惠州大亚湾石化区土壤电阻率分析

李旭钦  ,罗辉  ,曾金玲

摘要：对石化区根据地质图与等高线图的共性进行区域划分，通过雷评资料四电极测探法、地质判定和含水量对土壤电阻率进行分析。结果表明：石化区土壤电阻率值绝大部分较低，87.6%分布在200Ω·m以内，平均值约为130Ω·m；南北部分电阻率相对较大，中间相对较低，各区域土层的电阻率具有水平层状；且地质含水量大，含电解质，空隙大。工程设计中，应以垂直接地体为主的复合接地装置。

关键词：石化区；土壤电阻率；地质判定法；四电极测深法；降水量

惠州大亚湾石化区（下文简称“石化区”）地处大亚湾开发区东部。自2001年开发建设以来，发展态势良好，初步形成以中海油1200万吨炼油项目和中海壳牌95万吨乙烯项目为依托、石化上中下游全面发展的产业格局，已成为惠州市经济发展的重要推动因素。2019年，惠州市产业项目引进取得重大突破，在石化区新添了“埃克森美孚化工综合体项目”和“中海油/壳牌三期”石化项目。新项目建设同时也需要雷电防护工程设计，而土壤电阻率是防雷工程的首要参数[1-2]，在设计、计算接地网时首先应了解当地的土壤电阻率，并搞清楚土壤电阻率的变化规律，以用最小的投资达到最理想的设计效果。因此，了解石化区的土壤电阻率对雷电防护极为重要。

1对石化区划分研究区域

1.1原村落和地形分析

石化区原属惠阳县霞涌,自西向东原先的村落分布：南边灶-岩背-岩前-东联-学佬坝-柏岗-新屋-沥下塘。图1为90年代未规划图，从图中可看出：以原澳霞公路（现石化大道）为划分线，北为原村落居住地、耕地及山地，南为海域及浅滩。

图1石化区90年代未的规划图

1.2OPEN CYCLE MAP 的等高线图分析

Open Cycle是清晰反映等高线的地形图，通过BIGEMAP地图下载器找到石化区的等高线地形图（图2），此图的等高线是未进行开发时的。石化区等高线值在0-50m范围内，0m等高线和图1中海岸线基本重合，0-10m占据了石化区中间部分1/3的面积，西为高约40m的山地，岩背与岩前中间有座50m小山，正北和东北为20-30m的山坡，有部分山头40m高，东边地势较为平坦0-20m之间。

图2open cycle Map石化区截图

1.3地质图分析

在大亚湾的地质图上截出石化区部分（图3）。石化区陆域主要有四种颜色，分别是：浅棕色的第四系万顷沙组、深棕色的第四系横栏组、绿色的白垩系优胜组及蓝色的侏罗系南山村组，其中第四系万顷沙组占据大部分面积，海岸线为少量的第四系人工填土和角岩/混染岩。图3中可看到各地质类型的交界线,知道石化区是以多为第四系地质[6]，是新生代的第二个纪，沉积物形成较晚，大多未胶结，多有空隙利土壤包含水分。

图3石化区地质图

1.4划分区域图的制作

图1-3都是石化区未开发的数据，现经历了征地动迁、陆域挖山、海域填海巨大变化，现地势平坦，海拔在4.7-6.0m之间。地质图能反映土质也能反映地势，与地势图有不可分割的联系，根据图1-3共同点来划分区域图，共4个区域。如图4

图4划分区域图

在CAD中比例作图，采用图2做底图，找出5m等高线的位置，再以图3做底图，找出第四系与白垩系及侏罗系的交线和海岸线浅滩线，制作详细过程不作累述。约束条件：比例作图；5m等高线；第四系与白垩系及侏罗系交线；原有海岸线浅滩位置线。

2雷评实测土壤电阻率汇总

2.1测量方法和仪器

雷评中对石化区土壤电阻率采用温纳法（四电极测深法）进行测量[3-4]，在测量测点的土壤电阻率时，一般分别取极间距离1-7m，将测量值进行季节修正，然后取算术平均值得到该点的土壤电阻率。测试仪器主要是K-2127B型多功能土壤电阻率测试仪，经过计量检定，且在有效期内。

2.2电阻率汇总成表

对雷评资料中14项目，共59测点的土壤电阻率进行汇总，本表统计土壤电阻率、区域位置和数值出处。具体见下表1：

表1电阻率汇总表
序号	数值（Ω.m）	区域	报告项目
1	189.9；295.4	区域③，石化区正北	壳牌-乙烯扩建
2	206.2	乐金与壳牌之间，区域③与区域④交界	中创-乙酸仲丁酯二期
3	36.7；39.0；52.7；77.3	区域②	忠信-苯酚丙酮扩能
4	52.2；22.1	区域②	中海油-海能发丙烯酸及酯
5	151.6；739.4①	区域④，东边	安品-有机硅一期
6	166.7；396.4	区域②与区域③简介，石化区中间	可隆-电子新材料
7	217.3；178.9	欧德西边，区域①	科莱恩-表面活性剂一期
8	323.4	区域①	欧德-石化仓储二期
9	178.8；140.6；150.0	区域③与区域④交界，乐金东南处	惠菱化成-MMA
10	114.4；122.8	区域③，石化区西北	华德-原油储罐二期
11	68.8；83.6；70.1；85.2；60.9；48.4；108.4；135.5；167.9；53.5；26.4；114.7；41.9；141.2；48.2；58.7；62.2；83.2；128.7；14.3；129.5；74.0；148.2；219.2；181.8；92.1；199.3；181.9；106.6；43.5；155	项目占地，一半区域③，一半区域④	乐金-ABS②
12	252.5；79.2；75.9	华德与惠炼二期之间，区域③和④	美孚-研发中心
13	77.7；61.8	区域③与区域④交界，原中创南边	宇新-新材料
14	69.2；80.3	石化区东边，区域②	恒力-污水
备注	注①：该测试的雷评报告季节修正因子取了2；②：省技术中心的雷评，测点多，具有较高参考意义，数值经二次编辑。

2.3四电极测深法分析

四电极测深法在1-7m极间距离测试的土层厚度约为5米，此厚度土层多为回填土，是工程施工中，完成基础等地面以下工程后，再返还填实的土，原土层可能出现翻转和小范围的位移。

从上表可以看出，每个项目中，测出的值也是不一样的，同一个项目中，相邻不远的测点的值也可能相差甚大，这是土壤电阻率的数值与土壤的结构，土质的紧密度、湿度、温度等，以及土壤中含有可溶性的电解质有关。

但是，从表1数据中可知，绝大部分的土壤电阻值都在200Ω.m以内的，最大值739.4Ω.m在区域4的侏罗系南山村组地质位置。

3地质判定法粗略分析

土壤在地下的分布情况是很复杂的，为了减少分析量，本文只对深度10m的土层进行分析。此取值以四电极测探法反映土层厚度及石化区海拔2倍。土壤的种类是决定土壤电阻率的最重要因素，不同种类的土壤之间的电阻率可能相差数百至数千倍。对部分项目可研报告的地质勘察资料整理，石化区浅层土质粗略归纳四大部分：人工填土、原生产活动区壤土、冲洪积土、风化砾（泥）岩。

人工填土主要填料来源于开坡（残）积土、风化砂岩、角砾岩，局部填料为开挖的冲洪积土。土壤类型（土壤电阻参考值[1]）：冲积土（5）；粘土（60）；含砂粘土、砂土（300）；多石土壤（400）；风化粘土（600）。

原生产活动区壤土主要含原耕植区壤土、粉质粘土和粘土等土壤层。土壤类型：陶粘土（10）；田园土、白垩土（50）；粘土（60）。

冲洪积土主要含粉质粘土、粘土、粉土、砂层和卵石等土壤层。土壤类型：粘土（60）；砂质粘土（100）；含砂粘土（300）、多石土壤（400）。

风化砾（泥）岩主要含全风化、强风化、中等分化砾（泥）岩等土壤层。土壤类型：多石土壤（400）；风化粘土（500）；表层土夹石、下层石子（600）。

可见石化区浅层的土壤种类多，将各地质土壤电阻率范围汇总成下表3。

表2各区域地质土壤电阻率情况分析
区域类别	表层土质	电阻率范围（Ω.m）	备注
区域①	人工填土	5-600	原为海域，近海海域深度约5米，可见该区域10米厚图层都为人工填土
区域②	下层：冲洪积土 上层：人工填土	60-400 5-600	自南向北，下层厚度增厚，上层厚度减薄
区域③	下层：冲洪积土 上层：原生产活动区壤土	60-400 10-60	自南向北，下层厚度减薄，上层厚度增厚
区域④	风化砾（泥）岩	400-600	表面为较薄的回填壤土和人工填土

4降水量分析土壤含水量

大亚湾地区属亚热带海洋性气候[5]，气候温和，雨量充沛，日照时间长，年平均气温为22.0℃，年平均降雨量约为1800mm。冬半年（非汛期:10月～次年3月）主要受大陆季风的影响，盛行东北风，天气干燥少雨，而夏半年（汛期:4～9月）主要受西南和东南季风的影响，盛行东南风，天气高温多雨。汛期是大亚湾地区降雨概率最大、降雨量和暴雨最集中时期,主要以降雨范围广锋面低槽降雨、热带气旋导致的降雨、局地性的午后雷阵雨为主。因此，石化区在土壤季节分析中属多雨地区，土壤常年潮湿。

表3降雨量
气象要素	单位	数值	备注
年平均降雨量	mm	1890.4	（2012年数据）
年最大降雨量	mm	2583.7	—
日最大降雨量	mm	558.4	—

绝对干燥的土壤是绝缘体，随着土壤颗粒中含有水分的增加，其电阻率会下降，一般多雨地区各种土壤类别的电阻率相对较低，特别是地下水含有盐碱时，其电阻率下降幅度较大。惠州炼化项目的工程地质勘察报告对地下水的概述：“石化区地下水可划分为第四系松散层空隙水和基岩裂隙水二类型，主要由降水入渗形成，水位总体上呈北高南低，受季节性降水影响，”且南部填海造地，含有盐分。因此在含水、含盐的地质情况下，石化区土壤电阻率会比较低。

5总结

本文将石化区进行了区域划分，采用雷评的数据，对土壤结构，土质的紧密度、湿度等进行分析，可以得到石化区土壤初步结论：

1）电阻率值绝大部分较低，87.6%分布在200Ω·m以内，平均值约为130Ω·m；

2）南北部分电阻率相对较大，中间相对较低，各区域土层的电阻率具有水平层状；

3）地质含水量好，含电解质，空隙大。

工程设计中：石化装置和设备设置人工接地体时，应多设垂直接地体组。当土壤电阻率ρ≤300Ω·m时，因电位分布衰减较快，可采用以垂直接地体为主的复合接地装置。

参考文献：

[1]陈先禄,刘渝根,黄勇.接地[M].重庆:重庆大学出版社,2002:5,9-12.

[2]梅卫群,江燕如.建筑防雷工程与设计[M].北京:气象出版社,2006:456-459.

[3］GB/T17949.1－2000，接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则第 1 部分: 常规测量［S］．

[4]谢碧栋,王学孟,陈昌,等.广州城区土壤电阻率实测数据与分析[J].气象研究与应用.2011,32(s2):01.

[5]杜小松,陈芳丽,李明华,等.惠州高温天气的气候特征与天气形势分析[J].广东气象.2015,37(2

):23-27.

[6]郭福祥.中国南方中新生代大地构造属性和南华造山带的褶皱过程[J].地质学报.1998,72(1):22-33.