高密度电阻率法在探测油气管道泄漏中的应用

迟天峰，冯靖乔，邵喜斌

（吉林省地震局，吉林 长春 130022）

0 引言

高密度电阻率法在环境地质调查、工程地质调查、煤矿水害防治和地裂缝探查等领域有着广泛应用，在实际探测工作中主要利用电阻率反演剖面出现的异常结合经验来解释实际问题。2009年4月，位于长春市兴隆山镇的西南安龙村村民王喜亮家的水井抽出不明液体，经分辨为93号汽油，油品很高，加到摩托车里可以行使，且易燃易爆，至一名儿童烧伤，这已严重影响到村民的正常生活。长春市环保局立即赶赴现场了解情况，经过现场调查与分析，初步断定为与王喜亮家一路之隔的汇泉加油站泄露燃油所致。

为进一步确定成品油泄露的具体位置和泄露程度，吉林省工程地震研究中心受长春市环保局委托，特对异常现场进行地球物理勘探工作，采用成本低、效率高、探测精度高的电测剖面法确定低阻异常体及其范围，以此推断成品油泄密位置和泄露范围，进一步用钻探方法佐证结果的真实性，采取措施使居民生活尽快恢复正常。

1 电测剖面法原理

工程地震中电法勘探方法很多，分为高密度电阻率法、自然电场法和充电法、激发激化法、电磁感应法，其中高密度电阻率法以地壳中岩、矿石的导电性差异为物质基础［1］，通过观测和研究人工电场的地下分布规律和特点，实现解决各类地质问题的一组勘探方法，高密度电阻率法又分为电测剖面法、电测深法等［2］，而电测剖面法主要运用了阵列勘探的方法，增加了观测点密度，提高了工作效率，减少了工作成本。在野外测量中一次布设多根电极，测量过程中无须更换电极，通过程控多路转换开关和系统内部自动化程序，可实现不同电极距、不同电极排列方式的高效自动数据采集。

2 数据采集

2.1 仪器设备性能简介

本次电法工作使用的仪器为重庆奔腾数控技术研究所研制生产WDJD—3型多功能数字直流激电仪。该仪器数据采集实现了野外采集数据结果实时显示和实时数据处理以及数据存储功能，实现了仪器供电、测量一体化，并且观测精度较高，采集数据稳定可靠，避免了人工记录可能造成的错误，且大大提高数据采集速度及工作效率。

2.2 观测系统参数设定

根据探测目标的深度设定仪器勘探参数，本次勘探目标为粉质粘土层和部分风化泥岩层（≤15米）。据此勘探参数设置如下：1、2、3线电极数为60，电极距为3m，剖面数为10，也就是确保探测深度至少为15米；4线电极数为60，电极距为2m，剖面数为16，也可以确保探测深度超过15米。另外，为保证有效信号的强度，供电电流应大于100mA，测量电压不得小于3mV。

3 电测剖面法勘探数据处理分析

3.1 数据处理流程

汇泉加油站成品油储油罐距长吉北线的距离约为40～60米，埋于地下5米深的粉质粘土层中，与加油器用铁管相连。虽然粉质粘土渗透性较差，液态物质不易于流通；但不排除粘土层中存在由于局部构造引起的松散通道。如果储油罐泄露，露出的成品油会从松散通道溢散。为此，在加油站与王喜亮家水井之间布设四条测线，以便确定土层中存在局部溢散通道。

结合工程场地地形地貌和实际情况，在加油站和水井之间沿长吉北线布设两条测线，在汇泉加油站北侧布置两条测线（如图1所示），勘探工作于2009年6月22日完成。测线总数4条，测线总长度为660m，共完成高密度物理测点1857个。具体工作范围和工作量如表1所示。

表1 兴隆山镇安龙村物探工作

图1 安龙村高密度测线示意图Fig.1 Sketch map of high density line for Anlong village

对四条测线的测量数据进行二维反演计算，对一些浅部干扰异常进行压制，突出低阻异常，处理结果如图2（Ⅰ号测线）、图3（Ⅱ号测线）、图4（III号测线）、图5（Ⅳ号测线） 所示。

从I号测线视电阻率剖面图可以看出，两个低阻异常区主要存在于粉质粘土层中，横向范围分别为桩6-22、桩27-29，深度范围为8～10米。从II号测线视电阻率剖面图上可以看出，低阻异常区主要存在于粉质粘土层中，粗砂层中的异常区位于测线中部，范围较小，深度约为5.5米；而泥岩层中低阻异常区域范围较大，主要出现在测线端，深度为13米左右。粉质粘土层中的异常现象可能是由于上部液态物质溢散引起的，而泥岩中的低阻异常现象则是局部含水构造引起。此低阻异常现象疑似局部溢散通道，具体还要进行进一步的验证。III号测线、Ⅳ号测线从实测数据和正演图形上看土层界面连续性较好，没有低阻异常显示。

图2 安龙村Ⅰ号测线高密度电法视电阻率剖面图Fig.2 Apparent resistivity profile of high density electric method for Anlong village survey Line I

图3 安龙村Ⅱ号测线高密度电法视电阻率剖面图Fig.3 Apparent resistivity profile of high density electric method for Anlong village survey Line II

图4 安龙村III号测线高密度电法视电阻率剖面图Fig.4 Apparent resistivity profile of high density electric method for Anlong village survey LineⅢ

图5 安龙村IV号测线高密度电法视电阻率剖面图Fig.5 Apparent resistivity profile of high density electric method for Anlong village survey LineⅣ

3.2 数据处理及结果验证

3.2.1 工程场地地形地貌和地层特征

工作场地处于长春东北部的兴隆山镇附近，地貌上属于低山丘陵，场地内西北部（长吉北线以北）地势较高、东南部（长吉北线以南）地势较低，相对高差1～3米。详细了解工程场地的地层牲征，对于电法勘探的测线布设和资料解释具有重要作用，为准确验证电法勘探正确性与准确性，解决电法的单一性，请吉林省地质工程勘察院在电法勘探异常点处布置了两个勘测钻孔（图6），进行了岩土工程勘察，了解到两个勘测钻孔工程场地的地层特征（顺序由上至下）分别为：

图6 工程钻孔柱状图Fig.6 Drill hole columnar section

（1）1.20米处为杂色杂填土，以建筑垃圾为主；

（2）10.0米处为黄褐色粉质粘土，湿、密实，可塑，以粘粉粒为主，粘粒居多，能搓成小于1mm土条，偶见铁锰结核；

（3）12.5米为粉质粘土黄褐色有异味，该层在13米处出现汽油味，提取该层位土样测试，确定测试土样中油脂；

（4）13米以上为棕红色-灰色泥岩，泥质结构，块状构造，为全风化；

（5）再往下便是灰色、细粒结构粉砂岩，层状构造、钙制胶结，为强风化。

3.2.2 钻探结果验证

为了验证高密度电法物探结果，在电法勘探异常点处布置了两个勘察钻孔。经勘察钻孔确定本次勘测区域土层以粉质粘土层为主，在钻孔地下13米处粉质粘土有强烈汽油味并有油脂溢出，与高密度电法结果吻合。并在钻孔13米处提取了粉质粘土土样，确定测试土样中油脂的成分为成品油，进一步验证了我们的结果。

4 结论及讨论

通过高密度电阻率法我们得到了以下结果：

（1）村民水井出成品油属非正常现象，影响村民生产生活安全。根据地球物理高密度电法勘探解译结果，可以看出在I、II测线砾质粗砂层中存在一低阻溢散通道，通道方向为近南北向，溢散通道自北向南深度逐渐增加，由5米渐变为13米（图7），III号测线、Ⅳ号测线未发现低阻溢散通道。

（2）溢散通道是粉质粘土层中的局部薄弱部分，由于其渗透性比围岩中其它部分好，液态物质易于充填其中，从而变为低阻异常体。

图7 电法勘探解译成果图Fig.7 Graph of electrical prospecting interpretation result

（3）如果加油站的储油罐或管线渗露成品油，渗出的成品油可能是通过这一溢散通道流至水井附近。

根据实际效果看，本文采用的高密度电阻率法具有采集资料丰富、解译结果信度高、方法简单实用、成本低、效率高等特点。不仅在工程场地地震安全性评价中利用，进一步可以将该方法推广到城市地下空区勘察中，解决涉及百姓安全及实际生活问题。在实际探测工作中，要充分考虑场地环境和地质构造条件影响，利用多种方法手段相互验证、相互补充，获得准确、可靠的结果。

［1］傅良魁.电法勘探教程［M］.北京：地质出版社，1983：7-13.

［2］国家地震局科技监测司.地震电磁观测技术教材［M］.地震出版社，1995：286-290.