工程物探在油气管道隧道穿越工程中的应用

臧志勇

摘要：物探方法与一般地质勘探方法不同，它具有一定的“透视性”。它并不直接观测研究出露于地表的岩体和地质构造，而是凭借仪器观测地球物理场的变化，以查明地下的地质问题。透视性、高效性、低成本是物探工作的最大优点。

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.

关键词：隧道穿越 工程物探 浅层地震反射波法 高密度电法

中图分类号：U45文献标识码： A

1、前言

随着管道建设的不断发展，在管道穿越山区时，为了缩短线路，节约土地资源，保护环境，许多管道铺设采用隧道穿越方式。地质勘察是隧道建设工程中的重要环节，为隧道设计和施工提供地质依据。在隧道工程地质勘察中，地球物理勘探作为工效高、信息丰富、成本低、勘探周期短、效果好等优点，成为隧道工程地质勘察中重要的辅助手段。

2、工作原理和方法

2.1浅层地震反射波法

2.1.1浅层地震反射波法的原理

通过人工震源激发的地震波在地下介质中传播，当下层介质的波速大于其上层介质波速以及波的入射角等于临界角的情况下，地震波就会沿着速度界面传播，产生反射波。反射波引起界面各点的振动，并以新的形式传至地面，在地面通过检波器观测其到达的旅行时间，就可求出反射界面的埋藏深度。在实际工作中沿地面布置一条测线，一段一段的进行观测，对观测结果处理之后，就可以得到形象地反映地下各岩土层的分界面起伏变化资料—地震时间剖面图。

2.1.2工作流程

地震反射波法主要包括三个部分的工作，即野外数据采集、资料处理和资料解释。

简言之，根据勘察工作的目的和任务布置测线，进行人工激发地震波，利用地震仪把地震波传播的情况记录下来。通过对野外获得的原始波形记录需经过检查评价，先对原始记录进行格式转换，剔除坏道，噪声切除，共深点迭加，静校正，速度扫描分析，经动校迭加得到水平共深点迭加时间断面，综合确定不同地段、不同地质条件的各岩（土）层的纵波速度。

利用以上共深点时间断面和相应地质条件、岩（土）层、地段的波速，可得到探测目的层界面的起伏形态及埋深，结合地质调绘、钻探结果，综合推断绘制出工程地质断面图。

2.2、高密度电法

2.2.1工作原理

高密度电法进行二维地电断面测量，兼具剖面法与测深法的功能，有点距小、采样密度高的特点，在敷设一次导线后可进行数百乃至上千个记录点的数据观测，其信息量大、施工效率高。由此，近年来高密度电法在管线调查、找水、采空区、岩溶、滑坡、断层等灾害物探调查等方面得以广泛应用。

高密度电法的基本工作原理与常规电阻率法大体相同。它是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。

2.2.2工作过程

高密度电法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系统组成。多路电极转换器通过电缆控制电极系统各电极的供电与测量状态；主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令，向电极供电并接收、存贮测量数据。数据采集结果自动存入主机，主机通过通讯软件把原始数据传输给计算机。计算机将数据转换成处理软件要求的数据格式，经相应处理模块进行畸变点剔除、地形校正等预处理后，做视电阻率等值线图。在等值线图上根据视电阻率的变化特征结合钻探、地质调查资料进行地质解释，并绘制出物探成果解释图。

3、工程应用

在西气东输二线管道浙江萧山段庙尖山隧道穿越地质勘察中，运用了浅层地震波法和高密度电法进行了工程物探勘察，下面逐一进行介绍。

3.1工程概况

该隧道属低山丘陵地貌，地势起伏较大，绝对高差约120m，无大型冲沟分布。隧道水平长度约446m。根据地质调查及钻探揭露，隧址区上覆地层主要为第四系全新统残坡积层，下伏基岩为上侏罗统黄尖组熔结凝灰岩。

为了查清隧址区覆盖层厚度，各种岩性的分层界线、接触特征及地质构造情况，在隧道轴线分别进行了高密度电法和浅层地震波法工程物探勘察。

3.2 浅层地震反射波法解译成果

通过在隧道洞身轴线布置浅层地震波物探测线，得到隧道轴线地震反射时间剖面图（图3.2-1）。

图3.2-1地震反射时间剖面图

根据对浅层地震反射波法物探勘察数据分析，结合工程地质调绘资料可知，地面以下物理层大致可分为四层：第一层纵波波速为480～850m/s，一般厚度层厚约在0～9m，最厚达15.4m。解释为第四系松散土层，岩性为含碎石粉质黏土；第二层纵波波速Vp一般为1280～1780m/s，岩性为强风化熔结凝灰岩；第三层纵波波速Vp一般为2470～3090m/s，岩性为中风化熔结凝灰岩；第四层纵波波速Vp一般为3400～4500m/s，岩性为微风化熔结凝灰岩。同时在K0+187～K0+194、K0+249～K0+260和K0+406～K0+420三处出现地震波形异常，波速低地段，推测为小型断裂构造或破碎带。

3.3 高密度电法解译成果

通过高密度电法物探测线，得到隧道轴线视电阻率等值线断面图（图3.3-1）。

图3.3-1 高密度电法视电阻率等值线断面图

根据测试数据和断面分析，隧址区地面以下物理层大致可分为四层：第一层视电阻率为50～150Ω·m，层厚在0～5m，解释为第四系松散土层和全风化层；第二层视电阻率为150～600Ω·m，解释为强风化熔结凝灰岩；第三层视电阻率为500～2000Ω·m，解释为中风化熔结凝灰岩；第四层视电阻率＞1500Ω·m，解释为微风化熔结凝灰岩。同时在K0+151～K0+158、K0+191～K0+197、K0+251～K0+255和K0+412～K0+416四处出现视电阻率呈斜向低阻异常地段，推测为小断裂构造或破碎带。

3.4 综合分析

根据以上两种物探勘察成果，结合钻探资料进行综合分析。隧址区地层自上至下分别为：第一层为含碎石粉质黏土，分布于山坡表层，一般层厚约在0～9m。第二层为强风化熔结凝灰岩，层厚5～15m。第三层为中风化熔结凝灰岩，第四层微风化熔结凝灰岩，主要分布在深度大于20m以下范围内。

同时对物探异常地段进行了钻探验证得出：K0+150～K0+156处为破碎带(WF1)，倾向南西，影响宽度约为4～6m。K0+188～K0+194处为破碎带(WF2)，倾向南西，影响宽度约为4～6m。K0+252～K0+256处为破碎带(WF3)，倾向南西，影响宽度约为3～5m。K0+410～K0+415处为裂隙密集带(WF4)，倾向南西，影响宽度约为3～5m。详见综合地质解译剖面（图3.4-1）。

图3.4-1综合地质解译剖面

3.5 物探效果分析

1）隧址区地表多处出现土体垮塌、滚石等不均匀表面，影响了物探的勘察效果，直接导致物探解译的地层分层与钻探结果的存在一定偏差。

2）场区基岩风化程度随深度逐渐减弱，两种物探测试方法在风化界面反应均不够明显，仅能给出大致的深度区间；对异常地段也仅仅给出大致的分布区间。

3）隧址区地形起伏大，使目标的异常信息变的模糊不清，影响物理勘探效果。

3.6 对物探施测效果的一些看法

1）地震波法对断层或破碎带部分仅得异常反映，不能有效探明其倾向等产状参数，部分断层破碎带地震波法无异常反映。

2）高密度电法勘察对岩土层分层误差大，无主要反映的电阻率阻值变化情况，对地层而言主要反映其含水量的变化，从而折射出岩层裂隙破碎程度的变化。由于高密度电法是以长排列形式进行探测的，地形变化对其探测效果有较大影响，布设电缆时应尽可能拉直，在陡崖、陡软位置也应拉直。一个排列电线应尽可能布设在同一坡面上，避免出现一个排列中段位于山顶或山谷地形变化点上，从而避免假异常出现。

3）两种物探方法所解决的对象侧重点不同，地震波法主要解决岩土和风化层分层、岩体波速等问题，从而对围岩大致等级进行判别；高密度电法主要解释深层围岩部位裂隙发育程度、富水情况等问题。两都相互配合，可以对整个隧道围岩等级进行有效划分。

4、结论

1）油气管道隧道穿越多以山岭隧道为主，钻探施工难度大，物探作为重要的辅助手段可以指导钻探的布置，减少钻探和山地工作量，填补难以进行钻探工作地段的地质空白。

2）由于物探成果解译的多解性，在工程物探实际应用时，应深入了解场地的具体地质条件，并根据各种方法的应用前提和勘察目的，选用合理的方法，同时尽可能采用多种物探方法进行联合勘探解释。各种物探资料的综合分析、相互印证，才能有利于提高解释精度和可靠性。

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