浅谈地质勘探中的断层勘探技术

来源 :商品与质量·建筑与发展 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mzh18277648
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  【摘 要】 随着现代勘探技术的不断发展,地质勘探在越来越多的领域中发挥着重要的作用。根据地质勘探应用方向的不同,分为工程建筑地质勘探、石油煤炭开采地质勘探、隧道地质勘探等多个方面。现代地质勘探技术针对不同的应用方向进行了研究与应用,为不同应用的地质勘探工作提供了科学的技术支持,促进了地质勘探工作的发展,本文主要讲述了断层的概念、分类、断层破碎带物质以及其力学特征,通过某隐伏薄断层钻探的异常情况,分析深、厚断层钻探的难点,并总结目前断层钻探的基本措施和对策。
  【关键词】 断层;孔壁破坏因素;分析措施
  地质构造主要表现为岩石的弯曲和断裂,形成褶皱、断裂等构造。而地壳中矿产的分布、地下水的类型和活动、破坏性地震的发生,都与地质构造密切相关。因此无论是固体矿产勘探,地下热水、气、油资源的开发利用、地震断裂带的科学钻探,都离不开对断层地质构造的研究,通过案例对断层钻探进行分析。
  一、断层
  1.断层的基本概念
  断层断裂的构造可分为是岩石的受到连续性破坏,发生裂开,分为节理和断层两大类,其中两侧的岩体发生显著位移的是断层,在地壳中极为发育,是重要的地质构造之一[1]。
  2.断层的要素与基本分类
  断层要素包括断层面、断层线、走向、倾角等。
  断层面一般不是一个简单的面,而是由许多密集的破裂面,或者是岩石破裂移动时造成的一个岩石揉皱、切错的破碎带,即断层破碎带。其宽度从几厘米到几十米不等[1]。
  断层简单分为正断层、逆断层、平移断层,根据其它要素另有几种分类定名。
  3.断层的层间物质分类
  断层破碎带中的岩石角砾岩被胶结成角砾岩,称为断层角砾岩;如果岩石被碾碎成细小的碎屑或粉末,并定向排列,这样的岩石称为糜棱岩;如果是由泥状物质组成,则称为断层泥[1]。
  4.断层的野外地貌标志、伴生现象及隐伏断层
  断层在通过的地区,沿着断层线所形成的一些特殊地貌现象,如断层崖和断层三角面、断层湖、断层泉、错断的山脊、急转的河流;构造伴生现象有擦痕、阶步和摩擦镜面、构造岩、牵引现象[2]。但某些矿区仍有些断层在地表并无显著特征,钻探穿过完整、坚硬地层一定深度后,根据岩芯物质状态才知是隐伏断层。
  5.断层层间物质的物理力学特征
  断层受到复杂的地应力作用所形成的层间物质破碎,碎块颗粒直径大于2mm的叫断层角砾岩;碎块颗粒直径为0.01~2mm及更小的叫碎裂岩和糜棱岩[2];如含粘土质矿物成分,成泥状的叫断层泥。上述层间物质的容重应小于同类物质成分的岩石,断层在地表因其位移张开量大,层间物质孔隙比大,天然含水率高,而在一定深度下则未必。断层层间物质如被胶结,则有一定的抗压、抗拉、抗剪切强度;对碎裂岩、糜棱岩、断层泥而言,则强度较低,特别是抗剪切强度,表现为松散或处于流塑状态[3],遇水,有膨胀、流变特性及崩解、塌落现象。
  6.断层钻探的意义
  了解和揭穿断层上下盘,掌握断层的地质形状要素、上下盘岩性,形成时代,无论是对固体矿床勘探中的成矿机理研究、地学中的科学钻探、地震研究、桥、隧、坝基础稳定性研究等都具有必要性和重要性。
  二、现代地质勘探技术的应用
  2.1三维地震勘探技术的应用探讨
  三维地震勘探技术是目前油气勘探的重要技术方式。三维地震勘探技术以其高精度、高分辨率的特点提高了油气勘探的效率。这一技术是在二维地震勘探技术的基础上发展而来。通过将地震测网的方格状或环状布置实现勘探目的。三维地震勘探技术能够精确的落实储集层变化,提高钻探的成功率。三维地震勘探技术的应用通过野外地震数据资料收集、室内地震数据处理以及地震资料解释三个步骤实现地质勘探的最终目标。在现代油气田勘探中,三维地震勘探技术提高了勘探的准确性与勘探效率,为我国油气开采奠定了坚实的基础。通过三维地震勘探技术为我国油气开采提供了准确的勘探数据,为提高油气开采工艺设计与安全奠定了基础。
  2.2工程地质勘探技术应用分析
  工程地質勘探是对影响工程建筑物的地质因素进行调查研究的工作。按照其勘探方式的不同分为地球物理勘探、钻探与坑探等几种方式。目前,在我国的工程地质勘探中多采用地球物理勘探仪进行岩土地质的密度、导电性、弹性等物理性质的勘探。其工作原理是通过电法中的视电阻率法进行地面物探。另外,浅层折射法和声波勘探法也有一定的应用。利用物探技术能够实现经济、快速的勘探,在对地质要求不高的工程建设中较为常用。
  钻探与坑探在建筑工程地质勘探中也较为常用。通过钻探机械进行钻探并取样后进行地质构造分析。以此了解建筑工程所处位置的地质条件能够为建筑物提供良好的持力层。钻探较坑探效率高,且受地面水、地下水以及勘测深度影响较小,在目前的建筑工程地质勘探中有着重要的应用。但是由于不易采集软弱夹层岩心,且不能用来进行大型现场试验,因此,在特殊地质条件勘探时多采用坑探方式或其他方式进行地质勘探。由于钻探与坑探工作成本较高,因此其应用中需要科学的进行孔、洞的设计,以此在减少工作量的同时尽可能提供更多的地质资料,以此降低勘探成本。
  2.3公路隧道地质勘探中的技术应用
  公路隧道地质勘探中,地质勘探技术应用较多。常用的方法有电法勘探、电磁法勘探、地震勘探、声波探测、重力勘探、磁力勘探与放射性勘探等。在实际的勘探工作中,根据实际情况选择相应的勘探技术。在具体的勘探工作中,首先应对公路隧道的资料进行收集与分析,明确地质勘探工作要求。根据既定隧道勘探选线进行地质初探,了解工程初步地之后,在根据工程初探资料、原始资料等制定后期详细勘探计划。选择适宜的勘探技术进行勘探工作,以此为隧道工程的施工奠定基础。在公路隧道地质勘探中,还需要根据隧道工程预定线路进行地质勘探分析工作,提高勘探工作质量的同时注重勘探安全,避免勘探事故的发生。   三、深、薄断层钻探的案例
  1.矿区地层
  某矿区是一大型花岗闪长斑岩型白钨钼矿床,初步勘探储量9.6×104t,5条勘探线,20个钻孔。
  (1)坡积物:以碎石块、亚粘土、粘土、细砂、粉砂等组成;(2)围岩:矿区围岩为角岩,深灰紫一紫色,有细石英脉充填其中;(3)侵入岩体:矿区岩体为花岗闪长斑岩,灰白一浅灰色,中一细粒斑状结构、块状构造,石英脉较为发育,有少数石英脉两侧有弱钾化现象,绢云母化程度较高,局部较破碎,黄铁矿化较为发育,以星点状、细脉状为主,主要产于石英脉中[4]。
  2.矿区钻探一般情况
  矿区的钻探工作开始于2007年12月开始,XY——4型钻机2台,S75绳索取芯钻进,至2008年年底共施工11个钻孔,5500m。2009年2月继续施工ZK404,孔深730m。该孔岩芯钼含量,矿化程度都较好,考虑钼多金属矿的市场前景,决定扩大勘探钼矿床范围,施工该孔西、北方向的ZK405孔,该孔地层较为特别,开孔为花岗闪长岩,厚为31m,接着进入角岩,直至680m,局部插人花岗闪长岩。无固相冲洗液为:清水+皂化油+水解聚丙烯酰氨。
  3. ZK405孔钻探异常情况
  ZK405孔孔深680m后,地层开始较为破碎,钻进出现异常情况;(1)进尺缓慢,提钻取芯后,发现有lcm左右岩屑碎片卡在钻头处内外管间隙中,内管内有岩芯阻塞,频繁取芯后,仍然能正常钻进,考虑到ZK404孔深部钻进时也有同类现象,决定缓慢钻进。孔深至780m时,由于未知是隐伏断层破碎带,继续下钻钻进;(2)在钻进过程中出现泵压升高、憋泵现象,冲洗液不能畅通,只好关泵提钻,但钻具被抱吸,提拉时钻杆脱扣断开,该回次长3m。重新对上钻杆后,仍未提动,只得暂停,12h后,缓慢提拉,逐渐才将S75绳索取芯钻具、钻杆提出孔外。
  4.断层层间物质描述及断层地质追索
  从起出的岩芯观察,深灰紫色一紫色,薄片状、l~2cm长碎片及岩屑颗粒约占60%,0.01—2mm的粉末约占40%,为断层破碎角岩。为追索下盘,换泥浆后,下钻遇阻,反复扫孔至783.20m,见硬层,勉强钻进一回次后及时起钻。再探孔又遇阻,并在触到断层位置时易被抱吸、憋泵。泥浆为:优质钠膨润土+水解聚丙烯酰胺。
  四、深、厚断层钻孔孔壁破坏原因、力学分析及钻探技术难点
  1.断层钻进孔壁破坏原因
  断层形成后,地应力得以释放,内能大量消耗,受推、挤等力作用,周围岩体处于弹塑性状态,围绕破碎带重新分配地应力,达到新的平衡,而层问物质表现为松散、胶结不良、内聚力差、交叉裂隙多;颗粒及粉末状物质处于硬塑一流塑状态,遇水有极强的膨胀性,当钻孔形成后,孔壁上径向应力比孔内液柱压力大时,孔壁易径向流变,向孔内垮塌、填充。
  2.断层钻探力学分析
  以案例中的薄断层钻探情况模拟孔内力学情况,分析层间物质变形压力。
  (1)当断层被揭穿,孔壁周围的岩层失去约束,显示出地层压力,且层间物质水化后:大钩提拉力F1≤全孔钻杆、钻具重量F2+颗粒、流塑物质对钻杆、钻具握裹力F3+部分液柱重量F4。
  (2)断层层间颗粒及流塑物质对钻具产生的握裹力F3由两部分组成,一是颗粒物质对钻具产生的摩擦力,二为粉末状物质产生的遇水膨胀压力。在此案例中钻杆、钻具被提起的原因是断层厚度较薄,反复提拉摇震后在钻杆、钻具表面形成水化膜,减小了摩擦阻力。因此,一般情况下,如不采取措施,深、厚断层破碎带钻进,钻杆、钻具将会被埋死。
  3.深、厚断层钻探技术难点
  (1)取芯困难,采取率不足。
  (2)层间物质有极强的膨胀性,抱吸孔内钻具,提拉困难,挤毁孔壁,产生严重孔内事故。
  (3)泥浆性能如不适配,冲洗液循环困难,憋泵或不畅通。
  (4)处理措施不当,产生重大经济损失。
  五、深、厚断层钻探措施与对策总结
  (1)充分研究矿区构造特征(含深部隐伏断层),仔细查找、观察、测量、分析断层的产状要素、隐伏延伸线。
  (2)钻进中对起出的巖芯性质要仔细观察、研究,对异常的钻进现象要作全方位地质科学思考,争取复杂地层钻进主动性。
  (3)深、厚断层破碎带钻进冲洗液以优质适配泥浆为主,套管技术为辅;浅、薄断层破碎带以套管技术为主并辅助其它方法。
  (4)大比重、低失水量、剪切稀释性能好的泥浆在一定程度上可控制井眼缩径的速度;并要坚持提钻后回灌制度。
  (5)泥浆可考虑:钠土+广谱护壁剂+植物胶+水解聚丙烯酰胺。对地热、水文水井断层钻探要配制抗高温等性能泥浆。
  (6)合理控制起下钻速度,减小对孔壁抽吸、挤压力。
  (7)除科钻、地热、水文水井外,采取合理避让法也是可考虑的对策之一。
  六、结论
  由于断层钻探孔壁上应力与变形分析十分复杂,影响因素众多,特别是深、厚断层钻探更是如此。因此对于复杂地层钻探,要从地质与构造、钻探机具、钻孔结构、泥浆技术、套管技术、操作技能等多方面综合分析,充分准备,科学合理的措施与对策,严格的管理,才能将断层钻探工作做好。同时开展对断层层间物质的物理、力学性能研究和模拟断层钻探试验研究工作也尤为重要。
  参考文献:
  [1]赵世伟.工程地质勘探常用技术与勘探质量控制[J].勘探资讯,2008,7.
  [2]马英杰.现代地质勘探技术应用现状与发展展望[J].地质勘探科技资讯,2008,9.
  [3]曾祥熹,陈志超.钻孔护壁堵漏原理[M].地质出版社,1984.
  [4]武汉地质学院.钻探工艺学[M].地质出版社,1979.
  [5]成都地质学院.地质学基础[M].地质出版社,1983.
  [6]任宝玲.工程地质[M].人民交通出版社,2008.
其他文献
【摘 要】 在建筑工程的工程施工风险之中,所进行的风险管理依旧是处在经验控制型与过程控制型,怎么有效的使得建筑施工行业的安全隐患降到最低,保证人民的生命财产安全,从而就可以很好地为构建和谐社会做出自已的一份力量,同时这也是目前建筑业可持续发展急需解决的关键问题。本文主要就是针对高层建筑土建施工的风险管理来进行研究。  【关键词】 高层建筑;土建施工;风险管理  引言:  建筑工程项目具有周期长、施
期刊
【摘 要】 随着我国社会经济的飞速发展和城市化建设进程的不断加快,各类工程建设项目的数量明显有所增加,然而实践中也存在着很多的工程经济管理风险问题,为了规范建筑市场秩序,提高建筑企业竞争力,必须采取防范措施有效规避风险。  【关键词】 工程经济;管理;风险;防范措施  引言:  目前,工程经济管理中存在很多风险,防范风险已经成为建筑企业当前最重要的任务。工程经济学是工程学和经济学相结合,利用工程经
期刊
【摘 要】 随着科学技术的发展,测绘技术也相应的用高新技术更多的应用于地质勘探工程中,随着这种技术的不断更新和普及,對地质勘探工程的发展起了关键的作用,本文首先就测绘技术的发展、应用等进行了探讨,然后分析了数字测绘技术的特点及运用和发展方向,具有较强的创新和价值。  【关键词】 测绘技术;地质勘查;发展方向  地质测绘是为进行地质调查和矿产勘查及其成果图件的编制所涉及的全部测绘工作的总称,主要包括
期刊
【摘 要】 土木工程可以说是一种文明,随着社会的产生而产生,当今的土木工程已经得到了一定的发展,土木工程是不可缺少的存在形式,未来的生活中更会得到大力的发展,以满足人们更多的需求。  【关键词】 土木工程;发展趋势;满足  引言:  世界正经历工业革命以来的又一次重大变革,这便是信息(包括计算机、通讯、网络等)工业的迅猛发展,可以预计人类的生产、生活方式将会发生重大变化。航空、航天事业等高科技事业
期刊
【摘 要】 随着现代化建设的发展,钢结构工程以“工厂化生产,现场拼装”的施工形式已广泛用于各种建筑领域,而管-管桁架设计的兴起,使得管桁架结构比传统的网架结构更加简化,给施工带来便利,其制作简单,施工方便,胎具可以重复使用,制作质量容易控制,使得其具备在施工现场制作的条件。  【关键词】 钢结构;平面管-管桁架;现场制作  1、工程概况  江门市技师学院第二校区二期工程之体育馆工程主体结构形式为钢
期刊
【摘 要】 煤矿施工企业也存在众多的管理内容,其中,目标管理就是煤矿施工企业管理的重要内容之一。只有做好目标管理工作,煤矿施工企业才能够更加稳定的发展。本文将从以下几个方面来具体分析目标管理在煤矿施工企业中的应用,以期能够有效提高煤矿施工企业的发展水平。  【关键词】 目标管理;煤矿施工企业;应用  一、前言  煤矿施工企业的发展受到了内部和外部众多因素的影响,因此,为了避免主客观环境对企业的发展
期刊
【摘 要】 随着我国经济的不断发展,各类建筑工程规模的也在不断扩大,大体积混凝土在工程结构中的应用越来越广泛。由于大体积混凝土结构的施工工艺和施工技术比较复杂,在其他因素影响下易出现裂缝等质量通病,对工程质量造成严重影响。因此,本文基于大量文献资料扼要分析了土木工程中大体积混凝土结构的施工质量控制方法,防止裂缝问题出现,以保证工程结构的施工质量,以供参考。  【关键词】 土木工程;大体积混凝土;施
期刊
【摘 要】 在建筑施工過程中隐藏着许多可能导致事故发生的危险因素。准确无误地找出导致事故发生的危险因素(导致事故发生的原因),了解并控制可能导致事故发生的危险因素是必要且关键的,对保证建筑工程的施工安全(事故不发生)是极其重要的。  【关键词】 安全施工原则;控制措施  一、安全施工原则  危险因素预防控制是一项复杂的系统工程,涉及整个建设施工过程。在控制过程中,要求对危险因素预防控制突出重点,针
期刊
【摘 要】 随着城市经济的不断发展和加快,人们日常的生活水平也在不断的提高,人们对于生活的质量要求也是越来越严格,而城市市政给排水工程的规划水平直接影响着人们日常的生活质量。市政给排水工程是城市建设的一个重要环节,只有确保市政排水的有效设计,才能应用到运营中,提高人民的生活水平。  【关键词】 市政给排水;方案设计;具体措施  前言:  就城市市政给排水工程的规划设计来说,找到其中在运行中的不足,
期刊
【摘 要】 城市化水平不断提升的今天,我国的建筑业也在继续的发展壮大。作为一个高危行业,安全一直是在探讨的一个话题。安全管理是建筑工程施工中的重要环节,就目前来看我国的建筑施工事故时有发生,施工事故不仅仅给企业带来了损失,更是对工作人员的人身安全构成威胁,成为严重的社会问题。本文将对建筑工程管理中的安全隐患及应对措施做一个浅谈。  【关键词】 工程管理;安全隐患;措施  随着我国建筑行业的高速发展
期刊