趙飛 張嘉欽 梁棟 尹以柔 連承軍

國家管網集團西南管道公司德宏輸油氣分公司

 

 

摘  要：地震斷裂帶地殼往往很不穩定，常見地面位移或地震高發，對天然氣管道工程造成極大威脅，為確保安全生產，需要有效手段監測位移變化。近年來，斷層形變監測技術正朝著自動化高精度方向發展，在中緬天然氣管道工程中采用GPS斷層形變監測方案，實現了對天然氣管道所處地震斷裂帶斷層形變的有效監測。

關鍵詞：電磁場；瞬態仿真；感應電壓；數據擬合；中緬天然氣管道

 

中緬天然氣管道是我國能源進口的西南大通道，也是典型的山區管道。該工程沿線地震地質背景復雜，由西往東主要涉及喜馬拉雅地震帶、滇西南地震帶、鮮水河滇東地震帶、右江地震帶和長江中游地震帶[1-3]。由于地震斷裂帶的地殼很不穩定，常見地面相對位移或地震高發，給管道帶來了極大的安全隱患，需加強斷層形變監測，及時采取治理措施，以確保管道運行安全。采用GPS斷層形變監測技術，可以減輕外業工作量，提高檢測可靠性。

1 GPS監測技術

跨斷層形變監測對于尋找地震前兆分析孕震原理以及研究區域地球動力學有著積極的意義，隨著相關技術的不斷發展，斷層形變監測設備也朝著全自動、高精度以及低成本方向發展。 GPS形變監測技術主要用于監測管道穿越斷層帶的位移，以便根據斷層水平位移量和垂直位移量判斷地震烈度 ,并基于預先給定的斷層位移閾值進行危險性預警。

1.1　系統構成

GPS形變監測系統由GPS天線、觀測房以及天線饋線系統組成，如圖 1所示。

1.2　技術特點

GPS形變監測系統是具有全天候、高精度、自動化、速度快等諸多優點的空間定位技術，作為一種先進成熟的測量手段，已經在工程測量領域得到廣泛應用[4-6]。基于嵌入式計算機技術和網絡數字通信技術，使斷裂形變監測具有自動化程度高、監測精度高、可全天候觀測，以及便于布設施工及成本低等特點。

2　斷層監測方案

在中緬天然氣管道工程斷層監測中，采用GPS相對定位測量獲取斷層兩旁GPS測點基線向量的變化，這是目前GPS測量精度最高的一種定位方法。而采用 三角形測量，在斷層兩側布設三個測點，可進一步提高精度。

該管道工程中涉及到的3個GPS斷裂觀測站，其斷裂帶走向和管道走向正好分為三種類型，故根據其具體的走向特點設計為2個測點或3個測點布置方案，以盡可能準確的監測斷層位移量。

2.1 監測站選址

2.1.1 小江斷裂GPS站

小江西支斷裂帶為南北走向，為了監測該斷裂帶斷裂兩側相對活動量，將GPS觀測站設計為跨斷層監測，地址選在小碑當村南部，管道從西邊過來往北轉彎處。

該點的GPS形變觀測系統由2個測點組成，分別位于東西兩側跨斷層的山坡上相對穩定的位置。兩測點間距為303米，為便于操作，觀測房設在兩測點中間地勢較為平坦的位置， GPS接收機放置在觀測房，通過GPS天線饋線與布設在兩個測點的GPS天線連接（圖 2）。

2.1.2 鳳儀斷裂GPS站

鳳儀—定西嶺斷裂跨斷層附近的管道在此并不直接穿越斷裂，而是沿斷裂鋪設，需要同時監測斷裂帶橫向和縱向位移情況，故布設3個GPS測點形成三角，其中2個測點位于斷層兩側， 1個測點位于斷層和管道通過的山坡上。

通過三角形布點，可以同時監測該斷裂帶橫向和縱向的位移數據，在發生明顯位移或地震時，該系統可以全面提供三個測點所在的斷層的相對位移情況（圖 3）。

2.1.3 龍陵—瑞麗、鎮安斷裂GPS站

龍陵—瑞麗、鎮安斷裂跨斷層處，管道形狀為Z字形折彎，相對橫向位移，由于縱向管段較短影響不大，故主要針對橫向位移進行監測。設置的形變GPS觀測系統由2個測點組成，兩測點間距375米。觀測房設在測點B， GPS接收機放置在觀測房，通過GPS天線饋線與測點A的GPS天線連接（圖 4）。

2.2 GPS斷裂形變觀測子系統

GPS斷裂形變觀測子系統由上述3個GPS形變觀測站組成， 每個觀測站又包括GPS觀測設備、太陽能供電系統以及無線通訊系統。

2.2.1 GPS觀測設備

即GPS形變觀測系統的GPS天線、觀測房以及天線饋線。現場實施中主要是在所確定的測點位置安裝GPS天線，并將信號引至觀測房的接收機內。

2.2.2 太陽能直流供電系統

采用太陽能直流供電，給GPS觀測設備以及無線路由器提供直流電源。 12 V太陽能直流供電系統要達到最大連續陰雨10天供電需求，并考慮出現兩次最長陰雨天間隔天數為15天等情況。

2.2.3 無線通訊系統

采用中國電信無線3G/CDMA1X網絡實現數據傳輸通信，數據直接進入數據處理中心。觀測子系統與數據處理子系統通過3G/CDMA1X移動通信與公網通信網絡連接，通過管道通信向成都應急指揮中心傳輸數據。

中緬天然氣管道工程GPS斷層形變監測子系統通過GPS觀測站獲取的觀測數據，將確定基線的運動狀況、斷層兩旁相對位移的大小，從而在適當的時刻發出預警提示。

3　結論

GPS形變監測系統可對地震斷裂帶斷層的形變進行實時監測，監測結果通過無線通訊發送到監測中心，實時掌握斷層形變狀況，防止斷層位移對管道造成損壞。同時，在發生地震時，還可以通過該監測系統快速確認斷層位移情況，從而評估可能對管道造成的影響，快速判定風險程度實施維修，以確保管道的安全運行。

 

參考文獻：

[1] 王學軍，陳怡靜，余志峰，等.中緬油氣管道工程建設難點與創新設計[J].油氣儲運， 2014，33(10)： 1039-1046.

[2] 王麒，張文峰，王麟，等. 中緬油氣管道地震監測系統[J]. 油氣儲運， 2014， 33(10).

[3] 張少春，范鋒，豐曉紅. 跨斷層埋地輸油氣管道抗震研究述評[J]. 天然氣與石油， 2014， 32(4)： 4-8.

[4] 閆歡歡，喬學軍，聶兆生，等. 利用GPS研究紅河斷裂帶的地殼形變及斷層運動特征[J]. 測繪地理信息， 2019， 44(01)： 40-44.

[5] 周琳，王慶良，李長軍，等. 基于GPS和水準資料的拉脊山斷裂帶西段地殼形變研究[J]. 大地測量與地球動力學， 2016， 36(12)： 1056-1059.

[6] 齊國良，施闖，姚宜斌. 陜京輸氣管道斷裂帶形變監測GPS網的數據處理及形變分析[J]. 測繪信息與工程， 2004(5)： 36-39.

 

作者簡介：趙飛， 1987年生，工程師， 2013年碩士畢業于重慶大學土木工程專業，現主要從事管道管理工作。聯系方式： 18108891737，940181348@qq.com。