范長麗

摘要：本文主要介紹了用瞬變電磁測(cè)深（TEM）和大地電磁測(cè)深（MT）兩種方法解決某換流變電站接地極址地下電性分布的情況。對(duì)實(shí)測(cè)TEM資料進(jìn)行了一維TEM反演，得到地下2km深度的電性參數(shù)和電阻率斷面圖；對(duì)實(shí)測(cè)MT數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，通過一維反演、二維反演分別得到地下30km深度內(nèi)的電性參數(shù)和電阻率斷面圖；反演結(jié)果表明，TEM與MT結(jié)果具有較好的一致性。電性參數(shù)和斷面圖為接地極址的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供了可靠電性參數(shù)。

關(guān)鍵詞：大地電磁測(cè)深法，瞬變電磁測(cè)深法，接地極

中圖分類號(hào)：TM8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1、引言：

在直流輸電工程中，換流站接地極址的選擇是直接關(guān)系到整個(gè)輸電工程安全、經(jīng)濟(jì)、有效運(yùn)行的關(guān)鍵因素。對(duì)極址地下深部電阻率測(cè)量和電性分布調(diào)查時(shí)接地極址選擇工作中極為重要的環(huán)節(jié)[1]。用瞬變電磁測(cè)深法（TEM）和大地電磁測(cè)深法（MT）兩種方法在輸電工程接地極址上進(jìn)行深部電阻率測(cè)量， 經(jīng)過資料處理可以得到極址下方由淺層到深層的電阻率斷面圖，根據(jù)該斷面圖可以為接地極址的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供可靠而又必要的電性參數(shù)。之所以選擇TEM和MT兩種物探方法是因?yàn)椋篗T方法實(shí)際的探測(cè)深度可達(dá)數(shù)百公里，能滿足接地極址的深度要求，且能夠給出每個(gè)深度范圍內(nèi)的電阻率值；而TEM方法不僅可以有效地消除MT靜態(tài)偏移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，還能彌補(bǔ)MT方法不能準(zhǔn)確測(cè)量的一定深度的電阻率。

2、方法介紹

接地極簡(jiǎn)介：直流輸電系統(tǒng)中， 需要一正一負(fù)兩根輸電導(dǎo)線與電源、負(fù)荷構(gòu)成回路。必要時(shí)也可利用大地充當(dāng)一根輸電線路， 稱為“大地回路”。典型雙極直流輸電線路運(yùn)行時(shí)， 兩極大地回路地中電流相反， 地中幾乎沒有電流， 此時(shí)大地起備用導(dǎo)線的作用。因此利用大地作為廉價(jià)和低損耗回流回路是經(jīng)濟(jì)有效的。現(xiàn)在直流輸電工程， 利用大地構(gòu)成直流電流回路已得到廣泛的應(yīng)用[2]。

接地極的形式根據(jù)地形分陸地、海水兩種。這里只討論陸地接地極。陸地環(huán)形接地極較直線、星線等電極而言，單位長度流入大地的電流最為均勻，電極電阻小，電極材料可以得以充分利用。其缺點(diǎn)是需要一大片土質(zhì)均勻的空地。

瞬變電磁法的工作原理，是在地表敷設(shè)不接地線框或接地電極，輸入階躍電流，當(dāng)回線中電流突然斷開時(shí)，在下半空間就要激勵(lì)起感應(yīng)渦流以維持?jǐn)嚅_電流前已存在的磁場(chǎng)，并且此渦流場(chǎng)隨時(shí)間以等效渦流環(huán)的形式向下傳播、向外擴(kuò)展，利用不接地線圈、接地電極或地面中心探頭觀測(cè)此二次渦流磁場(chǎng)或電場(chǎng)的變化情況，可用以研究淺層至中深層的地電結(jié)構(gòu)，由于是在沒有一次場(chǎng)背景的情形下觀測(cè)純二次場(chǎng)異常，因而異常更直接、探測(cè)效果更明顯、原始數(shù)據(jù)的保真度更高。

大地電磁測(cè)深法是以天然交變電磁場(chǎng)為場(chǎng)源的一種地球物理方法。該方法具有野外施工簡(jiǎn)便，成本低廉，勘探深度大，不受高阻層屏蔽影響，對(duì)低阻層有較高的分辨能力等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)交變電磁場(chǎng)在地中傳播時(shí)，由于趨膚深度效應(yīng)的作用，不同周期的信號(hào)具有不同的穿透深度，在地面上觀測(cè)大地電磁場(chǎng)，它的頻率響應(yīng)將反映地下巖層電性的分布情況。大地電磁測(cè)深法的探測(cè)深度與頻率、上覆地層的電阻率密切相關(guān)，其關(guān)系并不是一種簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。然而，通過研究和實(shí)際地質(zhì)模型的實(shí)驗(yàn)計(jì)算，可將地層的電阻率近視為與深度呈線性關(guān)系或指數(shù)關(guān)系。這樣就在趨膚深度的關(guān)系式中可以將地層的電阻率消除，建立頻率和探測(cè)深度的直接關(guān)系式，即通過頻率的改變可以直接反映不同深度的地質(zhì)情況。

3、異常判斷

ds11點(diǎn)TEM一維反演誤差97.176%，ds23點(diǎn)TEM一維反演誤差140.874%。上面僅給出了每條測(cè)線的一個(gè)點(diǎn)的電阻率分布圖，因?yàn)槠渌c(diǎn)的電阻率分布圖與此相似，這里就不一一列出了。從點(diǎn)ds11和ds23的電阻率分層圖可以看出，用瞬變電磁程序反演的結(jié)果和用MT軟件進(jìn)行反演的結(jié)果非常接近，下面對(duì)兩點(diǎn)的電阻率分布情況給出總結(jié)：

表1.1： TEM測(cè)線1 ds11點(diǎn)程序一維反演結(jié)果

深度（m）

60-80

80-220

220-280

280-320

320-1000

1000-1800

1800-2000

2000-3000

電阻率（）

300

7000

4

3000

110

320

1600

2200

表1.2：TEM測(cè)線1 ds11點(diǎn)MT軟件一維反演結(jié)果

深度（m）

0-70

70-180

180-240

240-300

300-1000

電阻率（）

300

8000

0.5

3000

110

表1.3： TEM測(cè)線2 ds23點(diǎn)程序一維反演結(jié)果

深度（m）

110-130

130-190

190-205

205-400

400-450

450-610

610-1000

1000-2000

電阻率（）

13

7000

3000

0.5

4500

2500

4000

9000

表1.4 ：TEM測(cè)線2 ds23點(diǎn)MT軟件一維反演結(jié)果

深度（m）

80-110

110-120

120-210

210-400

400-500

500-600

600-750

750-1100

電阻率（）

13

7000

3000

0.5

4500

2000

3000

4000

4、結(jié)論與建議：

利用MT、TEM實(shí)測(cè)資料，進(jìn)行了數(shù)據(jù)預(yù)處理及一維反演、二維反演，得到了地面一下30km深度的電阻率及厚度，為換流站接地極址的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供了相關(guān)參數(shù)。

（1） TEM和MT聯(lián)合解決換流站接地極址的電性參數(shù)是最佳選擇方案，對(duì)于消除MT靜態(tài)偏移及淺層分層具有重要意義。

（2） 瞬變電磁法的一維反演及轉(zhuǎn)換成MT數(shù)據(jù)進(jìn)行的一維、二維反演結(jié)果表明，一維反演的結(jié)果具有較好的一致性，二維的反演結(jié)果差別較大。

（3） 大地電磁數(shù)據(jù)一維與二維反演結(jié)果表明，兩者之間有一定的差別，說明地下介質(zhì)的二維及三維特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 種芝藝. 直流輸電系統(tǒng)陸地接地極原理及其施工.湖北電力.2003，27（add）：57～59.

[2] 曾連生.高壓直流輸電陸地接地極設(shè)計(jì)-接地極形狀、尺寸和埋深的確定.中南電力設(shè)計(jì)院.EPC.15（2）：12～17.

[3] 王軍，楊雙安，邢向榮.用大地電磁頻譜測(cè)量法探測(cè)煤礦區(qū)陷落柱.西安工程大學(xué)學(xué)報(bào).2008，22（3）：385～389.