综合物探方法在换流变电站接地极址的应用

范长丽

摘要：本文主要介绍了用瞬变电磁测深（TEM）和大地电磁测深（MT）两种方法解决某换流变电站接地极址地下电性分布的情况。对实测TEM资料进行了一维TEM反演，得到地下2km深度的电性参数和电阻率断面图；对实测MT数据进行预处理后，通过一维反演、二维反演分别得到地下30km深度内的电性参数和电阻率断面图；反演结果表明，TEM与MT结果具有较好的一致性。电性参数和断面图为接地极址的设计和建设提供了可靠电性参数。

关键词：大地电磁测深法，瞬变电磁测深法，接地极

中图分类号：TM8文献标识码：A

1、引言：

在直流输电工程中，换流站接地极址的选择是直接关系到整个输电工程安全、经济、有效运行的关键因素。对极址地下深部电阻率测量和电性分布调查时接地极址选择工作中极为重要的环节[1]。用瞬变电磁测深法（TEM）和大地电磁测深法（MT）两种方法在输电工程接地极址上进行深部电阻率测量， 经过资料处理可以得到极址下方由浅层到深层的电阻率断面图，根据该断面图可以为接地极址的设计和建设提供可靠而又必要的电性参数。之所以选择TEM和MT两种物探方法是因为：MT方法实际的探测深度可达数百公里，能满足接地极址的深度要求，且能够给出每个深度范围内的电阻率值；而TEM方法不仅可以有效地消除MT静态偏移对测量结果的影响，还能弥补MT方法不能准确测量的一定深度的电阻率。

2、方法介绍

接地极简介：直流输电系统中， 需要一正一负两根输电导线与电源、负荷构成回路。必要时也可利用大地充当一根输电线路， 称为“大地回路”。典型双极直流输电线路运行时， 两极大地回路地中电流相反， 地中几乎没有电流， 此时大地起备用导线的作用。因此利用大地作为廉价和低损耗回流回路是经济有效的。现在直流输电工程， 利用大地构成直流电流回路已得到广泛的应用[2]。

接地极的形式根据地形分陆地、海水两种。这里只讨论陆地接地极。陆地环形接地极较直线、星线等电极而言，单位长度流入大地的电流最为均匀，电极电阻小，电极材料可以得以充分利用。其缺点是需要一大片土质均匀的空地。

瞬变电磁法的工作原理，是在地表敷设不接地线框或接地电极，输入阶跃电流，当回线中电流突然断开时，在下半空间就要激励起感应涡流以维持断开电流前已存在的磁场，并且此涡流场随时间以等效涡流环的形式向下传播、向外扩展，利用不接地线圈、接地电极或地面中心探头观测此二次涡流磁场或电场的变化情况，可用以研究浅层至中深层的地电结构，由于是在没有一次场背景的情形下观测纯二次场异常，因而异常更直接、探测效果更明显、原始数据的保真度更高。

大地电磁测深法是以天然交变电磁场为场源的一种地球物理方法。该方法具有野外施工简便，成本低廉，勘探深度大，不受高阻层屏蔽影响，对低阻层有较高的分辨能力等优点。当交变电磁场在地中传播时，由于趋肤深度效应的作用，不同周期的信号具有不同的穿透深度，在地面上观测大地电磁场，它的频率响应将反映地下岩层电性的分布情况。大地电磁测深法的探测深度与频率、上覆地层的电阻率密切相关，其关系并不是一种简单的线性关系。然而，通过研究和实际地质模型的实验计算，可将地层的电阻率近视为与深度呈线性关系或指数关系。这样就在趋肤深度的关系式中可以将地层的电阻率消除，建立频率和探测深度的直接关系式，即通过频率的改变可以直接反映不同深度的地质情况。

3、异常判断

ds11点TEM一维反演误差97.176%，ds23点TEM一维反演误差140.874%。上面仅给出了每条测线的一个点的电阻率分布图，因为其他点的电阻率分布图与此相似，这里就不一一列出了。从点ds11和ds23的电阻率分层图可以看出，用瞬变电磁程序反演的结果和用MT软件进行反演的结果非常接近，下面对两点的电阻率分布情况给出总结：

表1.1： TEM测线1 ds11点程序一维反演结果

深度（m）

60-80

80-220

220-280

280-320

320-1000

1000-1800

1800-2000

2000-3000

电阻率（）

300

7000

4

3000

110

320

1600

2200

表1.2：TEM测线1 ds11点MT软件一维反演结果

深度（m）

0-70

70-180

180-240

240-300

300-1000

电阻率（）

300

8000

0.5

3000

110

表1.3： TEM测线2 ds23点程序一维反演结果

深度（m）

110-130

130-190

190-205

205-400

400-450

450-610

610-1000

1000-2000

電阻率（）

13

7000

3000

0.5

4500

2500

4000

9000

表1.4 ：TEM测线2 ds23点MT软件一维反演结果

深度（m）

80-110

110-120

120-210

210-400

400-500

500-600

600-750

750-1100

电阻率（）

13

7000

3000

0.5

4500

2000

3000

4000

4、结论与建议：

利用MT、TEM实测资料，进行了数据预处理及一维反演、二维反演，得到了地面一下30km深度的电阻率及厚度，为换流站接地极址的设计和建设提供了相关参数。

（1） TEM和MT联合解决换流站接地极址的电性参数是最佳选择方案，对于消除MT静态偏移及浅层分层具有重要意义。

（2） 瞬变电磁法的一维反演及转换成MT数据进行的一维、二维反演结果表明，一维反演的结果具有较好的一致性，二维的反演结果差别较大。

（3） 大地电磁数据一维与二维反演结果表明，两者之间有一定的差别，说明地下介质的二维及三维特点。

参考文献

[1] 种芝艺. 直流输电系统陆地接地极原理及其施工.湖北电力.2003，27（add）：57～59.

[2] 曾连生.高压直流输电陆地接地极设计-接地极形状、尺寸和埋深的确定.中南电力设计院.EPC.15（2）：12～17.

[3] 王军，杨双安，邢向荣.用大地电磁频谱测量法探测煤矿区陷落柱.西安工程大学学报.2008，22（3）：385～389.