金属套管对钻孔波速测试的影响问题探讨

第15卷第4期2018年7月J且li弗吉~4如究唔音在VoL 15,No. 4 luly. , 2018 申立喜I用格式z钟粟，孟凡强，张恒磊.盘属套管对钻孔披速测试的影响问题探讨[JJ工程地球物理学报.2018.15C的，455-459英主引用幡式Zhonglia吨.. Meng Fanqiang, Zhang Henglei. The influence of metalJournal of Engineering Geophysics.2018.15C的:455-459田singOn drilling wave velocity test [1]. Chinese 金属套管对钻孔波速测试的影晌问题探讨钟梁1，孟凡强1，张恒磊2(1.广东省地质局广东省环境地质勘查院，广东广州510510，2.中国地质大学地球物理与空间信息学院，湖北武汉430074)摘要:波速测试中，决定波速测试精度的关键在于判断弹性波到达的初至时刻。实际测试中往往存在各种各样的干扰，使得初至时刻难以判剔，这是长期以来困扰从事波速测试技术人员的难点.其中预埋套管对波速测试的数据影响不仅仅体现在套管内的部分，套管以下的深部测试数据也会受到不同程度的影响.套管对深部数据的影响是如何形成的，套管长度、材质与数据受影响的深度之间存在什么关系，除套管本身的长度、材质以外，数据受影响的深度与其他因素有没有关系?为了解答这一系列问题，构建了一个简化的披速测试模型，从理论上进行了初步的分析探讨。最终推导出了沿套管传播的折射波对宣达5披影响深度的简易计算公式，并对钻孔波速测试中套管的选材、套管长度的确定给出了指导意见.关键词z波速测试s金属套管z折射波z干扰z初至3横波波速中图分类号:P631. 4 文献标识码:A文章编号:1672--7940(2018)04--0455一05doi: 10. 3969jj. issn. 1672一7940.2018.04.009The Influence of Metal Casing on Drilling Wave Velocity Test Zhong Liang'(1. Guaηgdong 1:ηstitute 0 f , Meng Fanqiang', Zhang Henglei2 Geological Exρloration， Geology Bureau 01 Guaηgdong Environmen阳lProvince, Guangzhou Guangdong 510510, ChinaHubei 430074, China) , 2. Institute 0/ Geophysics and Geomatics, China University 0/ Geosciences, Wuhan Abstract: The key to determining the accuracy of wave velocity test is to determine the first wave. Practical tests often have a variety of interference, making it difficult to determine the first wave, which has long been a difficult problem for technicians engaged in wave ve locity testing. The inf1uence of embedded casing on the data of wave velocity test is not on-ly reflected in the casing part, but also the deep test data below the casing will be aHected to some extent. How is the inf1uence of casing on deep data formed? What is the relation-ship between casing length, material quality and the depth aHected by data? 1s the depth of 收躏曰期2018-01-15第一作者z钟粱(1982-)，男，主要从事电法、探地霄达、浅层地震等领域的工程物探勘查及软件开童工作.E-mail: 157252974@ qq. com 456 工程地球物理学报(ChíneseJournal of Engíneeríng Geophysícs) 第15卷the data aHected related to other factors except for the length and material of the casing it-self? In order to solve these problems, a simplified wave velocity test model is built, and a preliminary analysis is carried out in theory. Finally, a simple formula for calculating the inf1uence depth of the refraction wave propagating along the tube to the depth of shear wave is derived, and the guiding opinions are given for the selection of the casing and the length of the casing in the testing of the borehole wave velocity. Key words: wave velocity test; metal casing; refraction wave; interference; the first wave; shear wave velocity 1号|现代工程建设中为了解场地地层结构和划分场地类别，需进行地层剪切披波速测试，目前应用较多、效果较好的是单孔法Cl].单孔波速测试的测试方法是在地面激振，采用三分量检波器在孔中接收[HJ。由于大部分场地地层中通常存在厚度较大的砂、淤泥、碎石层等不稳定层位，容易胡塌，堵塞测试孔，所以测试前需在孔内预埋一定深度的套管，埋设套管的材质、长度对测试数据会产生不同程度的影响，这类问题一般的处理方法是在测试过程中边测试边拔除套管问。但是笔者通过对实际测试过程中测试数据的观察分析，发现套管对测试数据的影响不仅仅体现在套管内部，当套管本身波速太于周边岩土体波速时，深部测试数据同样会受到严重影响，当无法明确套管的影响深度时，边测试边拔除套管并不能完全解决套管对测试数据的影响。郭铁拴等发表的《检居法钻孔波速测量中的震相分析>>[6J中也提到了在有套管的检层法钻孔波速测量中一定深度内S波被折射波覆盖问题，但并未提出确定折射波影响深度的方法。套管对深部数据的影响是如何形成的，套管长度、材质与数据受影响的深度之间存在什么关系，除套管本身的长度、材质以外，数据受影响的深度与其他因素有没有关系?为了解答这一系列问题，本文构建了一个简化的波速测试模型，从理论上进行了初步的分析探讨。2 实测数据分析波速测试中，决定波速测试精度的关键在于判断弹性波到达的初至时刻.实际测试中，往往存在各种各样的干扰，环振动、交流电的干扰信号等等，都使得初至时刻难以判别，这是长期以来困扰从事波速检测技术人员的难点，也是最为费时费力的工作问。利用土层性状相同，相应点被形应当相似的原理进行相位对比和相位追踪，可以排除大部分干扰ME但是，采用这样的方法效率很低，而且某些情况下千扰信号的波形与实际初至波形相似或几乎完全一致，干扰波与直达波初至叠加后导致初至完全无法提取。笔者将在本文中讨论的就是这一类问题。本次分析的实测数据采集自广州市某轨道交通项目的波速测试孔，由于孔内7-9m深度为细砂层，钻孔施工完毕后浅部的钢套管未拔出，测试孔内钢套管长度为13.6m. 图1(a)为在未拔出钢套管的情况F采集到的实测剖面，剖面中可以看到在25ms深度附近存在一个较明显的初至，但该初至的达到时间很短，按激振点至孔口距离为3m换算，除非浅部存在一个诡异的高速层，否则很难解释这种状况的合理性。笔者推断该初至为沿钢套管传播到达检波器的折射波，而非直达波。为进一步对推断进行验证，笔者让钻机将钢套管拔出，仅在孔口部位保留3.6m钢套管防止胡塌，保持采集参数不变的情况下采集的剖面为图l(b)所示。可以看到图1(b)中数据信噪比非常高，25ms附近的初至消失了，剪切披初至出现在100-125ms之间。这两组数据说明了上述推断是成立的。为了对剪切波测试过程中套管对实测数据产生的影响作进一步观察，笔者在原测试孔将钢套管全部拔出，然后下人13.6m的PVC套管如圈l(c)所示，保持上两次采集的参数不变，采集到图l(c)剖面。图1(c)的信噪比相对较低，数据质量不如图1(b), 但是能够明显现测到直达波的初至，时间剖面上部的高频干扰推测为外部噪音在套管内部产生的声波干扰，此类含噪信号可经过ICEEMD分解之后，使有效信号集中在更少的模态中，通过重构信号固有的模态实现地震信号去噪[，，101.第4期钟梁，等z金属套管对钻孔波速测试的影响问题探讨457 通道号12 。13 \\_1 14 .'.1 15 \" 16 t 17 18 19 20 .111 21 22 \" 23 \" .2 4 25 26 27 \" 28 .\\1 29 30 31 \" 50 100 150 200 , k c C ' F 3药。300 350 400 450 500 。:)13.6m steel础ing<<<与气~ ( 、气F (均13.6皿钢套管通道号12 。13 \"..14 咱哥15 \"7'16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 \"'127 电.，.28 \"\" ,... \"., \"\" 『霄\"..\"..霄.，..霄\"\"\".. \".. 29 30 \"..‘\" 31 F 50 100 150 200 5 ,. C <3m 300 350 400 450 500 h c h ' 产Jo E E E \"• ( \" '\" 、玉，哥、\"恤' C ~ ，产卢画声,' <, 、E二' ' r' 气市h\\ ,. ! ' <。')3.6(b)3.6 m钢套管m s阳:lcas同通道号12 。唱n13 ~1!! 14 11!! 15 ! 1!? 16 1 \\ n 17 18 19 20 21 22 23 24 \",. 25 26 27 28 29 30 k 31 \\!~霄1'.!冒\"..\",. \"\" \".，吁\"，., \" .. 50 100 F 150 200 、，• ~ 250 300 350 400 450 500 ' 、，。)13.6m PVC套管(c)13.6 m PVC c田面g图1不同情况下的实测剖面Fig. 1 Measured profiles under different circumstances 第4期钟梁，等z金属套管对钻孔披速测试的影响问题探讨459 管内部产生声波干扰的情况下，套管本身披速(VG)小于周边岩土体波速(V1)时，套管以下的深部测试数据不会受到影响.当VG>V1时，VG越大，对测试数据的影响深度越大。2)从式(5)可以看出z」越小，H深度能测到参考文献z[lJ冯彦东.地震剪切波测井在建筑场地勘察中的应用[JJ.工程地球物理学报，2014，11(4)，498-501.[2J张磊，徐放明，吴社庆.场地剪切波速测试及其应用口J.电力勘测设计，200们的，9-11.V, VG 有效信号要求套管的长度相应越小，V1为覆盖层的波速，因此在不改变套管长度的前提下要获得[3J陈昌军.场地剪切波波速测试及其应用[1].华南地震.2003.23(4)，81-86.尽量大范围的有效测试信号，最好的办法就是减[4J首培杰，刘曾武，朱镜清，等.地震波在工程中的应用小VG。当测试孔内必须预埋套管进行护壁时，应尽量采用本身披速较小的PVC材质套管，同时应该保证套管与孔壁之间藕合良好，套管孔口不宜高出地面过大，避免风吹或人为因素引起的声波干扰。呻据式ω右侧的分(l-E〉可以看出，在VG远大于V1的情况下，分母趋近于1，Ho满足的不等式可以根据Ho

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