赵飞 张嘉钦 梁栋 尹以柔 连承军

国家管网集团西南管道公司德宏输油气分公司

 

 

摘  要：地震断裂带地壳往往很不稳定，常见地面位移或地震高发，对天然气管道工程造成极大威胁，为确保安全生产，需要有效手段监测位移变化。近年来，断层形变监测技术正朝着自动化高精度方向发展，在中缅天然气管道工程中采用GPS断层形变监测方案，实现了对天然气管道所处地震断裂带断层形变的有效监测。

关键词：电磁场；瞬态仿真；感应电压；数据拟合；中缅天然气管道

 

中缅天然气管道是我国能源进口的西南大通道，也是典型的山区管道。该工程沿线地震地质背景复杂，由西往东主要涉及喜马拉雅地震带、滇西南地震带、鲜水河滇东地震带、右江地震带和长江中游地震带[1-3]。由于地震断裂带的地壳很不稳定，常见地面相对位移或地震高发，给管道带来了极大的安全隐患，需加强断层形变监测，及时采取治理措施，以确保管道运行安全。采用GPS断层形变监测技术，可以减轻外业工作量，提高检测可靠性。

1 GPS监测技术

跨断层形变监测对于寻找地震前兆分析孕震原理以及研究区域地球动力学有着积极的意义，随着相关技术的不断发展，断层形变监测设备也朝着全自动、高精度以及低成本方向发展。 GPS形变监测技术主要用于监测管道穿越断层带的位移，以便根据断层水平位移量和垂直位移量判断地震烈度 ,并基于预先给定的断层位移阈值进行危险性预警。

1.1　系统构成

GPS形变监测系统由GPS天线、观测房以及天线馈线系统组成，如图 1所示。

1.2　技术特点

GPS形变监测系统是具有全天候、高精度、自动化、速度快等诸多优点的空间定位技术，作为一种先进成熟的测量手段，已经在工程测量领域得到广泛应用[4-6]。基于嵌入式计算机技术和网络数字通信技术，使断裂形变监测具有自动化程度高、监测精度高、可全天候观测，以及便于布设施工及成本低等特点。

2　断层监测方案

在中缅天然气管道工程断层监测中，采用GPS相对定位测量获取断层两旁GPS测点基线向量的变化，这是目前GPS测量精度最高的一种定位方法。而采用 三角形测量，在断层两侧布设三个测点，可进一步提高精度。

该管道工程中涉及到的3个GPS断裂观测站，其断裂带走向和管道走向正好分为三种类型，故根据其具体的走向特点设计为2个测点或3个测点布置方案，以尽可能准确的监测断层位移量。

2.1 监测站选址

2.1.1 小江断裂GPS站

小江西支断裂带为南北走向，为了监测该断裂带断裂两侧相对活动量，将GPS观测站设计为跨断层监测，地址选在小碑当村南部，管道从西边过来往北转弯处。

该点的GPS形变观测系统由2个测点组成，分别位于东西两侧跨断层的山坡上相对稳定的位置。两测点间距为303米，为便于操作，观测房设在两测点中间地势较为平坦的位置， GPS接收机放置在观测房，通过GPS天线馈线与布设在两个测点的GPS天线连接（图 2）。

2.1.2 凤仪断裂GPS站

凤仪—定西岭断裂跨断层附近的管道在此并不直接穿越断裂，而是沿断裂铺设，需要同时监测断裂带横向和纵向位移情况，故布设3个GPS测点形成三角，其中2个测点位于断层两侧， 1个测点位于断层和管道通过的山坡上。

通过三角形布点，可以同时监测该断裂带横向和纵向的位移数据，在发生明显位移或地震时，该系统可以全面提供三个测点所在的断层的相对位移情况（图 3）。

2.1.3 龙陵—瑞丽、镇安断裂GPS站

龙陵—瑞丽、镇安断裂跨断层处，管道形状为Z字形折弯，相对横向位移，由于纵向管段较短影响不大，故主要针对横向位移进行监测。设置的形变GPS观测系统由2个测点组成，两测点间距375米。观测房设在测点B， GPS接收机放置在观测房，通过GPS天线馈线与测点A的GPS天线连接（图 4）。

2.2 GPS断裂形变观测子系统

GPS断裂形变观测子系统由上述3个GPS形变观测站组成， 每个观测站又包括GPS观测设备、太阳能供电系统以及无线通讯系统。

2.2.1 GPS观测设备

即GPS形变观测系统的GPS天线、观测房以及天线馈线。现场实施中主要是在所确定的测点位置安装GPS天线，并将信号引至观测房的接收机内。

2.2.2 太阳能直流供电系统

采用太阳能直流供电，给GPS观测设备以及无线路由器提供直流电源。 12 V太阳能直流供电系统要达到最大连续阴雨10天供电需求，并考虑出现两次最长阴雨天间隔天数为15天等情况。

2.2.3 无线通讯系统

采用中国电信无线3G/CDMA1X网络实现数据传输通信，数据直接进入数据处理中心。观测子系统与数据处理子系统通过3G/CDMA1X移动通信与公网通信网络连接，通过管道通信向成都应急指挥中心传输数据。

中缅天然气管道工程GPS断层形变监测子系统通过GPS观测站获取的观测数据，将确定基线的运动状况、断层两旁相对位移的大小，从而在适当的时刻发出预警提示。

3　结论

GPS形变监测系统可对地震断裂带断层的形变进行实时监测，监测结果通过无线通讯发送到监测中心，实时掌握断层形变状况，防止断层位移对管道造成损坏。同时，在发生地震时，还可以通过该监测系统快速确认断层位移情况，从而评估可能对管道造成的影响，快速判定风险程度实施维修，以确保管道的安全运行。

 

参考文献：

[1] 王学军，陈怡静，余志峰，等.中缅油气管道工程建设难点与创新设计[J].油气储运， 2014，33(10)： 1039-1046.

[2] 王麒，张文峰，王麟，等. 中缅油气管道地震监测系统[J]. 油气储运， 2014， 33(10).

[3] 张少春，范锋，丰晓红. 跨断层埋地输油气管道抗震研究述评[J]. 天然气与石油， 2014， 32(4)： 4-8.

[4] 闫欢欢，乔学军，聂兆生，等. 利用GPS研究红河断裂带的地壳形变及断层运动特征[J]. 测绘地理信息， 2019， 44(01)： 40-44.

[5] 周琳，王庆良，李长军，等. 基于GPS和水准资料的拉脊山断裂带西段地壳形变研究[J]. 大地测量与地球动力学， 2016， 36(12)： 1056-1059.

[6] 齐国良，施闯，姚宜斌. 陕京输气管道断裂带形变监测GPS网的数据处理及形变分析[J]. 测绘信息与工程， 2004(5)： 36-39.

 

作者简介：赵飞， 1987年生，工程师， 2013年硕士毕业于重庆大学土木工程专业，现主要从事管道管理工作。联系方式： 18108891737，940181348@qq.com。