【關(guān)鍵詞】：工程物探技術(shù),長輸管道,勘察

　　引言

　　長輸管道工程規(guī)模巨大，工程中的地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)發(fā)育復(fù)雜多變，所遇的問題較多，只有對管道沿線的各段工程地質(zhì)進(jìn)行充分的了解和認(rèn)知，才能為制定有效的巖土工程勘察方案打下基礎(chǔ)。高度重視選線勘察和初步勘察，確�？辈熨Y料的真實(shí)和準(zhǔn)確是長輸管道勘察的首要任務(wù)。我國由于自然地理和地質(zhì)條件差異很大，建設(shè)的長輸管道地跨區(qū)域較大，巖土工程勘察內(nèi)容隨著經(jīng)過區(qū)域的地貌特征的不同也不盡相同，因此采取便捷、有效的勘探手段，提高勘察質(zhì)量對工程施工至關(guān)重要，同時(shí)也是為設(shè)計(jì)施工方案提供了基本依據(jù)。工程物探技術(shù)是勘察施工中對破碎帶、溶洞、淺層構(gòu)造及某些不良地質(zhì)現(xiàn)象等分布最為有效的勘探手段，

　　物探具有工效高、成本低、應(yīng)用廣等優(yōu)點(diǎn)，但各種物探方法的應(yīng)用存在條件性、多解性等局限，通過對周邊環(huán)境條件、地球物理條件的調(diào)查，合理地選擇物探方法技術(shù)，并把物探與鉆探有機(jī)的結(jié)合起來，可以大大提高物探解釋的精度和可靠性，也可以大大減小由于鉆探孔數(shù)較少而無法控制局部地質(zhì)異常體的局限性，從而提高工程勘察工作質(zhì)量。本文通過對物探勘察手段在長輸管道勘察中的運(yùn)用實(shí)例分析，總結(jié)了不同勘察手段的優(yōu)缺點(diǎn)，希望對長線狀工程的勘察提供參考。

　　1、高密度電阻率法的應(yīng)用

　　1.1高密度電阻率法原理

　　高密度電阻率法建立在傳統(tǒng)電法基礎(chǔ)上，是一種陣列勘探方法，其基本原理與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，它仍是以被探測體的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的電探方法，研究在施加電場的作用下，地下傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律。地下傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律是高阻體(空腔、完整巖體等)排斥電流，低阻體(泥土、夾泥、含水破碎帶等)吸收電流，在視電阻率斷面上表現(xiàn)為高阻體呈現(xiàn)高阻異常，低阻體呈現(xiàn)低阻異常，異常的大小、形狀、位置與實(shí)體存在一定對應(yīng)關(guān)系，通過對地下介質(zhì)體的電阻率差異的研究，可以分析地層的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征。野外測量時(shí)只需將全部電極（幾十至上百根）置于測點(diǎn)上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集。當(dāng)測量結(jié)果送入微機(jī)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋的結(jié)果。

　　圖1高密度電法系統(tǒng)示意圖

　　高密度電阻率法相對于常規(guī)電阻率法而言，它具有以下特點(diǎn)：

　�。�1）電極布設(shè)一次完成，測量過程中無須更換電極，可以防止因電極設(shè)置而引起的故障和干擾；(2)能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測量，可以獲得較豐富的地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息；(3)野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化(或半自動(dòng)化)，不僅數(shù)據(jù)采集快，而且避免了人工操作引起的差錯(cuò)；(4)可以實(shí)現(xiàn)資料的實(shí)時(shí)處理或脫機(jī)處理，可以根據(jù)需要自動(dòng)繪制和打印各種成果圖件；（5）成本低、效率高，信息豐富，解釋方便，勘探能力和智能化程度顯著提高。

　　1.2實(shí)例應(yīng)用分析

　　四川普光氣田是國內(nèi)最大的氣田之一，川氣東送工程長輸管線隧道工程地質(zhì)勘察中，選用了高密度電阻率法對隧道軸線進(jìn)行了連續(xù)探測，取得了較好的探測效果。

　　圖2隧道軸線高密度電法勘探反演斷面圖

　　圖3工程地質(zhì)剖面圖

　　通過對圖2隧道軸線高密度電法探測結(jié)果與圖3工程地質(zhì)剖面對比分析，可以看出連續(xù)高視電阻率區(qū)域地層巖性較完整，裂隙不發(fā)育；局部的低視電阻率區(qū)域則地層巖性不完整、裂隙發(fā)育并存在裂隙水。當(dāng)高電阻率區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娮杪蕝^(qū)域，反映了地層出現(xiàn)了異�，F(xiàn)象，在圖2的隧道出口側(cè)有一個(gè)明顯的低視電阻率異常區(qū)，異常范圍較寬，延伸較深，呈上小下大似仰頭的雞嘴狀，推斷為存在裂隙水的巖層破碎帶。在發(fā)現(xiàn)電阻異常區(qū)后，普光氣田通過地質(zhì)測繪與鉆探分析證實(shí)，異常區(qū)裂隙發(fā)育程度強(qiáng)烈，巖層脆弱易碎。如果隧道出口位置接近電性低阻區(qū)域，施工過程可能出現(xiàn)掉塊或坍塌，會(huì)給施工安全帶來很大的隱患。本次采用高密度電阻率法圈定出了隧道軸線經(jīng)過區(qū)域的巖層破碎帶分布情況，為隧道安全施工提供了保證，為隧道加固處理提供了依據(jù)。由此可見高電阻率法在探測巖層破碎帶方面具有便捷高效性，尤其是在殘積土和風(fēng)化巖場地的勘察中使用，有著較大的發(fā)展前景和經(jīng)濟(jì)效益。

　　2地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用

　　地質(zhì)雷達(dá)是一種非破壞性的探測技術(shù)，以指向性強(qiáng)、分辯率高、抗干擾能力強(qiáng)等的優(yōu)勢在淺層地質(zhì)勘察中顯示了強(qiáng)大的生命力，并被廣泛應(yīng)用于淺層與超淺層地層調(diào)查、地質(zhì)構(gòu)造及其它地質(zhì)特征等，將地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)和傳統(tǒng)工程地質(zhì)勘察手段相結(jié)合，為巖土勘察開辟了一條經(jīng)濟(jì)、快捷的新途徑。

　　2.1地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)原理

　　地質(zhì)雷達(dá)是以高頻脈沖電磁波為探測場源，通過一個(gè)發(fā)射天線向地下發(fā)射一定中心頻率的無載波電磁脈沖波，電磁波在地下傳播過程中遇到介質(zhì)的電性分界面后便發(fā)生反射或折射,反射回地面的電磁波被接收天線所接收。根據(jù)目標(biāo)形態(tài)的差異、介質(zhì)電性質(zhì)不同，結(jié)合回波時(shí)間、幅度等信息，可探測地下目標(biāo)體的結(jié)構(gòu)和位置信息。

　　地質(zhì)雷達(dá)探測原理示意圖局部異常體圖像圖

　　根據(jù)電磁波傳播理論，當(dāng)電磁波垂直于介質(zhì)1、介質(zhì)2界面入射時(shí)，其反射系數(shù)的�？杀硎緸椋�

　　由關(guān)系式可見，反射系數(shù)與界面兩邊介質(zhì)的電磁性質(zhì)和頻率ω（=2πf）有關(guān)，若介質(zhì)的電磁參數(shù)差別大則反射系數(shù)也大，反射能量也大;若介質(zhì)間無差別，則反射波幅為零。通過對反射波的波形特征分析，可提取地下介質(zhì)性質(zhì)變化信息。在一定的發(fā)射功率保證的前提下，地質(zhì)雷達(dá)可適用于淺層巖土電磁性質(zhì)變化明顯的界面探測，并當(dāng)發(fā)射頻率在50MHz～100MHz范圍內(nèi)時(shí)，探測深度可達(dá)到20m～50m。常見媒質(zhì)的相對介電常數(shù)、電導(dǎo)率及傳播速度與衰減地下反射體理深（H）和地質(zhì)雷達(dá)波旅行時(shí)（T）的關(guān)系為：

　　式中，X為發(fā)、收天線距，V為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。

　　2.2實(shí)例應(yīng)用分析

　　在魯皖管道穿越京杭運(yùn)河的工程勘察時(shí)，為尋找較好的穿越位置，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)取得了較好的勘察效果，圖3為原定穿越方案地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果。

　　圖3原定穿越方案地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果

　　從探測圖中可看出，從地表層向下8m~10m可看到基巖，基巖面表面起伏，并伴有小的破碎斷裂；下伏穩(wěn)定基巖起伏變化較大，夾有大的基巖斷裂或斷層破碎帶。在20m深度左右地質(zhì)發(fā)育有大的孔洞，管道如從此處施工穿越，一方面定向鉆施工穿越難度大，另一方面定向鉆易卡鉆或定位調(diào)整較為困難，此處不適合管道穿越，以原穿越點(diǎn)為基準(zhǔn)，通過對東西方向進(jìn)行多條測線探測，在原定穿越點(diǎn)西部70m左右的位置地質(zhì)雷達(dá)掃描圖顯示出連續(xù)、均勻的剖面（如圖4），經(jīng)過綜合分析認(rèn)為該處地層均勻、穩(wěn)定，可作為定向鉆穿越場地，最終順利地進(jìn)行了管道穿越鋪設(shè)，驗(yàn)證了探測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　圖4最終穿越方案雷達(dá)探測結(jié)果

　　3、淺層地震映像的應(yīng)用

　　高密度地震映像法是一種地震波采集方法，通過合理選擇偏移距，單點(diǎn)激發(fā)和接收，避免了其他波的干擾。該方法的數(shù)據(jù)處理較為簡便，不需作動(dòng)校正，避免了因做動(dòng)校正造成的波形拉伸畸變。當(dāng)?shù)匦纹鸱�較大或剖面嚴(yán)重不均時(shí)，應(yīng)進(jìn)行靜校正。當(dāng)?shù)卣鹩诚窦夹g(shù)應(yīng)用于水上時(shí)，如果產(chǎn)生的多次波能量較強(qiáng)，可通過一維數(shù)字濾波進(jìn)行處理。

　　3.1淺層地震映像技術(shù)原理及特點(diǎn)

　　淺層高密度地震映像(共偏移距技術(shù))，是建立在反射波法中的最佳偏移距技術(shù)基礎(chǔ)上，利用一種或多種有效波、面波或轉(zhuǎn)換波進(jìn)行探測，采用相同的偏移距激發(fā)和接收來記錄波形，通過共偏移距觀測查明地質(zhì)條件。在野外工作時(shí)，首先確定聲波、面波等干擾波的范圍及有效反射波出現(xiàn)的位置，確定最佳偏移距已達(dá)到最好的接收效果。

　　淺層高密度地震映像具有以下特點(diǎn)：

　　（1）數(shù)據(jù)采集速度快，并且可以利用多種波形反映地質(zhì)條件變化。

　�。�2）探測目的單一，只需研究橫向地質(zhì)情況變化，在淺層地質(zhì)下，能夠很好的確定最佳偏移距，效果較好。

　　（3）由于記錄方式均采用相同偏移距，記錄的時(shí)間變化主要是地質(zhì)異常體的反映，為資料的分析解釋帶來極大的方便。

　　3.2實(shí)例應(yīng)用分析

　　四川某油田在管道集輸工程中，由于面臨構(gòu)造體系褶帶背斜，隧道區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，勘察中采用淺層地震映像法為輔助勘察手段，得出水平疊加時(shí)間剖面圖（如圖5所示），在測線13m～23m之間，同向軸不連續(xù)，振幅變小，初步判斷由巖體含水破碎帶所形成，綜合判定該段為斷層，經(jīng)地質(zhì)測繪和鉆探驗(yàn)證了方法的有效性。本次通過對淺層地震法測試結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)測區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，不僅存在斷層，并且山體發(fā)育有背斜、向斜，構(gòu)造發(fā)育區(qū)內(nèi)巖體易破碎、坍塌，對于隧道施工方案的確定提供了重要依據(jù)。

　　圖5淺層地震映像探測時(shí)間剖面圖

　　5工程物探技術(shù)在長輸管道勘察中應(yīng)注意的問題及不同勘察手段的特點(diǎn)

　　5.1工程物探技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

　　1）要遵循《輸油氣管道巖土工程勘察規(guī)范》(SY/T0053-97)，規(guī)范最低技術(shù)、安全和工作量標(biāo)準(zhǔn)，為管道工程制定安全施工方案提供科學(xué)依據(jù)。

　　2）長輸管道工程地質(zhì)復(fù)雜，問題較多，僅靠一兩種勘探手段，難以達(dá)到預(yù)期目的，應(yīng)綜合開展多種勘探技術(shù),將遙感、工程物探和鉆探聯(lián)合使用，取長補(bǔ)短，提高勘察水平。

　　3）長輸管道建設(shè)穿跨越河流問題一直是工程施工的關(guān)鍵，選擇合適的工程物探技術(shù)，準(zhǔn)確的判斷地貌特征，避開地質(zhì)災(zāi)害的集中發(fā)育地段是物探技術(shù)應(yīng)重點(diǎn)研究的方向。

　　5.2不同勘察手段的特點(diǎn)

　　物探技術(shù)作為巖土工程勘察的輔助手段，在多數(shù)重點(diǎn)工程勘察項(xiàng)目中被廣泛應(yīng)用，取得了十分滿意的地質(zhì)勘察效果，但不同物探方法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。從表2可以看出，高密度電阻率法、探地雷達(dá)、淺層高密度地震映像法等都是非破壞性的原位探測技術(shù)，探測效率和精度較高，可以獲得連續(xù)的探測剖面，優(yōu)點(diǎn)明顯，但他們又都有一定局限性和數(shù)據(jù)解釋的多解性，實(shí)際工作中要揚(yáng)長避短，合理選擇物探方法技術(shù)，并需要結(jié)合地質(zhì)、鉆探、物探三方面資料，建立地質(zhì)—地球物理模型進(jìn)行綜合分析，才能得到對探測區(qū)域地質(zhì)模式的正確判斷，提高工程勘察工作質(zhì)量，更好的滿足客戶需要。

　　表２不同勘察手段的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件

　　勘察方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用條件

　　高密度電阻率法探測剖面連續(xù)，工作效率較高，探測結(jié)果分辨率和精度較高；集電測深和電剖面裝置于一體,一次布多個(gè)電極，可獲得更豐富的信息，能有效判斷地質(zhì)變化規(guī)律，能發(fā)現(xiàn)規(guī)模性趨勢。探測效果受周圍介質(zhì)電磁場影響較大，探測深度受電極排列長度限制，探測精度與電極距有關(guān)，視電阻率反演結(jié)果存在多解性。探測對象與圍巖有明顯電性差異；探測對象直徑D與埋深H比≥0.2；信噪比大于3。

　　地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集速度快，可獲得連續(xù)的掃描剖面，探測結(jié)果分辨率和精度較高。探測儀器成本高，易受外界金屬物體或電磁場干擾，探測深度（有限）、精度與電磁波頻率有關(guān)，地質(zhì)解釋存在多解性。

　　淺層高密度地震映像法能獲得連續(xù)的時(shí)間剖面，數(shù)據(jù)采集較可靠，數(shù)據(jù)處理相對簡便，勘探深度較大，可利用多波列獲得較豐富的反射波信息，便于地質(zhì)解釋。易受振動(dòng)波的干擾，存在多解性，探測分辨率與地震波長有關(guān)，對于尺寸小于1/4波長的地質(zhì)體可能無法分辨；探測深度的精度受地層平均波速（估算）影響。探測界面兩邊介質(zhì)有明顯的波阻抗差異；反射界面視傾角小于30°。

　　鉆探鉆探深度較大、精度高，可以鉆取芯獲得直觀的地層分布剖面和巖性特征。鉆機(jī)笨重，受施工場地限制有時(shí)無法實(shí)施；成本高、效率較低；無法獲得連續(xù)的地質(zhì)剖面，有時(shí)會(huì)漏掉較小的不良地質(zhì)體。

　　6結(jié)束語

　　工程物探技術(shù)在長輸管道工程中應(yīng)用取得了較好地質(zhì)效果，其探測能力所得深度能滿足工程需要，其探測結(jié)果所反映的是整條剖面的圖象，不僅使它有鉆探、觸探等手段的功能，還極大地補(bǔ)充了鉆探、觸探未能了解的區(qū)段，使其提供的資料反映實(shí)際變化的地下連續(xù)剖面。物探技術(shù)受地形限制較少，并且具有耗時(shí)短、高效快捷等優(yōu)點(diǎn)，但也有各自的局限性和多解性，在巖土工程勘察中合理的選擇使用，不僅能更有效的解決工程地質(zhì)問題，提高工作質(zhì)量，還能減少工程投資，增加經(jīng)濟(jì)效益。因此工程物探技術(shù)應(yīng)當(dāng)隨著科技的進(jìn)步，不斷開發(fā)新技術(shù)手段，在長距離管道勘察中發(fā)揮越來越大的作用。

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