地震映像法在超深管线探测中的应用

肖顺 ，张永命，任建平

(广州市天驰测绘技术有限公司，广东 广州 510660)

1 引 言

随着城市建设的快速发展，越来越多的地下管线密布穿行在大街小巷下方，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青睐。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?这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如:低频电磁波法(运用管线探测仪探测可带电的金属管道或电缆);高频电磁波法(运用地质雷达探测地下管道)等。低频电磁法有效探测埋深一般在5 m之内，超过5 m的用管线探测仪很难进行有效探测，不能满足精度要求;用地质雷达探测管线，只能解决极少一部分问题(因为受目标体大小、地电条件、干扰异常等因素影响较大，往往很难探测出有效异常)［1］;剖面观测法对有可充电条件的且能有效避开浅部干扰的超深金属管道的探测非常有效［2］。但若遇到无有效接触点的超深金属管或非金属管，在雷达探测又没有效果的情况下，该如何进行有效探测呢?通过运用磁法、电法和地震映像法等物探方法对该类管线进行对比探测，发现地震映像法在探测该类管线时，异常明显，且仪器轻便、操作简单，效果很好。

2 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，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。［3］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［4］。地震映像法工作模式如图1所示，数学模型及计算公式如图2所示。

图1 地震映像法工作模式及简化波形图

图2 地震映像法数学模型

式中:t—弹性波的双程走时，单位:ms;

Z—反射点距离地面的埋深，单位:m;

x—地震仪的收发距，单位:m;

V—介质中弹性波的波速，单位:m/ms。

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。

地震映像法工作原理同地质雷达一致，地质雷达利用高频电磁波，其特点是衰减快，但分辨率高;地震映像法利用弹性波，其特点是穿透力强，但分辨率低［5］。两种方法各有所长，可互为补充。

3 应用实例

3.1 地震映像法在探测超深金属管中的应用

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作冷却用途，由两条直径3.2 m的钢管顶管铺设，管间距约13 m，管顶至地面埋深约9 m。目标管道从头至尾没有任何已知信息，加之管道位于江水水面下方3 m ～5 m，常规手段无法进行有效探测。采用地震映像法恰好能克服上述困难，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，再算出其他探测点埋深。

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［6］，收发距:4 m，道间距: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)

通过分析，在第9 道和第35 道位置下方出现两组形似于倒置双曲线的同向轴，这与管道的理论地震波形(如图1)相吻合，故推测这两个位置为管道所在。通过钻探+钎探验证，异常反应的管道平面位置准确，钎探得该点管顶埋深9.6 m，管顶双程走时约65 ms，反算该区域波速V=300 m/s。

3.2 地震映像法在探测超深非金属管中的应用

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，位于广州市大坦沙岛上，管顶埋深7 m～8 m。探测时先用地质雷达进行扫描无异常信号(如图4所示)，分析原因主要为地下水位太高导致电磁波被大量吸收，加之玻璃钢夹砂管的介电常数与周围介质差别不大，故难以产生明显的反射波。再采用地震映像法探测该段管道，异常明显(如图5所示)，经钎探验证，异常反应的管道平面位置准确，管道实际埋深为7.8 m。该点探测仪器参数为:收发距2 m，道间距0.5 m，管中异常点12 道，管顶双程走时约40 ms，反推该区域波速V=390 m/s。

图4 雷达扫描图(2 m 以下含水层全是噪声)

图5 玻璃钢夹砂管地震映像实测剖面图

4 结 语

4.1 地震映像法应用的基本条件

地震映像法是探测超深地下管线重要的补充手段，采用地震映像法探测的目标管道需要满足以下两个基本条件:

(1)管顶埋深＞3 m，埋深太浅，其反射波容易被直达波和面波所覆盖，导致无法分辨反射波形态［7］;

(2)管径＞1 m，原则上管径越大，越容易从地震波中识别出来。因为地震波波长相对较长，太小的目标体无法形成完整的曲线异常，容易造成遗漏。

4.2 地震映像法探测地下管线的优势

(1)相比高频电磁法(地质雷达)的优势:地震波的反射性能受介质的电性影响较小，穿透能力与土壤的含水量大小也关系不大［8］，故该方法在地面、水面均可适用。

(2)相比低频电磁法(管线探测仪)的优势:地震映像法可以探测深埋在地下的非金属管道，同时可以“忽略”浅部管线干扰;低频电磁法对非金属管道无能为力，且易受地表其他管线干扰，地震映像法正好弥补了这一缺陷。

4.3 地下管线探测手段的归类

(1)浅部管线(埋深＜5 m)探测

①对于金属及电缆类管线，使用管线探测仪即可进行有效探测;

②对于非金属管线，采用地质雷达+钎探的综合手段可进行有效探测。

(2)超深管线(埋深≥5 m)探测

①对于可以找到有效接触点的金属管线、电缆类管线，采用剖面观测法进行有效探测;

②对于难以找到有效接触点的金属管线、非金属管线，采用地质雷达+地震映像法+钎探的综合手段可进行有效探测。

［1］杨峰，彭苏萍．地质雷达探测原理与方法研究［M］．北京:科学出版社，2010:5 ～6．

［2］张永命，肖顺．剖面观测法在超深管线探测中的应用［D］．城市勘测论文集，2011，S1:125．

［3］单娜琳，程志平．地震映像方法及其应用［J］．桂林工学院学报，2003，23(7):36 ～37．

［4］徐涛，许顺芳．多偏移距地震映像法应用技术研究［J］．工程地球物球物理学报，2009，6(3):273 ～276．

［5］单娜琳，程志平，丁彦礼．地震映像数据的时频分析方法及应用［J］．地球物理学进展，2007，22(6):1740 ～1745．

［6］王治华，仇恒永，杨振涛等．地震映像法及其应用［J］．物探与化探，2008，32(6):696 ～700．

［7］王东，方玉满．地震映像法在采空区勘探中的应用［J］．矿产勘察，2012，3(2):244 ～246．

［8］王小杰，印兴耀，吴国忱．粘弹性介质地震波传播特性及反射特性研究［J］．物探化探计算技术，2012，34(3):631．