水上地震折射勘探非炸药震源试验

■戴国强 王俊

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司云南昆明650051）

水上地震折射勘探非炸药震源试验

■戴国强 王俊

（中国电建集团昆明勘测设计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药震源是最常用的震源，非炸药震源（如电火花震源、空气枪震源、气泡震源等）在一些大型江河中应用较少，也缺乏系统的试验与研究。当前，国内外对炸药等火工材料的管控较严，导致炸药震源的使用越来越困难。为了寻找适合使用的非炸药震源，本文将炸药震源与非炸药震源（电火花震源、大功率程控振源）在同一工区进行了初步的对比试验，总结了两种非炸药震源的应用效果、适用条件，并提出了存在的问题与解决思路。

水上地震折射炸药震源电火花震源大功率程控震源

1　引言

水上地震折射法是水电站建设中选择坝址、调查坝址河段河床冲积层厚度，了解下伏基岩纵波速度及基岩完整性的一种最为常见的工程物探方法，其中炸药震源是水上地震折射法常规使用的震源。但是由于炸药震源的审批购买手续十分复杂，耗时长、难度大，且建库、运输、保管、使用及销毁各过程中均存在较大安全隐患，其中某一环节出现问题，极容易造成工程进度的延误，甚至停工或流产，再加上炸药震源对环境的破坏较大，故非炸药震源替代炸药震源的研究与尝试就显得尤为重要。本文就炸药震源与非炸药震源（电火花震源、大功率程控振源）在龙江河流作了初步的对比试验，对应用情况作了简要介绍，总结了两种非炸药震源的应用效果、适用条件，并提出了存在的问题与解决思路。

2　试验非炸药震源简介

炸药震源最常用而且较理想的地震勘探震源，非爆炸震源是从最初的落重式震源发展到今天的气枪震源、电火花震源、连续震动源以及电磁脉冲震源等震源。在海上地震勘探中，较为广泛使用的非炸药震源为空气枪、蒸汽枪及电火花引爆气体等方法的震源。此次龙江试验工作，江面较为狭窄、水流湍急且通航条件较差，根据作业条件选用了电火花震源和大功率程控震源进行试验。

2.1电火花震源

电火花震源在我国的海洋地震勘探中已占有一定的地位，它是根据液体中放电理论和技术发展起来的一种震源。此次试验使用岳阳奥城电火花震源，其为组合式结构设计，能量可控，最大激发能量为20万焦耳。

2.2大功率程控震源

此次试验使用的大功率程控震源是湘潭无线电有限责任公司利用军工技术开发研制并推出使用的一种新型震源。其原理是运用军工助爆材料及点火引爆技术与规范的天然气和氧气混合后引爆的冲击波激励地质体产生弹性波，从而进行地震勘探。

3　现场试验与分析

3.1试验区地震地质条件

工区位于龙江中游芒棒断陷盆地内，东邻高黎贡山山脉，为深切割高中山峡谷地形，西面主要为中切割中山陡坡地形。河段总体呈微弯曲形态由北向南流，河床宽度40m～120m。主要出露地层为第四系（Q）、上第三系上新统芒棒组下段（N2m1）以河床相沉积环境为主的花岗质砂砾岩、细粒岩、粘土质粉砂岩，以及上第三系上新统芒棒组中段（N2m2）玄武岩，凝灰质玄武岩，气孔状玄武岩。

3.2试验设计与成果分析

由于水上地震折射法测线长度必须满足追踪到目的层的初至折射波，测线的长度影响着勘探的深度，试验设计为五个部分：（1）不同震源的最大接收距离测试；（2）相同作业方式对非炸药震源和炸药震源的运用效果对比，（3）评价了两种非炸药震源在狭窄，湍急河流中应用的可行性。

3.2.1最大炮检距试验

炮点与检波点的间距叫做炮检距。离开炮点最远的检波点与炮点的距离叫做最大炮检距，一般用Xmax表示。最大炮检距与探测深度有关系，并受地形、地质及地层波速的影响。对于折射波法，最大炮检距至少要为目的层或基岩面埋深的5～7倍以上，如果长度不够便不能探测至有效层位，甚至导致错误的解释推断。所以非炸药震源激发能量大小决定着能探测最大目的层的深度。为试验非炸药震源水上地震折射数据采集能量接收的最大距离，布置了不同长度的测线，在左岸边同一位置分别激发炸药震源和非炸药震源，在右岸安置38Hz检波器接收信号。

①最大炮检距为100m时，试验采集波形见图1，从图中可以看出：单次采集炸药震源和非炸药震源地震波初至时间都较为清晰且容易判读，初至时间数值相差较小，其中：大功率程控震源初至为45.1ms，电火花震源初至为45.6ms，炸药震源初至为45.7ms；

②当最大炮检距为180m时，炸药震源初至时间为74.6ms，而两种非炸药震源叠加采集三次后初至时间仍不能有效判读，干扰信号完全淹没了有效信号。经试验，大功率程控震源和电火花震源在此段河流作业条件下，最大初至判读距离为130m～150m左右，超出此距离则震源能量不足。

3.2.2常规作业方式试验

此项试验采用海上或大型河湖中非炸药震源地震折射勘探的作业模式，首先设计好跨江剖面后，以剖面左、右两端为端点架设钢丝绳，钢丝绳上挂上挂钩，数据电缆从挂钩中通过，用来固定水听器，将电火花震源、大功率程控震源安置在岸边设计位置进行激发，不同炮检波距离进行测试。

试验成果见图3。①两种非炸药震源在同一炮检距下进行叠加采集，30m炮检距并未获稳定的、较好的重复性的信号；②非炸药震源在100m炮检距下进行三次叠加采集后初至时间仍不能有效判读，炸药震源初至清晰可读，为45.7ms，两种非炸药震源与炸药震源采集信号没有取得对应性。经过不同炮检距试验认为，在水流湍急情况下由于水听器位置不固定，致使干扰信号过强，同时电火花震源、大功率程控震源的能量不足以压制水流噪音的干扰，初至读取困难。两种非炸药震源不适用这种工作模式和工况条件。

3.2.3“互换法”作业方式试验

“互换法”是指源检互换的工作方法。由于电火花震源组件较多，工作电压较高，综合考虑通航条件、安全性，取消了该种作业方式下电火药震源试验。首先设计好跨江剖面后，以剖面左、右两端为端点架设钢丝绳，钢丝绳上挂上挂钩，数据电缆从挂钩中通过，用来固定震源（炸药震源和大功率程控震源），保证震源激发位置大致呈直线，震源激发时不会被水流冲走，在岸边安置38Hz检波器接收地震信号。

对比试验成果见表1，由表可见两种震源在此段河流整体较为不湍急的情况下，t1和t2时间差值很小（最大差值为0.6ms）。误差的原因一方面可能是由于同一地点两次挂炮时水流冲离设计炮点造成的误差，一方面可能是由于初至读取时认为造成的误差。总体上误差可以接受。说明大功率程控震源有一定的适用性。试验剖面炸药震源综合时距曲线图见图4，可以看出t0在10ms以下，说明河床冲积层不厚，冲积层厚度范围5.4m～8.6m，平均厚度7.1m。θ（x）值连线为直线，可得河床基岩波速为2.56km/s。水深测量结果：剖面所测的25个数值上看，水深范围0.1m～1.1m，平均水深0.7m，最大水深1.1m。

4　结论与讨论

本次试验将炸药震源与非炸药震源应用效果进行了对比，得到了以下结论：

（1）以水中激发非炸药震源，岸边检波器接收地震波的作业方式，大功率程控震源和电火花震源在此段河流工作环境条件下，能读出初至的最大炮检距为130m～150m，震源能量对于此类勘察还是偏小；

（2）常规海洋或大型江河水上地震勘探模式不适宜按部就班于工作条件较差的河谷河流中，一方面水听器容易受到湍流干扰造成摆动，另一方面非炸药震源的能量不足以压制干扰的噪音；

（3）采用源检互换的作业方式，大功率程控震源在最大炮检距为130m情况下得到的勘探剖面成果与炸药震源得到的勘探剖面成果有较好的一致性。

试验建议：

（1）尽量减少电火花震源组件，加大震源能量，增加电火花震源在湍流中作业的安全性与便捷性；

（2）建议大功率程控震源改进容器多加入气体增加震源能量，从而改进探测深度和可靠性。

（3）本次试验为初步探讨非炸药震源在此类工作环境的适用性，后续建议在非炸药震源改进的基础上进行频谱分析，误差讨论等细致的研究。

P2［文献码］ B

1000-405X（2016）-8-302-2