工程物探在油氣管道隧道穿越工程中的應用

臧志勇

摘要：物探方法與一般地質勘探方法不同，它具有一定的“透視性”。它并不直接觀測研究出露于地表的巖體和地質構造，而是憑借儀器觀測地球物理場的變化，以查明地下的地質問題。透視性、高效性、低成本是物探工作的最大優點。

Abstract: Methods and general geological exploration geophysical methods, it has a certain "perspective sex." It is not directly exposed to rock and observations developed surface geological structures, but by virtue of the observed changes in geophysical field instrument to identify underground geological problems. Perspective, efficiency, cost is the biggest advantage of geophysical work.

關鍵詞：隧道穿越 工程物探 淺層地震反射波法 高密度電法

中圖分類號：U45文獻標識碼： A

1、前言

隨著管道建設的不斷發展，在管道穿越山區時，為了縮短線路，節約土地資源，保護環境，許多管道鋪設采用隧道穿越方式。地質勘察是隧道建設工程中的重要環節，為隧道設計和施工提供地質依據。在隧道工程地質勘察中，地球物理勘探作為工效高、信息豐富、成本低、勘探周期短、效果好等優點，成為隧道工程地質勘察中重要的輔助手段。

2、工作原理和方法

2.1淺層地震反射波法

2.1.1淺層地震反射波法的原理

通過人工震源激發的地震波在地下介質中傳播，當下層介質的波速大于其上層介質波速以及波的入射角等于臨界角的情況下，地震波就會沿著速度界面傳播，產生反射波。反射波引起界面各點的振動，并以新的形式傳至地面，在地面通過檢波器觀測其到達的旅行時間，就可求出反射界面的埋藏深度。在實際工作中沿地面布置一條測線，一段一段的進行觀測，對觀測結果處理之后，就可以得到形象地反映地下各巖土層的分界面起伏變化資料—地震時間剖面圖。

2.1.2工作流程

地震反射波法主要包括三個部分的工作，即野外數據采集、資料處理和資料解釋。

簡言之，根據勘察工作的目的和任務布置測線，進行人工激發地震波，利用地震儀把地震波傳播的情況記錄下來。通過對野外獲得的原始波形記錄需經過檢查評價，先對原始記錄進行格式轉換，剔除壞道，噪聲切除，共深點迭加，靜校正，速度掃描分析，經動校迭加得到水平共深點迭加時間斷面，綜合確定不同地段、不同地質條件的各巖（土）層的縱波速度。

利用以上共深點時間斷面和相應地質條件、巖（土）層、地段的波速，可得到探測目的層界面的起伏形態及埋深，結合地質調繪、鉆探結果，綜合推斷繪制出工程地質斷面圖。

2.2、高密度電法

2.2.1工作原理

高密度電法進行二維地電斷面測量，兼具剖面法與測深法的功能，有點距小、采樣密度高的特點，在敷設一次導線后可進行數百乃至上千個記錄點的數據觀測，其信息量大、施工效率高。由此，近年來高密度電法在管線調查、找水、采空區、巖溶、滑坡、斷層等災害物探調查等方面得以廣泛應用。

高密度電法的基本工作原理與常規電阻率法大體相同。它是以巖土體的電性差異為基礎的一種電探方法，根據在施加電場作用下地層傳導電流的分布規律，推斷地下具有不同電阻率的地質體的賦存情況。

2.2.2工作過程

高密度電法數據采集系統由主機、多路電極轉換器、電極系統組成。多路電極轉換器通過電纜控制電極系統各電極的供電與測量狀態；主機通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉換器發出工作指令，向電極供電并接收、存貯測量數據。數據采集結果自動存入主機，主機通過通訊軟件把原始數據傳輸給計算機。計算機將數據轉換成處理軟件要求的數據格式，經相應處理模塊進行畸變點剔除、地形校正等預處理后，做視電阻率等值線圖。在等值線圖上根據視電阻率的變化特征結合鉆探、地質調查資料進行地質解釋，并繪制出物探成果解釋圖。

3、工程應用

在西氣東輸二線管道浙江蕭山段廟尖山隧道穿越地質勘察中，運用了淺層地震波法和高密度電法進行了工程物探勘察，下面逐一進行介紹。

3.1工程概況

該隧道屬低山丘陵地貌，地勢起伏較大，絕對高差約120m，無大型沖溝分布。隧道水平長度約446m。根據地質調查及鉆探揭露，隧址區上覆地層主要為第四系全新統殘坡積層，下伏基巖為上侏羅統黃尖組熔結凝灰巖。

為了查清隧址區覆蓋層厚度，各種巖性的分層界線、接觸特征及地質構造情況，在隧道軸線分別進行了高密度電法和淺層地震波法工程物探勘察。

3.2 淺層地震反射波法解譯成果

通過在隧道洞身軸線布置淺層地震波物探測線，得到隧道軸線地震反射時間剖面圖（圖3.2-1）。

圖3.2-1地震反射時間剖面圖

根據對淺層地震反射波法物探勘察數據分析，結合工程地質調繪資料可知，地面以下物理層大致可分為四層：第一層縱波波速為480～850m/s，一般厚度層厚約在0～9m，最厚達15.4m。解釋為第四系松散土層，巖性為含碎石粉質黏土；第二層縱波波速Vp一般為1280～1780m/s，巖性為強風化熔結凝灰巖；第三層縱波波速Vp一般為2470～3090m/s，巖性為中風化熔結凝灰巖；第四層縱波波速Vp一般為3400～4500m/s，巖性為微風化熔結凝灰巖。同時在K0+187～K0+194、K0+249～K0+260和K0+406～K0+420三處出現地震波形異常，波速低地段，推測為小型斷裂構造或破碎帶。

3.3 高密度電法解譯成果

通過高密度電法物探測線，得到隧道軸線視電阻率等值線斷面圖（圖3.3-1）。

圖3.3-1 高密度電法視電阻率等值線斷面圖

根據測試數據和斷面分析，隧址區地面以下物理層大致可分為四層：第一層視電阻率為50～150Ω·m，層厚在0～5m，解釋為第四系松散土層和全風化層；第二層視電阻率為150～600Ω·m，解釋為強風化熔結凝灰巖；第三層視電阻率為500～2000Ω·m，解釋為中風化熔結凝灰巖；第四層視電阻率＞1500Ω·m，解釋為微風化熔結凝灰巖。同時在K0+151～K0+158、K0+191～K0+197、K0+251～K0+255和K0+412～K0+416四處出現視電阻率呈斜向低阻異常地段，推測為小斷裂構造或破碎帶。

3.4 綜合分析

根據以上兩種物探勘察成果，結合鉆探資料進行綜合分析。隧址區地層自上至下分別為：第一層為含碎石粉質黏土，分布于山坡表層，一般層厚約在0～9m。第二層為強風化熔結凝灰巖，層厚5～15m。第三層為中風化熔結凝灰巖，第四層微風化熔結凝灰巖，主要分布在深度大于20m以下范圍內。

同時對物探異常地段進行了鉆探驗證得出：K0+150～K0+156處為破碎帶(WF1)，傾向南西，影響寬度約為4～6m。K0+188～K0+194處為破碎帶(WF2)，傾向南西，影響寬度約為4～6m。K0+252～K0+256處為破碎帶(WF3)，傾向南西，影響寬度約為3～5m。K0+410～K0+415處為裂隙密集帶(WF4)，傾向南西，影響寬度約為3～5m。詳見綜合地質解譯剖面（圖3.4-1）。

圖3.4-1綜合地質解譯剖面

3.5 物探效果分析

1）隧址區地表多處出現土體垮塌、滾石等不均勻表面，影響了物探的勘察效果，直接導致物探解譯的地層分層與鉆探結果的存在一定偏差。

2）場區基巖風化程度隨深度逐漸減弱，兩種物探測試方法在風化界面反應均不夠明顯，僅能給出大致的深度區間；對異常地段也僅僅給出大致的分布區間。

3）隧址區地形起伏大，使目標的異常信息變的模糊不清，影響物理勘探效果。

3.6 對物探施測效果的一些看法

1）地震波法對斷層或破碎帶部分僅得異常反映，不能有效探明其傾向等產狀參數，部分斷層破碎帶地震波法無異常反映。

2）高密度電法勘察對巖土層分層誤差大，無主要反映的電阻率阻值變化情況，對地層而言主要反映其含水量的變化，從而折射出巖層裂隙破碎程度的變化。由于高密度電法是以長排列形式進行探測的，地形變化對其探測效果有較大影響，布設電纜時應盡可能拉直，在陡崖、陡軟位置也應拉直。一個排列電線應盡可能布設在同一坡面上，避免出現一個排列中段位于山頂或山谷地形變化點上，從而避免假異常出現。

3）兩種物探方法所解決的對象側重點不同，地震波法主要解決巖土和風化層分層、巖體波速等問題，從而對圍巖大致等級進行判別；高密度電法主要解釋深層圍巖部位裂隙發育程度、富水情況等問題。兩都相互配合，可以對整個隧道圍巖等級進行有效劃分。

4、結論

1）油氣管道隧道穿越多以山嶺隧道為主，鉆探施工難度大，物探作為重要的輔助手段可以指導鉆探的布置，減少鉆探和山地工作量，填補難以進行鉆探工作地段的地質空白。

2）由于物探成果解譯的多解性，在工程物探實際應用時，應深入了解場地的具體地質條件，并根據各種方法的應用前提和勘察目的，選用合理的方法，同時盡可能采用多種物探方法進行聯合勘探解釋。各種物探資料的綜合分析、相互印證，才能有利于提高解釋精度和可靠性。

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