夏 云,嚴(yán)良俊 (油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué))，湖北 荊州 434023)

AMT方法在變電站極址電阻率調(diào)查中的應(yīng)用

夏 云,嚴(yán)良俊 (油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué))，湖北 荊州 434023)

變電站極址的選址對輸變電安全非常重要，站址地下中淺層電阻率關(guān)系到接地好壞。采用AMT方法測試了變電站極址的中淺層電阻率分布(共測試AMT點(diǎn)9個(gè)，檢查點(diǎn)1個(gè))，采用的儀器是網(wǎng)絡(luò)化多功能電法系統(tǒng)V8，通過觀測計(jì)算地面上相互垂直的電、磁場分量，得到了觀測點(diǎn)上的視電阻率-頻率曲線。通過野外電阻率測試、資料處理與反演，得出反演電阻率結(jié)果與特征，從而直觀地判斷曲線類型和地下電性層變化規(guī)律，對變電站極址的接地層位提供了重要依據(jù)。

AMT；電阻率;變電站極址；反演

隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，大西南的金沙江、大渡河梯級電站項(xiàng)目正在加快進(jìn)行，其配套的輸變電站及線路建設(shè)任務(wù)繁重。為了確保輸變電安全與工程質(zhì)量，換流站、變電站極址的選址及勘察尤為重要。站址地下中淺層(50～1000m)巖石的電阻率的大小關(guān)系到變電站設(shè)備接地好壞。良好的接地條件是輸電安全的重要參數(shù)。近年來，隨著電磁法儀器的性能及其抗干擾能力的不斷提高，音頻大地電磁測深法[1-4](Audio-frequency Magnetotelluric, AMT)在工程物探、煤田勘探、電法找水、地?zé)崤c金屬礦勘探等方面受到了地球物理工作者的青睞。

1 工區(qū)地質(zhì)概況

圖1 場地工程地質(zhì)剖面

如圖1所示(其中Qdel為滑坡堆積碎石土；Qdl為坡積土；Q為粘性土；T3q為三疊系灰?guī)r)，變電站站址位于水洛河右岸的大型古滑坡的次級滑動體上。大型古滑坡體后緣高程約為2480m，前緣抵水洛河右岸，高程約為2145m?；卵卮怪庇谒搴恿飨蚍较虬l(fā)生，順滑動方向(NE向)長約1.0km，垂直于滑動方向長約1.5km?；略诟叱?400m和2270m(站址位置)高程形成平臺。站址所在的次級滑坡體平臺高程2240～2270m，相對高差30m左右。平臺NE側(cè)地形較為平緩，總體坡度15～20°。平臺SW側(cè)地勢較陡，總體坡體達(dá)20°，局部超過40°。平臺NW側(cè)為滑坡次級滑動所形成的凹陷，現(xiàn)為農(nóng)田，寬20～30m，凹陷以西地形坡度約15～20°。

2 儀器選擇及工作布置

2.1儀器選擇

根據(jù)測區(qū)的地質(zhì)地球物理特征，選用加拿大鳳凰公司生產(chǎn)的新一代網(wǎng)絡(luò)化多功能電法系統(tǒng)System 2000.net(V8)。該系統(tǒng)總體由4大系統(tǒng)組成：發(fā)射系統(tǒng)、采集(接收)系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄處理系統(tǒng)。

2.2工作布置

工程采用音頻大地電磁測深法 (AMT)和淺層瞬變電磁法(TEM)測量該500kV變電站新建工程站址地表到地下1000m范圍內(nèi)不同深度的電阻率分布。要求測量AMT點(diǎn)9個(gè)，檢查點(diǎn)1個(gè)；TEM點(diǎn)9個(gè)，檢查點(diǎn)1個(gè)。AMT點(diǎn)位和TEM點(diǎn)位重合。為了保證觀測資料的質(zhì)量和可信度，在AMT05點(diǎn)進(jìn)行了重復(fù)觀測，2次觀測的視電阻率資料經(jīng)編輯后，在目標(biāo)深度范圍內(nèi)，曲線形態(tài)一致，均方相對誤差為3.5%，小于規(guī)范中5%的要求。

3 AMT資料處理與反演方法

3.1資料預(yù)處理與校正

1)Robust處理 AMT研究的是波阻抗的頻率響應(yīng)，而電磁場觀測是在時(shí)間域進(jìn)行的，因此首先應(yīng)該從時(shí)間序列的記錄中提取電磁場的頻譜信息，根據(jù)譜分析結(jié)果求取張量阻抗元素。在求取張量阻抗元素時(shí)，常用的是Robust估計(jì)法[5]。該方法可以對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，去除飛點(diǎn)，保證采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

2)資料編輯、平滑 對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對比編輯、平滑，刪除飛點(diǎn)。平滑后的數(shù)據(jù)不改變原始曲線的類型。

3)地形的影響及其校正 地形影響主要是指地形起伏對AMT觀測數(shù)據(jù)的影響。電磁法的測量結(jié)果易收地形的影響而發(fā)生畸變，使反演結(jié)果出現(xiàn)假異常層或假構(gòu)造，研究發(fā)現(xiàn)TM模式比TE模式更易受地形影響，山頂比谷底更易受地形的影響，所以在解釋前，應(yīng)該對地形影響進(jìn)行校正[6]。

4)靜態(tài)偏移的校正 在電磁法勘探中，只要測量電場分量，靜態(tài)效應(yīng)總是存在。感應(yīng)電流垂直穿過電性異常體時(shí)，在流入端和流出端會有電荷積累，兩端電荷量大小相等，符號相反，從而建立一個(gè)靜電場，并疊加在觀測的電場分量中，使電場數(shù)據(jù)向上或向下移動一個(gè)常數(shù)視電阻率曲線也沿縱軸在雙對數(shù)坐標(biāo)系中發(fā)生上下平移,這種現(xiàn)象稱為靜態(tài)偏移。靜態(tài)效應(yīng)會使測深曲線(一維)定量解釋結(jié)果，無論電阻率或?qū)雍穸榷籍a(chǎn)生誤差；而在對視電阻率擬斷面圖作定性解釋時(shí)，會誤將靜態(tài)效應(yīng)推斷為陡立的深大斷裂或垂向大延深的異常體，因此，需對資料進(jìn)行靜態(tài)校正。靜態(tài)校正的空間濾波法[7]是利用MT法中發(fā)展的電磁陣列剖面法(EMAP)基本原理，用數(shù)字濾波技術(shù)壓制靜態(tài)效應(yīng)。

3.2資料處理與成果解釋

1)視電阻率與相位的計(jì)算 對于標(biāo)量觀測方式，視電阻率ρ與相位ψ按下式計(jì)算：

ρ=0.2T|Z|2ψ=arctan|Im(Z)/Re(I)|

式中,Z為波阻抗；T為周期；I為電流。

2)資料處理解釋與反演 工程采用由長江大學(xué)研究開發(fā)的單點(diǎn)AMT連續(xù)介質(zhì)反演方法，來獲取地下層狀介質(zhì)地電模型的高分辨率電阻率與厚度參數(shù)，該法稱為“正演修正法”[8]。 “正演修正法”以“虛擬全區(qū)視電阻率”為反演過程中的擬合目標(biāo)函數(shù)，它根據(jù)“虛擬全區(qū)視電阻率”的觀測值和反演結(jié)果正演計(jì)算的擬合情況來調(diào)整電性層的電性和幾何參數(shù)。選個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以一維Bostick反演的結(jié)果作為初始模型，將地下電性層劃分為N+1=21層，根據(jù)正演結(jié)果和觀測值的差異，逐層修正電阻率和厚度并循環(huán)進(jìn)行。由于采用對稱方形的小偏移距的線框作為發(fā)射源，并且是在中心點(diǎn)上采集時(shí)間序列的衰減信號，因此，它更類似于自激自收的垂向測深法。在這種情形下，一維反演結(jié)果具有很高的精確性。

4 變電站極址的電阻率調(diào)查與分析

通過對水洛站址測試點(diǎn)的資料處理與反演，獲得了該站址從地表至地下1000m范圍內(nèi)的電阻率分層模型及數(shù)據(jù)(見圖2～圖4)。通過分析9個(gè)TEM點(diǎn)反演電阻率分層數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，站址淺層電阻率有如下特點(diǎn)：埋深60m內(nèi)，電阻率大致分為3層。第1電性層較薄，不超過2m;第2電性層也較薄，約5m；第3層較厚，約50m。淺層電阻率表現(xiàn)為K型電性結(jié)構(gòu)，表層電阻率平均約300Ω·m，中間高層電阻率將近2000Ω·m，底層電阻率約500Ω·m。深部地下電阻率分層有如下特點(diǎn)：電性分層大致可分4層，即第1電性層為高阻，第2電性層為低阻，第3電性層為高阻，最后一層為穩(wěn)定的低阻層，總體表現(xiàn)為HK型電性結(jié)構(gòu)。深部第1層高阻與淺層電阻率測量結(jié)果相吻合而銜接，電阻率一般在500Ω·m左右；中間低阻層在9個(gè)AMT點(diǎn)上普遍存在，該低阻層電阻率平均為62Ω·m，平均厚度為37m，頂板埋深大約在70m左右，該層是較好的接地層位；在低阻層下部有層厚度較大的高阻層，電阻率約為700Ω·m，厚度有400m左右，在最下部為一穩(wěn)定存在的低阻層，電率較低，不大于100Ω·m，一直延伸到1000m。

圖3 AMT04/AMT05/AMT06特征低阻帶圖示(灰色條帶)

圖4 AMT07/AMT08/AMT09特征低阻帶圖示(灰色條帶)

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[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2012.01.018

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A

1673-1409(2012)01-N056-03