深地震寬角反射/折射探測 地震波激發點的技術應用

申達強 楊國俊 張全榮 中國地震局地球物理勘探中心第七研究室

引言：

在地震探測的各個環節中，地震波激發是非常重要的一環，激發效果直接關系到信號接收的遠近、強弱，當然也很大程度地影響到后來的數據分析。激發點施工過程中的選點、鉆孔、下藥埋深、爆破器材的連接等都會影響到激發效果，因此施工過程中的每個步驟都要小心認真，在這里我就以福建及臺灣海峽項目為例來說明激發點的施工技術應用。

一、工程概況

福建及臺灣海峽地殼結構探測剖面（FJ2號測線）位于福建省中部。北西方向展布，剖面長度為280km，沿剖面計劃布設160臺地震測深三分量專用數字地震儀，觀測點距1．5至2．0km，分別在剖面的5個不同位置進行 5 次藥量在 2．0 至 2．6 噸級的爆破激發。

（a）SP21炮：其坐標為：東經119o42．870′，北緯 25o28．244′，海拔高程5m，樁號371km。位于惠安縣鎮松村村南海邊，距最近零星房屋約600m。可在離海邊300米處選擇鉆井位置，基巖出露地表，可使用大型空壓機鉆機。此炮為FJ號測線東端點炮，藥量暫定為2．0噸，鉆井深度要求達到60至70m。

（b）SP22炮：樁號450km。位于福州省南安縣樂峰鎮。此點位于正在開發興建的林場邊緣一條小路的基巖體上，交通方便，地勢開闊，進入林場的便道大車可直接開到鉆井點位，此處基巖出露地表，只能使用大型空壓機鉆機鉆井。此炮藥量暫定為2．0噸，鉆井深度要求達到60至70m。

(c) SP23炮：海拔高程150m，樁號545km。位于三明市大田縣上京鎮東邊坑村。場地位于水泥公路旁，山間小盆地，耕植風化土層厚約2至5m，下側為石灰巖，硬度不大，山上植被豐富，距離最近村莊1．5km。設計藥量暫定為2．0噸，鉆井深度要求達到60至70m。

(d) SP24炮：樁號605km。位于三明市永安縣大湖鄉魏坊村北約2km，小溪旁，交通方便。設計藥量暫定為2．6噸，鉆井深度要求達到60至70m。

(e) SP25炮：樁號660km。位于福建省寧化縣湖村鎮中坑村。此點地處山間廢棄道路上，旁邊有大路通過，山坡被植被覆蓋，地表風化土厚約2至3m，下為基巖。此點交通方便，地勢開闊，大型車輛可以進入施工現場。距離最近村莊約1km。藥量暫定為2．5噸，鉆井深度要求達到60至70m。

附表1 FJ2號探測剖面炮點主要技術指標一覽表

二、施工前的準備

1、工程人員在設備進場前進行了現場踏勘，確定炮點位置，看是否符合鉆進條件，如看水源的遠近，周圍是否有高壓線、光纜、房屋、大的道路、橋梁、堤壩等設施。

2、提前與當地政府、公安部門進行了溝通，準備好炸藥、雷管的購買手續，確保工程順利實施。

3、針對這些炮點不同的地層條件和環境的不同采取不同的鉆井工藝，提出保證工程質量和施工安全的技術措施，并向作業組進行技術交底。

4、主要機具和設備：工程空壓機鉆機，潛孔錘鉆具，用于基巖鉆進。

5、根據進度和估計鉆進進度，確定人員和設備數量。這時還要考慮道路、天氣等情況。提前將人員的吃住行考慮妥當，這樣才能不會在施工過程中影響到工程順利進行。

三、鉆井施工

1、平整場地：地面應去除松渣浮土，雜草，鏟平夯實。

2、定鉆孔位置：根據人工爆破源的激發原理，合理安排鉆孔位置。

3、埋設護筒：埋設護筒以定孔位，隔離地表水，提高孔內水頭，防止孔壁坍塌。護筒直徑一般比鉆頭直徑長15CM-20CM，護筒位置必須設置正確，四周應回填粘土，分層夯實。

4、成孔鉆進：除12號點外，都采取潛孔錘鉆具，振動加回轉的鉆進方式。鉆進過程中要時刻注意鉆渣返回情況，如有異常情況立即停止鉆進，提鉆分析原因，采取適當措施，確保可行后再繼續鉆進。

5、清孔：成孔后，確認孔深無誤，就要進行清孔作業，直到確認孔底沉渣清理完畢，方可提鉆，轉入下一道工序。

6、裝藥程序是炮場工作的重要一環，前面所做的工作都是為了把藥裝入孔中，因此，各個程序都要認真負責，相互協調。

7、填孔時，要用碎石將孔填滿，注意不要鏟到連接線，待孔填滿后，測量雷管連接線阻值，及對地阻值，最后將連接線按一定方位埋好，并作好記錄。

四、工程技術總結及資料整理

本次工程五個點位獲得優秀記錄數分別為90個、211個、92個、44個、145個，分析其間差別，針對本工程巖石的整體性和靜水位是兩個比較重要的影響因素，整體性好的，在靜水位以下的傳播效果較好。當然影響因素很多，巖性、地質地貌、藥包埋深、炸藥威力等都是重要的影響因素，在布置孔位時要充分考慮到各種影響因素，以求最大限度地利用炸藥能量，有好的接收信號，達到科研目的。

物探中心是一個科研單位，而深地震寬角反射/折射探測工作是物探中心科研工作的重中之重，資料整理對科學研究來說是非常重要的，資料一定要真實，齊全，方能體現出研究的價值。

五、本工程出現的新問題及處理方法

1、巖層裂隙多，地下水位深：本次工程的11號點，第一次選點由于在山頂風化崩塌處，巖層過于破碎，造成鉆進過程中不時有碎石掉入孔中，鉆頭隨時有拔不出的危險，因此也就無法成孔。不得不重新選點，經過多次實地勘察，在附近找到了比較合適的炮點，報指揮部批準后，轉到新的位置施工。

2、由于巖石較為破碎，造成孔壁粗糙，以前下井時利用的粗棕繩給我們造成了不小的麻煩。出現問題后，我們想出了用鋼絲繩來代替棕繩的方法，這也利用了鋼絲繩的摩擦系數較小的特點。但施工時要更加注意安全，畢竟安全是第一，馬虎不得。

六、新技術的應用

1、采用三腳架解決了干孔下藥。由于藥柱過重下藥的困難，且孔口拉繩操作不便，我們利用了在打樁施工時所采用的三角架，大大方便了施工。

2、采用鋼絲繩代替棕繩，提高了下藥的速度，改善了下藥的效果。利用了鋼絲繩的摩擦力比棕繩小很多且直徑又小的特點，使得下藥順利很多，但要注意下藥時的安全，摩擦力小就比較滑，速度快容易傷手，同時捆綁的難度也加大了。

3、采用油壓千斤頂打撈鉆具。由于本次工程施工地點屬于喀斯特地貌，底層復雜，因此鉆具提不出的情況經常遇到，這就要求我們隨時準備處理這種問題，要么打撈出鉆具，要么就得放棄鉆孔，造成很大的損失。在鉆機本身不能提出鉆具的情況下，就要借助外力，我們就用此方法成功提出鉆具，減少了很多損失，節省了工期。

4、采用反絲鉆桿打撈鉆桿。在山區施工，基巖中鉆進時，遇見溶洞、裂隙等地層是常見的，如果鉆進基本成孔時，遇到裂隙，鉆具被卡住，這時如果放棄，將會造成鉆具、人工、油等的很大浪費，還有工期的拖延，我們定好的鉆孔位置還得重新選擇，因此應該想法提出鉆桿，甚至鉆具。

七、結束語

從以上的技術分析可以看出，地震波激發是一個涉及到公共關系、鉆探、水文和工程地質、爆破為一體的綜合施工項目，其中每一個環節出現問題都會使整個工程受到影響。其中的施工參數還要經過和每個點激發實際效果對比，不同的地質地貌、巖性多次比較，不斷改進，這樣才能使激發效果越來越接近我們的需求。