用压水实验数据对渗透张量进行修正，使得渗透张量可以更好的反应裂隙岩体在天然状态下的渗透性各向异性。对修正后的渗透张量进行分析发现，压水试验数据校正的方法是合理的，能够较好的反应库区裂隙的发育情况和裂隙岩体的各向异性。关键词： 裂隙岩体 渗透系数 渗透张量 各向异性ABSTRACTEnergy,especiallyoil, gas,coalandothernon-renewable res
4、ources, plays an important role in the promotion ofworld economic developmentandraising the levelofhuman life, these resources are facing the crisis of depletion because of theunlimited exploitation;therefore,the necessaryenergy reservesare of strategic importancefor this problem.Different quantity
5、of anisotropic tectonic stress occurring has had so significant impact on the rock mass so that it shows the characteristics of heterogeneity, randomness, diversity and complexity. All of these characteristics make the research of rock mass strcture more complex. However, it was found that geometry
6、elements of the fracture in rock mass are regulated statistically and be controlled by regional tectonic movement, so that the identification of tectonic movement in study areas is basis for fracture network simulation and fracture flow model establishing. It is significant forstudying thespaceattri
7、butingofthe permeability infractured rock mass by researching the developing characteristics of fractures fully.This paper which has the underground water-sealing storage in rock caverns project of Yantai Wanhua as the basis, gets the hydraulic conductivity inthestudy area and calculates the permeab
8、ility tensor, then obtains the principal values and principal directionsofthehydraulic conductivity which can depict the anisotropy characteristics of the permeability in fractured rock mass on the basis of the geological, hydrogeologicalinvestigationandsite hydrogeologicaltest.On calculating the pe
9、rmeability tensor, the results of the fracture statistics of the permeability tensor calculation results have a great impact, using borehole imaging technology has the following advantages of the deep rock fissures statistics:1.Getting the imaging of all observation wells, all-round, full-cylinder o
10、bservation;2. Intuitive observation to the deep fissures, the overall grasp of the extent of deep rock fissures;3. Interpret the software to interpret the results of imaging picture accuracy, we can better interpret the occurrence of the fracture surface.Because of cracks statistical measurement err
11、or in the calculated permeability tensor, there is a deviation making the calculated permeability tensor, this article uses pressurized water experimental data on the permeability tensor be amended to eliminate this bias, making the penetrationtensor can be a better response fractured rock mass perm
12、eability anisotropy in the natural state.According to analysis the permeability tensor in the revised, we found that the water pressure test data correction method is reasonable, the reaction reservoir area of cracks can be a better development of the situation and fractured rock mass anisotropy.Key
13、words: Fractured rock mass; Hydraulic conductivity ；Permeability tensor; Anisotropic目录第一章 绪论1第一节 选题的目的及意义1第二节 国内外研究现状综述2第三节 研究内容与思路4第二章 研究区地质及水文地质概况5第一节 工程概况5第二节 区域工程地质条件6第三节 水文地质条件10第三章 钻孔成像技术的原理及数据12第一节 钻孔成像技术的原理12第二节 钻孔成像技术参数提取13第三节 钻孔成像裂隙解译成果分析14第四节 研究区裂隙空间分布特征19第四章 裂隙岩体介质渗透张量的计算与修正23第一节 渗透张量的计算
14、理论23第二节 裂隙岩体渗透张量的计算步骤及结果27第三节 用压水试验数据修正渗透张量30第四节 裂隙岩体各向异性评价33第五章 结论与建议34第一节 结论34第二节 不足与建议34致谢36参考文献37中国地质大学（武汉）本科生论文第一章 绪论第一节 选题的目的及意义 随着经济和科技的发展以及世界人口的增加，土地资源相对较少，全球环境、能源等问题日益突出。开发和利用地下空间作为可持续发展的一项战略措施逐渐被重视起来。欧美等国利用地下岩洞储存压缩空气和氢气，作为一种调节各种时期能量需求与供给关系的方式。随着工业现代化进程对燃料的大量需求，燃料储藏问题不可避免的摆在人们面前，特别是针对易燃易爆的石
15、油天然气，更需要一个良好的储存空间。而地下空间具有优越的防护性、热稳定性和密闭性，因此利用和开发地下洞室储藏石油液化气就具有深远的现实意义1。 目前，世界上许多国家都利用地下储库储存液化石油气，北美及北欧利用地下空间储藏液化石油气最为普遍。近十几年来，韩国、日本对地下储气技术进行了研究，取得了一些成果。在中国成功地修建了汕头LPG地下储库，并对地下水封裸洞的应力场、渗流场建立了耦合模型，进行了系统的研究2。随着我国国民经济的发展，对能源需求的增加以及能源战略储备的要求，LPG地下洞库储存必然拥有广泛的市场和发展前景。 地下水封洞库一般应具备两个条件：一是密封；二是具有一定的稳定性1，以保证油品
16、不渗不漏，不易挥发。地下水封洞库一般修建在稳定地下水位以下的岩体中。在地下洞库注入油（气）品后，天然条件下地下水能够形成密封空间，但这种情况不稳定，需要利用人造水幕产生稳定的水压，使其大于油（气）的压力，达到稳定的水封效果，因此水幕的设计显得尤为重要3。此外在洞库开挖及运营过程中还要考虑涌水量的大小。而水幕水封条件及洞库涌水量与洞库岩体裂隙介质渗透性有着密切的联系，所以要使水幕发挥明显的水封效果，洞库的涌水量较小，并使洞室周围不发生泄露的危险，必须深入研究地下洞库周围裂隙介质的渗透性及各向异性。 本文以烟台万华地下水封洞库项目为依托，在野外调查、水文地质调查以及现场水文地质实验的基础上，获得了
17、研究区的渗透系数，并通过压水试验数据修正，得到渗透张量的校正结果，以此对比钻孔成像技术在裂隙岩体解译中得出的各向异性结果，分析不同方法得到的结果特点，评价钻孔成像技术在计算裂隙各向异性运用的优势、准确性及存在的问题。第二节 国内外研究现状综述 1.2.1 渗透张量计算方法渗透系数张量是渗流力学研究中的特征参数。裂隙岩体渗透张量计算结果的准确性直接影响地下水封液化气洞库的成功与否。因此，应当加强对渗透张量计算方法的研究。 目前国内利用钻孔成像技术研究渗透性张量的理论较少，近年来裂隙岩体渗透系数的确定方法，主要有现场水力试验法4、室内实验法、裂隙采样测量法和基于裂隙测量的压水试验校正法。1.现场水
18、力试验法 （1） 单孔压水试验法 单孔压水试验是用栓塞将钻孔隔离出一定长度孔段，并向该孔段压水，根据压力和流量的关系确定岩体渗透特性的一种原位渗透试验。试验所得渗透系数仅代表岩体的平均渗透系数，且只在压水孔邻近很有限的范围内有效，难以反映岩体的非均质各向异性特性5。 （2） 三段压水试验法 Louis 6在1970年提出三段压水试验方法，该试验基于渗透系数张量的三个正交主方向钻三个孔，在每一孔单独进行压水试验测量主渗透性，然后根据每组裂隙的产状把渗透系数迭加得到岩体的渗透系数张量。 （3） 三孔交叉压水试验法交叉孔联合压水试验由Heish7和Neumann8于1985年提出。试验时钻三个孔，在
19、一个孔的被止水塞隔开的段内注水，在相邻的两个孔内的隔开段中测量水头变化；轮换试验和监测交叉孔，以确定现场岩体的渗透系数张量和单位贮水量。用于确定各向异性介质中三维渗透系数张量9。不需要预知主渗透方向，钻孔方向可任意布设。（4） 示踪试验法 示踪试验是在钻孔中投入一定的食盐、荧光粉或同位素示踪剂来测定地下水渗流速度，确定含水层的渗透系数，在多孔介质中已经得到成功的应用10。（5） 渗水试验法 渗水试验是为求取特定目标渗透系数的水力试验。渗水试验同示踪试验一样，一般只用于特定对象或介质的渗透性研究，但测量尺度较小。如果要确定局部的较为微观的岩体的渗透系数，特别是确定不同规模裂隙介质的渗透系数11-
20、12，渗水试验是一种直接而有效的方法。2.室内试验法室内试验法主要根据室内物理水力学模型试验成果结合立方定理推求，常用的模拟方法有粘滞流模型、水力网模型和电模拟等。3.裂隙采样测量法该方法先用测线测量法或者测面测量法确定岩体裂隙的隙宽、产状及位置，然后运用统计学的方法来确定裂隙岩体的渗透系数张量。裂隙采样测量法即根据裂隙水力参数（隙宽、间距、产状）的统计计算渗透张量，其理论基础是完备的，但这种方法认为每一系统的裂隙方向、密度和宽度都是绝对稳定的。这种假设同裂隙网络实际存在的不均一性并不符合，故完全通过裂隙宽度、间距以及其方位统计而求得渗透张量的方法也具有一定的局限性。但某一工程地质单元的渗透张
21、量的主方向完全可以通过裂隙采样测量法来确定。该方法用于岩体存在较好露头及地下平洞等条件下的裂隙岩体，简单实用；不足之处在于没有考虑裂隙内充填状况和裂隙面粗糙程度，不够精确。4.基于裂隙测量的压水试验校正法1969年Snow13把单条裂隙近似为一无限延伸的光滑平行版，推导出单条裂隙的水流公式，在此基础上又根据渗透张良叠加原理，在多组裂隙存在的情况下，得出了三维裂隙介质渗透张量的计算公式，使得通过测量优势节理、裂隙的几何要素（产状、隙宽和隙间距）来计算渗透张量，进而研究裂隙介质的渗透性在实际工程中得到应用。由于Snow裂隙测量法忽略了很多影响因素以及裂隙测量过程中的精度问题，使得裂隙测量法的准确性
22、降低，只能确定渗透张量的初值。针对这个问题，Rocha和Francis在1977年提出一种校正系数法，即在同一钻孔中进行岩芯裂隙几何要素测量，计算出渗透张量初值，再进行压水试验，得出校正系数，对渗透张量进行校正。通过对Snow裂隙测量法的分析加入一个修正系数，综合体现裂隙填充情况、粗糙度、连通性等影响因素。是把各向异性的裂隙介质转化为各向同性14。在压水试验对渗透张量进行校正时，传统裂隙测量往往都是通过地表裂隙统计得出，与压水试验段对应裂隙发育情况存在一定的差异，使得校正产生误差。钻孔岩芯裂隙测量虽然解决了与压水试验段裂隙的对应问题，但由于岩芯在采取时发生扰动，裂隙的几何要素发生变化，通过裂隙
23、测量法计算出渗透张量也会产生误差。针对此问题，马峰15等利用钻孔成像技术在孔后对钻孔裂隙进行测量解译，克服了因岩芯扰动造成的裂隙几何要素的变化，进一步扩展了压水试验校正系数法的应用。1.2.2钻孔成像技术的应用 目前，利用钻孔成像技术计算渗透张量的研究相对较少，工程中主要利用钻孔成像分析结构面等信息，并没有深入计算渗透张量，利用钻孔成像技术研究渗透性张量的主要是马峰等人，利用钻孔成像技术，在对钻孔裂隙统计的基础上，建立裂隙介质模型，根据渗透张量理论计算得出垂向上的渗透性变化规律，并未对水平方向上的各向异性进行评价。本文利用钻孔成像技术，在前人研究的基础上，对裂隙岩体渗透张量进行计算，获得裂隙岩
24、体渗透主值以及渗透主方向，可为项目的后续工作提供数据支持。传统裂隙测量法对裂隙结构面的统计智能局限于地表裂隙，对钻孔内裂隙的统计很困难，在实际研究中，除了裂隙的倾角、填充物及间距可以通过钻孔岩芯编录结果大致获取外，裂隙宽度和倾向是很难准确测量的，而这两个参数对渗透张量的计算又起着至关重要的作用。本次利用钻孔成像可以很好的对钻孔内的裂隙进行统计，利用钻孔成像技术进行裂隙统计有一些优势：（1） 钻孔成像技术不会对钻孔内裂隙结构面造成大的扰动，基本上可以保证裂隙结构面原状性。（2） 钻孔成像技术可以方便准确的统计裂隙结构面的倾向、倾角以及隙宽，基本能判断裂隙内的填充物质，对隙间距也能有效的进行统计。
25、（3） 通过钻孔成像技术解译软件，可以快速有效的对裂隙结构面进行统计，且方法简单，成本较低，可以节约大量人力物力，并且统计结果准确有效。第三节 研究内容与思路 本文以烟台万华地下水封洞库项目为依托，在获得野外资料、数据的基础上，研究裂隙岩体渗透性的各向异性，主要包括以下内容： （1）在野外工作的基础上，利用钻孔成像技术统计钻孔（直孔、斜孔）内裂隙面的倾向、倾角和隙宽。 （2）利用渗透张量理论求取研究区渗透张量，评价裂隙岩体渗透性的各向异性，并分析影响渗透张量的因素。 （3）利用压水试验数据对裂隙统计出的渗透张量进行合理校正。 本文围绕研究区裂隙岩体的各向异性进行研究，研究路线如下：图1-1 研
26、究技术路线图第二章 研究区地质及水文地质概况第一节 工程概况 烟台万华实业集团有限公司地下水封洞库项目是目前国内在建的库容量最大的地下液化石油气储备库。库址区北距黄海12Km，南距G206国道约900m，东距烟台火车站、烟台巷40Km，地理位置优越，交通便利(如图2-1)。洞库建设场地范围，南北长约750m，东西长约1000m， 图2-1 研究区地理位置 烟台万华老厂搬迁工程项目液化烃地下水封洞库项目主要由地下工程和地面辅助设施两部分构成，设计库容100万m3，其中地下工程主要包括9个主洞室、4个竖井、10条水幕 巷道、1条施工巷道。 各主洞室洞顶以上20m设置水平水幕巷道，三个洞库各布设4条
27、水幕巷道，1条平行于主洞室方向，另外三条垂直于主洞室方向。丙烷、LPG、丁烷库水幕巷道底部标高分别为-110m、-70m、-70m，总长度分别为1036m、765m、798m。水幕巷道截面洞跨为7m，洞高6m，为半圆形与长方形组合。 9个主洞室按东西方向平行设置，三个洞库成品字形布设，丙烷库位于北侧，丁烷库和LPG库在西南侧和东南侧。每3个主洞室之间通过施工巷道相连组成一个罐体，共分为三个洞灌组。丙烷、LPG、丁烷库洞室底部设计标高分别为-156m、-116m、-116m，总长度分别为1124m、842m、751m。主洞室截面为马蹄形，洞跨18m，洞高26m，两个相邻洞库设计净间距为36m。三
28、个洞库设置4个竖井，每个洞库上部各有一个竖井，另外还有通风竖井。第二节 区域工程地质条件2.2.1 气象水文 研究区所在的烟台市地处中纬度暖温带季风气候区，四季分明。多年平均气温12.7，累计年平均相对湿度64%。平均蒸发量1960.8mm。主导风向为SSW、SW，平均风速为3.9m/s。一般冻土深度21cm。一般积雪深度10cm。据调查，区内历史上未发生过大的风暴潮。自19802006年平均年降水量560.13mm，降雨主要集中在7、8、9月份。累年最大降水量为988.5mm（1998年），累年最大一日降水量为208.0mm（1963年7月24日）。 研究区所在区域主要地表水系为九曲河水系，
29、全长10.3Km，汇集长3Km以上支流3条，流域面积40.1Km2。流域内无大、中型水库，有峰山（小一型）一座，方里、范家等（小二型）水库7座，其他小塘坝13座。该河目前主要排泄来自各支流的污水。库址区场地北侧为烟台巷西巷区黄海海域，缺乏长期海洋水文观测资料。1987年3月相关部门在八角初旺村进行过一个月的潮位观测，2003年7月又配合水文测验在初旺村设立临时验潮站，根据实测资料综合分析理论深度基准面在黄海平均海面以下1.25m。2.2.2 地形地貌 库区所在区域属剥蚀堆积地貌山间河谷冲洪积平原地貌的过渡段，区域东北部为丘陵边缘地带，南、北、西部为山间河谷冲洪积平原地带。拟建洞库场地处于丘陵与
30、冲洪积平原过渡地带。 场区经整平处理后，地面高程一般为22.035.0m，最高点在库区东部，地面高程47.46m，往西、往北渐低，地面坡度一般小于5，最低点在场地西部，地面高程18.21m。场地区有数个高3.05.0m的陡坎。场地原地表主要为耕地、果林，中南部有北东向水泥路穿过场地，整平后为烟台万华老厂搬迁工程项目装置区。2.2.3 地层岩性 根据地质时代、成因、岩性及工程性质的不同，研究区内的地层可分为第四系人工填土层、冲洪积层、残破积层（Qml、Qel+dl、al+pl）；燕山期花岗斑岩脉、煌斑岩脉、闪长玢岩脉、构造片岩脉、玄武质玢岩脉等各种岩脉；燕山早期中粗粒黑云母二长花岗岩（52(1)
31、）；新元古界双顶超单元燕子夼单元碎裂花岗岩4类，各类地层岩性特征及分布情况分述如下：1.第四系人工填土层、冲洪积层、残破积层（Qml、Qel+dl、al+pl） 人工填土层主要分布于场地北端约250m范围内，为近期场平时人工回填，回填时间较短，不超过一年，主要为花岗岩类风化残积土，厚度一般3.05.0m，近期 已经强夯处理；冲洪积层主要分布于洞库建设场地东南部，沿两条老的九曲河支流分布，主要为中细砂、粉质粘土等，颜色一般为灰黄、褐黄或褐色，场地东南角及九曲河支流河沟处该层厚度较大，东南角该层厚度最大可达20m；残破积在库址区大部分地段有分布，挖方区该层一般被挖除，库址区东南部、南部该层厚度相对
32、较大，一般厚2.07.0m，最大可达10.0m，主要为残积砂质粘性土，颜色一般为黄褐、灰白或灰黄色。2.燕山期花岗斑岩脉、煌斑岩脉、闪长玢岩脉等各种岩脉 库址区场地内岩脉较发育，各岩脉穿插或零星分布在燕山早期黑云母二长花岗岩体中，脉岩产出受岩体内构造、裂隙控制明显，均呈较规则脉状产出，其延展方向与构造基本一致。 花岗岩脉：浅灰白色，斑状结构，斑晶主要为石英、长石。与周围岩体一般接触良好，岩脉内部节理裂隙不发育，局部节理裂隙密集，岩体破碎，岩脉发育以东北方向为主，倾角较大，发育规模较大，最大延伸长度可超过1Km，为库址区主要岩脉，地表大规模出露。 煌斑岩脉：黑色、灰黑色，局部暗灰绿色，煌斑结构，
33、主要矿物为角闪石、斜长石、黑云母、绿帘石等，部分可见多条碳酸盐条带。场地内煌斑岩脉为多期次侵入岩脉，早期侵入的煌斑岩脉多发生蚀变，节理裂隙较发育稍发育岩体较破碎，岩质较硬；新近侵入的煌斑岩脉节理一般稍发育，岩体较完整，与周围岩体接触良好，无明显破碎带。 闪长玢岩脉：浅绿色，质软，斑晶为长石、石英、黑云母、角闪石。抗风化能力差，宽度一般小于3.0m，有一定延伸，岩脉与周围岩体接触良好。 构造片岩脉：原岩为黑云二长花岗岩，受地质作用影响，主要矿物定向排列明显，一般沿构造运动方向分布，岩体内可见石英脉析出，沿该岩脉一般蚀变剧烈，影响带宽度可达三倍岩脉宽度。3.燕山早期中粗粒黑云母二长花岗岩 黑云二长
34、花岗岩是库址区主要的岩体，灰灰白色，中粗粒花岗结构，块状构造，主要矿物为斜长石、钾长石、石英、角闪石、黑云母等。节理裂隙一般不发育稍发育，岩体较完整完整，局部存在裂隙密集带，岩体为坚硬岩。强风化带厚度一般15.035.0m，层底标高一般-10.010.0m。岩体内存在节理裂隙密集带，密集带附近岩体蚀变剧烈，多为高岭土化、绿泥石化。4.新元古界双顶超单元燕子夼单元碎裂花岗岩 主要分布在场地东北部，主要矿物为：斜长石、钾长石、石英、角闪石等，细粒花岗结构，块状构造，受地质作用影响，节理裂隙发育，岩体较破碎较完整，局部岩体受地质作用发生韧性变形，为韧性变形似斑状花岗岩。2.2.4 地质构造 研究区所
35、在区域在大地构造上处于华北断块区东部的胶辽断块之中，该区域内发育有北东向福山断裂、刘家亭断裂、栖霞断裂、林家庄断裂，北西西向蓬莱-威海断裂带和近东西向吴阳泉断裂等（图2-2）。以上断裂均处于库址区外围，仅对库址位置选择起控制作用，场地内该类构造不发育。图2-2库址区场地区域构造图 库址区周边发育数条次级断裂，影响控制洞库边界，区内构造基本不发育，对洞库工程建设影响较大的是分布在场地内的破碎带、节理裂隙密集带及区域性节理，如图2-3所示。图2-3库址区场地构造发育示意图1.次级断裂 洞库场地周边发育北东方向F1断层、南北向F2断层、北西向F3、F4断层。 F1断层位于场地西侧，走向NNE向，倾向
36、NW，倾角约30，推测破碎带的高度约8m，断层影响带宽度较大； F2断层位于场地西侧，规模相对较小，走向为近SN向，倾向W，倾角约40，对场地基本无影响； F3断层位于场地东北侧，走向NNW，倾向SW，倾角约86，断层两侧岩石蚀变严重； F4断层位于库址区东北侧约600m，走向NW，倾向NE，倾角约45，断层影响带宽度较大，但对库址区无影响； 以上各断层除F3断层倾向场地外侧，控制洞库边界，其中F1、F2断层影响控制洞库西边界，F3断层影响控制洞库东边界，F1、F3断层影响控制洞库北边界。2.破碎带 洞库场地南部发育P1、P2两条破碎带。 P1破碎带位于场地东侧，走向NE，倾向SE，倾角707
37、5，钻孔揭露岩芯呈碎块状、短柱状，强度低，泥化严重，沿节理面高岭土化、铁质浸染严重。 P2破碎带位于场地南部，走向NE，倾向SE，倾角约60，破碎带岩芯节理裂隙发育，岩体破碎，沿节理面高岭土化严重，岩质较软。3.节理裂隙密集带 洞库场地范围内地表出露的主要为黑云二长花岗岩的强风化层，地形平坦，岩体一般风化为沙砾状，未发现明显的节理裂隙密集的破碎带，钻探揭露孔内部分深度段一组或几组节理沿某一优势方向密集发育，形成节理裂隙密集的破碎带；两组以上不同方向节理裂隙密集发育，形成节理裂隙密集的破碎带。场地范围内主要由5条节理裂隙密集带： L1：走向NW339，倾向SE69，倾角45； L2：走向NW34
38、0，倾向SE70，倾角42； L3：走向EW，倾向SS180，倾角53； L4：走向NS，倾向WW270，倾角52； L5：走向NE77，倾向SE167，倾角34。第三节 水文地质条件2.3.1 地下水赋存类型 根据水文地质调查及勘探资料，结合区域范围内地资料，研究区内含水介质主要为第四系覆盖层和燕山早期中粗粒黑云母二长花岗岩裂隙介质。地下水的主要赋存类型为松散岩类孔隙水、浅层基岩网状和深层脉状裂隙水。 松散岩类孔隙水主要赋存介质为第四系松散覆盖层中，含水介质为第四系全新统冲洪积层和更新统残积层，富水性中等，岩性主要为中细砂、含粘性土砂、粉质粘土及残积砂质粘性土等，分布于库址区的西部、南部及东
39、南部，厚度220m。 浅层基岩网状裂隙水存储空间主要为燕山早期中粗粒黑云母二长花岗岩，主要分布在库址区内及其北部、东部地区。地下水主要赋存在强风化带及中风化带浅部，由钻孔提水试验分析，含水性富水性中弱富水性。这部分裂隙水和上部松散层孔隙水联系较为密切，主要接受大气降水补给，局部受地形控制，水量的大小与大气降水、裂隙发育程度、地貌汇水条件和构造发育程度等因素有关。 深层脉状裂隙水主要赋存于中风化带深部及其以下的岩体中，含水层为弱富水性。受结构面发育及构造运动的影响，地下水埋深深度变化不一，与浅层地下水的水力联系相对较小。2.3.2 地下水补给、径流和排泄条件 研究区为近岸低山丘陵区，地下水主要接
40、受大气降水垂直入渗补给和山区侧向地下水补给，有东西两侧山区地势较高处向中部九曲河径流，并最终汇入黄海，黄海为本区域的最低排泄面。在西部区域地形低平，径流速度较慢，在九曲河东侧区域，地形较高，起伏相对较大，径流速度快。1.第四系覆盖层孔隙潜水的补、径、排条件 第四系松散岩层孔隙水具有两种主要补给形式，即大气降水入渗补给和山前基岩裂隙水的侧向补给，补给量受降雨量、岩性、地形等因素的影响。孔隙水含水介质透水性较强，径流较通畅，一部分地下水向九曲河及黄海径流排泄，一部分地下水直接补给下伏基岩裂隙水。该地区农业、林业发达，通过水井抽取地下水也是本区地下水排泄的主要去路之一。2.基岩裂隙水的补、径、排条件
41、 场区东部山区基岩裸露区域主要接受大气降水直接入渗补给，中西部则主要接受上部孔隙水补给和山前侧向补给。基岩上段为强风化、中风化层，裂隙较为发育，径流通畅，地下水向中西部地势低洼处径流，并以潜流排泄于残坡积和冲洪积层中，局部以人工井的形式排泄。下部微风化基岩岩体较为完整，裂隙基本不发育，径流速度较为缓慢。2.3.3 地下水位及动态特征 通过对库址区内及周围的水井、地表水体的水位进行了调查测量，调查结果知调查区域内水位埋深06.85m，标高056m，水位标高变化趋势与地形基本一致。对各个钻孔进行长期地下水位测量表明水位标高范围为15.237.4m。地下水位标高基本受地形控制，水位整体上东高西低，南
42、高北低，区内地下水径流方向从南东至北西。 据区调资料及水文地质调查，地下水位变幅受降水、蒸发和开采条件等因素的影响。浅层地下水水位动态随季节变化明显，年平均变幅可达23m。一般在3月底左右地下水位达最低值，随后由于接受降水的补给，地下水位迅速升高，到9月底达到最高。据调查，库址区部分村民因所在地地势高，第四系覆盖层薄，水量有限，民用水井通过放炮方式打入基岩，抽取的地下水为基岩裂隙水，井中水位变化较小，深层裂隙水水位相对较为稳定。第三章 钻孔成像技术的原理及数据第一节 钻孔成像技术的原理 自从2O世纪5O年代第一台钻孔成像设备诞生以来钻孔成像技术的发展已由钻孔照相(BPC)、钻孔摄像(BVC)发
43、展到期今天的数字式光学成像(DBOT)16。由于目前较普遍采用的数字式全景面钻 L摄像系统，是采用了一种特定的光学变换，即截头的锥面反射镜实现了将360。钻孔孔壁图像反射成为二维平面图像。这种二维平面图像称为全景图像(也称全L壁图像)，由于钻 L呈圆柱体，这种全景图像不失其三维信息17。全景图像可以被位于锥面反射镜上部的摄像机拍摄经过光学变换，形成全景图像，其孔壁图像的变换、展开原理如图3-l。图3-1 孔壁图像变换示意圈钻孔深度可以通过深度测量装置直接获得，并将其数值叠加到全景面图象中，作为其信息的一部分。方位可以由位于反射镜中部的磁性罗盘得到磁性罗盘的北极指示了全景图像的方位通过系统软件将
44、孔壁全景图像按北方位展开。数字式全景面钻孔摄像系统的出现。为当今钻孔摄像技术发展过程中的一个里程碑，大大提高了钻孔图像的质量，也使钻 L勘探的手段得到充分发挥，钻孔的利用效率及成果质量上了一个台阶。 一般数字式全景面钻孔摄像系统由井下摄像探头、传输电缆、深度传感器、控制器、计算机图像处理系统、井口滑轮、绞车、脚架等硬件及钻孔 L壁图像采集、编辑与解释软件系统等组成。计算机图像处理系统通过接口与采集控制器连接，采集传输电缆送来的孔壁图像信号并对孔壁图像信号进行识别、展开处理，自动拼接形成孔壁展开柱状图像。通过监视器显示出来，并记录在计算机硬盘里。通过软件进行编辑解释处理，把钻孔图像信息刻录在光盘
45、上保存，打印机将图像打印成图。全方位钻孔数字式全景面钻孔摄像系统只是在原系统的基础上改变探头入孔方式，利用人工推力推动探头在任意向的孔中自由移动，最重要的是用全方位重力罗盘代替磁性罗盘，这样罗盘不仅能自由运动，而且能利用其与指针式磁性罗盘的相同特点，完成图像的正常采集和处理。通过地质结构面在孔中的分布位置的确定，采用数学计算的方法计算出结构面的产状18。第二节 钻孔成像技术参数提取渗透张量的表征是在准确提取基本的裂隙水力参数的基础上完成的，即影响裂隙水渗流的隙宽、产状、间距和填充物等。在地表岩体裂隙统计中，采用测线法或统计窗法，可以很容易得获取这些参数。对于钻孔中这些参数的获取，一直存在着很大
46、的困难。在实际研究中，除了裂隙的倾角、填充物及间距可以通过钻孔岩芯编录结果大致获取外，裂隙的隙宽和倾向是很难准确测量的，而这两个参数对渗透张量的计算又起着至关重要的作用。本次地下水封洞库项目钻孔成像采用的仪器为LB-10钻孔智能数字摄像仪，由武汉力博物探有限公司研发（图3-2），由嵌入式工挖机、摄像头、特制铠甲电缆、绞车等主要部件组成。该系统高度集成，运用DSP图像采集与处理技术，可以对钻孔进行全方位、立体式摄像，具有图像逼真、自动校准以及画面实时获取等特点。对钻孔进行全景摄像生成图像之后，需要对图像进行处理分析，来测量节理裂隙的几何要素。由于钻孔成像仪器附带解译软件，因此可以较快的获取节理裂
47、隙信息（图3-3），本软件只需要在图像上裂缝的一侧按下鼠标左键，沿裂缝垂直方向拖动鼠标到裂缝另一侧，同时显示鼠标拖动轨迹，松开鼠标左键，此时该裂缝的起点与终点信息和裂缝宽度将显示在信息栏内。在钻孔照相时，首先调整仪器电子罗盘为正北方向，软件会自动把照片从正北方向裁开以平面展示，这样，展开后的每一条裂隙成为一个类似于正弦曲线的带有方向性的曲线，这条线上的每个点都通过深度和方向两个参数对应着自己的空间位置。软件中，只需要点击“提取产状”工具图标，将鼠标左键停在裂缝的最高点，按下鼠标左键，拖动鼠标到裂缝的最低点，松开左键，裂缝倾向倾角信息就显示在信息栏内。 图3-2 钻孔智能数字摄像仪 图3-3 钻孔成像软件的数据提取示意图裂隙的间距可以通过裂隙的间隔和倾角求取。填充物类型可以通过肉眼的观察描述。如果能对照野外的钻孔岩芯资料，结果会更加可靠。解译原理主要依据：在直孔成像中，将图像按北方向展开，结构面即生成一条近似正弦曲线的曲线，连接最高点与最低点，则两点之间的垂向距离与水平距离之比即为倾角的正切值；而最低点的方位即为结构面的倾向（见图3-4、3-5）；隙宽和隙间距等在软件中可沿一定方向直接测量。