王子豪

摘 要：重力勘探以研究對(duì)象（礦產(chǎn)資源或地質(zhì)構(gòu)造）與圍巖存在著密度上的差異為前提條件，通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理來獲得單純由礦產(chǎn)或構(gòu)造等密度不均勻體產(chǎn)生的重力異常，并通過對(duì)重力異常的解釋來達(dá)到找礦或勘探的目的。其在地球深部構(gòu)造研究、石油與煤田的普查、固體礦產(chǎn)資源的開發(fā)及天然地震的預(yù)報(bào)等諸多方面都發(fā)揮著越來越重要的作用?；诩闻d市地?zé)豳Y源勘查工作中的高精度重力剖面測(cè)量項(xiàng)目，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)狀況和地球物理特征，推測(cè)勘查區(qū)基底起伏、隱伏斷裂的空間展布和特征，為布置地?zé)徙@孔位置提供地球物理勘查依據(jù)。

關(guān)鍵詞：重力勘探；重力異常；重力剖面；重力測(cè)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：P631.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.102

在地球表面及其附近空間，一切物體都要受到重力的作用。在重力的作用下，物體自由下落時(shí)就要產(chǎn)生加速度，稱為“重力加速度”。在地球表面，重力加速度的平均值約為9.8 m/s2。但是，由于地球的形狀不規(guī)則，地球內(nèi)部物質(zhì)密度不均勻，地球與其他星體的相對(duì)位置不斷變化，重力加速度的大小隨著觀測(cè)時(shí)間、地點(diǎn)的不同而稍有差異。

1 勘探前期工作

勘探前期應(yīng)對(duì)工區(qū)的自然地理環(huán)境、工區(qū)的地質(zhì)和地球物理?xiàng)l件有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便在重力勘探設(shè)計(jì)中作為選擇野外工作方法和提出技術(shù)要求的依據(jù)。

1.1 關(guān)于重力測(cè)量比例尺的問題

在區(qū)域重力測(cè)量中，基本比例尺有4種，即1∶100 000、1∶200 000、1∶500 000和1∶1 000 000.其中，1∶100 000、1∶200 000主要用于石油或煤田普查，在區(qū)域重力調(diào)查已確定的有利地區(qū)進(jìn)一步圈定比較大的局部構(gòu)造；1∶500 000和1∶1 000 000適用于重力調(diào)查的空白區(qū)，以便研究區(qū)域構(gòu)造和地殼深部構(gòu)造。

在重力詳查和細(xì)測(cè)時(shí)，重力測(cè)量的比例尺變化范圍較大，即從1∶50 000到1∶5 000 000.在具體工作中，應(yīng)視工作任務(wù)和勘探對(duì)象的大小而定。

1.2 重力測(cè)網(wǎng)

在野外進(jìn)行重力測(cè)量時(shí)，一般都是先在工作地區(qū)的地面上按照一定的距離布置若干條測(cè)線，在每條測(cè)線上又按照一定的距離布置若干個(gè)測(cè)點(diǎn)，將這些測(cè)線測(cè)點(diǎn)的縱橫連線所構(gòu)成的網(wǎng)稱作“重力測(cè)網(wǎng)”，測(cè)網(wǎng)的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都是重力測(cè)點(diǎn)。

重力測(cè)網(wǎng)的形狀和結(jié)點(diǎn)的密度應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)任務(wù)和工作比例尺來確定，測(cè)點(diǎn)的距離應(yīng)根據(jù)可信異常寬度的大小來確定（可信異常寬度是指重力異常剖面曲線的幅值大于異常均方誤差2倍的兩個(gè)點(diǎn)間的水平距離），一般應(yīng)小于異常寬度。

1.3 重力儀的一致性試驗(yàn)

當(dāng)需用幾臺(tái)儀器在工區(qū)工作時(shí)，應(yīng)做此試驗(yàn)。它可以與動(dòng)態(tài)觀測(cè)的試驗(yàn)結(jié)合，也可以另選一些重力變化大的點(diǎn)用往返重復(fù)觀測(cè)的方式進(jìn)行。用以下公式計(jì)算均方誤差：

. （1）

式（1）中：Vi為某臺(tái)儀器在某點(diǎn)上的觀測(cè)值與各臺(tái)儀器在該點(diǎn)上觀測(cè)平均值的偏差；m為各臺(tái)儀器總的觀測(cè)次數(shù)；n為觀測(cè)點(diǎn)數(shù)減1.

計(jì)算時(shí)應(yīng)分別對(duì)各臺(tái)儀器進(jìn)行計(jì)算，超出精度要求的儀器不能用于施工中。

1.4 重力儀格值的標(biāo)定

生產(chǎn)中，要求在開工前和野外收工后校對(duì)儀器格值。同時(shí)，當(dāng)施工中儀器受到強(qiáng)烈震動(dòng)后也應(yīng)校對(duì)。在野外工作中，一般要求由儀器格值測(cè)定誤差給任一閉合段內(nèi)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)帶來的最大誤差不得超過設(shè)計(jì)的重力觀測(cè)均方誤差。

1.4.1 已知點(diǎn)法

在由國家建立的高精度重力格值標(biāo)定場(chǎng)的已知重力差的點(diǎn)上，用儀器在它們之間進(jìn)行多次重復(fù)觀測(cè)，其獨(dú)立增量數(shù)不少于6個(gè)，按下式計(jì)算格值：

. （2）

式（2）中：Δg為校準(zhǔn)點(diǎn)間已知重力差值；ΔS為多個(gè)獨(dú)立增量的平均值。

用平均讀數(shù)的相對(duì)均方誤差來衡量格值測(cè)定精度，計(jì)算公式為：

. （3）

式（3）中： 為平均讀數(shù)差；Vi為第i次讀數(shù)差與平均讀數(shù)差的差值；n為獨(dú)立增量個(gè)數(shù)。

在金屬礦區(qū)，一般要求Δ格≤1/1 000；在區(qū)域重力測(cè)量中，要求Δ格≤1/2 000；在自建格值標(biāo)定點(diǎn)或省級(jí)的一、二級(jí)基點(diǎn)測(cè)量中，要求Δ格<1/5 000.

1.4.2 傾斜法

這是利用重力儀在水平時(shí)與傾斜一個(gè)θ角時(shí)所感受的重力作用不同來測(cè)定的。此時(shí)，重力差值為：

Δg=g（1-cosθ）. （4）

儀器的格值為：

. （5）

當(dāng)儀器重新標(biāo)定的格值與原來使用的格值相對(duì)變化大于2Δ格時(shí)，應(yīng)使用新格值。

2 儀器設(shè)備與性能

本次工作使用2臺(tái)加拿大SCINTREX公司生產(chǎn)的CG-5型（AutoGrav）重力儀，儀器測(cè)量范圍8 000×10-5 m/s2，讀數(shù)分辨率為±1×10-8 m/s2，觀測(cè)精度<±5×10-8 m/s2，長期靜態(tài)漂移<±5.0×10-7 m/s2。

3 重力異常的判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)

布格重力異常在平原區(qū)直觀反映基巖面起伏，重力高對(duì)應(yīng)精度的控制工作。對(duì)于轉(zhuǎn)輪葉片，需要利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工處理。在實(shí)際安裝過程中，要控制好安裝質(zhì)量，且最好選擇具備抗腐蝕性的材料。此外，除水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪外，下環(huán)、上冠均可選擇不銹鋼材料。

2 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因?qū)嵶C分析

2.1 分析的目的和方法

輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因?qū)嵶C分析的目的為：確定主要的振動(dòng)原因，提出減小振動(dòng)的調(diào)修方法，并給出科學(xué)的技術(shù)數(shù)據(jù)。

輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因?qū)嵶C分析的方法有以下3種：①頻譜分析。該方法是振動(dòng)原因分析中最基本、最重要的方法。任何一個(gè)信號(hào)波形都可被分解成正弦曲線的合成，其正弦波的頻率和幅值可構(gòu)成頻譜。任何振動(dòng)現(xiàn)象都是基本振動(dòng)現(xiàn)象的合成。從波形看，基本振動(dòng)現(xiàn)象即為頻率正弦波。值得注意的是，這些振動(dòng)現(xiàn)象都具有最直接的振動(dòng)原因。利用該分析法可分解復(fù)雜的振動(dòng)現(xiàn)象，找到振動(dòng)的詳細(xì)原因，進(jìn)而確定機(jī)組檢修的方向及需要調(diào)整的部位。②轉(zhuǎn)頻分析。一倍頻也稱為轉(zhuǎn)頻，是水輪機(jī)電組主要的組成部分之一。其中，水力的不平衡、質(zhì)量不平衡和軸的振動(dòng)都屬于一倍頻。雖然其振動(dòng)原因較為復(fù)雜，但不同工況下的振動(dòng)原因不同。因此，通過分析，可初步確定引發(fā)轉(zhuǎn)頻振動(dòng)的原因，而利用空間軸線工具可直觀地計(jì)算主軸彎曲量、配重角和彎曲相位等。對(duì)于不同的機(jī)組而言，通過對(duì)這些參數(shù)的觀察，可直接找出振動(dòng)的原因。③快速定位振動(dòng)現(xiàn)象。隨著時(shí)間的推移，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)量會(huì)越來越多，如何做好振動(dòng)數(shù)據(jù)的搜索和定位已成為相關(guān)工作人員必須考慮的問題。下面的三維圖形展示了各個(gè)頻率成分隨時(shí)間、轉(zhuǎn)速、功率等參數(shù)的變化而變化的規(guī)律。

2.2 振因分析

振因分析分為以下6步：①繪出各振動(dòng)、停機(jī)過程的級(jí)聯(lián)圖；②對(duì)穩(wěn)態(tài)過程中不同負(fù)荷下的數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行篩選，繪出隨負(fù)荷變化的瀑布圖；③審核瀑布圖，并挑選出最明顯的振動(dòng)成分；④通過振動(dòng)原因分析法查找振動(dòng)原因；⑤分析轉(zhuǎn)頻，描述質(zhì)量不平衡和軸彎曲的定量；⑥給出結(jié)論和建議。

2.3 主要振動(dòng)現(xiàn)象及其分析描述

對(duì)于振動(dòng)現(xiàn)象的描述，本文主要以瀑布圖來分析其隨轉(zhuǎn)速變化的變化，具體如圖1所示。

2.4 轉(zhuǎn)頻成分分析

利用本系統(tǒng)的空間軸線圖計(jì)算了啟動(dòng)、停機(jī)和變負(fù)荷過程中的主軸彎曲量、彎曲相位和不平衡質(zhì)量的配重角（超重角），分析了轉(zhuǎn)頻振動(dòng)的原因，得到了主軸靜態(tài)彎曲和質(zhì)量不平衡的數(shù)據(jù)。

2.5 振動(dòng)分析和評(píng)價(jià)

振動(dòng)分析和評(píng)價(jià)的結(jié)果有以下4點(diǎn)：①隨著負(fù)荷的增加，IX成分的相位和幅值不會(huì)出現(xiàn)較大的變化，這表明因水力而導(dǎo)致轉(zhuǎn)頻振動(dòng)的概率較低。②在機(jī)組運(yùn)行的過程中，隨著轉(zhuǎn)速的變化，上導(dǎo)擺度和上機(jī)架振動(dòng)IX成分的變化不大，這表明質(zhì)量不平衡對(duì)轉(zhuǎn)頻振動(dòng)的影響較小。③在機(jī)組運(yùn)行的過程中，勵(lì)磁投入后未出現(xiàn)較大的振擺變化，這表明電磁因素引發(fā)的振動(dòng)較小。④在機(jī)組運(yùn)行的過程中，不存在電磁和水力的影響。當(dāng)減速值為27 rpm時(shí)，質(zhì)量不平衡力可忽略不計(jì)。此時(shí)，主軸完全處于靜態(tài)彎曲的狀態(tài)。通過計(jì)算，在推力軸承處主軸的靜態(tài)彎曲量為127 μm，彎曲位置從鍵相塊開始，至沿旋轉(zhuǎn)方向反方向轉(zhuǎn)動(dòng)24°的位置。

3 結(jié)束語

隨著科技水平的不斷提升，社會(huì)發(fā)展對(duì)水利工程中機(jī)電設(shè)備的要求也越來越高。由于水利工程中的機(jī)電設(shè)備常處于潮濕的運(yùn)行環(huán)境，且工作強(qiáng)度較高，因此，機(jī)電設(shè)備已受到腐蝕和磨損。為了避免機(jī)組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，相關(guān)工作人員應(yīng)針對(duì)水利工程機(jī)電設(shè)備存在的運(yùn)行異常問題，采取有針對(duì)性的處理措施，并做好預(yù)防保護(hù)工作。此外，還應(yīng)做好設(shè)備的日常維護(hù)工作，依據(jù)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行強(qiáng)度確定定期維護(hù)的時(shí)間，從而不斷積累經(jīng)驗(yàn)，消除水利工程機(jī)電設(shè)備異常問題造成的不利影響，滿足水利工程持續(xù)發(fā)展的要求。

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〔編輯：張思楠〕