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    基于深埋管线探测的井中磁梯度方法

    陈军 陈泽元 杨川

    陈军, 陈泽元, 杨川, 2015. 基于深埋管线探测的井中磁梯度方法. 地球科学, 40(12): 2110-2118. doi: 10.3799/dqkx.2015.187
    引用本文: 陈军, 陈泽元, 杨川, 2015. 基于深埋管线探测的井中磁梯度方法. 地球科学, 40(12): 2110-2118. doi: 10.3799/dqkx.2015.187
    Chen Jun, Chen Zeyuan, Yang Chuan, 2015. Borehole Magnetic Gradient Method Based on Detection of Deep Underground Pipeline. Earth Science, 40(12): 2110-2118. doi: 10.3799/dqkx.2015.187
    Citation: Chen Jun, Chen Zeyuan, Yang Chuan, 2015. Borehole Magnetic Gradient Method Based on Detection of Deep Underground Pipeline. Earth Science, 40(12): 2110-2118. doi: 10.3799/dqkx.2015.187

    基于深埋管线探测的井中磁梯度方法

    doi: 10.3799/dqkx.2015.187
    详细信息
      作者简介:

      陈军(1979-), 男, 高级工程师, 主要从事工程物探、检测、监测的应用与研究工作.E-mail: chjrhj@126.com

    • 中图分类号: P631.2

    Borehole Magnetic Gradient Method Based on Detection of Deep Underground Pipeline

    • 摘要: 目前, 井中磁梯度方法是深埋金属管线常用的探测方法之一, 但是存在理论不够完善及缺乏定量分析方法等问题.研究内容包括3个方面: (1)从无限长水平圆柱体的磁场强度入手, 通过坐标系的转换, 推导出地面探测和井中探测的磁场水平分量、垂直分量的关系, 进一步推导出管线的井中磁梯度公式; (2)根据磁梯度公式模拟出梯度值随有效磁化倾角及孔位的变化情况; (3)通过对模型正演数据的统计分析确定了3种关系式: 极值比与有效磁化倾角之间的关系式、管线的水平位置和磁梯度极值间的孔深距离与有效磁化倾角的关系式、磁梯度极值的绝对值较大者和管线埋深之间的距离与极值距间的比值和有效磁化倾角的关系式.这3种关系式组成了管线埋深及水平位置的估算公式.最后, 通过实例来估算了管线的埋深和平面位置, 根据估算结果进行的正演结果表明了该方法的可行性.

       

    • 图  1  管线模型示意图

      Fig.  1.  The model of underground pipeline

      图  2  管线井中磁梯度随磁化倾角变化的曲线

      Fig.  2.  Borehole magnetic gradient curve of pipeline changing with magnetic inclination

      图  3  管线井中磁梯度随水平距离变化的曲线

      Fig.  3.  Borehole magnetic gradient curve of pipeline changing with horizontal distance

      图  4  |ZT,min/ZT,max|随is的变化

      Fig.  4.  |ZT,min/ZT,max| changing with is

      图  5  ED/|L|与sinis之间的关系

      Fig.  5.  Relationship between ED/|L| and sinis

      图  6  2|zm-z0|/EDis的变化

      Fig.  6.  2|zm-z0|/ED changing with is

      图  7  钻孔位置(编号为K1、K2与K3)

      点划线表示推断的管线水平位置

      Fig.  7.  The borehole locations (numbers for K1, K2 and K3)

      图  8  燃气管线的实测和正演结果

      Fig.  8.  The measured and modeling results of the gas pipeline

      表  1  |ZT, min/ZT, max|与is之间的关系

      Table  1.   Relationship between|ZT, min/ZT, max| and is

      is |L|=0.7 m |L|=0.8 m |L|=1.3 m |L|=1.8 m |L|=2.3 m
      1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
      15° 0.800 0.810 0.805 0.805 0.804
      30° 0.647 0.646 0.647 0.645 0.641
      45° 0.522 0.516 0.518 0.518 0.520
      60° 0.406 0.410 0.411 0.411 0.410
      75° 0.330 0.329 0.321 0.322 0.323
      90° 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250
      105° 0.330 0.329 0.321 0.322 0.323
      120° 0.406 0.410 0.411 0.411 0.410
      135° 0.522 0.516 0.518 0.518 0.520
      150° 0.647 0.646 0.647 0.645 0.641
      165° 0.800 0.810 0.805 0.805 0.804
      180° 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
      195° 0.800 0.810 0.805 0.805 0.804
      210° 0.647 0.646 0.647 0.645 0.641
      225° 0.522 0.516 0.518 0.518 0.520
      240° 0.406 0.410 0.411 0.411 0.410
      255° 0.330 0.329 0.321 0.322 0.323
      270° 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250
      285° 0.330 0.329 0.321 0.322 0.323
      300° 0.406 0.410 0.411 0.411 0.410
      315° 0.522 0.516 0.518 0.518 0.520
      330° 0.647 0.646 0.647 0.645 0.641
      345° 0.800 0.810 0.805 0.805 0.804
      360° 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
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      表  2  EDis及|L|的变化

      Table  2.   ED changing with is and |L|

      is |L|=0.7 m |L|=0.8 m |L|=1.3 m |L|=1.8 m |L|=2.3 m
      ED (m) ED/|L| ED (m) ED/|L| ED (m) ED/|L| ED (m) ED/|L| ED (m) ED/|L|
      0.6 0.86 0.6 0.75 1.0 0.77 1.4 0.78 2.0 0.87
      15° 0.5 0.71 0.7 0.88 1.0 0.77 1.5 0.83 1.9 0.83
      30° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.1 0.85 1.5 0.83 2.1 0.91
      45° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.2 0.92 1.6 0.89 2.0 0.87
      60° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.2 0.92 1.6 0.89 2.1 0.91
      75° 0.6 0.86 0.8 1.00 1.2 0.92 1.7 0.94 2.2 0.96
      90° 0.7 1.00 0.8 1.00 1.3 1.00 1.8 1.00 2.3 1.00
      105° 0.6 0.86 0.8 1.00 1.2 0.92 1.7 0.94 2.2 0.96
      120° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.2 0.92 1.6 0.89 2.1 0.91
      135° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.2 0.92 1.6 0.89 2.0 0.87
      150° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.1 0.85 1.5 0.83 2.1 0.91
      165° 0.5 0.71 0.7 0.88 1.0 0.77 1.5 0.83 1.9 0.83
      180° 0.6 0.86 0.6 0.75 1.0 0.77 1.4 0.78 2.0 0.87
      195° 0.5 0.71 0.7 0.88 1.0 0.77 1.5 0.83 1.9 0.83
      210° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.1 0.85 1.5 0.83 2.1 0.91
      225° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.2 0.92 1.6 0.89 2.0 0.87
      240° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.2 0.92 1.6 0.89 2.1 0.91
      255° 0.6 0.86 0.8 1.00 1.2 0.92 1.7 0.94 2.2 0.96
      270° 0.7 1.00 0.8 1.00 1.3 1.00 1.8 1.00 2.3 1.00
      285° 0.6 0.86 0.8 1.00 1.2 0.92 1.7 0.94 2.2 0.96
      300° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.2 0.92 1.6 0.89 2.1 0.91
      315° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.2 0.92 1.6 0.89 2.0 0.87
      330° 0.6 0.86 0.7 0.88 1.1 0.85 1.5 0.83 2.1 0.91
      345° 0.5 0.71 0.7 0.88 1.0 0.77 1.5 0.83 1.9 0.83
      360° 0.6 0.86 0.6 0.75 1.0 0.77 1.4 0.78 2.0 0.87
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      表  3  2|zm-z0|/EDis之间的关系

      Table  3.   Relationship between 2|zm-z0|/ED and is

      is |L|=0.7 m |L|=0.8 m |L|=1.3 m |L|=1.8 m |L|=2.3 m
      1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
      15° 0.800 0.857 0.800 0.800 0.842
      30° 0.667 0.571 0.545 0.667 0.571
      45° 0.333 0.571 0.500 0.500 0.500
      60° 0.333 0.286 0.333 0.250 0.286
      75° 0.000 0.250 0.167 0.118 0.182
      90° 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
      105° 0.000 0.250 0.167 0.118 0.182
      120° 0.333 0.286 0.333 0.250 0.286
      135° 0.333 0.571 0.500 0.500 0.500
      150° 0.667 0.571 0.545 0.667 0.571
      165° 0.800 0.857 0.800 0.800 0.842
      180° 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
      195° 0.800 0.857 0.800 0.800 0.842
      210° 0.667 0.571 0.545 0.667 0.571
      225° 0.333 0.571 0.500 0.500 0.500
      240° 0.333 0.286 0.333 0.250 0.286
      255° 0.000 0.250 0.167 0.118 0.182
      270° 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
      285° 0.000 0.250 0.167 0.118 0.182
      300° 0.333 0.286 0.333 0.250 0.286
      315° 0.333 0.571 0.500 0.500 0.500
      330° 0.667 0.571 0.545 0.667 0.571
      345° 0.800 0.857 0.800 0.800 0.842
      360° 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
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      表  4  估算结果及误差平均值

      Table  4.   Estimation results and its average error

      is |L|=0.7 m |L|=0.8 m |L|=1.3 m |L|=1.8 m |L|=2.3 m
      Z0 (m) |L| Z0 (m) |L| Z0 (m) |L| Z0 (m) |L| Z0 (m) |L|
      4.996 0.768 4.996 0.768 4.990 1.280 5.014 1.793 4.980 2.561
      15° 4.969 0.748 4.984 0.881 5.003 1.258 5.005 1.887 4.964 2.390
      30° 5.007 0.721 5.022 0.840 5.053 1.322 4.979 1.801 5.008 2.284
      45° 5.053 0.684 4.970 0.797 4.991 1.365 4.987 1.820 4.983 2.273
      60° 5.005 0.646 5.014 0.755 4.996 1.294 5.061 1.726 5.039 2.263
      75° 4.946 0.624 4.970 0.832 4.996 1.244 5.038 1.763 4.980 2.282
      90° 4.990 0.715 4.989 0.817 4.982 1.328 4.976 1.839 4.969 2.350
      105° 5.047 0.621 5.039 0.828 5.018 1.239 4.982 1.755 5.045 2.272
      120° 4.990 0.641 4.993 0.749 5.016 1.286 4.954 1.715 4.981 2.248
      135° 5.042 0.678 5.036 0.791 5.020 1.354 5.027 1.806 5.036 2.255
      150° 4.988 0.716 4.983 0.833 4.956 1.313 5.032 1.790 5.006 2.387
      165° 4.997 0.626 5.021 0.878 5.004 1.252 5.006 1.875 5.049 2.379
      180° 4.993 0.768 4.993 0.768 4.988 1.280 4.983 1.793 4.976 2.561
      195° 5.001 0.628 4.982 0.881 5.000 1.258 5.000 1.886 4.960 2.389
      210° 5.009 0.721 5.020 0.840 5.050 1.323 4.976 1.802 5.003 2.283
      225° 4.955 0.684 4.968 0.797 4.987 1.365 4.983 1.820 4.977 2.274
      240° 5.006 0.646 5.012 0.755 4.993 1.295 5.057 1.727 5.035 2.265
      255° 4.948 0.624 4.969 0.832 4.993 1.245 5.034 1.764 4.975 2.283
      270° 4.990 0.715 4.988 0.817 4.981 1.328 4.973 1.839 4.966 2.349
      285° 5.057 0.614 5.026 0.832 4.998 1.244 4.954 1.763 5.009 2.282
      300° 4.998 0.645 4.983 0.755 4.998 1.294 4.930 1.726 4.949 2.264
      315° 5.050 0.683 5.026 0.796 5.003 1.364 5.005 1.819 5.007 2.274
      330° 4.996 0.721 4.974 0.839 4.941 1.322 5.013 1.801 4.982 2.282
      345° 5.003 0.628 5.013 0.881 4.992 1.257 4.988 1.886 5.025 2.389
      360° 5.002 0.768 5.002 0.768 5.004 1.280 5.005 1.793 5.008 2.561
      中误差 0.021 0.038 0.015 0.031 0.016 0.029 0.022 0.035 0.02 0.072
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    出版历程
    • 收稿日期:  2015-04-11
    • 刊出日期:  2015-12-15

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