综合测井技术在浏阳河隧道勘察中的应用分析

李再荣

湖南省地质矿产勘查开发局四一六队，湖南株洲 412000

综合测井技术在浏阳河隧道勘察中的应用分析

李再荣

湖南省地质矿产勘查开发局四一六队，湖南株洲 412000

传统物探方法在复杂埋深、长大隧道的地质勘察中存在深部信号弱、分辨困难的问题，鉴于此，综合测井技术在该类隧道的工程地质勘察中得到广泛应用。本文对国内常用的测井技术进行了方法原理介绍，并依托武广客运专线浏阳河隧道勘察项目，以17号钻孔综合测井为例，分析了各测井物理参数曲线形态上呈现异常变化特性，推测了岩石破碎带等不良地质体的位置、规模及类型，并据此获取了隧道围岩等级，对钻探资料进行了补充和验证，为隧道设计、施工提供了可靠依据。

隧道；砂岩；综合测井

Tunnel; Sand stone; Comprehensive logging

前言

对于复杂的深埋、长大隧道的工程地质勘察，是一个国际性的难题[1]，为查明隧道穿越地层的地质情况，目前工程界主要采用地质物探、钻探、测井各种孔内水文试验和地应力测试等多种勘探测试手段。由于隧道所处地形、地质条件的特殊性，造成物理场分布严重畸变，形成各种形态的假异常，地形的复杂多变使得很难找到合适的矫正模型把有用的构造或地层异常从地形干扰异常中分离出来。此外，由于埋深大，深部的信号强度弱，分辨更加困难，因此地面物探工作没有特别好的解决办法。测井技术利用声波速度、视电阻率、自然电位、放射性、温度、井中电视等技术手段，判断洞身岩层风化破碎程度以及含水层及补给关系，进而对整个隧道洞身通过的岩性特征进行一个宏观的判断，因此在确定地层、解决不良地质体及水文地质问题中发挥了重要作用[2]。

1 测井技术方法原理

测井技术最早出现与20世纪早期。1921年，巴黎矿业学院第一次进行了人工电场测量，并于1927 年由法国斯伦贝谢公司成功测出了第一条电阻率曲线。我国的测井工作始于1939 年，当年12 月，著名地球物理学家翁文波先生在四川巴县石油沟1号井用1m 电位电极系成功测得第一条电阻率曲线[3]。

测井技术的发展，经历了四个阶段，第一阶段为半自动测井，应用多线简单地测量地层的电阻和自然电位。测井技术发展的第二阶段为数字测井，在此阶段广泛应用了电子技术和计算机技术。大容量的数据传输及计算机处理技术的应用，由此带来了测井技术第三阶段的发展。第四阶段主要为高可靠、高集成和高精度测井时代，集成了自然电位、电位电阻率、梯度电阻率、人工伽玛、自然伽玛、声速、井径，盐化扩散法等测井方法。

1.1 自然电位法

自然电位发是研究钻孔岩层的电化学活动性为基础的测井方法。根据测量岩层在自然条件下产生的电化学过程的结果来研究岩层的岩性和它的电化学性质之间的关系，从而解决地质问题。在孔隙、裂隙发育带，由于地层水矿化度与井液矿化度存在差异，在含水层位置形成明显的异常反映。自然电位曲线在泥岩层曲线平缓，为基线零值。因此，自然电位对含水层的确定，对泥质成分的变化是一种有效参数。

1.2 视电阻率法

视电阻率法是以研究岩石电阻率为基础的测井方法。它是通过测量人工电场沿钻孔剖面的变化来反映岩石电阻率的变化，从而解决地质问题。视电阻率方法包括电位电阻率和梯度电阻率。一般采用的电位电极系为A0.1M1.0N，电极距L=0.1m，探测半径r=0.2米，主要用于划分钻孔地质剖面，进行区域地质构造分析和确定含水层层位。梯度电极系为M0.1N1.0A和A1.0M0.1N顶底两种，电极距L=1.0米，探测半径r=1.41米，因此，梯度电极系探测范围大于电位电极系，其电阻率值更接近地层的真电阻率。另外，梯度电极系具有极大值明显，界面陡峭，易于比较精确地确定高阻岩层界面的优点。

1.3 人工伽玛（密度）法

该法是以研究岩石对伽马射线的散射和吸收强度来研究岩层的，被测定的散射伽马射线强度与地层密度有密切关系。因此人工伽玛是划分地层、判断破碎、裂隙带的一种有效参数。人工伽玛在套管内和水位以上仍然能够测量，因此对套管和水位以上的地层分析起到了其他参数无法替代的作用。

1.4 自然伽玛法法

自然伽玛测井是以记录钻孔地质剖面中各岩层的自然放射性强度为基础的。不同岩层，其放射性物质含量不同，因而不同岩层在自然伽玛测井曲线上就有不同的反映。自然伽玛强度一般与泥质含量成正比，利用钻孔或区域地层中较纯的泥岩和较纯砂岩为参照，根据自然伽玛的强度变化确定地层的泥质含量。

1.5 声速测井法

是以研究井下岩层的声学特性为基础的测井方法。在沉积岩中声波的传播速度与岩石的强度和密度有密切关系。一般速度随强度和密度的增加呈线性增大。岩层的疏松、裂隙对声波传播速度有明显衰减。因此声速测井是确定破碎、裂隙带的一种有效参数。利用声波纵波速度，可确定围岩等级。

1.6 盐化扩散法

主要是通过人工盐化井液或在井内造成一个盐水柱，使井液与地层水淡水之间有明显的电阻率差异，在地层水的自然渗透作用下，盐化后的井液或盐水柱将随时间发生淡化和移动，其变化幅度的大小取决于地下水的渗透速度。根据盐化曲线的变化位置、移动速度、变化幅度，可确定含水层位置、渗透性强弱、流速、涌水量及运动规律。

1.7 井径法

在钻探过程，由于地层性质不同，有的地层疏松，如砂层、疏松砾岩、风化破碎带，在钻进过程中易坍塌，使井径扩大；而有的地层，如黏土膨胀性较大，使井径略有缩小。因此，井径资料对判断钻孔结构，划分地层岩性具有一个的辅助作用。在测井资料解释中一些参数的定量解释，必须有井径资料进行校正。

2 工程概况

浏阳河隧道位于长沙市东，捞刀河以南，止于黎托乡平阳村。线路从星沙镇至彭家港的潇湘西路附近起，隧道下穿潇湘西路、星沙镇物流场、京珠高速公路、长永高速、星沙镇市区、长沙市远大路、人民路、浏阳河、机场高速公路，于黎托乡平阳村出地面。自北向南依次穿过长沙市开福区捞刀河镇、芙蓉区东岸乡、雨花区黎托乡等。隧道全长1 0 1 2 0 m，进口起始里程DIIK1560＋550，出口终止里程为DIIK1570＋670，隧道建筑长度10300m，起始里程DIIK1560＋550，终止里程为DIIK1570＋850。

隧道挖段开挖侧壁岩性为有种植土、冲积粉质黏土、冲积粉土、沙砾石层，以及全至弱风化泥质粉砂岩等。第四系土层较松散、软弱，自稳能力差，沙砾石层含较丰富的孔隙水，丰水期且具承压性质，隧道开挖时会产生涌水现象，导致基坑失稳。基槽底板为弱风化泥质粉砂岩等，岩体完整，可作铁路路基持力层，但属于软质岩，易风化，遇水易软化。

所使用的仪器设备如表1所示，已按有关规程要求进行了调试标定，野外工作严格按《铁路工程物理勘探规程》（TB10013-2004）和《煤田地球物理测井规范》执行，仪器性能良好，工作稳定正常。

表1 仪器设备一览表

3 资料分析与成果综合解释

3.1 隧道17号钻孔

该孔位于武广客运专线DK1562+000左7.00m位置，孔口标高59.54m，钻孔深35.20m。钻探揭露的地层有：填筑土、砾砂、粉砂质泥岩和泥质砂岩。进行了自然电位、电位电阻率、梯度电阻率、人工伽玛、自然伽玛、声速、井径等测量。电阻率实测曲线、人工伽玛实测曲线、声速曲线如图1、图2、图3所示。

图1 17号钻孔电阻率实测曲线

3.2 地层划分

该孔套管下至7.00m，套管内地层划分建议采用钻探资料。7.00～10.20m为粉砂质泥岩，电阻率曲线呈低阻反映，人工伽玛、声速为高异常，有扩径现象，说明地层风化强烈，岩体破碎；10.20～12.00m电阻率曲线呈较高阻反映，测井认为为砂岩层，人工伽玛和声速曲线较高异常反映，说明岩体破碎；12.00～13.90m为粉砂质泥岩，电阻率低阻反映，人工伽玛高异常，说明岩体较破碎；13.90～15.20m由电阻率高阻反映说明为砂岩层，岩体完整；15.20～21.30m为泥质砂岩，各曲线反映岩体完整；21.30～22.40m高电阻率说明为砂岩层；22.40～32.00m为泥质砂岩。该孔测井范围至孔底32.00m，34.00m以下砂砾岩未反映到。

图2 17号钻孔声速测井实测曲线

表2 测井综合解释成果表

图3 17号钻孔人工伽玛测井实测曲线

3.3 地层物性特征分析

孔内被套管隔离的地层，无法取得电性、声波、井径等参数资料，放射性参数也受屏蔽影响有一定的衰减，故在套管内地层建议采用钻探分层资料。各地层物性特征见表2。

由以上物性特征可见，砂岩层电阻率相对较高，在曲线形态和数值上，与砂质泥岩类形成明显的区别。

并基于测井数据，可以得出隧道洞身17.50～27.50m范围为泥质砂岩夹砂岩层，较完整。围岩级别Ⅲ-Ⅳ级。

4 结论

测井技术作为一门成熟的学科，在矿产资源勘探和解决相关地质问题中得到了广泛的应用。利用测井方法解决纯地质问题，特别是不良地质问题这方面的应用还不多。本文结合武广客运专线浏阳河隧道地质勘察项目，利用该技术准确判断出了地层中岩石破碎带等不良地质体的位置、规模，并确定了隧道的围岩等级，对以后隧道的综合测井资料的分析具有指导作用。

(1)砂岩层电阻率相对较高，在曲线形态和数值上，与砂质泥岩类形成明显的区别；

(2)砂岩层发生破碎的几率较大，且岩石破碎带人工伽玛测井曲线和声速测井曲线往往较高，电阻率测井曲线较低，施工中需要加以重视；

(3) 基于测井数据，可以得出隧道洞身17.50～27.50m范围为泥质砂岩夹砂岩层，较完整。围岩级别Ⅲ-Ⅳ级。

[1]杜彦军.综合测井技术在太行山隧道勘查中的应用[J].铁道工程学报.2006.8,(05).77-81

[2]审建平.何红生.测井技术在灰岩地区隧道深孔勘探中的应用[J].中国煤田地质. 2004.6,(03).57-60

[3]郭嗣杰，刘东友，田彦民. 测井仪技术的发展趋势[J].舰船防化. 2006.(02).43-46

Application of the Comprehensive Logging Technology in Engineering Investigation ofLiuYang River Tunnel

Li Zairong
Hunan geologic and mineralexploration bureau team 416, Zhuzhou, Hunan, 412000

Because of the poor signal and bad recognition, the traditional geophysical exploration methods existed some problems in the tunnel geological survey which is under the complicated geological conditions. So comprehensive logging technology is widely used in the tunnel geological survey of this kind. In this paper,the principles of common comprehensive loggingtechnology in China is introduced, and based on the geological survey project of LiuYang River along WuGuang passenger transportation line, we analysis the variable feature of physical parameters curve of 17th comprehensive logging, surmise the position, dimension and type of the bad geologic body such as brokenrock zone, and at last obtain the strength level of wall rock. Our work supply the supplementary to the original drill data, and provide the reliable foundation for the tunnel design and construction.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.14.026