沙漠區檢波器埋置工具現狀研究

李海江 賀津波 劉建華 李家華

摘要：在沙漠區地震勘探中，檢波器的埋置質量直接影響采集效果。隨著地震勘探向縱深開展，對沙漠區檢波器埋置的要求越來越高。本文分類分析了現階段沙漠區檢波器埋置工具的原理特點。

關鍵詞：沙漠區;地震勘探;檢波器埋置

1 ?前言

在沙漠區地震勘探中，檢波器的埋置效率影響到勘探進程，檢波器埋置深度影響到檢波器與大地的耦合性和抗干擾能力，最終影響到地質剖面質量。由于沙漠區的氣候特點，年蒸發量大于降雨量，除河道及低洼區域，絕大部分地表干燥，加之沙粒細化，流動性好，使得在沙漠中埋置檢波器有區別于其它區域的方法和要求。經多年的實踐探索，出現了多種針對沙漠地形的檢波器埋置工具。

2 ?沙漠區檢波器埋置工具分類

綜合分析各類沙漠區檢波器埋置工具，根據主要方法原理，可分為四種類型，分別是直接挖掘工具、套管防護挖掘工具、直接插置工具以及通過改善地層成孔的工具。

3 ?直接挖掘工具

直接挖掘工具以鐵鍬為主，主要特點是工具易得、可用于各種松軟地形。在流動性的沙漠中，挖掘出的檢波器坑呈圓錐狀，流動性越好的沙漠區挖出的檢波器坑底部角度越大。文中用坑底角度代表沙漠的流動性，根據圓錐體積公式，分別計算坑底角度為60°、90°和120°的沙土挖掘量隨挖掘深度的變化，如圖1所示。可見隨著挖掘深度的增加，沙土挖掘量呈指數級增長，流動性越好的沙漠沙土挖掘量增長越迅猛。在實踐中，沙漠區檢波器埋置深度的要求已開始從2dm增加到3dm，所需挖掘的檢波器坑更深，導致埋置效率不足以往一半。

4 ?套管防護挖掘工具

這類工具的普遍特點是有一個外套管，用來防止坑壁沙土流下填埋掉新挖出的坑，同時使用配套的挖掘方法將套管內的沙土挖出。防護套管主要分兩種，一種是可開合的，一種是不可開合的。

4.1 ?可開合套管防護挖掘工具

可開合的套管在平行于套管軸線的外壁上設置有合頁、擋板或其它能防止套管外部的沙土進入套管內部的裝置。常見的有兩片合頁式外套管和套管側開口加擋板的形式。為了攜帶方便，套管外壁厚度需要受到控制，導致合頁式外套管容易變形，難以形成正圓。這種情況，限制了挖掘工具的使用，適合從套管內部取出沙土的工具主要是挖沙勺。套管側開口加擋板的方法，需要外套管有一定的壁厚來防止變形，質量偏大。由于不易變形，能用旋轉挖掘工具挖出或擠出內部沙土，這就為效率的提高提供了可能。可開合套管埋置工具埋置深度較大，而效率隨挖掘內部沙土方式的不同差異較大。

4.2 ?不可開合的套管防護挖掘工具

不可開合的套管能用較薄的壁厚滿足不變形的使用要求。在使用時，需要先把檢波器的線纜放到檢波器底部，下壓套管時帶線下行，然后用手掏空套管內部沙土，插置檢波器，最后拔下外套管完成埋置工作。這種工具能有效的防止坑壁滑塌、制作簡單成本低，埋置深度在20cm以內，效率能提高60%。

5 ?直接插置工具

直接插置工具利用了沙漠底層松軟的特點，對檢波器施加外力，使檢波器埋置達到預定深度。直接插置工具的種類較多，先后出現了腳踏式、重錘沖擊式、震動式、直接壓入式、載體置入式等。

5.1 ?腳踏式工具

腳踏式工具的底部直接與檢波器頂部配合，體重通過工具傳至檢波器，使檢波器突破沙層下行。由于人的體重不同，檢波器直徑不同，沙層抗剪切能力也不同，導致使用腳踏式埋置工具埋置深度變化較大。在松散的背風面，埋置深度達20至30cm，而在質地稍硬的迎風面無法埋置，應用范圍受到了很大的限制。

5.2 ?重錘沖擊式工具

重錘沖擊式改變了用人的體重壓入檢波器的埋置方式，在與檢波器頂部同軸的工具上安裝了空心滑動重塊。在使用時通過人力加速滑動塊，下行的動能帶動檢波器下行。重錘沖擊的方式比腳踏式工具埋置深度大，但檢波器也受到了沖擊的影響，影響檢波器的靈敏性。

5.3 ?震動式工具

震動式工具主要使用電錘的震動功能，向下震擊檢波器。這屬于重錘沖擊的改良，提高了埋置的效率。但主要缺點和重錘沖擊式工具類似。

5.4 ?直接壓入式工具

直接壓入式工具使用工程機械液壓支腿的壓力下壓檢波器。優點是可以控制埋置深度，耦合性較好，特別是對檢波器沒有震動影響。缺點是遇較硬沙層時，容易壓壞檢波器，并且經濟性不好。

5.5 ?載體置入式工具

為了保護檢波器，提出了載體置入埋置的概念。主要方法是將檢波器置于密閉載體中，在埋置時，載體承受各種附加外力，到達埋置深度后，將檢波器釋放出來，完成檢波器的埋置。載體埋置的主要問題是結構復雜，成本高。

6 ?改善地層成孔工具

由于沙漠的流動性給檢波器的埋置工作帶來了重重困難，改善地形的初衷就是防止坑壁坍塌。根據沙層含水量的多少，出現兩種改善地層結構的方法。撫平加固孔壁法和注水固沙法。

6.1 ?撫平加固法

使用撫平加固法的前提是挖掘區為濕潤的沙層，含水量過多過少都不適合。在挖坑的時候，使外筒旋轉，在壓力作用下使外壁平整并得到強化。在取出外筒后得到一個內壁相對光滑不易坍塌的坑洞，給檢波器的埋置爭取時間和空間，進而提高埋置效率。

6.2 ?注水固沙法

通過在干燥沙層中加入適量的水，可以避免沙土流動造成的垮塌。典型的注水固沙方法，除了用水來固沙，同時也對水進行加壓，使高壓水成為鉆孔的動力，成孔后置入檢波器。高壓水埋置檢波器成孔僅需十幾秒，效率非常高。由于需要水罐車的隨時保障、同時冬季施工回收檢波器難度大、使這種工具在具有復雜地形的沙漠中規模化應用受到了限制。

7 ?結束語

由于工具的研究現狀，鐵鍬在松軟地層中仍然發揮了難以替代的優勢，但在深度要求較高的流沙區檢波器埋置中已凸顯鐵鍬的不足，而其他工具還不能規模化應用來替代鐵鍬。在以后的研究中需要針對性的研究檢波器在流沙區的深埋方法，研制出既能提高勞動效率、又能降低勞動強度的工具。

參考文獻

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