九江长江穿越溶洞探查中声学浅地层剖面探测方法的应用.docx

1、文章编号：1004-2970(2013)02-0039-03徐帅陵,刘晓忠(中国石化胜利注田勘察设计研究院)徐帅陵等.九江长江穿越溶洞探查中声学浅地层剖面探测方法的应用.石油规划设计，2013,24(2)：39-41摘要采用声学浅地层割面探测方法对川气东送管道工程九江长江定向钻穿越岩溶进行探查。该方法利用溶洞与周围地层作为反射介质波阻抗的不同，对水下岩溶发育问题进行了针对性探测，并结合钻探成果资料对探测数据进行了处理和解释。通过对比、分析，提出满足工程需要的地质勘察资料。建议对穿越方案进行优化，管道穿越中对存在岩溶位置进行绕避，据此制定了合理的设计、施工方案。川气东送管道工程九江长江定向钻穿越

2、水上探测的成功应用，说明声学浅地层剖面探测方法对水下地层溶洞的探测是可行的，也是一种高效、全面的探测方法，可以在工程中推广使用。关键词管道工程；长江穿越；溶洞；声学浅地层剖面探测中图分类号：TE973.4,P624文献标识码：A川气东送管道建设是我国十一五期间的一项重大工程，主干线已全部贯通。其中实现向江西全省供气的江西支线经湖北黄梅自九江入赣，江西支线的关键控制点是九江长江穿越工程，拟采取水平定向钻方式过江。水平定向钻穿越是一种非开挖敷设地下管道的施工方法，应用计算机和电子技术控制水平定向钻机完成管道施工，即按照设计曲线在地面上控制钻头钻入地下，在河床以下一定深度稳定地层中穿越河流后从地下破

3、土而出到对岸，然后将对岸管道回拖到钻机一侧完成管道地下穿越。在勘察过程中，发现在穿越中有溶洞存在，对定向钻穿越极为不利。此次穿越长江的风险极大，直接影响到整条支线的如期投产。定向钻穿越工程地处九江长江大桥下游约2.6km处，经过综合考虑，决定针对溶洞的分布采用声学浅地层剖面探测方法进行探查。探测的重点为穿越中线南侧约500m的水上区DOI：10.3969/j.issn.1004-2970.2013.02.011段，探测区域基岩为第三系砾岩，第四系覆盖层有细砂层、粉质黏土层、粉土层，并夹有圆砾透镜体,地层结构较复杂。探测的主要目的是查明穿越场地内中等风化砾岩中是否存在直径大于Im的岩溶，并查明其

4、位置及发育情况。1 探测方法及费料采集1.1浅地层剖面法的原理*徐帅陵，男，高级工程师。2000年毕业于中国矿业大学岩土工程专业，获学士学位。现在胜利油田勘察设计研究院从事岩土工程工作。地址：山东省东营市济南路49号.257026。E-mail:sleccOO8浅地层剖面测量是一种基于声学原理的连续走航式探测水下浅部地层结构和构造的地球物理方法。利用声波在江水和江底沉积物中的传播和反射特性及规律对海底沉积物结构进行连续性探测，从而获得直观的海底浅部地层结构剖面。人们利用声波这一原理研制了浅地层剖面仪，用于探测声波在岩土介质中的传播速度、振幅及频谱特征等信息并推断相应岩土介质的结构和致密、完整程

5、度，并作出相应评价。1.2浅地层剖面法测量系统浅地层剖面系统分为导航、收发信号和数据记录处理3个部分。图1为系统组件拓扑关系与数据流示意图。探测设备采用ChirpIII浅地层剖面仪系统和Boomer轰鸣器单道地震系统配合使用。图1系统组件拓扑关系与数据流40.0涔10.()20.030.050.0实测制而导航部分的作用是为勘探工作船和各种信号测试点定位。使用MX421DGPS差分接收机进行定位导航。采用专业导航软件Hypack实时记录航迹信息及Hydrotrac单频测深仪所测得的水深信息，另外，还每隔20m同时对航迹记录数据、地层剖面记录数据及水深记录数据做一标记线，便于后期比照分析。收发信号

6、部分包括向水中发射和接受波信号的换能器和DSP-6642型信号收发机。收发信号分别是水深探测信号、地层探测的声波信号。DSP-6642型信号收发机控制和采集探测信号并传向信号采集处理工作站。数据记录处理部分主要是DSP-6632ChirpIII信号采集处理工作站，用于实时显示采集的勘探资料.并在勘探现场施工结束后用专用软件进行分析处理。1.3测线布设根据已有的管道布设资料，以及现场参照物比对等，将测线尽量设置在管道附近。由于受水流以及航道等影响，实际航线不能沿管道笔直行进，考虑本次探测的目的，采用多跑测线铺盖管道区域的方法来实现，主要是在重点关注的ZK36ZK42附近区域进行。经过在测区反复多

7、次探测，共完场测线长度为10.5km。本报告选取了2条较有代表性的地层剖面资料进行了分析。2 膂料处理与解译2.1资料处理方法测线对应地层信息采用SB-logger软件进行采集，并以Seg-y数据格式存储在DSP-6632ChirpHI信号采集处理工作站上。浅地层剖面调查干扰波是比较强的，干扰波产生也是比较复杂的，常见的干扰波主要有机械干扰、环境噪音、直达波、海底多次波、侧反射波及绕射波等。数据处理过程主要是对勘探过程中采集得到的Seg-y文件进行回放.选择适当深度范围的数据信号进行滤波处理.适当调节时变增益（TVG）,增强有效反射波的信号，削弱三次或更多次的反射波的信号则一定会变弱。通过数字

8、后处理技术对浅剖数据的多次波进行处理，达到减弱或压制多次波的作用，然后进行波速修正、底部跟踪、控制图像色谱、图像输出等几个方面的处理，输出浅地层剖面勘探的实测图。2.2剖面输出按上述方法处理后输出的图2为Boomer浅剖血勘探的实测图，图3是在图2的基础上将测线按比例展开绘制的地质剖面图。剖面图中的标尺是以测量当日的实际水面为零点。图2Boomer实测剖面图2Boomer实测剖面10.()30.040.050.060.0图3Boomer地质解释剖面2.3地质解释勘探测线由北向南布置，测线长度660m。实测水深在约20m,从图3地质解释图中可以看出水下地形的起伏情况。在该剖面上，基岩面自北向南是

9、逐渐抬高的，在水面以下20-40m范围内变化。在基岩面以下仍有一些分界面信号存在，但是，通过判断这些信号均在上层有效信号的多次波，是伪信号，所以在分析中应加以排除。在基岩面上土层中局部范围内有较强的反射面存在，结合已有的钻孔资料分析，这些反射面应该是由土层中的砾石或卵石透镜体所造成的。此外，在测线靠近南岸的位置发现有不连续的反射弧存在，这说明此处的波阻抗值（Z=pxK）存在异常，附近区域可能存在异于周围土体（或岩体）的沉积物，这些反射弧分别位于土层内和基岩面附近。关于位于土层内的反射弧,结合钻孔资料推断，这种反射弧应为局部小范围砾石或者其他非地层沉积物所引起的；关于位于基岩面附近的反射弧，结合

10、钻孔资料分析，判定是由基岩面下的夹有充填物的岩溶破碎带所造成的。从本次的探测结果来看,这种反射弧在基岩深部没有发现。3 探测成果应用钻探资料能够较为直观地反映勘探点处不良地质体（溶洞）的位置及其充填物性质，但是，因钻孔为不连续分布，不能反映出溶洞的分布范围和规模特点，孔距愈大所获勘察资料误差就愈大。采用声学浅地层剖面探测方法结合钻探成果则解决了这一问题，通过对比、分析、整合钻探和物探资料，提出满足工程需要的地质勘察资料。根据本次探查成果，在钻探发现溶洞位置附近不存在“串珠状”岩溶，该岩溶仅孤立存在，故建议对穿越方案进行优化，管道穿越中对存在岩溶位置进行绕避，确保定向钻在岩土性质均匀的稳定层位中

11、穿越，穿越位置见图40*iw砂卵石枕质充说溶吨设计穿超践中风化砾费'钻孔活粉质牯土图4工程地质剖面.粉土亢填淀洞卓砂岩酵了艺砾房险蹶;m国砾12日开钻,在经过穿越施工从2009年11月60个昼夜的连续作业，施工单位依据勘察和设计资料，顺利进行了导向孔钻进，3遍扩孔、1遍洗孔的施工作业，最终实现管道回拖。这次穿越岩石层1810m,创下了508mm管径水平定向钻穿越长江岩石层距离最长的国内记录。通过施工过程中的实际检验，勘察资料准确无误，满足工程要求。在本次水下岩溶探查中声学浅地层剖面探测方法能够较为准确地查明岩溶破碎带的位置及分布范围，该物探方法结合钻探资料能够获得更为直观、全面及准确的勘察成果。本次水上探测的成功应用说明声学浅地层剖面探测方法对水下地层溶洞的探测是可行的，也是一种高效、全面的探测方法，可以在工程中推广使用。参考文献:1声学浅地层剖面探测方法能够获得不同介质（地层