高精度重力勘察在井场近地表调查中的应用

陈德炙,刘康雷,杨大兵,刘海军,苏梦园

(中国石油集团 东方地球物理勘探有限责任公司，河北 涿州 072750)

1 引 言

长期以来，空洞和采空区一直都是各类工程建设的巨大隐患，针对它们的研究和探索从来没有停止。王庆宾在第十三届国家安全地球物理专题研讨会上，阐述了利用重力测量技术搜索、探测人工地下空洞的实效性[1]；季凇达将浅层地震反射法和重力法运用在石膏矿采空区勘察中，取得了良好的效果[2]；肖立锋[3]、江汶波[4]成功将多种物探方法应用在采空区和井场，完成了地质灾害探测。重力勘察历经了百年的发展，如今最好的陆地重力仪器精度已经达到了0.001×10-5m·s-2，可以对浅表的高/低密度体进行探测[5]。重力勘察不仅适用于矿产、油气等中深层勘察，而且也适用于浅表、近地表等精细勘察[6]。

2 井场地表及地质条件

施工位于F628井场上，面积70 m×95 m，地形平坦，布设点、线距均为5 m(图1)。

从井场遗留的凿壁可以看到，空洞宽约3～5 m，高约0.5m。井场内部，除在井场建设时，表层填埋了约20 cm夯实的沙土外(井场边缘填埋约1～2 m沙土，并未夯实)，以下地层均为石灰岩。经检测，石灰岩的密度大于2.6 g/cm3。

井场的地表和岩石物性条件(图2)有利于重力勘察对近地表低密度体的探测[7]。

图2 工区地表条件Fig.2 Surface conditions on the platform

3 质量控制措施

为了获得更好的采集质量，QC小组制定了严格的质量控制措施，包括以下8项措施：

1)重力仪器的连续24 h静态掉格值不超过0.020×10-5m·s-2(图3)；

图3 重力仪器静态掉格曲线Fig.3 Static drift curve of gravity instrument

2)将基点设立在井场上，避免接闭基点过程中的旅途颠簸，减少人为造成的重力仪器掉格；

3)每两小时接闭一次基点，每次接闭基点的时长不少于10 min；

4)每天生产结束后，将重力仪器调平后静放[8]；

5)每个点的任意三个读数之差不超过0.002×10-5m·s-2，至少读取三个数；

6)每个点的横/纵水泡偏移量不超过5，最大不超过10(图4)；

7)每个点的SD值(标准差)不超过0.050，最大不超过0.100(图4)；

图4 横/纵水泡偏移、SD值统计饼图Fig.4 Horizontal/vertical bubble offset and SD statistics pie charts

8)检查点直接差不超过0.010×10-5m·s-2(图5)。

图5 检查点统计散点Fig.5 Repeated points statistics scatter plot

通过以上图表可以看到，在施工期内，重力仪器工作状态稳定，很好地压制了数据采集时的随机干扰，获得了高质量的采集数据，为数据的进一步处理和分析打下了基础。

4 勘察效果

重力原始数据在进行了固体潮改正、掉格改正、正常场改正、中间层改正及高度改正后[9]，获得了布格重力异常(图6)，由于平台及附近地面几乎没有高程差，所以不需要进行地形改正。

图6 布格重力异常Fig.6 Bouguer gravity anomaly

整体布格重力异常约0.3×10-5m·s-2，F628塌陷点异常约0.04×10-5m·s-2。从东北至西南方向，重力异常由低到高呈北西向条带分布。西南部重力高带在中部被近南北向重力低“切割”。

布格重力异常仅仅可以看到重力高低的分布，看不到更加细微的异常变化，需要对其进行导数处理[10，11]，以获得近地表因空洞而产生的重力低异常。

重力垂直二次导数异常图中(图7)，绿色为高，白色为低，蓝色为重力异常零值线。通过追踪零值线，发现并圈定了大量的白色异常，它们是地下低密度体的反映。综合项目其他方法的处理解释结果判定：重力勘察共揭示近地表空洞9个，走廊2条，空洞揭示率100 %。

图7 重力垂直二次导数异常Fig.7 Gravity second vertical derivative anomaly

5 结 论

高精度重力勘察配以严格的质量控制措施，在地表及地质条件适当的井场开展近地表调查，能够快速地获得理想效果，可以在油区及城市地质勘察等类似场景中推广应用。