地震映像法在探测超深超大管道中的应用

2013-12-12张永命刘天华

测绘通报 2013年2期

肖顺，张永命，刘天华

(广州市天驰测绘技术有限公司，广东广州510660)

一、引言

随着城市建设快速发展，越来越多的地下管线密布穿行在大街小巷，管道埋设方法也不断推陈出新。近年来，穿越施工方法因其适应性强、效率高，免去开挖路面的麻烦，能够穿越交通繁杂的十字路口及不宜开挖的河流、居民区，越来越多地被管道铺设单位所采用。利用穿越施工方法铺设的地下管线，一般埋设较深，其纵剖面一般呈“V”字型分布，即中间深两边浅，中间区深度可达10 m以上。如此深的地下管道，如何能够准确定位、定深，是摆在管线勘测单位面前的一道新课题。

常规的管线探测手段有低频电磁法(运用管线探测仪探测可带电的金属管道和电缆)、高频电磁法(运用地质雷达探测非金属管道)等，一般有效探测埋深在0～5 m之间。超过5 m的地下管线，可称为超深地下管线，用管线探测仪进行常规探测，收效甚微;用地质雷达探测也只能解决极少一部分问题。利用剖面观测法在探测有可充电条件的且能有效避开浅部干扰的超深金属管道中非常有效，但是遇到无有效接触点的超深金属管及超深非金属管该如何有效探测是笔者工作中的难点。通过对磁法、电法及地震映像法进行对比探测，发现地震映像法在探测无有效接触点超深金属管及超深非金属管上为最快捷有效的手段。

二、地震映像法工作原理

地震映像法，又称地震共偏移距法，是以地层的物性差异为基础，用相同的小偏移距逐步移动测点接收地震信号，是基于反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种浅地层勘探方法。地震映像法中每个记录道都采用相同的偏移距，且在该偏移距接收的反射波应具有良好的信噪比和分辨率。地震映像法工作模式如图1所示。

图1 地震映像法工作模式及简化波形图

地震映像图常以脉冲反射波的形式记录。图1中图像左侧纵坐标为弹性波的双程走时t(ms)，右侧为根据地下介质中的弹性波速V计算出的深度Z，波形的正负峰分别以黑白色表示，或者以灰阶或彩色表示，这样同相轴或等灰线、等色线即可形象地表征出地下反射面或异常体地震映像法的数字模型如图2所示。

双程时间t的计算公式为

地震映像法工作原理同地质雷达一致，地质雷达利用高频电磁波，衰减快，但分辨率高;地震映像法利用弹性波，穿透力强，但分辨率低。两种方法各有所长，可互为补充。

图2 地震映像法数学模型及计算公式

三、应用实例

1.地震映像法探测直径3.2 m、埋深9 m的钢管

目标管道位于广东某大型火电厂内，从珠江中间引水至厂区做冷却用途，由两条直径3.2 m的钢管顶管铺设，管中间距约13 m，管顶至地面埋深约9 m。因目标管道从头至尾均没有连接点，不具备剖面观测法充电激发条件，又因目标管道位于江水水面下方3～5 m，用地质雷达扫描电磁波基本被江水吸收而无法形成钢管反射波。采用地震映像法恰好克服了上述困难，并取得了很理想的反射波形，经钻探抽样验证，地震映像法确定的平面位置准确可靠，用验证点的钻探结果反推波速，再算出其他探测点的埋深。

本项目使用中国科学院武汉岩土力学研究所生产的浅层地震仪(FDE48N)。地震映像法使用人工震源产生脉冲信号，利用弹性波在地层中的传播和反射特性来探测目标体，收发距为4 m，道间距为0.5 m，实测波形如图3所示。

图3 地震剖面实测图(管1:9道;管2:35道)

2.地震映像法探测直径1.4 m、埋深7 m的玻璃钢夹砂管

目标管道为直径1.4 m的污水压力输送管，材质为玻璃钢夹砂(非金属管)，位于广州市大坦沙岛上，管顶埋深7～8 m。探测时先用地质雷达进行扫描无异常信号，分析原因主要为地下水位太高导致电磁波被大量吸收，再者玻璃钢夹砂管介电常数与周围介质差别不大，故难于被地质雷达识别。笔者再次采用地震映像法探测该段管道，经钎探验证，地震映像法定位准确率达70%以上。地震映像法探测玻璃钢夹砂管的典型剖面如图4所示，收发距为2 m，道间距为0.5 m，管中为12道。