提高水上地震放炮定位測量精度的方法

胡進

(中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130061)

1 放炮定位測量誤差產生的原因

在水利水電地質勘測中，為了解水下地質覆蓋情況，經常要用到水上地震這種工作方法。地震工作的同時，在完成相關的測量后，必須把每個放炮點位繪制到平面圖上，以便準確分析地震物探資料。因此水上測量在地震成果中有著舉足輕重的地位。然而在實際工作中經常會遇到水流對炮點測量精度的影響，這種影響會降低地震成果的質量?，F結合大藤峽電站測量實際，分析水上地震放炮定位測量誤差產生的原因。

大藤峽電站在壩址處江面變窄，形成哨口，水的流速較快，在水上地震放炮測量過程中，水流過急對測量放炮點位有很大的影響。當水流較大時（見圖1），雖然浮標在水中相對穩定，但當炸藥包投入水中后，在水流的沖擊下，炸藥向下游偏離，和浮標不在一條豎直線上。這時如果用測量浮標的位置去代替地震放炮的位置（水柱），必然要產生一個誤差d，這個誤差d的大小將隨著水的流速大小和炸藥的投放深度而成正比變化。經觀測，大藤峽壩址水流沖擊炸藥包，使牽引炸藥包的繩子偏離浮標鉛垂方向40°，浮標與炸藥包的牽引繩長3.5m。經計算，炸藥爆炸時的位置偏離浮標位置2.25m，大大超過了水上放炮點位測量誤差不超過0.5m的規范要求。為減少誤差，在實際工作中，根據不同的施測方法，采取相應的措施進行糾正，極大地提高了測量精度。

圖1 水上地震示意圖

2 提高測量精度的方法

2.1 極坐標糾正法

圖2 極坐標法

當水面不寬、測距不遠、波浪不大、棱鏡能平穩地放在浮標上時，采用全站儀對放炮點位進行測量（見圖2）。觀測時應將測站盡可能選擇在垂直地震剖面一側的岸邊，測量立鏡人員在穩定好的船上把棱鏡立在浮標上，測站觀測人員讀取測站到浮標的距離（方位角暫時不讀）；當放炮人員要放炮時，觀測者將視線預先瞄準在浮標下游一點的地方，等待放炮。炮聲響后，水在爆炸力的作用下會立即掀起一個水柱，這時的水柱中心線就是炮位的準確位置。水柱在上升和下落過程中，在空中能保留3s，測量人員要抓緊時機迅速將鏡頭瞄準水柱上端較細部位中間（爆炸點中心線），讀取方位角。由于測站是在地震剖面的垂直方向一側，因此測站到浮標的距離和測站到水柱的距離幾乎相等（誤差忽略不計），在計算炮位坐標時，可用測站到浮標的距離代替測站到炮位的距離，方位角是觀測炮柱得來的，用測站到浮標平距與觀測水柱的方位角進行計算，就可得到炮位的坐標。根據放炮經驗，水柱形成時，靠近水面水柱直徑可達2m，而在水柱上端水柱直徑只有0.5m，因此，用全站儀觀測時，瞄準水柱上端較細部位中間或邊緣就能保證炮位誤差不超過0.5m的規范要求。通過比較可以看出，觀測水柱平面誤差，在1/1000地形圖上精度能達到1/2000；而用觀測浮標的坐標代替放炮點的實際坐標，由于誤差較大（2.25m），精度只能達到1/444。前者觀測精度比后者提高4倍多。值得一提的是，在放炮觀測前，要先將全站儀水平制動固定好，并且要留出左右水平微動空間，以便在觀測時有調整余地。

2.2 前方交會糾正法

在水深浪急，放炮點離測站點較遠，波浪起伏大，立鏡人員在浮標上無法穩住棱鏡的條件下，如用全站儀來觀測測站到浮標的距離，基本無法實現。為解決這一問題，采用了前方交會的方法進行定位（見圖 3）。

圖3 前方交會法

將2臺經緯儀架在岸上，預先瞄準浮標下游一點的地方，等待放炮。炮響后，同時瞄準放炮崩起的水柱，將數據記錄下來。在正常情況下，通過兩個測站觀測的交角經內業計算，便可求出炮位的坐標。然而由于水上地震放炮定位測量有其特殊性，受外界條件制約很大，在施測過程中，觀測目標是瞬間即逝的，觀測時如儀器碰動、讀數讀錯、炮柱小沒看清、鏡頭轉動過大錯過觀測時機等，很可能影響到測量人員的觀測。由于這時目標——水柱已經消失，不可能再進行第二次觀測，為避免返工重測，采取輔助補救措施，選用2次觀測比較進行測量，取得了較好的效果，具體步驟如下：

先用兩臺經緯儀交會出一條剖面線上多個炮點水中浮標的位置，并記錄在簿，把它作為第一組數據A；放炮時兩臺經緯儀再逐一交會炮位水柱取得第二組數據A′。當一條剖面上多個炮點放炮結束后，將多個炮位一一對應的兩組觀測的計算結果加以比較可以看出，在平面圖上，炮位坐標在水流的沖擊下都在浮標坐標的下游，它們之間的差是一個常數C常，即：

式中A—浮標坐標；A′—炮位坐標；Cn—浮標坐標與炮位坐標之差；C?！鄠€炮點浮標坐標與炮位坐標之差的平均值；n—炮點個數。

這個常數差C常就是炸藥在水中的平均位移值，它可作為校核測量精度的一個依據。如果一個炮點的A′數據與A數據之差接近常數，就很有把握把計算坐標成果提供給地質人員利用。同時它也可作為漏測跑位的推算數據，用某個漏測炮位的浮標坐標加上平均常數差C常作為炮位坐標，即A′=A＋C常，將這個坐標成果提供是完全可以的，也是能夠令人信服的。