Akustisk televiewer

Akustisk televiewer, HRAT (High Resolution Acoustic Televiewer), benyttes til å inspisere innvendig borehullsvegg i et borehull og benyttes først og fremst til sprekkekartlegging.
Figur 2. Måleprinsipp for akustisk televiewer der en lydpuls sendes ut mot borehullsveggen.
Figur 1. Akustisk televiewer.

Ved gunstige forhold kan en også se foliasjon og bergartsgrenser. Metoden brukes ved forundersøkelser for fjellanlegg, fjellskredkartlegging og i andre sammenhenger der en er interessert i å vurdere fjellkvalitet (oppsprekking). Breakout-logg kan beregnes ut fra målt borehullsdiameter og ut fra det estimere største hovedspenningsretning. Figur 1 viser bilde av målesonde.

Måleprinsipp og utførelse

Mens optisk televiewer benytter lys, benytter akustisk en lydpuls som sendes mot borehullsveggen. Gangtid og amplitude for lydpulsen registreres. Treffer lydpulsen en sprekk øker gangtiden og amplituden avtar. Ut fra dette lages et ”bilde” av borehullsveggen. Dette er som for OPTV et utbrettet og orientert bilde hvor en kan se sprekker og geologiske strukturer. Det er ikke så lett å se bergartsgrenser med denne televieweren, men sprekker vises godt, ofte bedre enn med OPTV. Det er en forutsetning at hullet er vannfylt, men vannet trenger ikke være klart. 

Måleprinsippet er vist i figur 2. Lydpulser, 1.5 MHz, blir generert av en piezo-elektrisk transducer som er senket ned i olje. Transduceren roterer med en hastighet på maksimum 20 omdreininger pr. sekund. Det avfyres 90, 120, 180 360 ”skudd”/omdreining der 360 gir beste oppløsning. Lydpulsen returneres til transduceren og gangtid (2-veis) og amplituden registreres. Amplitudesignalet som returneres er en funksjon av akustisk reflektivitet. Hvis signalet treffer en hard borehullsvegg blir amplituden på det returnerte signalet stor og motsatt hvis borehullsveggen er myk (oppsprukket eller uregelmessig). Gangtiden er en funksjon av borehullsdiameteren og borehullsvæskens hastighet.

Treffer lydpulsen en sprekk blir gangtiden lengre. Ved å prosessere gangtid og amplitude kan en for hver av disse to størrelser konstruere et bilde av borehullsveggen. Variasjoner i amplitude og gangtid synliggjøres ved variasjon i fargene på bildet. Dermed kan en se sprekker og strukturer. Det konstruerte bildet er på samme måte som for OPTV et utbrettet og orientert bilde av borehullsveggen.

Sonden har innbygget et trekomponent magnetometer, og dette sammen med tre akselerometre  sørger for å orientere bildet (opptaket) uansett sonden og borehullets forløp.  På grunnlag av det orienterte bildet av borehullsveggen kan strøk, fall og sann tykkelse av kryssende strukturer beregnes.

Analyse av data

Ved analyse brettes det orienterte digitale bildet ut (se figur 3).  Plane sprekker vil da indikeres som en sinusformet kurve.  Steile sprekker vil indikeres med store amplituder ved loddrette hull.  Dersom borehullet skjærer sprekkene vinkelrett, vil disse vises som rette linjer.  Siden bildet er orientert, kan sprekkenes retning og fall beregnes ved å tilpasse (digitalisere) en sinuskurve til hver av dem.  Har sprekkene en viss utbredelse, kan både topp og bunn digitaliseres, og derved kan den sanne tykkelsen beregnes. Analyseprogrammet inneholder en menystyrt beskrivelse av de enkelte hendelser. 

Når alle hendelser er digitalisert, kan en utføre sprekke- og strukturanalyse.  Etter å ha plottet polen (normalvektoren) til alle digitaliserte sprekker i et stereogram (figur 4), kan forskjellige sprekkegrupper defineres.  Disse får tildelt en farge (her: blå, rød, grønn, lilla og gul), og sprekkegruppens middelverdi for strøk og fall beregnes. Det kan også gjøres analyse på skjæringslinjer mellom midlere sprekkeplan.

Strøk og fall til et plan er entydig bestemt i et stereografisk plott og blir her plottet som plan-normalens skjæringspunkt (pol) med nedre kuleskall (Schmidt, equal area, lower hemisphere). Sprekkeplanets strøk er retningen til en horisontal linje i planet, mens fallet er vinkelen mellom planet og horisontalen målt 90o på strøket.

Sprekkeplanets fallretning der strøkretningen er den samme (f.eks. N180 og N0), bestemmes av retningen til planets normal, og vil være normalens retning pluss 180o.  Planets strøkretning er fallretning minus 90 grader (fall = strøk + 90). Dermed er også strøkretningen entydig bestemt.  Strøkretning beregnes som vinkel fra nord. Hvis for eksempel strøkretning og fall er N180 45, er strøkretningen 180o fra nord (NS) og fallet er 45o mot vest (fallretning N270), mens N0 45 faller mot øst (fallretning N90).

Figur 3. Eksempel på opptak og analyse. Enkeltstående sprekker er tilordnet sinusfunksjon og fallretning og vinkel beregnet. Sprekkene er angitt som nålplott der hodet angir individuelle sprekkers fall mens halen viser fallretning (nord opp).  Ved større åpne sprekker er topp og bunn digitalisert og sann åpning på sprekkene er beregnet.
Figur 4. Eksempel på analyse av sprekker i stereogram. I øverste tabell er midlere sprekkeretning og fallvinkel for hver sprekkegruppe beregnet, og antall sprekker og sprekkefrekvens for hele hullet beregnet for hver av gruppene.  Nederste tabell viser retning og fall på skjæringslinjen mellom de midlere sprekkeplanene.

Neste steg i analysen er å plotte alle digitaliserte hendelser, nå med tilordnet gruppefarge, som funksjon av dyp.  De forskjellige sprekkemønstrene tilordnes histogrammer, se figur 5, og på grunnlag av disse kan hullet deles inn i soner som hver er karakterisert med spesielle sprekkemønster.  Sprekkefrekvens for alle definerte grupper kan deretter beregnes innenfor hver sone i borehullet. Tilsvarende analyser kan også gjøres for bergartsganger og eventuelt bergartsgrenser.  I tillegg til grafisk presentasjon kan alle data listes i tabellform.

Figur 5 viser frekvenshistogrammer for et borehull som er undersøkt med akustisk televiewer. Frekvenshistogrammene (blå, rød, grønn og lilla) viser beregnet sprekkefrekvens i definerte soner av hullet, og viser dermed detaljert hvordan oppsprekkingen er i hullet. Alle sprekker er angitt i "nålplott" der  nålens hode angir fallet, mens halen angir fallretning. Nord er opp på arket, øst mot høyre osv. Hvert nålhode er fylt med den gruppefarge tilsvarende sprekk tilhører. Nåler uten farge er sprekker utenfor noen av de definerte gruppene.

Alle sprekke- og borehullsdata kan listes opp i tabeller.

Figur 5. Sprekkelogg for tolket borehull.  Til venstre vises de individuelle sprekkene som nålplott.  Nålhodene angir individuelle sprekkers fall, mens halen viser fallretning (nord opp). Histogrammene viser hvor i borehullet de forskjellige sprekkemønstrene opptrer (sprekkefrekvens).  Høyre kolonne viser borehullsforløp med fall og retning og et RQD estimat.  Heltrukne horisontale linjer angir grenser mellom definerte soner.

Breakoutlogg (ovaliseringslogg)

             Figur 6. Største hovedspenning SH max står vinkelrett breakout.

Når man måler gangtiden fra sentrum sonde (transducer) ut til borehullsveggen kan man beregne avstanden og dermed borehullsdiameteren. Diameteren måles kontinuerlig nedover hullet og man får en logg tilsvarende en caliperlogg. Caliper måles vanligvis med en egen sonde der fjærbelastede armer (4 stk) føres langs hullveggen som registrerer groper eller forhøyninger og endringer i diameteren. NGU har ikke slik sonde. Caliperloggen brukes så til å lage en ovalisasjonslogg som viser hvordan største og minste diameter varierer langs hullet. Ved store horisontalspenninger i fjellgrunnen kan sirkulære borehull få et ovalt snitt slik at det ser ut som de er ”trykt sammen”. Egentlig er det spenningstilstanden rundt borehullet som fører til utfall fra hullveggen gir et ovalt snitt. I slike områder kan en i på det akustiske bildet fra borehullet se loddrette mørke bånd som tyder utfall (breakout) fra hullveggen. Breakout vil opptre vinkelrett på største hovedspenning og ved å kartlegge breakout kan en beregne retning til største hovedspenning. Figur 6 illustrerer spenning og breakout rundt et borehull der SH max er største hovedspenning.

Figur 7 viser ovalisasjonslogg fra et 200 m dypt borehull fra Geologisk Museum, Tøyen. Hullet går i alunskifer som skjæres av syenitt- og mænaittganger. Alpha og Beta er maksimum og minimum diameter. Ovalisation er Alpha/Beta mens Asimuth er retning til Alpha (maks diameter, breakout). Dersom Alpha skyldes SHmax (største hovedspenning), vil retningen til SHmax være 90 grader på Alpha. Ovalisasjonsloggen vil også indikere sprekker og sprekkesoner. En ser på figur 7 at variasjon i ovalisasjon er størst i alunskiferen over 98 m.

Figur 7. Ovalisasjonslogg fra borehull ved Geologisk Museum, Tøyen. Alpha og Beta er maksimum/minimum borehullsdiameter. Asimuth er retning til Alpha.
Figur 8. Opptak med akustisk televiewer (venstre) og
optisk televiewer (høyre).

Figur 8 viser et eksempel på opptak med akustisk og optisk televiewer fra samme sted i et borehull fra det ustabile fjellpartiet Åkneset, Stranda kommune. I dette tilfellet ser en sprekker best med akustisk televiewer, mens optisk televiewer viser flere detaljer i nedknust materiale. Foliasjonen framgår klart ved begge metoder.