地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在管道河流地層劃分中的應(yīng)用

劉加文++蘇健++郭玉華

摘 要：該文從河流穿越巖土工程勘察中遇到的問(wèn)題入手，引入地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，并通過(guò)工程實(shí)例介紹了雷達(dá)技術(shù)在河流穿越中的應(yīng)用，通過(guò)雷達(dá)成果剖面與工程地質(zhì)鉆探剖面的對(duì)比分析，體現(xiàn)了雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，有效的填補(bǔ)了鉆孔間的盲區(qū)，彌補(bǔ)了常規(guī)巖土勘察技術(shù)中的不足，為輸油氣管道河流穿越勘察增加了一種新方法。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)技術(shù) 剖面 勘察測(cè)量

中圖分類號(hào)：P631.325 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）12（c）-0011-01

河流由于受到流水的刨蝕、切割、沖刷，河流基巖面的起伏形態(tài)較大，卵石層、淤泥層厚度分布不均，河流穿越斷面上的隱伏斷裂等，這些都對(duì)輸油氣管道安全施工及運(yùn)營(yíng)存在很大隱患，查明這些是巖土工程勘察中的關(guān)鍵問(wèn)題。

但是，水面鉆探勘察難度大，工程物探技術(shù)中的高密度電法、淺層地震技術(shù)也存在跨水域鋪設(shè)電極、檢波器的難題，同時(shí)穿越斷面處的水域深度也是測(cè)量上的技術(shù)難題。為有效的解決勘察測(cè)量在河流穿越中存在的以上問(wèn)題，我們引入探地雷達(dá)技術(shù)。

探地雷達(dá)方法是采用電磁波對(duì)地下物體和介質(zhì)的界面進(jìn)行探測(cè)的地球物理方法。該方法以有效、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方式探測(cè)不同地層間的反射界面。雷達(dá)在地質(zhì)方面的應(yīng)用，無(wú)疑為地質(zhì)勘探提供了一種嶄新的功能強(qiáng)大的物探手段。該方法應(yīng)用于大型河流穿越中，對(duì)準(zhǔn)確有效的判定穿越斷面處各層反射速度的深入研究以及反射界面的分辨率，是該新型技術(shù)應(yīng)用推廣的關(guān)鍵。

1 地質(zhì)雷達(dá)基本原理

地質(zhì)雷達(dá)是研究超高頻窄脈沖電磁波在地下介質(zhì)中傳播規(guī)律的一門學(xué)科，它能使用戶快速獲得相關(guān)探測(cè)區(qū)域的詳細(xì)信息。雷達(dá)主要由主機(jī)、天線和界面單元組成，其中天線又包括發(fā)射端和接收端兩部分。雷達(dá)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)時(shí)，天線的發(fā)射端向地下發(fā)送以球面波形式傳播的電磁波，同時(shí)，天線的接收端接收具有不同電介質(zhì)特性的介質(zhì)的反射回波，經(jīng)光纖傳輸?shù)浇K端連接的計(jì)算機(jī)上，實(shí)時(shí)顯示雷達(dá)圖像。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)和幾何形態(tài)的不同而變化，當(dāng)目標(biāo)體為面反射體時(shí)，雷達(dá)圖像上顯示的是與反射界面相一致的一條曲線，當(dāng)目標(biāo)體為點(diǎn)反射體時(shí)，其雷達(dá)圖像上顯示的是一個(gè)拋物線，或稱之為雙曲線的一支。例如，管線剛好在天線的正下方并且走向與天線掃描方向一致時(shí)，可將其看作面反射體；管線的走向與天線掃描方向垂直時(shí)，可將其視為點(diǎn)反射體。目標(biāo)體的深度可由公式求得（V為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，C為電磁波在空氣中的傳播速度，△t為電磁波在地下介質(zhì)中的雙程旅行時(shí)間，εr為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)值）。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 應(yīng)用場(chǎng)地概況

某輸油氣管道需穿越陜北黃土地區(qū)一河流，該穿越段河流寬約200.0m，水域斷面寬度約50.0m，勘察期間穿越斷面處有流水，水域深度0.5～1.0m，流速0.2m/s。經(jīng)初步勘察穿越斷面處地層以淤泥、卵礫石為主，其下部為砂巖，此次雷達(dá)勘察主要目的是查明穿越處，地層起伏形態(tài)，有無(wú)軟弱夾層、透鏡體、暗穴等不良地質(zhì)體。

2.2 雷達(dá)野外數(shù)據(jù)采集

（1）測(cè)線布置。為查明場(chǎng)地基巖面埋深及起伏形態(tài)，結(jié)合初勘時(shí)鉆孔位置，在河流斷面布置2條雷達(dá)測(cè)線，徑直從穿越斷面處穿過(guò)。

（2）觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。該次勘察采用瑞典MALA公司生產(chǎn)的ProExⅢ探地雷達(dá)，天線為100Hz屏蔽式天線。根據(jù)查找目標(biāo)層的具體情況，在正式施工之前分別應(yīng)用100Hz屏蔽式天線、250Hz屏蔽式天線對(duì)A01剖面進(jìn)行參數(shù)對(duì)比。由于查找目標(biāo)層較淺，對(duì)比分析該場(chǎng)地采用100Hz屏蔽式天線地層分辨率更高。

2.3 室內(nèi)資料處理

該場(chǎng)地雷達(dá)資料處理軟件為處理軟件為REFLEX 2D二維數(shù)據(jù)分析軟件，處理過(guò)程經(jīng)過(guò)野外數(shù)據(jù)解編、地形高差靜校正、一維濾波帶通濾波、二維抽取平均道濾波、層位追蹤、深度反演得出雷達(dá)剖面成果圖。

3 雷達(dá)剖面綜合解釋

從處理的雷達(dá)剖面上可見(jiàn)兩個(gè)明顯的反射界面，結(jié)合鉆探資料，推判反射界面為黃土層與卵礫石層、卵礫石與砂巖面之間的反射界面。經(jīng)標(biāo)定，電磁波在黃土中的傳播速度按65m/μs考慮，卵礫石層電磁波速度按98m/μs考慮，砂巖電磁波速度按126m/μs考慮，繪制出雷達(dá)深度剖面。由雷達(dá)深度剖面得出，該穿越斷面處無(wú)斷裂構(gòu)造、透鏡體以及軟弱夾層等不良地質(zhì)體；結(jié)合圖1可以看出，雷達(dá)剖面上顯示的鉆孔間地層與工程地質(zhì)勘探鉆孔間推測(cè)地層變化較大，穿越位置zk1與zk2之間黃土層厚度較厚。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工程實(shí)例可以看出，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用到輸油氣管道河流穿越中是可行的，該方法有效的填補(bǔ)了常規(guī)巖土勘察方法鉆探鉆孔間的盲區(qū)，作為常規(guī)勘察方法的一種有益補(bǔ)充對(duì)探明輸油氣管道穿越處的沖刷深度、軟弱夾層、透鏡體等不良地質(zhì)體是一種行之有效的方法。但是在水域穿越時(shí)用雷達(dá)有被水浸濕的危險(xiǎn)，希望在以后的應(yīng)用過(guò)程中加以改進(jìn)，使該方法有效的推廣到油氣田地面工程建設(shè)中。

參考文獻(xiàn)

[1] 王正成，譚巨剛，孔祥春，等.地質(zhì)雷達(dá)在隧道超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2005（2）：9-11.endprint