高精度重力勘察在井場(chǎng)近地表調(diào)查中的應(yīng)用

陳德炙,劉康雷,楊大兵,劉海軍,蘇夢(mèng)園

(中國(guó)石油集團(tuán) 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，河北 涿州 072750)

1 引 言

長(zhǎng)期以來，空洞和采空區(qū)一直都是各類工程建設(shè)的巨大隱患，針對(duì)它們的研究和探索從來沒有停止。王慶賓在第十三屆國(guó)家安全地球物理專題研討會(huì)上，闡述了利用重力測(cè)量技術(shù)搜索、探測(cè)人工地下空洞的實(shí)效性[1]；季凇達(dá)將淺層地震反射法和重力法運(yùn)用在石膏礦采空區(qū)勘察中，取得了良好的效果[2]；肖立鋒[3]、江汶波[4]成功將多種物探方法應(yīng)用在采空區(qū)和井場(chǎng)，完成了地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)。重力勘察歷經(jīng)了百年的發(fā)展，如今最好的陸地重力儀器精度已經(jīng)達(dá)到了0.001×10-5m·s-2，可以對(duì)淺表的高/低密度體進(jìn)行探測(cè)[5]。重力勘察不僅適用于礦產(chǎn)、油氣等中深層勘察，而且也適用于淺表、近地表等精細(xì)勘察[6]。

2 井場(chǎng)地表及地質(zhì)條件

施工位于F628井場(chǎng)上，面積70 m×95 m，地形平坦，布設(shè)點(diǎn)、線距均為5 m(圖1)。

從井場(chǎng)遺留的鑿壁可以看到，空洞寬約3～5 m，高約0.5m。井場(chǎng)內(nèi)部，除在井場(chǎng)建設(shè)時(shí)，表層填埋了約20 cm夯實(shí)的沙土外(井場(chǎng)邊緣填埋約1～2 m沙土，并未夯實(shí))，以下地層均為石灰?guī)r。經(jīng)檢測(cè)，石灰?guī)r的密度大于2.6 g/cm3。

井場(chǎng)的地表和巖石物性條件(圖2)有利于重力勘察對(duì)近地表低密度體的探測(cè)[7]。

圖2 工區(qū)地表?xiàng)l件Fig.2 Surface conditions on the platform

3 質(zhì)量控制措施

為了獲得更好的采集質(zhì)量，QC小組制定了嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，包括以下8項(xiàng)措施：

1)重力儀器的連續(xù)24 h靜態(tài)掉格值不超過0.020×10-5m·s-2(圖3)；

圖3 重力儀器靜態(tài)掉格曲線Fig.3 Static drift curve of gravity instrument

2)將基點(diǎn)設(shè)立在井場(chǎng)上，避免接閉基點(diǎn)過程中的旅途顛簸，減少人為造成的重力儀器掉格；

3)每?jī)尚r(shí)接閉一次基點(diǎn)，每次接閉基點(diǎn)的時(shí)長(zhǎng)不少于10 min；

4)每天生產(chǎn)結(jié)束后，將重力儀器調(diào)平后靜放[8]；

5)每個(gè)點(diǎn)的任意三個(gè)讀數(shù)之差不超過0.002×10-5m·s-2，至少讀取三個(gè)數(shù)；

6)每個(gè)點(diǎn)的橫/縱水泡偏移量不超過5，最大不超過10(圖4)；

7)每個(gè)點(diǎn)的SD值(標(biāo)準(zhǔn)差)不超過0.050，最大不超過0.100(圖4)；

圖4 橫/縱水泡偏移、SD值統(tǒng)計(jì)餅圖Fig.4 Horizontal/vertical bubble offset and SD statistics pie charts

8)檢查點(diǎn)直接差不超過0.010×10-5m·s-2(圖5)。

圖5 檢查點(diǎn)統(tǒng)計(jì)散點(diǎn)Fig.5 Repeated points statistics scatter plot

通過以上圖表可以看到，在施工期內(nèi)，重力儀器工作狀態(tài)穩(wěn)定，很好地壓制了數(shù)據(jù)采集時(shí)的隨機(jī)干擾，獲得了高質(zhì)量的采集數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理和分析打下了基礎(chǔ)。

4 勘察效果

重力原始數(shù)據(jù)在進(jìn)行了固體潮改正、掉格改正、正常場(chǎng)改正、中間層改正及高度改正后[9]，獲得了布格重力異常(圖6)，由于平臺(tái)及附近地面幾乎沒有高程差，所以不需要進(jìn)行地形改正。

圖6 布格重力異常Fig.6 Bouguer gravity anomaly

整體布格重力異常約0.3×10-5m·s-2，F(xiàn)628塌陷點(diǎn)異常約0.04×10-5m·s-2。從東北至西南方向，重力異常由低到高呈北西向條帶分布。西南部重力高帶在中部被近南北向重力低“切割”。

布格重力異常僅僅可以看到重力高低的分布，看不到更加細(xì)微的異常變化，需要對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)數(shù)處理[10，11]，以獲得近地表因空洞而產(chǎn)生的重力低異常。

重力垂直二次導(dǎo)數(shù)異常圖中(圖7)，綠色為高，白色為低，藍(lán)色為重力異常零值線。通過追蹤零值線，發(fā)現(xiàn)并圈定了大量的白色異常，它們是地下低密度體的反映。綜合項(xiàng)目其他方法的處理解釋結(jié)果判定：重力勘察共揭示近地表空洞9個(gè)，走廊2條，空洞揭示率100 %。

圖7 重力垂直二次導(dǎo)數(shù)異常Fig.7 Gravity second vertical derivative anomaly

5 結(jié) 論

高精度重力勘察配以嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，在地表及地質(zhì)條件適當(dāng)?shù)木畧?chǎng)開展近地表調(diào)查，能夠快速地獲得理想效果，可以在油區(qū)及城市地質(zhì)勘察等類似場(chǎng)景中推廣應(yīng)用。