徐積峰，胡 婷，孔令軍

(1.山東煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì) 山東 泰安 271000； 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心 天津 300170)

0 引 言

常規(guī)的同步觸發(fā)通常是儀器提供指令，由編碼器、電臺(tái)與爆炸單元共同完成。但地震高山作業(yè)中由于通訊條件有限，存在一些常規(guī)爆炸單元無(wú)法克服的死點(diǎn)。為克服這種困難，Sercel公司曾開(kāi)發(fā)出一種有線放炮系統(tǒng)(LSS)，由有線放炮接口單元(LSI)和握手聯(lián)絡(luò)單元(HSD)兩部分組成，提供了一種鏈接于任意兩個(gè)采集鏈中間的移動(dòng)編碼器[1]。這種方式有效解決了通訊障礙，但并不能應(yīng)用于重錘，夯擊，電火花等無(wú)電雷管地震作業(yè)?？紤]到當(dāng)前爆炸用品的安全審批日益嚴(yán)格，且耗時(shí)長(zhǎng)、成本高，需要一種無(wú)需電雷管和成型炸藥的同步觸發(fā)方式解決上述問(wèn)題?；诖?，利用428XL交叉站(Laux-428)提供的XDEV2接口，探索出一種由地震檢波器進(jìn)行同步觸發(fā)的方法：在428XL Operation之Explo-IMPULSIVE菜單窗口下，以Laux之XDEV2端口的P、N兩個(gè)接點(diǎn)為T(mén)B信號(hào)輸入，作業(yè)測(cè)線采集鏈為傳輸線路，以爆竹火藥等非成型炸藥為爆炸源激發(fā)地震波，獲得同步觸發(fā)。此方法亦適合408XL系統(tǒng)，為方便論述，以428XL指代。

1 地震檢波器同步觸發(fā)428XL方法

同步觸發(fā)是地震采集作業(yè)中對(duì)儀器設(shè)備最基本、最關(guān)鍵的要求。其延遲時(shí)間與數(shù)據(jù)采集的精確度密切相關(guān)，是儀器研發(fā)、生產(chǎn)與使用過(guò)程中一個(gè)至關(guān)重要的指標(biāo)。

1.1 傳統(tǒng)同步觸發(fā)過(guò)程分析

目前的地震采集作業(yè)中通常使用專業(yè)的編譯碼系統(tǒng)，需要利用電雷管引爆成型炸藥。其過(guò)程完全依靠無(wú)線電臺(tái)通訊和編譯碼器的指令完成。具體步驟(以428XL為例)為：①操作員發(fā)出點(diǎn)火指令Go，激活采集排列；②排列激活后，由LCI的Blaster端口MN產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)FO(Fire Order)，編碼器確認(rèn)點(diǎn)火指令后產(chǎn)生TB信號(hào)由LK回傳Blastor輸入儀器，激活同步采集。同時(shí)，F(xiàn)O由電臺(tái)傳自譯碼器啟動(dòng)爆炸端口瞬時(shí)放電。在此過(guò)程中，基于同步的目的，要求雷管最好為瞬發(fā)雷管，如果雷管有時(shí)斷，則采區(qū)內(nèi)所有雷管的延遲時(shí)間必須一致；同時(shí)采區(qū)內(nèi)無(wú)線電通訊狀況良好，無(wú)線中繼延遲時(shí)間一致，且不能超過(guò)一個(gè)采樣間隔。這兩個(gè)條件缺一不可。但在實(shí)地的野外采集中，采區(qū)山高林密，無(wú)線電臺(tái)盲區(qū)很多，或者雷管炸藥審批手續(xù)繁復(fù)。加之地形復(fù)雜，震源車無(wú)法作業(yè)。這就需要探索另外的觸發(fā)辦法完成地震任務(wù)。

在2019年5～6月份完成的西南某城市地下空間作業(yè)中，由于區(qū)內(nèi)部分地域?yàn)榍鹆甑貛?，?shù)深林密，無(wú)法實(shí)施原定震源作業(yè)。而采區(qū)勘察目的層比較淺，對(duì)激發(fā)能量要求不高，于是進(jìn)行了相關(guān)的嘗試工作，利用Laux-428的XDEV2端提供的TB輸入口N、P(如圖1所示[2])，將井下檢波器引入，利用爆炸瞬間井下(井口)檢波器的瞬時(shí)電流啟動(dòng)儀器，完成同步采集。

圖1 XDEV2端口N、P兩點(diǎn)為儀器提供TB輸入信號(hào)

1.2 地震檢波器同步觸發(fā)的操作步驟

Laux的XDEV2端口是Sercel公司為野外采集提供的LSI(有線放炮)編碼器接口，用于解決通訊困難等不利條件下的作業(yè)。由圖1中XDEV2接口的信號(hào)分布可知，N、P兩個(gè)觸點(diǎn)為T(mén)B信號(hào)輸入端。也就是說(shuō)，如果能在震源爆破的同時(shí)，為這個(gè)TB信號(hào)輸入端口提供第一時(shí)間的時(shí)斷信號(hào)，也就能觸發(fā)儀器的同步采集。具體步驟如下:

1) 操作員在Explo-IMPULSIVE菜單窗口下更改Operation爆炸處理類型中的設(shè)備類型和ID號(hào)碼，將觸發(fā)端口由LCI改為L(zhǎng)aux，并輸入實(shí)地作業(yè)中具體的設(shè)備號(hào)碼，如圖2所示[3]。

圖2 配置觸發(fā)設(shè)備的類型及號(hào)碼

2)拉長(zhǎng)TB時(shí)窗的長(zhǎng)度，如延長(zhǎng)至20 000～30 000 ms，如圖3所示。拉長(zhǎng)TB時(shí)窗長(zhǎng)度的目的是確保爆破源的點(diǎn)火爆破時(shí)間在儀器的TB窗口之內(nèi)。

圖3 拉長(zhǎng)TB時(shí)間窗口長(zhǎng)度，以獲得足夠爆破時(shí)間

3)現(xiàn)場(chǎng)中斷炮點(diǎn)附近的任意相連的采集鏈，將爆炸處理類型菜單中指定的Laux與之鏈接，接通供電小電瓶，確定供電正常，保證采集鏈與Laux接觸良好。將Laux_428的P和N兩個(gè)觸點(diǎn)以固定抽頭的接有檢波器的小線引出，如圖4所示。檢波器埋植于爆破井口，爆破員通知儀器操作員(方法不限，可用對(duì)講機(jī)、手機(jī)、微信)。

圖4 N、P引出端

4)儀器操作員確定爆炸準(zhǔn)備完成后，點(diǎn)擊觸發(fā)命令go，同時(shí)通知爆破員。

5)現(xiàn)場(chǎng)人員點(diǎn)燃爆炸用品引信，井下檢波器受爆炸中心激發(fā)產(chǎn)生啟動(dòng)電信號(hào)，經(jīng)PN引線上傳Laux，回傳儀器啟動(dòng)同步采集。

這種方式本質(zhì)上說(shuō)雖然是一種有線放炮，但是不需要額外布放單獨(dú)的爆炸線，不需要電雷管啟動(dòng)，同時(shí)不需要電臺(tái)和編譯碼器的參與。只依靠測(cè)線上現(xiàn)成的采集鏈進(jìn)行有線傳輸，配備一塊小電瓶即可保障Laux代替爆炸機(jī)進(jìn)行機(jī)動(dòng)作業(yè)，輕便簡(jiǎn)捷。在這個(gè)過(guò)程中，井下檢波器的同步震動(dòng)為關(guān)鍵一環(huán)，理論上要求輸出電流大于2 mA,且持續(xù)時(shí)間不小于20 μs。并在具有較強(qiáng)靈敏度的同時(shí)具備一定的抗干擾能力。實(shí)際中，在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)保持警戒的情況下，合格的60～100 Hz的檢波器都能夠較好完成此觸發(fā)工作。值得注意的是，如果是在有一定深度的井下放置檢波器，需確保井下檢波器在采集過(guò)程中不被井下爆炸所破壞中斷，必須對(duì)檢波器采取剛度保護(hù)，有一定的操作難度。但如果現(xiàn)場(chǎng)對(duì)井深要求不高，且微測(cè)井探明該采區(qū)地表速度變化有序，也可以將檢波器布置于井口，資料處理時(shí)，依據(jù)地表速度資料進(jìn)行相關(guān)的換算，確定該物理點(diǎn)的精確啟動(dòng)時(shí)間。尤其在小面積三維地震中，因?yàn)樽鳂I(yè)面集中，空間跨度小，前期的小折射低速帶調(diào)查和微測(cè)井測(cè)速有條件精確囊括采區(qū)內(nèi)低速帶的變化，可嘗試這種井口檢波器觸發(fā)方式。前提必須是已經(jīng)精確測(cè)定該區(qū)的淺層速度和高程。實(shí)際作業(yè)中，還是以檢波器布放在爆炸中心水平面上更為可靠。

實(shí)踐證明，該方法尤其適用于復(fù)雜地形條件下的淺層地震，在2019年5～6月份進(jìn)行的西南某城市地下空間勘察中得到一個(gè)多月的實(shí)地運(yùn)用，共完成有效爆破物理點(diǎn)4500個(gè)，提高了作業(yè)效率，如期完成了全區(qū)的作業(yè)覆蓋?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)地震資料實(shí)例如圖5所示，后期資料處理解釋表明應(yīng)用效果良好。

圖5 2019年5～6月西南某城市地下空間工程地震資料實(shí)例

2 適用范圍

野外作業(yè)多山高路遠(yuǎn)，震源車與儀器車的有效通訊是個(gè)問(wèn)題。但是卻不能借助這個(gè)方法，利用地面檢波器直接接收震源車的自起震從而反向觸發(fā)儀器實(shí)現(xiàn)同步采集。震源車可以自起震激發(fā)地震波，但是震源方式下，儀器每一次采集的有效地震信息必須由編碼器輸出真參考信號(hào)，以此作為各段數(shù)據(jù)相關(guān)疊加的依據(jù)。沒(méi)有真參考信號(hào)的輸出，也就無(wú)法完成數(shù)據(jù)相關(guān)。因此，此方法不能運(yùn)用于震源作業(yè)，只適合于井炮。

3 結(jié)束語(yǔ)

這種利用爆炸中心檢波器信號(hào)同步觸發(fā)儀器采集的方式，現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單，無(wú)需編譯碼器和電臺(tái)的參與和作業(yè)限制。僅利用已有正常測(cè)線的布放，即可完成同步觸發(fā)。對(duì)于復(fù)雜地形下的淺層地震有積極的意義，可有效地推廣至重錘、樁基檢測(cè)或其它地面激發(fā)方式；亦可運(yùn)用于已獲得正規(guī)成型炸藥，但通訊信號(hào)不暢的山區(qū)或密林作業(yè)；或采區(qū)作業(yè)前的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，在正式爆破手續(xù)完成前，對(duì)采區(qū)資料和施工參數(shù)做相關(guān)的了解，以贏得施工便利。