綜合物探方法在換流變電站接地極址的應用

范長麗

摘要：本文主要介紹了用瞬變電磁測深（TEM）和大地電磁測深（MT）兩種方法解決某換流變電站接地極址地下電性分布的情況。對實測TEM資料進行了一維TEM反演，得到地下2km深度的電性參數(shù)和電阻率斷面圖；對實測MT數(shù)據(jù)進行預處理后，通過一維反演、二維反演分別得到地下30km深度內(nèi)的電性參數(shù)和電阻率斷面圖；反演結(jié)果表明，TEM與MT結(jié)果具有較好的一致性。電性參數(shù)和斷面圖為接地極址的設計和建設提供了可靠電性參數(shù)。

關(guān)鍵詞：大地電磁測深法，瞬變電磁測深法，接地極

中圖分類號：TM8文獻標識碼：A

1、引言：

在直流輸電工程中，換流站接地極址的選擇是直接關(guān)系到整個輸電工程安全、經(jīng)濟、有效運行的關(guān)鍵因素。對極址地下深部電阻率測量和電性分布調(diào)查時接地極址選擇工作中極為重要的環(huán)節(jié)[1]。用瞬變電磁測深法（TEM）和大地電磁測深法（MT）兩種方法在輸電工程接地極址上進行深部電阻率測量， 經(jīng)過資料處理可以得到極址下方由淺層到深層的電阻率斷面圖，根據(jù)該斷面圖可以為接地極址的設計和建設提供可靠而又必要的電性參數(shù)。之所以選擇TEM和MT兩種物探方法是因為：MT方法實際的探測深度可達數(shù)百公里，能滿足接地極址的深度要求，且能夠給出每個深度范圍內(nèi)的電阻率值；而TEM方法不僅可以有效地消除MT靜態(tài)偏移對測量結(jié)果的影響，還能彌補MT方法不能準確測量的一定深度的電阻率。

2、方法介紹

接地極簡介：直流輸電系統(tǒng)中， 需要一正一負兩根輸電導線與電源、負荷構(gòu)成回路。必要時也可利用大地充當一根輸電線路， 稱為“大地回路”。典型雙極直流輸電線路運行時， 兩極大地回路地中電流相反， 地中幾乎沒有電流， 此時大地起備用導線的作用。因此利用大地作為廉價和低損耗回流回路是經(jīng)濟有效的。現(xiàn)在直流輸電工程， 利用大地構(gòu)成直流電流回路已得到廣泛的應用[2]。

接地極的形式根據(jù)地形分陸地、海水兩種。這里只討論陸地接地極。陸地環(huán)形接地極較直線、星線等電極而言，單位長度流入大地的電流最為均勻，電極電阻小，電極材料可以得以充分利用。其缺點是需要一大片土質(zhì)均勻的空地。

瞬變電磁法的工作原理，是在地表敷設不接地線框或接地電極，輸入階躍電流，當回線中電流突然斷開時，在下半空間就要激勵起感應渦流以維持斷開電流前已存在的磁場，并且此渦流場隨時間以等效渦流環(huán)的形式向下傳播、向外擴展，利用不接地線圈、接地電極或地面中心探頭觀測此二次渦流磁場或電場的變化情況，可用以研究淺層至中深層的地電結(jié)構(gòu)，由于是在沒有一次場背景的情形下觀測純二次場異常，因而異常更直接、探測效果更明顯、原始數(shù)據(jù)的保真度更高。

大地電磁測深法是以天然交變電磁場為場源的一種地球物理方法。該方法具有野外施工簡便，成本低廉，勘探深度大，不受高阻層屏蔽影響，對低阻層有較高的分辨能力等優(yōu)點。當交變電磁場在地中傳播時，由于趨膚深度效應的作用，不同周期的信號具有不同的穿透深度，在地面上觀測大地電磁場，它的頻率響應將反映地下巖層電性的分布情況。大地電磁測深法的探測深度與頻率、上覆地層的電阻率密切相關(guān)，其關(guān)系并不是一種簡單的線性關(guān)系。然而，通過研究和實際地質(zhì)模型的實驗計算，可將地層的電阻率近視為與深度呈線性關(guān)系或指數(shù)關(guān)系。這樣就在趨膚深度的關(guān)系式中可以將地層的電阻率消除，建立頻率和探測深度的直接關(guān)系式，即通過頻率的改變可以直接反映不同深度的地質(zhì)情況。

3、異常判斷

ds11點TEM一維反演誤差97.176%，ds23點TEM一維反演誤差140.874%。上面僅給出了每條測線的一個點的電阻率分布圖，因為其他點的電阻率分布圖與此相似，這里就不一一列出了。從點ds11和ds23的電阻率分層圖可以看出，用瞬變電磁程序反演的結(jié)果和用MT軟件進行反演的結(jié)果非常接近，下面對兩點的電阻率分布情況給出總結(jié)：

表1.1： TEM測線1 ds11點程序一維反演結(jié)果

深度（m）

60-80

80-220

220-280

280-320

320-1000

1000-1800

1800-2000

2000-3000

電阻率（）

300

7000

4

3000

110

320

1600

2200

表1.2：TEM測線1 ds11點MT軟件一維反演結(jié)果

深度（m）

0-70

70-180

180-240

240-300

300-1000

電阻率（）

300

8000

0.5

3000

110

表1.3： TEM測線2 ds23點程序一維反演結(jié)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測線2 ds23點MT軟件一維反演結(jié)果

深度（m）

80-110

110-120

120-210

210-400

400-500

500-600

600-750

750-1100

電阻率（）

13

7000

3000

0.5

4500

2000

3000

4000

4、結(jié)論與建議：

利用MT、TEM實測資料，進行了數(shù)據(jù)預處理及一維反演、二維反演，得到了地面一下30km深度的電阻率及厚度，為換流站接地極址的設計和建設提供了相關(guān)參數(shù)。

（1） TEM和MT聯(lián)合解決換流站接地極址的電性參數(shù)是最佳選擇方案，對于消除MT靜態(tài)偏移及淺層分層具有重要意義。

（2） 瞬變電磁法的一維反演及轉(zhuǎn)換成MT數(shù)據(jù)進行的一維、二維反演結(jié)果表明，一維反演的結(jié)果具有較好的一致性，二維的反演結(jié)果差別較大。

（3） 大地電磁數(shù)據(jù)一維與二維反演結(jié)果表明，兩者之間有一定的差別，說明地下介質(zhì)的二維及三維特點。

參考文獻

[1] 種芝藝. 直流輸電系統(tǒng)陸地接地極原理及其施工.湖北電力.2003，27（add）：57～59.

[2] 曾連生.高壓直流輸電陸地接地極設計-接地極形狀、尺寸和埋深的確定.中南電力設計院.EPC.15（2）：12～17.

[3] 王軍，楊雙安，邢向榮.用大地電磁頻譜測量法探測煤礦區(qū)陷落柱.西安工程大學學報.2008，22（3）：385～389.