编前语：
近日，国际期刊《Journal of Geophysics and Engineering》发表题为“Azimuthal imaging of rock fractures by incorporating single borehole radar and optical data”的研究论文。该论文实测案例中采用本公司钻孔电视与钻孔雷达设备，充分融合了两类钻孔探测技术的优势：钻孔光学成像用于确定裂隙方位和孔壁产状、钻孔雷达用于获取孔外延伸信息，为岩体裂隙三维精细成像研究提供了关键数据支撑。
论文摘要：
单孔钻孔雷达探测存在方位模糊问题，而钻孔光学测试仅能提供孔壁信息。上述局限使两种方法均难以独立揭示岩体裂隙的完整空间分布。论文提出了一种钻孔光学与单孔钻孔雷达联合成像方法：通过钻孔光学图像提取裂隙走向、倾角和宽度等产状参数，再基于钻孔雷达共偏移距数据开展二维Kirchhoff时间偏移，最终利用光学图像提供的方位信息，将雷达偏移剖面映射至三维空间，实现岩体裂隙面走向、倾角、宽度及延伸长度的综合重构。研究结果表明，该方法经数值模拟与实测数据验证，具有较好的可靠性和高分辨率。
研究背景：
岩体中广泛发育的节理、裂隙、断层等不连续结构面，是影响地下工程围岩稳定性、矿山开采安全和岩体力学性质的重要因素。裂隙的走向、倾角、宽度和延伸长度，是描述裂隙空间形态的关键参数。
单孔钻孔雷达能够探测孔外裂隙延伸，但受偶极天线全向辐射特性影响，雷达剖面通常缺少明确方位信息；钻孔光学成像能够获取孔壁360°展开图像，并反演裂隙产状，但难以直接获取裂隙向孔外延伸的完整形态。因此，将钻孔光学成像的方位识别优势与钻孔雷达的孔外探测优势结合，是提升岩体裂隙三维精细探测能力的重要方向。
钻孔雷达与钻孔光学数据联合成像方法：
1）地质几何参数提取
钻孔光学图像中，与钻孔相交的裂隙通常表现为正弦曲线。研究首先将裂隙曲线（图2）拟合为标准正弦函数如下，并从中提取裂隙走向、倾角和裂隙宽度等几何参数：
2）BHR偏移
为将反射能量聚集至反射体并获取裂隙面的实际长度，本研究采用Kirchhoff偏移算法。体现Kirchhoff偏移的核心方程可表述如下：
偏移成像后，裂隙上倾和下倾支（图2）仍保持“V”形特征，包含上倾和下倾两个分支。根据裂隙几何关系，当上支与下支不存在交点时，基于各自正负斜率的简单f-k变换即可分离两支。当上支与下支在三维空间相交（图2(f)），研究定义了类似τ-p变换方法分离裂隙分支，具体公式如下：
最终，通过遵循每条裂隙的走向与倾角，可将二维偏移剖面映射至三维空间。
数值结果
在数值试验中，论文构建了两类典型钻孔裂隙模型，并分别模拟钻孔光学图像和钻孔雷达共偏移距数据。
模型1中，两条裂隙彼此平行，通过对偏移剖面应用f-k滤波器，“V”形图案的两支被分离，如图3(a)和(b)所示。将裂隙的一侧翻转并与另一侧连接，并在二维偏移剖面中重建出与钻孔相交的裂隙（图3(c)）。随后根据光学图像提供的方位角信息，将二维剖面映射至三维空间（图3(g)）。
模型2中裂隙上倾和下倾支存在交叉，因此改用τ-p变换处理。通过在z-s平面内施加合理的滤波器与逆τ-p变换，最终偏移成像剖面如图3(d)所示。图3(e)展示了裂隙另一半，其经镜像翻转后在偏移剖面中形成完整裂隙图像（图3(f)）。图3(h)为图3(f)的三维呈现效果。
现场实测数据结果：
实测数据来自苏家坡磷矿勘探项目，现场使用武汉长盛钻孔成像仪（JL-IDOI(D)）与钻孔雷达JL-RADAR（A）与实施了钻孔光学与钻孔雷达探测。实测钻孔光学图像覆盖约17 m长钻孔段（图4），钻孔直径为0.1 m。光学图像中识别出的6条裂隙，在雷达偏移剖面中均能够找到对应反射特征。光学图像显示，六条裂隙的走向均大致相同，呈北向延伸，因此仅采用f-k滤波器来分离裂隙上倾和下倾支。其中裂隙3-6虽彼此邻近，但在光学图像辅助下它们仍能在雷达偏移剖面中被成功区分。实测数据有力证明了本方法通过融合光学探测与雷达探测技术，能够有效缓解传统单孔钻孔雷达探测中的方位模糊问题，并提升裂隙空间展布识别能力。
研究结论：
论文提出了一种钻孔光学与雷达联合的岩体裂隙成像方法。该方法通过钻孔光学图像提取裂隙方位参数，通过钻孔雷达偏移成像获取裂隙孔外延伸信息，最终实现裂隙面在三维空间中的重构。
研究结果表明，该方法能够同时获取裂隙走向、倾角、宽度及延伸长度等关键参数，在数值模拟和实测数据中均取得了较好的成像效果，可为岩土工程、矿山勘查、深埋隧洞、地下空间开发等领域的岩体结构精细探测提供技术支撑。
论文来源：
Shen J., Liu L., Li S., Shi Z., Wang Y., Peng M., Zheng M. Azimuthal imaging of rock fractures by incorporating single borehole radar and optical data. Journal of Geophysics and Engineering, 2025, 22(2): 391–398. DOI: 10.1093/jge/gxaf009.
