高密度電法勘探在長輸管道工程的應(yīng)用和問題

1、高密度電法勘探在長輸管道工程的應(yīng)用和問題摘要：電阻率法勘探是電法勘探中的一個(gè)主要分支，以其消費(fèi)本錢低，工作效率高等特點(diǎn)，目前在水文工程地質(zhì)問題中得到了廣泛的應(yīng)用。是開展比擬成熟的一種地球物理勘探方法，具有簡(jiǎn)便、快速、經(jīng)濟(jì)、成果直觀、適用場(chǎng)地小等優(yōu)點(diǎn)，已在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并獲得了良好的應(yīng)用效果。文章介紹了高密度勘探技術(shù)的應(yīng)用、探測(cè)原理、工作方法，對(duì)其應(yīng)用范圍及目前存在的問題作了說明，并給出一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵詞：高密度勘探；輸氣管道工程；溫納裝置；斷裂構(gòu)造1前言我國的工程勘察是建國初期按照前蘇聯(lián)形式建立起來的，包括工程測(cè)量、水文地質(zhì)勘察、工程地質(zhì)勘察3個(gè)專業(yè)。我國的長輸管道工程勘察是自50年代開

2、場(chǎng)隨著管道建立的興起而逐漸開展起來的，當(dāng)今隨著對(duì)外技術(shù)交流的廣泛深化和涉外管道工程的建立，尤其是全球高新技術(shù)的飛速開展和中國管道建立的又一個(gè)高潮的到來，對(duì)長輸管道的工程勘察也提出了更高的要求。長輸管道工程勘察相對(duì)于建筑、水電、鐵路等工程勘察有其特殊性，中國石油天然氣管道工程進(jìn)展了一些非常有益的嘗試，獲得了很好的社會(huì)效益。以下筆者就對(duì)高密度電法勘探在長輸管道工程勘察技術(shù)的應(yīng)用和問題談一些看法。電法勘探是綜合地球物理勘探方法中的根本方法之一。電法勘探是以地下巖(礦)石之間的電性差異為根底，根據(jù)地面測(cè)定和研究人工或天然電場(chǎng)或電磁場(chǎng)的分布特點(diǎn)和變化規(guī)律來推斷地下電阻率分布，從而推斷地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)資源的

3、分布狀況，即電法勘探中的反問題。近十年來，高密度電阻率法在工程勘察中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在巖溶、水文、構(gòu)造、檢測(cè)等領(lǐng)域，高密度電法的應(yīng)用效果，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了理論上的預(yù)期。2勘探原理高密度電法是八十年代國際上興起的一種電法勘探方法，其原理與常規(guī)的電阻率法根本一樣。不同的是前者在探測(cè)剖面上同時(shí)布置多道電極，由人工控制向地下發(fā)送電流，使地下形成穩(wěn)定的電流場(chǎng)，通過自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換裝置對(duì)所布設(shè)的剖面進(jìn)展自動(dòng)觀測(cè)和記錄。高密度電法可進(jìn)展二維地電斷面測(cè)量，兼具剖面法和測(cè)深法的功能，是進(jìn)展地層劃分、探測(cè)隱伏斷層構(gòu)造、巖溶空洞以及地質(zhì)滑坡體等的一種有效手段。相對(duì)而言，高密度電法具有測(cè)點(diǎn)密度大、信息量大、工作效率高等

4、特點(diǎn)，測(cè)量過程中，通過轉(zhuǎn)換裝置控制電極間的不同排列組合，可以實(shí)現(xiàn)直流電法勘探中的各種裝置形式的探測(cè)，可以提供更多的地電斷面信息，有利于比照分析，因此充分發(fā)揮了物探技術(shù)在勘探中的優(yōu)勢(shì)。3工作方法高密度電阻率法實(shí)際上是一種陣列勘探方法，關(guān)于陣列電探的思想早在70年代末就有人開場(chǎng)考慮施行，英國學(xué)者所設(shè)計(jì)的電測(cè)深偏置系統(tǒng)實(shí)際上就是高密度電法的最初形式。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，它只需在預(yù)先選定的測(cè)線和測(cè)點(diǎn)上，將全部電極設(shè)置在一定間隔的測(cè)點(diǎn)上，然后通過特制的電極轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)需要，將這些電極組合成指定的電極裝置和電極距，快速完成多種電極裝置和多電極距在觀測(cè)剖面的多個(gè)測(cè)點(diǎn)上的電阻率法(視電阻率)觀測(cè)。再配上相應(yīng)的數(shù)據(jù)處

5、理、成圖和解釋軟件，便可及時(shí)完成給定的地質(zhì)勘查任務(wù)。其中，高密度電法勘探溫納裝置排列。最小間隔系數(shù)nIN=1，最大間隔系數(shù)為nAX=16。每個(gè)斷面的探測(cè)參數(shù)如下：排列方式：排列電極：60電極間距米：5最小間隔系數(shù)：1最大間隔系數(shù)：16供電電壓：180V1數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是中南大學(xué)研制的激電法反演軟件IPInv。數(shù)據(jù)處理主要包括兩大部分，即數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)反演處理。2數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括：1編輯視電阻率值，對(duì)突變點(diǎn)和噪聲引起的畸變數(shù)據(jù)進(jìn)展剔除；2對(duì)由多個(gè)測(cè)量斷面組成的剖面進(jìn)展拼接；3把各電極所對(duì)應(yīng)的平面坐標(biāo)添加到數(shù)據(jù)文件中；4對(duì)于地形起伏較大的剖面，把高程坐標(biāo)添加到數(shù)據(jù)文件中，以備反演處

6、理時(shí)進(jìn)展地形校正處理。3反演處理野外采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過反演計(jì)算，轉(zhuǎn)換為深度電阻率的關(guān)系，以獲得地下地電斷面的特征。反演處理主要包括：根據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料建立初始的二維地電模型、選擇反演參數(shù)阻尼系數(shù)、迭代次數(shù)、收斂極限等，然后采用最小二乘法進(jìn)展反演計(jì)算，查看反演結(jié)果，最后進(jìn)展地形校正，獲得最終的地下地電斷面，用于地質(zhì)解釋。4工程應(yīng)用西氣東輸二線管道是確保國家油氣供給平安的重大骨干工程。它將中亞天然氣與我國經(jīng)濟(jì)最興旺的珠三角和長三角地區(qū)相連，同時(shí)實(shí)現(xiàn)塔里木、準(zhǔn)噶爾、吐哈和鄂爾多斯盆地天然氣資源聯(lián)網(wǎng)，有利于改善我國能源構(gòu)造，保障天然氣供給，促進(jìn)節(jié)能減排，推動(dòng)國際能源合作互利共贏，意義重大。西氣東輸二線管道西

7、起新疆的霍爾果斯，經(jīng)西安、南昌，南下廣州，東至上海，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、安徽、湖北、湖南、江西、廣西、廣東、浙江和上海13個(gè)盛自治區(qū)、直轄市。干線全長4859k，加上假設(shè)干條支線，管道總長度超過7000k。工程物探組共承當(dāng)了以下四條隧道的初步工程物探反射波地震勘探和高密度電法工作：密嶺一號(hào)隧道，長1224.72；密嶺二號(hào)隧道，長1605.93；楊家村一號(hào)隧道，長219.15；楊家村二號(hào)隧道，長1891.50。這四個(gè)隧道分散在兩個(gè)測(cè)區(qū)，前兩條隧道位于江西省吉安市遂川縣枚江鎮(zhèn)和巾石鄉(xiāng)境內(nèi)，后兩條隧道位于江西省南康市赤土鄉(xiāng)和大余縣新城鎮(zhèn)境內(nèi)，工區(qū)交通便利，附近有105國道，323國道以

8、及其它公路通過，如圖1。四條隧道屬于丘陵-低山地貌，其中圖2為密嶺二號(hào)隧道測(cè)線示意圖，地形起伏大，地面黃海高程變化在150至800之間，山比擬陡；當(dāng)?shù)赜晁渥?，使得測(cè)區(qū)范圍內(nèi)植被覆蓋良好，樹木茂盛，茅草叢生。根據(jù)該段高密度電阻率二維反演斷面成果圖，見圖3，該隧道沿縱剖面電阻率異常形態(tài)復(fù)雜，大致可分為三段。樁號(hào)2A+02A+320段在整條剖面上電阻率值相對(duì)較低，根本在1000歐姆米以下，部分有高阻體出現(xiàn)。在樁號(hào)2A+3202A+1040范圍內(nèi)電阻率值表現(xiàn)為高阻低阻相間分布，高阻體電阻率值一般在3000至10000歐姆米以上，推測(cè)對(duì)應(yīng)區(qū)間內(nèi)基巖面埋深較淺，而此段內(nèi)有多處低阻異常帶，電阻率值最低處僅

9、為幾十歐姆米，推測(cè)為巖體破碎帶。在樁號(hào)2A+1040隧道出口，電阻率值普遍在3000歐姆米，部分低阻異常值也在700歐姆米以上，推測(cè)巖體較為完好，僅有部分破碎帶存在。對(duì)整個(gè)剖面內(nèi)多處低阻異常帶分析如下：在樁號(hào)為2A+2922A+348段出現(xiàn)了阻值小于200歐姆米的低值異常，埋深在15以下并向下延伸；樁號(hào)為2A+4002A+480段內(nèi)出現(xiàn)一組低阻圈閉異常，其電阻率值為100歐姆米以下，推測(cè)為構(gòu)造破碎帶；樁號(hào)為2A+6402A+750段，埋深30以下出現(xiàn)了規(guī)模較大的低阻體，其阻值最低處小于100歐姆米，推測(cè)為低阻充填物；樁號(hào)2A+7642A+828之間出現(xiàn)低值異常帶，電阻率值最低處缺乏100歐姆米

10、，與高阻圍巖阻值差異明顯，可能有破碎帶存在；樁號(hào)2A+9162A+945范圍內(nèi)出現(xiàn)了條帶狀異常，產(chǎn)狀近乎直立，電阻率值在150歐姆米左右，可能為構(gòu)造破碎帶；樁號(hào)2A+9882A+1026及2A+13082A+1344范圍內(nèi)較高阻圍巖的阻值差異明顯，但這兩處電阻率均在500歐姆米以上，推測(cè)為破碎帶，但低阻充填物存在的可能性不大。測(cè)區(qū)地形條件復(fù)雜、高差起伏大，工作條件相對(duì)較差，這些因素在一定程度上影響物探探測(cè)精度。本次高密度電法工作成果提交后布置兩鉆孔進(jìn)展驗(yàn)證，均在預(yù)測(cè)位置發(fā)現(xiàn)破碎帶，獲得了較好的勘探效果。5存在的問題雖然高密度探測(cè)技術(shù)在工程中的應(yīng)用已很廣泛，但實(shí)際工作中還存在以下問題：5.1有效

11、數(shù)據(jù)的分辨這是個(gè)最根本的問題。不僅是本方法，其它的物探方法也是如此。在數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)，我們必需能有效地分辨：采集到的數(shù)據(jù)是不是有效的數(shù)據(jù)，用句簡(jiǎn)單的話就是：原始數(shù)據(jù)是否真實(shí)？一般而言，有效的高密度電阻率法成果數(shù)據(jù)有如下特征：等值線較為平緩，沒有突變起伏點(diǎn)，高阻、低阻區(qū)的變化是漸變的；視電阻率數(shù)值上沒有孤值畸變異常，反響到等值線上是沒有“漩渦異常獨(dú)立的漩渦狀異常是可以通過編輯原始數(shù)據(jù)來解決，密集的，如出現(xiàn)較多的漩渦狀異常那么需要重測(cè)；等值線上沒有出現(xiàn)規(guī)律的“八字異常及其演變而成的“半八字或“雙八字異常。5.2觀測(cè)方式對(duì)數(shù)據(jù)成果的影響目前，高密度電阻率法儀器開展得相當(dāng)快，幾乎所有的電阻率法觀測(cè)裝置

12、都可以在高密度儀器中實(shí)現(xiàn)?？傮w而言，筆者傾向于將高密度電阻率法的觀測(cè)方式分為兩大類：剖面類觀測(cè)方式和測(cè)深類觀測(cè)方式。在不少技術(shù)人員的眼里，這兩種方法是等效的，其實(shí)不然。設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)及處理時(shí)，應(yīng)按如下原那么選擇觀測(cè)裝置：只要場(chǎng)地條件答應(yīng)，盡量采用剖面類觀測(cè)方式，尤其是首選四極剖面裝置，因?yàn)檫@種觀測(cè)方式是真正集中了電剖面和電測(cè)深法的優(yōu)點(diǎn)，其采集點(diǎn)分布更均勻合理，在不少場(chǎng)合、不同要求的勘探工程中都可以獲得好的效果。在剖面烴觀測(cè)時(shí)，其資料的反演解釋時(shí)應(yīng)以二維剖面為主，單點(diǎn)測(cè)深、程度曲線分析為輔。而在場(chǎng)地限制只能采用測(cè)深類裝置時(shí)，要盡可能改善各點(diǎn)的接地條件，資料反演解釋時(shí)應(yīng)以單點(diǎn)測(cè)深反演為主，二維剖面為

13、輔，尤其是解釋出直立狀接觸帶時(shí)，一定要慎重，以免貽笑大方。5.3錯(cuò)誤對(duì)待反演成果在和不少消費(fèi)單位接觸的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)有一種傾向危害很大：有一些單位和技術(shù)人員非常迷信反演軟件的力量，每一條剖面都經(jīng)過反演，甚至于在資料解釋時(shí)只看反演剖面不看原始剖面，最終的報(bào)告也只附反演成果，這是非常幼稚的，常常會(huì)遭至較大的失敗。5.4視電阻率的負(fù)值異常問題在電法勘探中經(jīng)常會(huì)遇到視電阻率的負(fù)值異常問題，高密度電阻率法也不例外。一般而言，視電阻率是不應(yīng)該出現(xiàn)負(fù)值的，有負(fù)值就說明有問題。引起負(fù)值的原因很多，大致有：首先是儀器，假如儀器的阻抗低，抗干擾才能弱，極化補(bǔ)償才能差，其測(cè)試中負(fù)值出現(xiàn)的時(shí)機(jī)就比擬大。另外，較大的

14、自然干擾電場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生負(fù)值異常。6完畢語高密度電法勘探作為一種比擬成熟的地球物理勘探方法，具有簡(jiǎn)便、快速、經(jīng)濟(jì)、適用場(chǎng)地孝應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)高密度電法勘探理論的研究以及實(shí)際應(yīng)用等有待進(jìn)一步的深化和開拓，使之在消費(fèi)理論中不斷總結(jié)、完善和進(jìn)步。參考文獻(xiàn):1王興泰.高密度電阻率法及其應(yīng)用技術(shù)研究J.長春地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào).Vl.21,N.3,1991.2王緒本，羅建群.環(huán)境地球物理勘探.成都理工學(xué)院，1996.3羅延鐘，張桂青主編.電子計(jì)算機(jī)在電法勘探中的應(yīng)用.武漢地質(zhì)學(xué)院出版社.4羅延鐘，孟永良.關(guān)于用有限單元法計(jì)算二維構(gòu)造點(diǎn)電源場(chǎng)的兒個(gè)問題J，地球物理學(xué)報(bào)V1.29,N.6,1986.5段本春，朱永盛電法二維有限元正演計(jì)算的假設(shè)千新結(jié)果J.物探化探計(jì)算技術(shù)Vl.16,N.I，1994.6王文龍，陳天建.淺論高密度電阻率法在工程勘測(cè)中的應(yīng)用效果J.物探化探V1.19,N.3，1995.7王興泰，王勁松.二維電阻率圖像重建的一種新方法7.物探化探V1.19,N.l，1995.8底青云，王妙月.穩(wěn)定電流場(chǎng)有限元法模擬研究131.地球物理學(xué)報(bào)Vl.41,N.2,1998.9底青云，王妙月.二維電阻率成像的有限元解法J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)Vl.18,N.3，1999.10周熙襄等.有限單元法在直流電法勘探正問題中的應(yīng)用J，物化探電子計(jì)算技術(shù)，N.3,1980.11hunduru,R.K,Se