鉆孔成像技術自20世紀50年代被引入測井領域以來,隨著科技的進步不斷發展,從早期的模擬式鉆孔照相系統,到側視旋轉式鉆孔電視、全景式孔內彩色電視,壹直發展到現在的數字式全景鉆孔攝像技術。鉆孔攝像技術的上述四個發展階段的探測裝置及其功能特點如表9-1所列。
表9-1 不同發展階段鉆孔攝像技術的功能特點
最早用於工程地質調查的鉆孔照相技術的關鍵部件是照相探頭,它由微型照相機、光源、可旋轉平面反光鏡、透明玻璃窗、磁性羅盤、探頭殼體等組成。完成整個鉆孔拍照後,須取出微型照相機中的膠片沖洗成照片。由於受到當時技術水平的限制,鉆孔照相存在著不能實時監視孔內情況、可靠性低、精度差等弊端,但是其基本思想和方法為鉆孔攝像技術的發展奠定了基礎。20世紀70年代末出現了數字式全景鉆孔照相系統。該系統首次引入了全景鉆孔圖像的概念,即通過某種光學變換將鉆孔孔壁的360°圖像變換為包含有三維信息的平面圖像,並且通過引入截頭的錐面反射鏡實現全景鉆孔圖像。
20世紀60～70年代誕生的鉆孔攝像技術(亦稱為鉆孔電視),分為鉆孔黑白電視和鉆孔彩色電視。其中鉆孔彩色電視至今仍在部分單位使用。由於采用光電導攝像管和分體元件,早期的鉆孔電視,探頭外徑普遍較大,整個系統比較笨重,測試精度也較低。在固體攝像器件和大規模集成電路出現以後,鉆孔電視有了較大的進步,而且從單壹功能向多功能方面發展。目前,國際上最具代表性的光學數字鉆孔攝像系統有兩種:數字光學電視(OPTV和OBI-40)和數字全景鉆孔攝像系統(DPBCS)。
數字光學電視(圖9-2;表9-2)使用光學成像系統,可連續觀察360°孔壁,獲得孔內構造的傾角、走向、傾向特征,在某種程度上可以代替鉆孔取心。光學鉆孔成像系統(表9-3)通過三軸磁力計和加速計系統來計算鉆孔傾斜角度,可以生成任意方向的虛擬巖心圖,適用於幹孔和清水孔中。
圖9-2 OPTV結果圖像
表9-2 OPTV系統參數
中科院武漢巖土力學研究所研制的數字式全景鉆孔攝像系統(圖9-3,圖9-4)以固定不變的錐面鏡作為反射鏡,透過觀測窗將壹小段孔壁反射給探頭中的CCD攝像機,以變換攝像光路的方式同時拍攝360°孔壁。孔壁柱面圖像經錐面鏡反射後變換成平面圓環形圖像,疊加深度和羅盤指針後成為全景圖像。圖9-5為典型平面展開圖和對應的4張三維巖心圖。
表9-3 OBI-40光學鉆孔成像系統特征
圖9-3 成像原理圖
圖9-4 全景圖像
圖9-5 鉆孔孔壁的平面展開圖和對應的4張虛擬巖心圖