高密度電阻率法在探測(cè)油氣管道泄漏中的應(yīng)用

遲天峰，馮靖喬，邵喜斌

（吉林省地震局，吉林 長(zhǎng)春 130022）

0 引言

高密度電阻率法在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、工程地質(zhì)調(diào)查、煤礦水害防治和地裂縫探查等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，在實(shí)際探測(cè)工作中主要利用電阻率反演剖面出現(xiàn)的異常結(jié)合經(jīng)驗(yàn)來(lái)解釋實(shí)際問(wèn)題。2009年4月，位于長(zhǎng)春市興隆山鎮(zhèn)的西南安龍村村民王喜亮家的水井抽出不明液體，經(jīng)分辨為93號(hào)汽油，油品很高，加到摩托車?yán)锟梢孕惺?，且易燃易爆，至一名兒童燒傷，這已嚴(yán)重影響到村民的正常生活。長(zhǎng)春市環(huán)保局立即趕赴現(xiàn)場(chǎng)了解情況，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與分析，初步斷定為與王喜亮家一路之隔的匯泉加油站泄露燃油所致。

為進(jìn)一步確定成品油泄露的具體位置和泄露程度，吉林省工程地震研究中心受長(zhǎng)春市環(huán)保局委托，特對(duì)異?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地球物理勘探工作，采用成本低、效率高、探測(cè)精度高的電測(cè)剖面法確定低阻異常體及其范圍，以此推斷成品油泄密位置和泄露范圍，進(jìn)一步用鉆探方法佐證結(jié)果的真實(shí)性，采取措施使居民生活盡快恢復(fù)正常。

1 電測(cè)剖面法原理

工程地震中電法勘探方法很多，分為高密度電阻率法、自然電場(chǎng)法和充電法、激發(fā)激化法、電磁感應(yīng)法，其中高密度電阻率法以地殼中巖、礦石的導(dǎo)電性差異為物質(zhì)基礎(chǔ)［1］，通過(guò)觀測(cè)和研究人工電場(chǎng)的地下分布規(guī)律和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)解決各類地質(zhì)問(wèn)題的一組勘探方法，高密度電阻率法又分為電測(cè)剖面法、電測(cè)深法等［2］，而電測(cè)剖面法主要運(yùn)用了陣列勘探的方法，增加了觀測(cè)點(diǎn)密度，提高了工作效率，減少了工作成本。在野外測(cè)量中一次布設(shè)多根電極，測(cè)量過(guò)程中無(wú)須更換電極，通過(guò)程控多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)化程序，可實(shí)現(xiàn)不同電極距、不同電極排列方式的高效自動(dòng)數(shù)據(jù)采集。

2 數(shù)據(jù)采集

2.1 儀器設(shè)備性能簡(jiǎn)介

本次電法工作使用的儀器為重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所研制生產(chǎn)WDJD—3型多功能數(shù)字直流激電儀。該儀器數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了野外采集數(shù)據(jù)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，實(shí)現(xiàn)了儀器供電、測(cè)量一體化，并且觀測(cè)精度較高，采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，避免了人工記錄可能造成的錯(cuò)誤，且大大提高數(shù)據(jù)采集速度及工作效率。

2.2 觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

根據(jù)探測(cè)目標(biāo)的深度設(shè)定儀器勘探參數(shù)，本次勘探目標(biāo)為粉質(zhì)粘土層和部分風(fēng)化泥巖層（≤15米）。據(jù)此勘探參數(shù)設(shè)置如下：1、2、3線電極數(shù)為60，電極距為3m，剖面數(shù)為10，也就是確保探測(cè)深度至少為15米；4線電極數(shù)為60，電極距為2m，剖面數(shù)為16，也可以確保探測(cè)深度超過(guò)15米。另外，為保證有效信號(hào)的強(qiáng)度，供電電流應(yīng)大于100mA，測(cè)量電壓不得小于3mV。

3 電測(cè)剖面法勘探數(shù)據(jù)處理分析

3.1 數(shù)據(jù)處理流程

匯泉加油站成品油儲(chǔ)油罐距長(zhǎng)吉北線的距離約為40～60米，埋于地下5米深的粉質(zhì)粘土層中，與加油器用鐵管相連。雖然粉質(zhì)粘土滲透性較差，液態(tài)物質(zhì)不易于流通；但不排除粘土層中存在由于局部構(gòu)造引起的松散通道。如果儲(chǔ)油罐泄露，露出的成品油會(huì)從松散通道溢散。為此，在加油站與王喜亮家水井之間布設(shè)四條測(cè)線，以便確定土層中存在局部溢散通道。

結(jié)合工程場(chǎng)地地形地貌和實(shí)際情況，在加油站和水井之間沿長(zhǎng)吉北線布設(shè)兩條測(cè)線，在匯泉加油站北側(cè)布置兩條測(cè)線（如圖1所示），勘探工作于2009年6月22日完成。測(cè)線總數(shù)4條，測(cè)線總長(zhǎng)度為660m，共完成高密度物理測(cè)點(diǎn)1857個(gè)。具體工作范圍和工作量如表1所示。

表1 興隆山鎮(zhèn)安龍村物探工作

圖1 安龍村高密度測(cè)線示意圖Fig.1 Sketch map of high density line for Anlong village

對(duì)四條測(cè)線的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行二維反演計(jì)算，對(duì)一些淺部干擾異常進(jìn)行壓制，突出低阻異常，處理結(jié)果如圖2（Ⅰ號(hào)測(cè)線）、圖3（Ⅱ號(hào)測(cè)線）、圖4（III號(hào)測(cè)線）、圖5（Ⅳ號(hào)測(cè)線） 所示。

從I號(hào)測(cè)線視電阻率剖面圖可以看出，兩個(gè)低阻異常區(qū)主要存在于粉質(zhì)粘土層中，橫向范圍分別為樁6-22、樁27-29，深度范圍為8～10米。從II號(hào)測(cè)線視電阻率剖面圖上可以看出，低阻異常區(qū)主要存在于粉質(zhì)粘土層中，粗砂層中的異常區(qū)位于測(cè)線中部，范圍較小，深度約為5.5米；而泥巖層中低阻異常區(qū)域范圍較大，主要出現(xiàn)在測(cè)線端，深度為13米左右。粉質(zhì)粘土層中的異常現(xiàn)象可能是由于上部液態(tài)物質(zhì)溢散引起的，而泥巖中的低阻異?，F(xiàn)象則是局部含水構(gòu)造引起。此低阻異?，F(xiàn)象疑似局部溢散通道，具體還要進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。III號(hào)測(cè)線、Ⅳ號(hào)測(cè)線從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和正演圖形上看土層界面連續(xù)性較好，沒(méi)有低阻異常顯示。

圖2 安龍村Ⅰ號(hào)測(cè)線高密度電法視電阻率剖面圖Fig.2 Apparent resistivity profile of high density electric method for Anlong village survey Line I

圖3 安龍村Ⅱ號(hào)測(cè)線高密度電法視電阻率剖面圖Fig.3 Apparent resistivity profile of high density electric method for Anlong village survey Line II

圖4 安龍村III號(hào)測(cè)線高密度電法視電阻率剖面圖Fig.4 Apparent resistivity profile of high density electric method for Anlong village survey LineⅢ

圖5 安龍村IV號(hào)測(cè)線高密度電法視電阻率剖面圖Fig.5 Apparent resistivity profile of high density electric method for Anlong village survey LineⅣ

3.2 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果驗(yàn)證

3.2.1 工程場(chǎng)地地形地貌和地層特征

工作場(chǎng)地處于長(zhǎng)春東北部的興隆山鎮(zhèn)附近，地貌上屬于低山丘陵，場(chǎng)地內(nèi)西北部（長(zhǎng)吉北線以北）地勢(shì)較高、東南部（長(zhǎng)吉北線以南）地勢(shì)較低，相對(duì)高差1～3米。詳細(xì)了解工程場(chǎng)地的地層牲征，對(duì)于電法勘探的測(cè)線布設(shè)和資料解釋具有重要作用，為準(zhǔn)確驗(yàn)證電法勘探正確性與準(zhǔn)確性，解決電法的單一性，請(qǐng)吉林省地質(zhì)工程勘察院在電法勘探異常點(diǎn)處布置了兩個(gè)勘測(cè)鉆孔（圖6），進(jìn)行了巖土工程勘察，了解到兩個(gè)勘測(cè)鉆孔工程場(chǎng)地的地層特征（順序由上至下）分別為：

圖6 工程鉆孔柱狀圖Fig.6 Drill hole columnar section

（1）1.20米處為雜色雜填土，以建筑垃圾為主；

（2）10.0米處為黃褐色粉質(zhì)粘土，濕、密實(shí)，可塑，以粘粉粒為主，粘粒居多，能搓成小于1mm土條，偶見(jiàn)鐵錳結(jié)核；

（3）12.5米為粉質(zhì)粘土黃褐色有異味，該層在13米處出現(xiàn)汽油味，提取該層位土樣測(cè)試，確定測(cè)試土樣中油脂；

（4）13米以上為棕紅色-灰色泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，為全風(fēng)化；

（5）再往下便是灰色、細(xì)粒結(jié)構(gòu)粉砂巖，層狀構(gòu)造、鈣制膠結(jié)，為強(qiáng)風(fēng)化。

3.2.2 鉆探結(jié)果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證高密度電法物探結(jié)果，在電法勘探異常點(diǎn)處布置了兩個(gè)勘察鉆孔。經(jīng)勘察鉆孔確定本次勘測(cè)區(qū)域土層以粉質(zhì)粘土層為主，在鉆孔地下13米處粉質(zhì)粘土有強(qiáng)烈汽油味并有油脂溢出，與高密度電法結(jié)果吻合。并在鉆孔13米處提取了粉質(zhì)粘土土樣，確定測(cè)試土樣中油脂的成分為成品油，進(jìn)一步驗(yàn)證了我們的結(jié)果。

4 結(jié)論及討論

通過(guò)高密度電阻率法我們得到了以下結(jié)果：

（1）村民水井出成品油屬非正?，F(xiàn)象，影響村民生產(chǎn)生活安全。根據(jù)地球物理高密度電法勘探解譯結(jié)果，可以看出在I、II測(cè)線礫質(zhì)粗砂層中存在一低阻溢散通道，通道方向?yàn)榻媳毕?，溢散通道自北向南深度逐漸增加，由5米漸變?yōu)?3米（圖7），III號(hào)測(cè)線、Ⅳ號(hào)測(cè)線未發(fā)現(xiàn)低阻溢散通道。

（2）溢散通道是粉質(zhì)粘土層中的局部薄弱部分，由于其滲透性比圍巖中其它部分好，液態(tài)物質(zhì)易于充填其中，從而變?yōu)榈妥璁惓ｓw。

圖7 電法勘探解譯成果圖Fig.7 Graph of electrical prospecting interpretation result

（3）如果加油站的儲(chǔ)油罐或管線滲露成品油，滲出的成品油可能是通過(guò)這一溢散通道流至水井附近。

根據(jù)實(shí)際效果看，本文采用的高密度電阻率法具有采集資料豐富、解譯結(jié)果信度高、方法簡(jiǎn)單實(shí)用、成本低、效率高等特點(diǎn)。不僅在工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)中利用，進(jìn)一步可以將該方法推廣到城市地下空區(qū)勘察中，解決涉及百姓安全及實(shí)際生活問(wèn)題。在實(shí)際探測(cè)工作中，要充分考慮場(chǎng)地環(huán)境和地質(zhì)構(gòu)造條件影響，利用多種方法手段相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充，獲得準(zhǔn)確、可靠的結(jié)果。

［1］傅良魁.電法勘探教程［M］.北京：地質(zhì)出版社，1983：7-13.

［2］國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司.地震電磁觀測(cè)技術(shù)教材［M］.地震出版社，1995：286-290.