一种分方位孔中不良地质体探测技术

技术领域

本发明涉及岩土勘察技术领域，具体为一种分方位孔中不良地质体探测技术。

背景技术

随着我国各类工程的大量建设，桩基广泛应用于高层建筑、铁路、地铁、公路、水利等领域，但我国南方地区岩溶发育，其地质情况有很多不确定性，岩溶的发育严重影响了岩体的强度和承载力，由此引发问题越来越多，造成了很多困扰工程安全的技术难题给建设在上面的建筑造成严重的安全威胁。因此，桩基检测是工程质量控制的环节。

现有技术中，对岩溶地区的勘察目前主要采用采取物探、钻探相结合，如钻探是在桩基侧壁对岩体进行水平钻进取样，但是由于钻进设备尺寸以及桩基尺寸限制，大尺寸钻进设备无法进入桩基内部，导致其勘察范围仅在桩基1m范围内，导致仅能探测井筒及井周1m范围内的岩溶、裂缝的发育特征，此外，钻进对岩体进行取样，由于取样岩体直径较小，只能对岩溶、裂缝进行大致推测，而不能对岩溶、裂缝发育的方位进行精准探测，且在探测时，单个钻孔只能实现对局部范围岩溶、裂缝进行检测，导致实际探测中需要沿井周各个方向均钻孔以验证和查明岩溶、裂缝的具体发育位置，给探测工作带来了大量的工作量和资源浪费，为此我们提出一种分方位孔中不良地质体探测技术以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种分方位孔中不良地质体探测技术，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种分方位孔中不良地质体探测技术，包括井下震源、全向换能器、方位换能器阵列、井下方位测量仪、地面控制与处理采集系统；

所述井下震源受地面控制与处理采集系统控制，可以激发振动；

所述全向换能器可接收井周360度的振动响应，并可将振动信号转换为电信号；

所述方位换能器阵列周向方向360度的空间内，按照一定方位排布多个微型换能器，共同构成方位换能器阵列；

所述井下方位测量仪测量仪器在钻孔内的方位和姿态信息，并将信息上传到地面控制与处理采集系统；

所述地面控制与处理采集系统可控制井下震源的激发，并可对全向换能器、方位换能器阵列、井下方位测量仪的信号进行采集。

优选的，所述井下震源受地面控制与处理采集系统控制，可以激发频率为100-5000Hz振动。

优选的，所述井下震源激发振动后，声波沿钻孔轴向传播，全向换能器接收井周360度的振动响应，将振动信号转换为电信号，并通过电缆传递给地面系统。

优选的，所述方位换能器阵列的排布方式可以是在周向方向平均3或4或6或8以及其他任意排列组合，以满足不同探测精度要求。

优选的，所述井下震源激发振动后，声波沿钻孔轴向传播，所述方位换能器阵列的各独立换能器接收其对应方位的振动响应，将振动信号转换为电信号，并通过电缆传递给地面系统。

一种分方位孔中不良地质体探测技术的数据处理方法，所述方位数据处理方法为：

数据预处理：通过测量井下仪器的方位信息校正分方位检波器的数据成果，将各测点分方位测量结果校正到地下实际方位和深度状态；

窗口选择：根据全向测量结果，根据地层条件和斯通利波传播规律，选取分方位测量数据的属性提取窗口；

对各分方位测量结果进行滤波、去随机噪声、去工频、增益等处理；

提取设置窗口内的各分方位检波器测量的斯通利波能量，并将其根据井下实际方位绘制能量或振幅分布图；

解释和判断依据：钻孔周围如果某个方位存在溶洞、裂隙软弱夹层等不良地质体发育情况，在该方位上接收到的斯通利波将大幅衰减，

本发明提供了一种分方位孔中不良地质体探测技术，具备以下有益效果：

1、该分方位孔中不良地质体探测技术，通过井下震源在桩基内激发振动，并在桩基内设置由于若干独立换能器组成的方位换能器阵列，当震源激发后，可通过各个独立的换能器接收其对应方位的振动响应，当桩基周围如果某个方位存在溶洞、裂隙软弱夹层等不良地质体发育情况，在该方位上接收到的斯通利波将大幅衰减，从而可实现对桩基周侧岩溶、裂缝的精准探测。

2、该分方位孔中不良地质体探测技术，通过井周不同方位的斯通利波的特征，不仅可以实现井周岩溶、裂缝的发育特征探测，还能够指示井周岩溶、裂缝在井周不同方位上发育特征，大幅提高了岩溶、裂缝探测的精度，同时在探测时不需对桩基进行费时费力的钻孔作业，大幅降低钻探工作量和施工成本。

附图说明

图1为本发明各结构连接后的结构示意图；

图2为本发明方位换能器阵列的结构示意图。

图中：1、井下震源；2、全向换能器；3、方位换能器阵列；4、井下方位测量仪；5、地面控制与处理采集系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1、2，本发明提供一种技术方案：一种分方位孔中不良地质体探测技术，其特征在于：包括井下震源1、全向换能器2、方位换能器阵列3、井下方位测量仪4、地面控制与处理采集系统5，在震源激发后，通过各个独立的换能器接收其对应方位的振动响应，当桩基周围如果某个方位存在溶洞、裂隙软弱夹层等不良地质体发育情况，在该方位上接收到的斯通利波将大幅衰减，从而可实现对桩基周侧岩溶、裂缝的精准探测，在探测时，可对井下震源1、全向换能器2、方位换能器阵列3、井下方位测量仪4高度进行调节，即可实现对桩基不同高度进行探测。

井下震源1受地面控制与处理采集系统5控制，可以激发振动；

全向换能器2可接收井周360度的振动响应，并可将振动信号转换为电信号；

方位换能器阵列3周向方向360度的空间内，按照一定方位排布多个微型换能器，共同构成方位换能器阵列3，通过井下震源1在桩基内激发振动，并在桩基内设置由于若干独立换能器组成的方位换能器阵列3，当震源激发后，可通过各个独立的换能器接收其对应方位的振动响应，当桩基周围如果某个方位存在溶洞、裂隙软弱夹层等不良地质体发育情况，在该方位上接收到的斯通利波将大幅衰减。

井下方位测量仪4测量仪器在钻孔内的方位和姿态信息，并将信息上传到地面控制与处理采集系统5。

地面控制与处理采集系统5可控制井下震源1的激发，并可对全向换能器2、方位换能器阵列3、井下方位测量仪4的信号进行采集，地面控制与处理采集系统5由电源、震源激发控制器、模拟信号放大器、数据采集卡、主控机组成，可控制井下震源1激发、采集各换能器的振动信号和方位信号，并对数据进行处理予以呈现测量成果。

井下震源1受地面控制与处理采集系统5控制，可以激发频率为100-5000Hz振动，可根据桩基尺寸以及需要探查的范围，可通过地面控制与处理采集系统5对激发频率进行调整，实现对桩基周侧不同范围进行探测。

井下震源1激发振动后，声波沿钻孔轴向传播，全向换能器2接收井周360度的振动响应，将振动信号转换为电信号，并通过电缆传递给地面系统，

方位换能器阵列3的排布方式可以是在周向方向平均3或4或6或8以及其他任意排列组合，以满足不同探测精度要求，

井下震源1激发振动后，声波沿钻孔轴向传播，方位换能器阵列3的各独立换能器接收其对应方位的振动响应，将振动信号转换为电信号，并通过电缆传递给地面系统，通过井周不同方位的斯通利波的特征，不仅可以实现井周岩溶、裂缝的发育特征探测，还能够指示井周岩溶、裂缝在井周不同方位上发育特征，大幅提高了岩溶、裂缝探测的精度。

一种分方位孔中不良地质体探测技术的数据处理方法，方位数据处理方法：

数据预处理：通过测量井下仪器的方位信息校正分方位检波器的数据成果，将各测点分方位测量结果校正到地下实际方位和深度状态；

窗口选择：根据全向测量结果，根据地层条件和斯通利波传播规律，选取分方位测量数据的属性提取窗口；

对各分方位测量结果进行滤波、去随机噪声、去工频、增益等处理；

提取设置窗口内的各分方位检波器测量的斯通利波能量，并将其根据井下实际方位绘制能量或振幅分布图；

解释和判断依据：钻孔周围如果某个方位存在溶洞、裂隙软弱夹层等不良地质体发育情况，在该方位上接收到的斯通利波将大幅衰减。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。