提高水上地震放炮定位测量精度的方法

胡进

(中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130061)

1 放炮定位测量误差产生的原因

在水利水电地质勘测中，为了解水下地质覆盖情况，经常要用到水上地震这种工作方法。地震工作的同时，在完成相关的测量后，必须把每个放炮点位绘制到平面图上，以便准确分析地震物探资料。因此水上测量在地震成果中有着举足轻重的地位。然而在实际工作中经常会遇到水流对炮点测量精度的影响，这种影响会降低地震成果的质量。现结合大藤峡电站测量实际，分析水上地震放炮定位测量误差产生的原因。

大藤峡电站在坝址处江面变窄，形成哨口，水的流速较快，在水上地震放炮测量过程中，水流过急对测量放炮点位有很大的影响。当水流较大时（见图1），虽然浮标在水中相对稳定，但当炸药包投入水中后，在水流的冲击下，炸药向下游偏离，和浮标不在一条竖直线上。这时如果用测量浮标的位置去代替地震放炮的位置（水柱），必然要产生一个误差d，这个误差d的大小将随着水的流速大小和炸药的投放深度而成正比变化。经观测，大藤峡坝址水流冲击炸药包，使牵引炸药包的绳子偏离浮标铅垂方向40°，浮标与炸药包的牵引绳长3.5m。经计算，炸药爆炸时的位置偏离浮标位置2.25m，大大超过了水上放炮点位测量误差不超过0.5m的规范要求。为减少误差，在实际工作中，根据不同的施测方法，采取相应的措施进行纠正，极大地提高了测量精度。

图1 水上地震示意图

2 提高测量精度的方法

2.1 极坐标纠正法

图2 极坐标法

当水面不宽、测距不远、波浪不大、棱镜能平稳地放在浮标上时，采用全站仪对放炮点位进行测量（见图2）。观测时应将测站尽可能选择在垂直地震剖面一侧的岸边，测量立镜人员在稳定好的船上把棱镜立在浮标上，测站观测人员读取测站到浮标的距离（方位角暂时不读）；当放炮人员要放炮时，观测者将视线预先瞄准在浮标下游一点的地方，等待放炮。炮声响后，水在爆炸力的作用下会立即掀起一个水柱，这时的水柱中心线就是炮位的准确位置。水柱在上升和下落过程中，在空中能保留3s，测量人员要抓紧时机迅速将镜头瞄准水柱上端较细部位中间（爆炸点中心线），读取方位角。由于测站是在地震剖面的垂直方向一侧，因此测站到浮标的距离和测站到水柱的距离几乎相等（误差忽略不计），在计算炮位坐标时，可用测站到浮标的距离代替测站到炮位的距离，方位角是观测炮柱得来的，用测站到浮标平距与观测水柱的方位角进行计算，就可得到炮位的坐标。根据放炮经验，水柱形成时，靠近水面水柱直径可达2m，而在水柱上端水柱直径只有0.5m，因此，用全站仪观测时，瞄准水柱上端较细部位中间或边缘就能保证炮位误差不超过0.5m的规范要求。通过比较可以看出，观测水柱平面误差，在1/1000地形图上精度能达到1/2000；而用观测浮标的坐标代替放炮点的实际坐标，由于误差较大（2.25m），精度只能达到1/444。前者观测精度比后者提高4倍多。值得一提的是，在放炮观测前，要先将全站仪水平制动固定好，并且要留出左右水平微动空间，以便在观测时有调整余地。

2.2 前方交会纠正法

在水深浪急，放炮点离测站点较远，波浪起伏大，立镜人员在浮标上无法稳住棱镜的条件下，如用全站仪来观测测站到浮标的距离，基本无法实现。为解决这一问题，采用了前方交会的方法进行定位（见图 3）。

图3 前方交会法

将2台经纬仪架在岸上，预先瞄准浮标下游一点的地方，等待放炮。炮响后，同时瞄准放炮崩起的水柱，将数据记录下来。在正常情况下，通过两个测站观测的交角经内业计算，便可求出炮位的坐标。然而由于水上地震放炮定位测量有其特殊性，受外界条件制约很大，在施测过程中，观测目标是瞬间即逝的，观测时如仪器碰动、读数读错、炮柱小没看清、镜头转动过大错过观测时机等，很可能影响到测量人员的观测。由于这时目标——水柱已经消失，不可能再进行第二次观测，为避免返工重测，采取辅助补救措施，选用2次观测比较进行测量，取得了较好的效果，具体步骤如下：

先用两台经纬仪交会出一条剖面线上多个炮点水中浮标的位置，并记录在簿，把它作为第一组数据A；放炮时两台经纬仪再逐一交会炮位水柱取得第二组数据A′。当一条剖面上多个炮点放炮结束后，将多个炮位一一对应的两组观测的计算结果加以比较可以看出，在平面图上，炮位坐标在水流的冲击下都在浮标坐标的下游，它们之间的差是一个常数C常，即：

式中A—浮标坐标；A′—炮位坐标；Cn—浮标坐标与炮位坐标之差；C常—多个炮点浮标坐标与炮位坐标之差的平均值；n—炮点个数。

这个常数差C常就是炸药在水中的平均位移值，它可作为校核测量精度的一个依据。如果一个炮点的A′数据与A数据之差接近常数，就很有把握把计算坐标成果提供给地质人员利用。同时它也可作为漏测跑位的推算数据，用某个漏测炮位的浮标坐标加上平均常数差C常作为炮位坐标，即A′=A＋C常，将这个坐标成果提供是完全可以的，也是能够令人信服的。