深地震宽角反射/折射探测 地震波激发点的技术应用

申达强 杨国俊 张全荣 中国地震局地球物理勘探中心第七研究室

引言：

在地震探测的各个环节中，地震波激发是非常重要的一环，激发效果直接关系到信号接收的远近、强弱，当然也很大程度地影响到后来的数据分析。激发点施工过程中的选点、钻孔、下药埋深、爆破器材的连接等都会影响到激发效果，因此施工过程中的每个步骤都要小心认真，在这里我就以福建及台湾海峡项目为例来说明激发点的施工技术应用。

一、工程概况

福建及台湾海峡地壳结构探测剖面（FJ2号测线）位于福建省中部。北西方向展布，剖面长度为280km，沿剖面计划布设160台地震测深三分量专用数字地震仪，观测点距1．5至2．0km，分别在剖面的5个不同位置进行 5 次药量在 2．0 至 2．6 吨级的爆破激发。

（a）SP21炮：其坐标为：东经119o42．870′，北纬 25o28．244′，海拔高程5m，桩号371km。位于惠安县镇松村村南海边，距最近零星房屋约600m。可在离海边300米处选择钻井位置，基岩出露地表，可使用大型空压机钻机。此炮为FJ号测线东端点炮，药量暂定为2．0吨，钻井深度要求达到60至70m。

（b）SP22炮：桩号450km。位于福州省南安县乐峰镇。此点位于正在开发兴建的林场边缘一条小路的基岩体上，交通方便，地势开阔，进入林场的便道大车可直接开到钻井点位，此处基岩出露地表，只能使用大型空压机钻机钻井。此炮药量暂定为2．0吨，钻井深度要求达到60至70m。

(c) SP23炮：海拔高程150m，桩号545km。位于三明市大田县上京镇东边坑村。场地位于水泥公路旁，山间小盆地，耕植风化土层厚约2至5m，下侧为石灰岩，硬度不大，山上植被丰富，距离最近村庄1．5km。设计药量暂定为2．0吨，钻井深度要求达到60至70m。

(d) SP24炮：桩号605km。位于三明市永安县大湖乡魏坊村北约2km，小溪旁，交通方便。设计药量暂定为2．6吨，钻井深度要求达到60至70m。

(e) SP25炮：桩号660km。位于福建省宁化县湖村镇中坑村。此点地处山间废弃道路上，旁边有大路通过，山坡被植被覆盖，地表风化土厚约2至3m，下为基岩。此点交通方便，地势开阔，大型车辆可以进入施工现场。距离最近村庄约1km。药量暂定为2．5吨，钻井深度要求达到60至70m。

附表1 FJ2号探测剖面炮点主要技术指标一览表

二、施工前的准备

1、工程人员在设备进场前进行了现场踏勘，确定炮点位置，看是否符合钻进条件，如看水源的远近，周围是否有高压线、光缆、房屋、大的道路、桥梁、堤坝等设施。

2、提前与当地政府、公安部门进行了沟通，准备好炸药、雷管的购买手续，确保工程顺利实施。

3、针对这些炮点不同的地层条件和环境的不同采取不同的钻井工艺，提出保证工程质量和施工安全的技术措施，并向作业组进行技术交底。

4、主要机具和设备：工程空压机钻机，潜孔锤钻具，用于基岩钻进。

5、根据进度和估计钻进进度，确定人员和设备数量。这时还要考虑道路、天气等情况。提前将人员的吃住行考虑妥当，这样才能不会在施工过程中影响到工程顺利进行。

三、钻井施工

1、平整场地：地面应去除松渣浮土，杂草，铲平夯实。

2、定钻孔位置：根据人工爆破源的激发原理，合理安排钻孔位置。

3、埋设护筒：埋设护筒以定孔位，隔离地表水，提高孔内水头，防止孔壁坍塌。护筒直径一般比钻头直径长15CM-20CM，护筒位置必须设置正确，四周应回填粘土，分层夯实。

4、成孔钻进：除12号点外，都采取潜孔锤钻具，振动加回转的钻进方式。钻进过程中要时刻注意钻渣返回情况，如有异常情况立即停止钻进，提钻分析原因，采取适当措施，确保可行后再继续钻进。

5、清孔：成孔后，确认孔深无误，就要进行清孔作业，直到确认孔底沉渣清理完毕，方可提钻，转入下一道工序。

6、装药程序是炮场工作的重要一环，前面所做的工作都是为了把药装入孔中，因此，各个程序都要认真负责，相互协调。

7、填孔时，要用碎石将孔填满，注意不要铲到连接线，待孔填满后，测量雷管连接线阻值，及对地阻值，最后将连接线按一定方位埋好，并作好记录。

四、工程技术总结及资料整理

本次工程五个点位获得优秀记录数分别为90个、211个、92个、44个、145个，分析其间差别，针对本工程岩石的整体性和静水位是两个比较重要的影响因素，整体性好的，在静水位以下的传播效果较好。当然影响因素很多，岩性、地质地貌、药包埋深、炸药威力等都是重要的影响因素，在布置孔位时要充分考虑到各种影响因素，以求最大限度地利用炸药能量，有好的接收信号，达到科研目的。

物探中心是一个科研单位，而深地震宽角反射/折射探测工作是物探中心科研工作的重中之重，资料整理对科学研究来说是非常重要的，资料一定要真实，齐全，方能体现出研究的价值。

五、本工程出现的新问题及处理方法

1、岩层裂隙多，地下水位深：本次工程的11号点，第一次选点由于在山顶风化崩塌处，岩层过于破碎，造成钻进过程中不时有碎石掉入孔中，钻头随时有拔不出的危险，因此也就无法成孔。不得不重新选点，经过多次实地勘察，在附近找到了比较合适的炮点，报指挥部批准后，转到新的位置施工。

2、由于岩石较为破碎，造成孔壁粗糙，以前下井时利用的粗棕绳给我们造成了不小的麻烦。出现问题后，我们想出了用钢丝绳来代替棕绳的方法，这也利用了钢丝绳的摩擦系数较小的特点。但施工时要更加注意安全，毕竟安全是第一，马虎不得。

六、新技术的应用

1、采用三脚架解决了干孔下药。由于药柱过重下药的困难，且孔口拉绳操作不便，我们利用了在打桩施工时所采用的三角架，大大方便了施工。

2、采用钢丝绳代替棕绳，提高了下药的速度，改善了下药的效果。利用了钢丝绳的摩擦力比棕绳小很多且直径又小的特点，使得下药顺利很多，但要注意下药时的安全，摩擦力小就比较滑，速度快容易伤手，同时捆绑的难度也加大了。

3、采用油压千斤顶打捞钻具。由于本次工程施工地点属于喀斯特地貌，底层复杂，因此钻具提不出的情况经常遇到，这就要求我们随时准备处理这种问题，要么打捞出钻具，要么就得放弃钻孔，造成很大的损失。在钻机本身不能提出钻具的情况下，就要借助外力，我们就用此方法成功提出钻具，减少了很多损失，节省了工期。

4、采用反丝钻杆打捞钻杆。在山区施工，基岩中钻进时，遇见溶洞、裂隙等地层是常见的，如果钻进基本成孔时，遇到裂隙，钻具被卡住，这时如果放弃，将会造成钻具、人工、油等的很大浪费，还有工期的拖延，我们定好的钻孔位置还得重新选择，因此应该想法提出钻杆，甚至钻具。

七、结束语

从以上的技术分析可以看出，地震波激发是一个涉及到公共关系、钻探、水文和工程地质、爆破为一体的综合施工项目，其中每一个环节出现问题都会使整个工程受到影响。其中的施工参数还要经过和每个点激发实际效果对比，不同的地质地貌、岩性多次比较，不断改进，这样才能使激发效果越来越接近我们的需求。