水上地震折射勘探非炸藥震源試驗

■戴國強 王俊

（中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司云南昆明650051）

水上地震折射勘探非炸藥震源試驗

■戴國強 王俊

（中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司云南昆明650051）

以往在水上地震折射勘探中炸藥震源是最常用的震源，非炸藥震源（如電火花震源、空氣槍震源、氣泡震源等）在一些大型江河中應(yīng)用較少，也缺乏系統(tǒng)的試驗與研究。當前，國內(nèi)外對炸藥等火工材料的管控較嚴，導致炸藥震源的使用越來越困難。為了尋找適合使用的非炸藥震源，本文將炸藥震源與非炸藥震源（電火花震源、大功率程控振源）在同一工區(qū)進行了初步的對比試驗，總結(jié)了兩種非炸藥震源的應(yīng)用效果、適用條件，并提出了存在的問題與解決思路。

水上地震折射炸藥震源電火花震源大功率程控震源

1　引言

水上地震折射法是水電站建設(shè)中選擇壩址、調(diào)查壩址河段河床沖積層厚度，了解下伏基巖縱波速度及基巖完整性的一種最為常見的工程物探方法，其中炸藥震源是水上地震折射法常規(guī)使用的震源。但是由于炸藥震源的審批購買手續(xù)十分復(fù)雜，耗時長、難度大，且建庫、運輸、保管、使用及銷毀各過程中均存在較大安全隱患，其中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，極容易造成工程進度的延誤，甚至停工或流產(chǎn)，再加上炸藥震源對環(huán)境的破壞較大，故非炸藥震源替代炸藥震源的研究與嘗試就顯得尤為重要。本文就炸藥震源與非炸藥震源（電火花震源、大功率程控振源）在龍江河流作了初步的對比試驗，對應(yīng)用情況作了簡要介紹，總結(jié)了兩種非炸藥震源的應(yīng)用效果、適用條件，并提出了存在的問題與解決思路。

2　試驗非炸藥震源簡介

炸藥震源最常用而且較理想的地震勘探震源，非爆炸震源是從最初的落重式震源發(fā)展到今天的氣槍震源、電火花震源、連續(xù)震動源以及電磁脈沖震源等震源。在海上地震勘探中，較為廣泛使用的非炸藥震源為空氣槍、蒸汽槍及電火花引爆氣體等方法的震源。此次龍江試驗工作，江面較為狹窄、水流湍急且通航條件較差，根據(jù)作業(yè)條件選用了電火花震源和大功率程控震源進行試驗。

2.1電火花震源

電火花震源在我國的海洋地震勘探中已占有一定的地位，它是根據(jù)液體中放電理論和技術(shù)發(fā)展起來的一種震源。此次試驗使用岳陽奧城電火花震源，其為組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計，能量可控，最大激發(fā)能量為20萬焦耳。

2.2大功率程控震源

此次試驗使用的大功率程控震源是湘潭無線電有限責任公司利用軍工技術(shù)開發(fā)研制并推出使用的一種新型震源。其原理是運用軍工助爆材料及點火引爆技術(shù)與規(guī)范的天然氣和氧氣混合后引爆的沖擊波激勵地質(zhì)體產(chǎn)生彈性波，從而進行地震勘探。

3　現(xiàn)場試驗與分析

3.1試驗區(qū)地震地質(zhì)條件

工區(qū)位于龍江中游芒棒斷陷盆地內(nèi)，東鄰高黎貢山山脈，為深切割高中山峽谷地形，西面主要為中切割中山陡坡地形。河段總體呈微彎曲形態(tài)由北向南流，河床寬度40m～120m。主要出露地層為第四系（Q）、上第三系上新統(tǒng)芒棒組下段（N2m1）以河床相沉積環(huán)境為主的花崗質(zhì)砂礫巖、細粒巖、粘土質(zhì)粉砂巖，以及上第三系上新統(tǒng)芒棒組中段（N2m2）玄武巖，凝灰質(zhì)玄武巖，氣孔狀玄武巖。

3.2試驗設(shè)計與成果分析

由于水上地震折射法測線長度必須滿足追蹤到目的層的初至折射波，測線的長度影響著勘探的深度，試驗設(shè)計為五個部分：（1）不同震源的最大接收距離測試；（2）相同作業(yè)方式對非炸藥震源和炸藥震源的運用效果對比，（3）評價了兩種非炸藥震源在狹窄，湍急河流中應(yīng)用的可行性。

3.2.1最大炮檢距試驗

炮點與檢波點的間距叫做炮檢距。離開炮點最遠的檢波點與炮點的距離叫做最大炮檢距，一般用Xmax表示。最大炮檢距與探測深度有關(guān)系，并受地形、地質(zhì)及地層波速的影響。對于折射波法，最大炮檢距至少要為目的層或基巖面埋深的5～7倍以上，如果長度不夠便不能探測至有效層位，甚至導致錯誤的解釋推斷。所以非炸藥震源激發(fā)能量大小決定著能探測最大目的層的深度。為試驗非炸藥震源水上地震折射數(shù)據(jù)采集能量接收的最大距離，布置了不同長度的測線，在左岸邊同一位置分別激發(fā)炸藥震源和非炸藥震源，在右岸安置38Hz檢波器接收信號。

①最大炮檢距為100m時，試驗采集波形見圖1，從圖中可以看出：單次采集炸藥震源和非炸藥震源地震波初至時間都較為清晰且容易判讀，初至時間數(shù)值相差較小，其中：大功率程控震源初至為45.1ms，電火花震源初至為45.6ms，炸藥震源初至為45.7ms；

②當最大炮檢距為180m時，炸藥震源初至時間為74.6ms，而兩種非炸藥震源疊加采集三次后初至時間仍不能有效判讀，干擾信號完全淹沒了有效信號。經(jīng)試驗，大功率程控震源和電火花震源在此段河流作業(yè)條件下，最大初至判讀距離為130m～150m左右，超出此距離則震源能量不足。

3.2.2常規(guī)作業(yè)方式試驗

此項試驗采用海上或大型河湖中非炸藥震源地震折射勘探的作業(yè)模式，首先設(shè)計好跨江剖面后，以剖面左、右兩端為端點架設(shè)鋼絲繩，鋼絲繩上掛上掛鉤，數(shù)據(jù)電纜從掛鉤中通過，用來固定水聽器，將電火花震源、大功率程控震源安置在岸邊設(shè)計位置進行激發(fā)，不同炮檢波距離進行測試。

試驗成果見圖3。①兩種非炸藥震源在同一炮檢距下進行疊加采集，30m炮檢距并未獲穩(wěn)定的、較好的重復(fù)性的信號；②非炸藥震源在100m炮檢距下進行三次疊加采集后初至時間仍不能有效判讀，炸藥震源初至清晰可讀，為45.7ms，兩種非炸藥震源與炸藥震源采集信號沒有取得對應(yīng)性。經(jīng)過不同炮檢距試驗認為，在水流湍急情況下由于水聽器位置不固定，致使干擾信號過強，同時電火花震源、大功率程控震源的能量不足以壓制水流噪音的干擾，初至讀取困難。兩種非炸藥震源不適用這種工作模式和工況條件。

3.2.3“互換法”作業(yè)方式試驗

“互換法”是指源檢互換的工作方法。由于電火花震源組件較多，工作電壓較高，綜合考慮通航條件、安全性，取消了該種作業(yè)方式下電火藥震源試驗。首先設(shè)計好跨江剖面后，以剖面左、右兩端為端點架設(shè)鋼絲繩，鋼絲繩上掛上掛鉤，數(shù)據(jù)電纜從掛鉤中通過，用來固定震源（炸藥震源和大功率程控震源），保證震源激發(fā)位置大致呈直線，震源激發(fā)時不會被水流沖走，在岸邊安置38Hz檢波器接收地震信號。

對比試驗成果見表1，由表可見兩種震源在此段河流整體較為不湍急的情況下，t1和t2時間差值很小（最大差值為0.6ms）。誤差的原因一方面可能是由于同一地點兩次掛炮時水流沖離設(shè)計炮點造成的誤差，一方面可能是由于初至讀取時認為造成的誤差。總體上誤差可以接受。說明大功率程控震源有一定的適用性。試驗剖面炸藥震源綜合時距曲線圖見圖4，可以看出t0在10ms以下，說明河床沖積層不厚，沖積層厚度范圍5.4m～8.6m，平均厚度7.1m。θ（x）值連線為直線，可得河床基巖波速為2.56km/s。水深測量結(jié)果：剖面所測的25個數(shù)值上看，水深范圍0.1m～1.1m，平均水深0.7m，最大水深1.1m。

4　結(jié)論與討論

本次試驗將炸藥震源與非炸藥震源應(yīng)用效果進行了對比，得到了以下結(jié)論：

（1）以水中激發(fā)非炸藥震源，岸邊檢波器接收地震波的作業(yè)方式，大功率程控震源和電火花震源在此段河流工作環(huán)境條件下，能讀出初至的最大炮檢距為130m～150m，震源能量對于此類勘察還是偏小；

（2）常規(guī)海洋或大型江河水上地震勘探模式不適宜按部就班于工作條件較差的河谷河流中，一方面水聽器容易受到湍流干擾造成擺動，另一方面非炸藥震源的能量不足以壓制干擾的噪音；

（3）采用源檢互換的作業(yè)方式，大功率程控震源在最大炮檢距為130m情況下得到的勘探剖面成果與炸藥震源得到的勘探剖面成果有較好的一致性。

試驗建議：

（1）盡量減少電火花震源組件，加大震源能量，增加電火花震源在湍流中作業(yè)的安全性與便捷性；

（2）建議大功率程控震源改進容器多加入氣體增加震源能量，從而改進探測深度和可靠性。

（3）本次試驗為初步探討非炸藥震源在此類工作環(huán)境的適用性，后續(xù)建議在非炸藥震源改進的基礎(chǔ)上進行頻譜分析，誤差討論等細致的研究。

P2［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-302-2