毛平堯

(中化(舟山)興海建設(shè)有限公司， 浙江 舟山 316021)

石油是一種戰(zhàn)略資源，石油和天然氣戰(zhàn)略儲(chǔ)備是為了保障能源安全穩(wěn)定供應(yīng)、確保國(guó)家正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要手段之一。受資源限制，未來我國(guó)石油對(duì)外依存度還會(huì)進(jìn)一步提高，對(duì)此我國(guó)政府提出按照“安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、反應(yīng)快速、應(yīng)急面廣”的原則建設(shè)石油儲(chǔ)備基地[1]。對(duì)于大型油氣儲(chǔ)存來講，地下油庫(kù)由于深埋于地下，雷擊、恐怖襲擊、常規(guī)武器攻擊均難以得手，具有地上油庫(kù)無法比擬的安全性，地下水封洞庫(kù)儲(chǔ)存油氣資源具有造價(jià)低、運(yùn)行成本低、安全可靠、環(huán)保和生態(tài)友好等明顯優(yōu)勢(shì)。但地下水封石洞油庫(kù)建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在我國(guó)尚屬全新的領(lǐng)域[2]。而地下水封石洞油庫(kù)的前期選址、工程勘察是建設(shè)項(xiàng)目的前期最關(guān)鍵最直接的工作，由于地下庫(kù)建于地下一定深度，前期工程勘察要求高、工程量大、成本高，而可研階段勘察是地下庫(kù)選址和建庫(kù)地質(zhì)條件評(píng)價(jià)最關(guān)鍵工作，如何合理選用工程勘察技術(shù)和方法對(duì)地下庫(kù)建設(shè)選址和工程地質(zhì)勘察起到舉足輕重的作用。

可研階段勘察的基本要求是：應(yīng)初步查明推薦庫(kù)址的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，提供可行性研究所需的勘察成果并為確定庫(kù)址和庫(kù)區(qū)布置進(jìn)行地質(zhì)論證[3]。本項(xiàng)目初步選擇在某地海邊一處巖體較好的山體下，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地形地貌復(fù)雜，地勢(shì)陡峭，植被茂密，現(xiàn)場(chǎng)開展地質(zhì)調(diào)繪和工程鉆探、物探設(shè)備調(diào)遣十分困難，且鉆孔深、施工難度大、成本高、工期長(zhǎng)。為達(dá)到工程勘察成果既能滿足選址、建庫(kù)地質(zhì)條件評(píng)價(jià)依據(jù)、又能縮短勘察工期、節(jié)省勘察成本目的，本項(xiàng)目可研階段勘察采用工程地質(zhì)測(cè)繪+地質(zhì)鉆孔+工程物探相互映證勘察方法。而工程物探種類較多，根據(jù)不同的儀器設(shè)備和工作原理，應(yīng)用于不同的工程勘察中，工程物探的種類主要有：工程地震勘探、電法勘探、微重力和高精度磁法勘探、測(cè)井物探測(cè)方法等[4]。根據(jù)本項(xiàng)目大型地下水封洞庫(kù)可研階段勘察要求和特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)其他地下庫(kù)勘察實(shí)際案例，工程物探主要采用了高密度電法和淺震反射法技術(shù)，經(jīng)過實(shí)施取得了比較好的勘察效果，為地下庫(kù)選址和地質(zhì)條件評(píng)價(jià)提供了較完整的勘察成果，同時(shí)通過對(duì)工程物探在本項(xiàng)目應(yīng)用的介紹，為后續(xù)其他地下水封石洞油庫(kù)工程勘察提供借鑒。

1 高密度電法

1.1 方法原理

高密度電法是采用高密度布點(diǎn)，進(jìn)行地電斷面測(cè)量的一種物探勘探方法?；驹砼c普通電阻率法相同，集中了電剖面法和電測(cè)深法的特點(diǎn)，電法探測(cè)是通過向地下供電，根據(jù)探測(cè)地下電場(chǎng)的分布狀況，確定地下地層情況的一種物探方法。由于地下各種地層電阻率存在較大差異，隨著地層的變化使地下電阻率在空間范圍內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，人工供電形成的電場(chǎng)的分布狀態(tài)即發(fā)生相應(yīng)的變化，根據(jù)地下人工電場(chǎng)的變化特征，可以確定地下不同地層的空間分布狀態(tài)[5]。

高密度電法兼具剖面法與電測(cè)深法的效果，并具有點(diǎn)距小，數(shù)據(jù)采集密度大的特點(diǎn)，它徹底拋棄了視電阻率的概念，將所得的大量數(shù)據(jù)利用現(xiàn)代反演技術(shù)直接反演成真電阻率剖面圖，所得成果圖可以直接用于地下巖土分布的分析和解釋。

1.2 儀器設(shè)備

本項(xiàng)目野外工作使用的儀器設(shè)備為重慶地質(zhì)儀器廠的DZD-8多功能全波形直流電法儀，它的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

1)電壓通道：±40 V(32位A/D) ；

2)測(cè)量精度：電壓>1 mV時(shí)精度≤0.1%，電壓≤1 mV時(shí)精度±1 μV；

3)輸入阻抗：>50 MΩ ；

4)電流通道：0～6000 mA(32位A/D)；

5)測(cè)量精度：當(dāng)Ip≥10 mA時(shí)，±0.1%，Ip<0 mA時(shí)，精度±2 μA；

6)對(duì)50 Hz工頻干擾(共模干擾與差模干擾)壓制優(yōu)于120 dB 。

1.3 野外工作方法

高密度電法勘探極距的設(shè)定包括供電電極距AB和測(cè)量電極距MN的確定。供電電極距AB的大小一般視目標(biāo)體的埋藏深度現(xiàn)而定，一般應(yīng)滿足關(guān)系式：AB≥3H(H為探測(cè)深度)。而測(cè)量電極距MN的確定一般視目標(biāo)體的范圍大小而定，電極距MN與橫向分辨率的要求有關(guān)。

本項(xiàng)目野外觀測(cè)采用α排列 (溫納裝置AMNB)，電極距5～10 m，電極排列方式如下圖野外觀測(cè)采用α排列方式(溫納裝置AMNB)，使用等電極距，電極距為5～10 m，最大供電電極距300～1 200 m，電極排列示意如圖1所示。

圖1 高密度電法α排列方式示意圖

測(cè)量斷面為倒梯形，測(cè)量時(shí)AM=MN=NB為一個(gè)電極間距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到第一條剖面線；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到另一條剖面線；這樣不斷掃描測(cè)量下去，得到整條測(cè)線剖面的視電阻率斷面。

1.4 資料處理與解釋

高密度電法的資料處理采用二維高密度電法反演程序?；趫A滑約束的準(zhǔn)牛頓最優(yōu)化非線性最小二乘法，對(duì)數(shù)據(jù)濾波處理，地形校正等處理手段。將野外數(shù)據(jù)加上地形數(shù)據(jù)，修正或剔除壞點(diǎn)，然后做反演計(jì)算。結(jié)合地質(zhì)資料，反演出與之相符的結(jié)果，并以線性方式繪制等值線，然后運(yùn)用AutoCAD做出成果圖件。

高密度電法依據(jù)電阻率的分布特征和變化特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況及地質(zhì)資料，獲取了物探測(cè)線范圍內(nèi)的節(jié)理密集帶及推斷斷裂等信息。提交的物探成果圖，是依據(jù)電阻率來劃分地層，但不能完全代表實(shí)際的地質(zhì)剖面，所測(cè)得電阻率是多種巖土的綜合反映，但結(jié)合地質(zhì)測(cè)繪資料與鉆探資料，各取利弊，做到了勘察成果與實(shí)際情況大致相符，做到了推測(cè)結(jié)論有理有據(jù)。

2 淺震反射

2.1 方法原理

淺層反射波法是地震勘探方法中的一種。地震勘探是指人工激發(fā)所引起的彈性波利用地下介質(zhì)彈性和密度的差異，通過觀測(cè)和分析人工地震產(chǎn)生的地震波在地下的傳播規(guī)律，推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)的地球物理勘探方法[4]。根據(jù)反射波振幅、頻率、速度等資料，分析地層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、巖石性質(zhì)，與地質(zhì)調(diào)查、工程鉆探、其他檢測(cè)辦法互為驗(yàn)證，達(dá)到區(qū)域地質(zhì)勘察目的。

2.2 儀器設(shè)備

本次淺層反射選用德國(guó)SUMMIT X ONE地震儀，該地震儀是 DMT 公司成功研發(fā)出的全 新的超小型、超輕便、多用途的地震儀。儀器設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)為：

采樣率：1/16，1/8，1/4，1/2，1，2，4，8 ms；數(shù)字去假頻濾波器：0.95×Nyquist 頻率；前放增益:0 dB到36 dB；瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍：>128 dB@2 ms；系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍：>144 dB；全諧波畸變：≤0.005%；共模抑制：≥100 dB1)。

2.3 檢測(cè)要點(diǎn)與流程

2.3.1 地震反射觀測(cè)系統(tǒng)

本次地震反射波法擬采用的觀測(cè)系統(tǒng)見圖2，主要采用等偏移距(具體偏移距距離根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定)，單邊或中間放炮，不少于48道接收，道間距5 m，炸藥激發(fā)，覆蓋次數(shù)6次(特殊地段不少于3次)，擬使用采樣間隔0.25 ms，記錄長(zhǎng)度1 024 ms。實(shí)際采集參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

圖2 反射波法設(shè)計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)

2.3.2 地震勘探震源

本次地震勘探反射波法采用炸藥震源，勘探時(shí)在1～2 m深孔底，裝炸藥300～600 g，用數(shù)碼雷管引爆激發(fā)地震波，通過設(shè)備記錄地震勘探信號(hào)(如圖3)，主要參數(shù)如下：①炮眼深度：炮眼深度為1～2 m，直徑40 mm。②地震勘探參數(shù)：5 m道間距、48道接收、檢波器接收排列長(zhǎng)度240 m，炮點(diǎn)間距10～20 m，采用單個(gè)爆破單次檢測(cè)的方法。

圖3 地震勘探爆破示意圖

2.3.3 地震反射方案的實(shí)施

地震反射工作開始前，先由測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量放點(diǎn)，再進(jìn)行物探野外數(shù)據(jù)采集。為保證工期，避免勘察期間預(yù)打炮孔和地震反射相互影響，炮孔組與地震數(shù)據(jù)采集組宜各自開展不同測(cè)線的野外作業(yè)。地震勘探分段作業(yè)保證炮點(diǎn)的連續(xù)性，檢波器敷設(shè)保證結(jié)束排列與開始排列首道和尾道段檢波器重合。通過現(xiàn)場(chǎng)炮點(diǎn)位置實(shí)地勘測(cè)，勘測(cè)線盡量垂直穿越地質(zhì)調(diào)查中比較明顯、斷面較大的斷層。地震勘探可沿著高密度電法位置敷設(shè)勘測(cè)線，有效反射段能夠覆蓋到主要斷層。主要檢測(cè)步驟為：①開工前先進(jìn)行展開排列的試驗(yàn)，檢測(cè)檢波器的一致性，確定采集參數(shù)；②布置好炮點(diǎn)位置，開展預(yù)打炮孔；③地震勘探野外數(shù)據(jù)采集工作，每一條線的作業(yè)順序；④特殊地段的處理：對(duì)無法進(jìn)行放炮作業(yè)的區(qū)域選擇丟炮處理，沿著測(cè)線方向移動(dòng)炮點(diǎn)，在允許布置炮點(diǎn)的位置進(jìn)行補(bǔ)充炮點(diǎn)；于測(cè)線端點(diǎn)位置，采用排列不進(jìn)行滾動(dòng)，炮點(diǎn)移動(dòng)的放炮方式，直到炮點(diǎn)靠近庫(kù)區(qū)高陡護(hù)坡無法布置炮點(diǎn)的位置；⑤爆破時(shí)，炮點(diǎn)位置覆蓋防爆被，加厚爆破作業(yè)點(diǎn)的覆蓋防護(hù)層，杜絕砂石的飛行，震源爆破嚴(yán)格按《地震勘探爆炸安全規(guī)程》(GB 12950—1991)的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，確保無安全事故發(fā)生。

3 成果分析

根據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查、工程鉆探、工程物探(高密度電法、淺震反射)成果，綜合研判區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造及巖性分布以Ⅱ類圍巖為主，初步認(rèn)為預(yù)選場(chǎng)區(qū)適宜建設(shè)地下水封石油洞庫(kù)。

高密度電法檢測(cè)由于地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)和組成成分不同，不同的地質(zhì)體間存在電阻率差異，依據(jù)電法勘探資料對(duì)地下不同的地質(zhì)體的形態(tài)和賦存狀態(tài)做出判斷；解釋電法資料時(shí)，根據(jù)電阻率的相對(duì)變化判斷地下地質(zhì)體的變化。影響電阻率變化因素較多，如溫度、壓力和含水程度不同等，致使不同地質(zhì)體間的電阻率差異較小。淺震反射數(shù)據(jù)資料處理，用計(jì)算機(jī)對(duì)采集的原始資料進(jìn)行以壓制干擾和提取地震參數(shù)、分辨率、提高信噪比的處理技術(shù)和方法。通過爆破震源處理是反映巖性和地下結(jié)構(gòu)等的參數(shù)據(jù)處理和地震剖面為目的的，提高分辨率、有效反射信息和增強(qiáng)信噪比。匯總高密度電法和淺震反射資料時(shí)，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)鉆探等資料進(jìn)行綜合分析，才能對(duì)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)做出相對(duì)確切的結(jié)論。以下是對(duì)其中B1、B3二條測(cè)線成果分析如下：

B1測(cè)線高密度電法剖面在圖4中，整體上電阻率由淺至深呈低阻-高阻的縱向分布形態(tài)：淺層電阻率值在50～700 Ω.m范圍變化，層厚0～20 m,推斷為全-強(qiáng)風(fēng)化片麻狀花崗巖；深層電阻率值整體較高，在120～6 000 Ω.m范圍變化，推斷為中等風(fēng)化-微風(fēng)化片麻狀花崗巖。

B1地震反射測(cè)線在圖4中，剖面第一層縱波波速為600～1 200 m/s左右，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)資料，綜合解釋該層為表層殘積土，該層一般厚度0～20 m，其中局部基巖出露；第二層縱波波速為1 200～2 500 m/s左右，結(jié)合鉆探資料，綜合解釋為全～強(qiáng)風(fēng)化片麻狀花崗巖該層一般厚度4～37 m；第三層縱波波速為2 500～4 300 m/s左右，解釋為中風(fēng)化片麻狀花崗巖，該層一般厚度8～57 m；第四層縱波波速為4 300～5 800 m/s，解釋為微風(fēng)化片麻狀花崗巖。

圖4 B1地震反射時(shí)間剖面與高密度電法成果圖

通過高密度電法，在圖5中，F(xiàn)1(斷裂)在B1測(cè)線的1 368～1 407 m呈低阻異常顯示。通過地震反射法，F(xiàn)1(斷裂)在B1里程K0+1360 m～K0+1 400 m段，縱波反射時(shí)間剖面反射波組出現(xiàn)突變，反射波同相軸錯(cuò)開，異常反射波出現(xiàn)、反射凌亂等現(xiàn)象出現(xiàn)。

圖5 F1斷裂在B1高密度成果與反射時(shí)間成果

B3高密度電法剖面在圖6中，整體上電阻率由淺至深呈低阻-高阻的縱向分布形態(tài)：淺層電阻率值在50～400 Ω.m范圍變化，層厚1～48 m，1 000～1 670 m推斷為全-強(qiáng)風(fēng)化輝長(zhǎng)巖，1 670～1 995 m推斷為全-強(qiáng)風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖；深層電阻率值整體較高，在120～2 500 Ω.m范圍變化，1 000～1 670 m推斷為中等風(fēng)化-微風(fēng)化輝長(zhǎng)巖，1 670～1 995 m推斷為中等風(fēng)化-微風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖。推斷里程1 670 m處為輝長(zhǎng)巖與二長(zhǎng)花崗巖巖性分界。

圖6 B3地震反射時(shí)間剖面與高密度電法成果圖

B3地震反射剖面在圖6中，第一層縱波波速為600～1 200 m/s左右，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)資料，綜合解釋該層為表層殘積土，該層一般厚度2～13 m；第二層縱波波速為1 200～2 500 m/s左右，結(jié)合鉆探資料，綜合解釋為全～強(qiáng)風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖、輝長(zhǎng)巖該層一般厚度23～76 m；第三層縱波波速為2 500～4 300 m/s左右，解釋為中風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖、輝長(zhǎng)巖，該層一般厚度13～51 m；第四層縱波波速為4 300～5 800 m/s，解釋為微風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖、輝長(zhǎng)巖。

4 結(jié)束語(yǔ)

在地下庫(kù)工程勘察中，工程物探技術(shù)具有方便、直觀、快速的特點(diǎn)，工程物探成果與工程地質(zhì)鉆探、工程地質(zhì)調(diào)查的成果，達(dá)到互為驗(yàn)證的作用，為地下庫(kù)選址勘探、可行性研究、工程設(shè)計(jì)，提供了較為完整可靠的勘察成果和項(xiàng)目選址評(píng)價(jià)依據(jù)，是一種經(jīng)濟(jì)、效率高的工程勘察方法。