地震映像法在探測超深超大管道中的應用

肖 順，張永命，劉天華

(廣州市天馳測繪技術有限公司，廣東廣州510660)

一、引 言

隨著城市建設快速發(fā)展，越來越多的地下管線密布穿行在大街小巷，管道埋設方法也不斷推陳出新。近年來，穿越施工方法因其適應性強、效率高，免去開挖路面的麻煩，能夠穿越交通繁雜的十字路口及不宜開挖的河流、居民區(qū)，越來越多地被管道鋪設單位所采用。利用穿越施工方法鋪設的地下管線，一般埋設較深，其縱剖面一般呈“V”字型分布，即中間深兩邊淺，中間區(qū)深度可達10 m以上。如此深的地下管道，如何能夠準確定位、定深，是擺在管線勘測單位面前的一道新課題。

常規(guī)的管線探測手段有低頻電磁法(運用管線探測儀探測可帶電的金屬管道和電纜)、高頻電磁法(運用地質雷達探測非金屬管道)等，一般有效探測埋深在0～5 m之間。超過5 m的地下管線，可稱為超深地下管線，用管線探測儀進行常規(guī)探測，收效甚微;用地質雷達探測也只能解決極少一部分問題。利用剖面觀測法在探測有可充電條件的且能有效避開淺部干擾的超深金屬管道中非常有效，但是遇到無有效接觸點的超深金屬管及超深非金屬管該如何有效探測是筆者工作中的難點。通過對磁法、電法及地震映像法進行對比探測，發(fā)現地震映像法在探測無有效接觸點超深金屬管及超深非金屬管上為最快捷有效的手段。

二、地震映像法工作原理

地震映像法，又稱地震共偏移距法，是以地層的物性差異為基礎，用相同的小偏移距逐步移動測點接收地震信號，是基于反射波法中的最佳偏移距技術發(fā)展起來的一種淺地層勘探方法。地震映像法中每個記錄道都采用相同的偏移距，且在該偏移距接收的反射波應具有良好的信噪比和分辨率。地震映像法工作模式如圖1所示。

圖1 地震映像法工作模式及簡化波形圖

地震映像圖常以脈沖反射波的形式記錄。圖1中圖像左側縱坐標為彈性波的雙程走時t(ms)，右側為根據地下介質中的彈性波速V計算出的深度Z，波形的正負峰分別以黑白色表示，或者以灰階或彩色表示，這樣同相軸或等灰線、等色線即可形象地表征出地下反射面或異常體地震映像法的數字模型如圖2所示。

雙程時間t的計算公式為

地震映像法工作原理同地質雷達一致，地質雷達利用高頻電磁波，衰減快，但分辨率高;地震映像法利用彈性波，穿透力強，但分辨率低。兩種方法各有所長，可互為補充。

圖2 地震映像法數學模型及計算公式

三、應用實例

1.地震映像法探測直徑3.2 m、埋深9 m的鋼管

目標管道位于廣東某大型火電廠內，從珠江中間引水至廠區(qū)做冷卻用途，由兩條直徑3.2 m的鋼管頂管鋪設，管中間距約13 m，管頂至地面埋深約9 m。因目標管道從頭至尾均沒有連接點，不具備剖面觀測法充電激發(fā)條件，又因目標管道位于江水水面下方3～5 m，用地質雷達掃描電磁波基本被江水吸收而無法形成鋼管反射波。采用地震映像法恰好克服了上述困難，并取得了很理想的反射波形，經鉆探抽樣驗證，地震映像法確定的平面位置準確可靠，用驗證點的鉆探結果反推波速，再算出其他探測點的埋深。

本項目使用中國科學院武漢巖土力學研究所生產的淺層地震儀(FDE48N)。地震映像法使用人工震源產生脈沖信號，利用彈性波在地層中的傳播和反射特性來探測目標體，收發(fā)距為4 m，道間距為0.5 m，實測波形如圖3所示。

圖3 地震剖面實測圖(管1:9道;管2:35道)

2.地震映像法探測直徑1.4 m、埋深7 m的玻璃鋼夾砂管

目標管道為直徑1.4 m的污水壓力輸送管，材質為玻璃鋼夾砂(非金屬管)，位于廣州市大坦沙島上，管頂埋深7～8 m。探測時先用地質雷達進行掃描無異常信號，分析原因主要為地下水位太高導致電磁波被大量吸收，再者玻璃鋼夾砂管介電常數與周圍介質差別不大，故難于被地質雷達識別。筆者再次采用地震映像法探測該段管道，經釬探驗證，地震映像法定位準確率達70%以上。地震映像法探測玻璃鋼夾砂管的典型剖面如圖4所示，收發(fā)距為2 m，道間距為0.5 m，管中為12道。

四、結束語

1)地震映像法是探測超深地下管線的一種很重要的補充手段，采用地震映像法探測的目標管道

需要滿足以下兩個基本條件:

圖4 玻璃鋼夾砂管地震映像實測剖面圖

a.管頂埋深＞3 m，埋深太淺，其反射波容易被直達波和面波所覆蓋，導致無法分辨反射波形態(tài);

b.管徑＞1m，原則上管徑越大，越容易從地震波中識別出來。因為地震波波長相對較長，太小的目標體無法形成完整的曲線異常，容易被遺漏。

2)地震映像法探測地下管線具有以下兩方面的優(yōu)勢:

a.相比高頻電磁法(地質雷達)，地震波的反射性能受介質的電性影響較小，穿透能力與土壤的含水量大小也關系不大，故該方法在地面、水面均可適用。

b.相比低頻電磁法(管線探測儀)，地震映像法可以探測深埋在地下的非金屬管道，地震映像法可以忽略淺部管線干擾。低頻電磁法對非金屬管道無能為力，且易受地表其他管線干擾，地震映像法正好彌補了這一缺陷。

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