高密度電法在長輸油氣管道探測中的應用

任立建

上海京海工程技術有限公司 上海 200131

近年來，管道運輸蓬勃發展，并用于輸送石油、天然氣以及其他液態化工產品。然而國內外由于工程施工導致的長輸油氣管線事故頻發，給人民的生命財產安全帶來極大的損害，引發了全國人民的關注，保護長輸石油天然氣管線的安全，盡量避免此類事件的發生迫在眉睫。其中最重要的就是對這類長輸石油天然氣管線進行精準的測量，為長輸石油天然氣管線的安全奠定數據基礎。本文結合眾多成功案例，對比分析高密度電法在長輸油氣管道探測中的應用。

1 高密度法工作原理

物理上用“電阻“來表征物質的導電性，同時，電阻率是物質重要的電學參數，它表示不同物質的導電特性。如下圖所示，用儀器測量地下各底層及異常體的電阻率差異，來推斷、尋找電阻率異常高或異常低的部位。

由于物質內部的組成成分和結構、構造特點；物質內部結構中所含水分的多少等因素都會影響物質的電阻率顯示。 因此根據地下電阻率的變化，可以推斷出地下的異常體情況。大地電阻率由下面方法測定：沿測線上的測點，分別打入金屬電極，并用導線連接供電回路和測量回路，供電電極用A、B表示，測量電極用M、N表示，則測量巖土體的電阻率表達式為：ρa= KΔUMN/I。式中：ΔUMN------測量電極MN間的電位差(mV)；I-------供電回路的電流強度(mA)；K------裝置系數(m)。用上式求出的電阻率(ρa)叫視電阻率，它是在一定的探查體積內巖土的綜合電阻率(即表示非均勻體綜合影響的電阻率)。野外測量時只需將全部電極（幾十根或上百根）置于測點上，然后利用電極轉換儀、電測儀便可實現數據的快速、自動采集，測量結果可實時處理并顯示地電斷面剖面圖。

圖1 -1 高密度電法探測示意圖

2 工程應用實例

上海LNG管道從小洋山跨海至海基五路世紀塘路附近出水上岸進入浦東新區，全長約15km，均為地下鋪設，材質為鋼，管徑為DN900mm，本次物探工程選取蘆潮港大蘆公路/港輝路及萬水路/天高路附近共兩處LNG管道進行高密度電法探測。

2.1 技術措施

(1)電極布設是一次完成，可以減少因電極布置而引起的故障和干擾，而且為野外數據的自動測量奠定了基礎。

(2)采用多種電極排列方式的掃描測量，可以獲得較豐富的關于地層斷面結構特征的地質信息。

(3)本工程使用高密度電法探測均選擇LNGφ900mm鋼管并選擇接地電阻良好，無明顯地電干擾的區域進行，儀器采用重慶地質儀器廠DUK-2A高密度電法測量系統、成圖軟件采用嬌佳Geogiga RImager軟件。電極距0.5m，隔離系數1～10，供電電壓DC90V，供電脈寬0.5S，供電周期2S，測量層數1～10，測量裝置溫納剖面。單剖面數據總點數135個。每個測點進行了四次重復探測。

2.2 高密度電法成果介紹

測線一：蘆潮港LNG管道大蘆公路/港輝路附近接線樁處（樁號CRX220，靠近測點CRX183），開挖驗證管中埋深1.35m。高密度電法實測電阻率曲線如下圖所示：

圖2 -1 CRX183電阻率（中值濾波）剖面圖二

圖2 -2 CRX183電阻率（中值濾波）剖面圖四

從圖上看，由于地下土層含水量較高，電阻率偏低，所以測得的下部成果電阻率均較為接近，但在測線5.5m附近埋深約1～2m范圍內有明顯的較低阻異常，左右兩側在淺層有相對高阻的異常存在。結合現場實際情況，本測線位于長久未耕種的田地里面，在近期酷暑暴曬的天氣下，淺層土層含水量低于較深層土層，理論上造成的結果應為淺部電阻率較大，深部電阻率較小，因此測線左右兩側的較高阻異常與理論相符。但在測線5.5m附近，出現了電阻率明顯偏小的情況，異常中心位置約在深度1.5m處，因此判斷低阻異常為LNGφ900鋼管引起。且電法探測深度與開挖深度基本一致。

測線二：蘆潮港LNG管道萬水路/天高路西側CRX159。開挖驗證管中埋深1.80m，高密度電法實測電阻率曲線如下圖所示：從圖上看，由于地下圖層電阻率偏低，所以測得的下部成果電阻率均較為接近，但在測線8.5m附近埋深約2m左右內有明顯的較低阻異常，左右兩側在淺層有相對高阻的異常存在。

圖2 -3 CRX159電阻率（中值濾波）剖面圖二

圖2 -4 CRX159電阻率（中值濾波）剖面圖三

結合現場實際情況，本測線位于較濕潤的水田附近，表面泥土濕潤，淺層土層含水量較高，理論上測量的數值應與深部電阻率差別不大，因此測線左右兩側的較高阻異常與理論相符。但在測線8.5m附近，出現了電阻率明顯偏小的情況，異常中心位置約在深度2.0m處，因此判斷低阻異常為LNGφ900鋼管引起。且電法探測深度與DM探測深度基本一致。

3 結論與不足

受作業場地條件及管道屬性限制，本次浦東新區石油天然氣管道專項高密度電法驗證工作，共驗證點2個，每點多條測線共同驗證，結合測區環境及現場條件，通過對剖面電阻率分析，判斷目標管線位置，本次探測管道埋深及平面誤差均滿足規范要求，進一步驗證了管線探測的正確性。