地質(zhì)雷達技術(shù)在管道河流地層劃分中的應用

劉加文++蘇健++郭玉華

摘 要：該文從河流穿越巖土工程勘察中遇到的問題入手，引入地質(zhì)雷達技術(shù)，并通過工程實例介紹了雷達技術(shù)在河流穿越中的應用，通過雷達成果剖面與工程地質(zhì)鉆探剖面的對比分析，體現(xiàn)了雷達技術(shù)的應用優(yōu)勢，有效的填補了鉆孔間的盲區(qū)，彌補了常規(guī)巖土勘察技術(shù)中的不足，為輸油氣管道河流穿越勘察增加了一種新方法。

關(guān)鍵詞：雷達技術(shù) 剖面 勘察測量

中圖分類號：P631.325 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0011-01

河流由于受到流水的刨蝕、切割、沖刷，河流基巖面的起伏形態(tài)較大，卵石層、淤泥層厚度分布不均，河流穿越斷面上的隱伏斷裂等，這些都對輸油氣管道安全施工及運營存在很大隱患，查明這些是巖土工程勘察中的關(guān)鍵問題。

但是，水面鉆探勘察難度大，工程物探技術(shù)中的高密度電法、淺層地震技術(shù)也存在跨水域鋪設(shè)電極、檢波器的難題，同時穿越斷面處的水域深度也是測量上的技術(shù)難題。為有效的解決勘察測量在河流穿越中存在的以上問題，我們引入探地雷達技術(shù)。

探地雷達方法是采用電磁波對地下物體和介質(zhì)的界面進行探測的地球物理方法。該方法以有效、簡單、經(jīng)濟的方式探測不同地層間的反射界面。雷達在地質(zhì)方面的應用，無疑為地質(zhì)勘探提供了一種嶄新的功能強大的物探手段。該方法應用于大型河流穿越中，對準確有效的判定穿越斷面處各層反射速度的深入研究以及反射界面的分辨率，是該新型技術(shù)應用推廣的關(guān)鍵。

1 地質(zhì)雷達基本原理

地質(zhì)雷達是研究超高頻窄脈沖電磁波在地下介質(zhì)中傳播規(guī)律的一門學科，它能使用戶快速獲得相關(guān)探測區(qū)域的詳細信息。雷達主要由主機、天線和界面單元組成，其中天線又包括發(fā)射端和接收端兩部分。雷達系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)時，天線的發(fā)射端向地下發(fā)送以球面波形式傳播的電磁波，同時，天線的接收端接收具有不同電介質(zhì)特性的介質(zhì)的反射回波，經(jīng)光纖傳輸?shù)浇K端連接的計算機上，實時顯示雷達圖像。電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)和幾何形態(tài)的不同而變化，當目標體為面反射體時，雷達圖像上顯示的是與反射界面相一致的一條曲線，當目標體為點反射體時，其雷達圖像上顯示的是一個拋物線，或稱之為雙曲線的一支。例如，管線剛好在天線的正下方并且走向與天線掃描方向一致時，可將其看作面反射體；管線的走向與天線掃描方向垂直時，可將其視為點反射體。目標體的深度可由公式求得（V為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，C為電磁波在空氣中的傳播速度，△t為電磁波在地下介質(zhì)中的雙程旅行時間，εr為介質(zhì)的相對介電常數(shù)值）。

2 工程應用實例

2.1 應用場地概況

某輸油氣管道需穿越陜北黃土地區(qū)一河流，該穿越段河流寬約200.0m，水域斷面寬度約50.0m，勘察期間穿越斷面處有流水，水域深度0.5～1.0m，流速0.2m/s。經(jīng)初步勘察穿越斷面處地層以淤泥、卵礫石為主，其下部為砂巖，此次雷達勘察主要目的是查明穿越處，地層起伏形態(tài)，有無軟弱夾層、透鏡體、暗穴等不良地質(zhì)體。

2.2 雷達野外數(shù)據(jù)采集

（1）測線布置。為查明場地基巖面埋深及起伏形態(tài)，結(jié)合初勘時鉆孔位置，在河流斷面布置2條雷達測線，徑直從穿越斷面處穿過。

（2）觀測系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。該次勘察采用瑞典MALA公司生產(chǎn)的ProExⅢ探地雷達，天線為100Hz屏蔽式天線。根據(jù)查找目標層的具體情況，在正式施工之前分別應用100Hz屏蔽式天線、250Hz屏蔽式天線對A01剖面進行參數(shù)對比。由于查找目標層較淺，對比分析該場地采用100Hz屏蔽式天線地層分辨率更高。

2.3 室內(nèi)資料處理

該場地雷達資料處理軟件為處理軟件為REFLEX 2D二維數(shù)據(jù)分析軟件，處理過程經(jīng)過野外數(shù)據(jù)解編、地形高差靜校正、一維濾波帶通濾波、二維抽取平均道濾波、層位追蹤、深度反演得出雷達剖面成果圖。

3 雷達剖面綜合解釋

從處理的雷達剖面上可見兩個明顯的反射界面，結(jié)合鉆探資料，推判反射界面為黃土層與卵礫石層、卵礫石與砂巖面之間的反射界面。經(jīng)標定，電磁波在黃土中的傳播速度按65m/μs考慮，卵礫石層電磁波速度按98m/μs考慮，砂巖電磁波速度按126m/μs考慮，繪制出雷達深度剖面。由雷達深度剖面得出，該穿越斷面處無斷裂構(gòu)造、透鏡體以及軟弱夾層等不良地質(zhì)體；結(jié)合圖1可以看出，雷達剖面上顯示的鉆孔間地層與工程地質(zhì)勘探鉆孔間推測地層變化較大，穿越位置zk1與zk2之間黃土層厚度較厚。

4 結(jié)語

通過工程實例可以看出，地質(zhì)雷達技術(shù)應用到輸油氣管道河流穿越中是可行的，該方法有效的填補了常規(guī)巖土勘察方法鉆探鉆孔間的盲區(qū)，作為常規(guī)勘察方法的一種有益補充對探明輸油氣管道穿越處的沖刷深度、軟弱夾層、透鏡體等不良地質(zhì)體是一種行之有效的方法。但是在水域穿越時用雷達有被水浸濕的危險，希望在以后的應用過程中加以改進，使該方法有效的推廣到油氣田地面工程建設(shè)中。

參考文獻

[1] 王正成，譚巨剛，孔祥春，等.地質(zhì)雷達在隧道超前預報中的應用[J].鐵道建筑，2005（2）：9-11.endprint