水库水质与气枪震源系统激发效果的关系

王晓韡 卢兆辉

摘 要： 福建省地质构造复杂，为了进一步探明滨海断裂带的深部构造及其空间展布情况，探索台湾海峡西部地壳深部构造环境，福建省地震局集成创新了一套移动式气枪震源系统，解决了传统炸测方法的不安全性。但在不同的水库实验后其激发效果略有差别。为了研究水库的水质参数与气枪震源激发效果（最远传播距离）之间的关系，能在气枪震源实验前给出初步的判定结果，我们研究了气枪激发前后水库水质参数，发现水库水质与气枪激发效果之间存在一定关系，但不直接明显。

关键词： 水库水质;气枪震源系统;激发效果

【中图分类号】TV145 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.248

0 引言

福建省地处我国东南部，区内地质构造复杂，北东向长乐-诏安断裂带、政和-海丰断裂带、邵武-河源断裂带及滨海断裂带贯穿全省，并与九龙江断裂、上杭-云霄断裂、永安-晋江断裂、沙县-南日岛断裂及闽江下游断裂等北西向断裂带纵横交错，存在发生破坏性地震的地质构造背景。

为了进一步探明滨海断裂带的深部构造及其空间展布情况，探索台湾海峡西部地壳深部构造环境，福建省地震局开展实施了深部结构探测工作，早期使用炸药进行陆地炸测实验，此实验方法效果不显著且存在安全隐患。而后福建省地震局根据省内水库遍布的特点，自主研发、集成创新了一套移动式气枪震源系统。2014年11月福建省地震局局在三明尤溪街面水库进行了移动式气枪震源系统综合实验，分析结果显示震源系统单枪激发信号传播距离约200公里。然而在2015年6月龙岩洪山乡棉花滩水库和武平石黄峰水库的实验效果却略有差别。由于水底結构复杂，我们直观地研究水底结构会耗费大量的人力物力，而与水底直接接触的水质变化，能否侧面反映水底的情况，暂未有研究。

1 水库简介

我们所知，水库是交换缓慢的水体，水面广阔，流速缓慢，沉淀作用强，稀释、温和能力较差，水质受到地理条件和蓄水更新期的影响。河流进入水库后，水体停滞，悬浮物沉降，水的浑浊度降低，有利于植物生长。水库水质的一个特点是温度有明显的季节性的变化，据文献调研，10、11、12、1四个月水质最好[1]，这是因为夏季表层水温高、密度小，底层水温低、密度大，水体不能上下循环交换，出现水温分层。秋季气温下降，水库水表层冷却水的密度加大，大体产生对流，内部水质上下层发生变化。

现阶段我们研究水底层的方法有很多，如（1）高差法：水砣、双频测深仪;（2）测厚度法：竹竿、封闭旋进取泥器;（3）测密度法：潜水员、悬移质取样器、潜底定位取浆器、浮泥提取器;（4）剖面图法：γ射线密度仪[2]、音叉密度计、超声波重度仪等。这些方法耗费大量的人力、物力、财力，有的方法对人体的损伤大，且都有一定的局限性[3]。本文着重研究水库的水质参数与气枪震源激发效果之间的关系，希望能在气枪震源实验前给出初步的判定结果。

2 实验部分

2.1 主要实验仪器与试剂

WGZ-2B浊度计，NDJ-79A数字旋转粘度计，马尔文激光粒度仪，HANNA-pH计。

2.2 实验主要方法和条件

2.2.1 取样方法

采样方法可根据采样标准《GWI-B1-水样的采集与送检技术要求》，GB/T 5750.2-2006《生活饮用水标准检验方法 水样的采集与保存》，取样方法为使用 5L PVC水质采样器，在枪阵系统布枪范围任一点按深度积分法和时间积分法进行采取水样。其中深度积分法，分别在最优工况上下分别均匀取2-3点样品进行分析;时间积分法为气枪激发前后半小时内按深度积分法进行取样分析。

2.2.2 分析条件

通过实验发现，取样后6天内需做好水质分析工作。

3 实验结果及讨论

不同水库按上述确定的采样方法采集的水库水样进行比对分析pH值、电导率、比重、F-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、粘度、COD、TOC、浊度、粒度、表面张力等测项。根据实验数据结论，其电导率、比重、F-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、COD、TOC及表面张力这些测项，在水样激发前后变化量较小，属于实验误差范围，不做具体分析。已确定和激发效果可能相关的测项有粘度、浊度、粒度，其中粘度和粒度尤为关键。

将实验的几个水库水样进行测试分析后，数据汇总入表1，分析表中数据发现水样与纯水对比粘度差值高于20%，粒度分布复杂的水库（棉花滩水库），其激发效果相比粘度差值小于7.5%，粒度多数为大颗粒物质的水库（安砂水库）差。因为水样粘度差值大，一般粒度分布都相对复杂（表1），其水体内部含有大量的有机质、硅藻土及藻类（5-10μm）等物质，反映出水库底含有较厚的淤泥层，因其能缓冲静水压力，从而最终导致激发效果不佳。

而南一水库粘度差值虽小于7.5%，但从粒度实验可以看出，超声后水体丰度颗粒粒度相比安砂水库无大颗粒物质，多为小颗粒物质及藻类，说明南一水库底部有淤泥层，其最远传播距离仍超过棉花滩水库和石黄峰水库。在4个实验水库中未发现水质参数与激发效果（最远传播距离）之间的直接关系。

4 结论

与纯水对比粘度差值低于7.5%时，其激发后最远传播距离相对粘度差值高于20%的水库远，但无论粘度差值大还是小，水体丰度颗粒粒度较多时，其气枪激发效果（最远传播距离）不佳。水库水质与气枪激发效果之间存在一定关系，但无法准确地判定水质参数数值变化和最终激发效果（最远传播距离）之间确切的关系式。后期可回归实验室，使用纯水模拟水库水体，通过改变干扰测项，进一步确认水质参数和气泡变化之间的关系式，从而确定水质参数和最终激发效果（最远传播距离）之间的确切关系。

参考文献

[1] 李家兵，福州第二水源一山仔水库水质变化及底泥污染负荷研究，2004.

[2] 李樟苏，吴永进.γ密度仪测定杭州湾浮泥和淤泥重度简介[J].水运工程，1995（5）： 17-20.

[3] 刘吉福，水下基槽回淤沉积物厚度检测方法探讨[J].水运工程，2013（6）： 29-34.