水庫水質(zhì)與氣槍震源系統(tǒng)激發(fā)效果的關系

王曉韡 盧兆輝

摘 要： 福建省地質(zhì)構造復雜，為了進一步探明濱海斷裂帶的深部構造及其空間展布情況，探索臺灣海峽西部地殼深部構造環(huán)境，福建省地震局集成創(chuàng)新了一套移動式氣槍震源系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)炸測方法的不安全性。但在不同的水庫實驗后其激發(fā)效果略有差別。為了研究水庫的水質(zhì)參數(shù)與氣槍震源激發(fā)效果（最遠傳播距離）之間的關系，能在氣槍震源實驗前給出初步的判定結果，我們研究了氣槍激發(fā)前后水庫水質(zhì)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)水庫水質(zhì)與氣槍激發(fā)效果之間存在一定關系，但不直接明顯。

關鍵詞： 水庫水質(zhì);氣槍震源系統(tǒng);激發(fā)效果

【中圖分類號】TV145 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.248

0 引言

福建省地處我國東南部，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構造復雜，北東向長樂-詔安斷裂帶、政和-海豐斷裂帶、邵武-河源斷裂帶及濱海斷裂帶貫穿全省，并與九龍江斷裂、上杭-云霄斷裂、永安-晉江斷裂、沙縣-南日島斷裂及閩江下游斷裂等北西向斷裂帶縱橫交錯，存在發(fā)生破壞性地震的地質(zhì)構造背景。

為了進一步探明濱海斷裂帶的深部構造及其空間展布情況，探索臺灣海峽西部地殼深部構造環(huán)境，福建省地震局開展實施了深部結構探測工作，早期使用炸藥進行陸地炸測實驗，此實驗方法效果不顯著且存在安全隱患。而后福建省地震局根據(jù)省內(nèi)水庫遍布的特點，自主研發(fā)、集成創(chuàng)新了一套移動式氣槍震源系統(tǒng)。2014年11月福建省地震局局在三明尤溪街面水庫進行了移動式氣槍震源系統(tǒng)綜合實驗，分析結果顯示震源系統(tǒng)單槍激發(fā)信號傳播距離約200公里。然而在2015年6月龍巖洪山鄉(xiāng)棉花灘水庫和武平石黃峰水庫的實驗效果卻略有差別。由于水底結構復雜，我們直觀地研究水底結構會耗費大量的人力物力，而與水底直接接觸的水質(zhì)變化，能否側面反映水底的情況，暫未有研究。

1 水庫簡介

我們所知，水庫是交換緩慢的水體，水面廣闊，流速緩慢，沉淀作用強，稀釋、溫和能力較差，水質(zhì)受到地理條件和蓄水更新期的影響。河流進入水庫后，水體停滯，懸浮物沉降，水的渾濁度降低，有利于植物生長。水庫水質(zhì)的一個特點是溫度有明顯的季節(jié)性的變化，據(jù)文獻調(diào)研，10、11、12、1四個月水質(zhì)最好[1]，這是因為夏季表層水溫高、密度小，底層水溫低、密度大，水體不能上下循環(huán)交換，出現(xiàn)水溫分層。秋季氣溫下降，水庫水表層冷卻水的密度加大，大體產(chǎn)生對流，內(nèi)部水質(zhì)上下層發(fā)生變化。

現(xiàn)階段我們研究水底層的方法有很多，如（1）高差法：水砣、雙頻測深儀;（2）測厚度法：竹竿、封閉旋進取泥器;（3）測密度法：潛水員、懸移質(zhì)取樣器、潛底定位取漿器、浮泥提取器;（4）剖面圖法：γ射線密度儀[2]、音叉密度計、超聲波重度儀等。這些方法耗費大量的人力、物力、財力，有的方法對人體的損傷大，且都有一定的局限性[3]。本文著重研究水庫的水質(zhì)參數(shù)與氣槍震源激發(fā)效果之間的關系，希望能在氣槍震源實驗前給出初步的判定結果。

2 實驗部分

2.1 主要實驗儀器與試劑

WGZ-2B濁度計，NDJ-79A數(shù)字旋轉(zhuǎn)粘度計，馬爾文激光粒度儀，HANNA-pH計。

2.2 實驗主要方法和條件

2.2.1 取樣方法

采樣方法可根據(jù)采樣標準《GWI-B1-水樣的采集與送檢技術要求》，GB/T 5750.2-2006《生活飲用水標準檢驗方法 水樣的采集與保存》，取樣方法為使用 5L PVC水質(zhì)采樣器，在槍陣系統(tǒng)布槍范圍任一點按深度積分法和時間積分法進行采取水樣。其中深度積分法，分別在最優(yōu)工況上下分別均勻取2-3點樣品進行分析;時間積分法為氣槍激發(fā)前后半小時內(nèi)按深度積分法進行取樣分析。

2.2.2 分析條件

通過實驗發(fā)現(xiàn)，取樣后6天內(nèi)需做好水質(zhì)分析工作。

3 實驗結果及討論

不同水庫按上述確定的采樣方法采集的水庫水樣進行比對分析pH值、電導率、比重、F-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、粘度、COD、TOC、濁度、粒度、表面張力等測項。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)結論，其電導率、比重、F-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、COD、TOC及表面張力這些測項，在水樣激發(fā)前后變化量較小，屬于實驗誤差范圍，不做具體分析。已確定和激發(fā)效果可能相關的測項有粘度、濁度、粒度，其中粘度和粒度尤為關鍵。

將實驗的幾個水庫水樣進行測試分析后，數(shù)據(jù)匯總入表1，分析表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)水樣與純水對比粘度差值高于20%，粒度分布復雜的水庫（棉花灘水庫），其激發(fā)效果相比粘度差值小于7.5%，粒度多數(shù)為大顆粒物質(zhì)的水庫（安砂水庫）差。因為水樣粘度差值大，一般粒度分布都相對復雜（表1），其水體內(nèi)部含有大量的有機質(zhì)、硅藻土及藻類（5-10μm）等物質(zhì)，反映出水庫底含有較厚的淤泥層，因其能緩沖靜水壓力，從而最終導致激發(fā)效果不佳。

而南一水庫粘度差值雖小于7.5%，但從粒度實驗可以看出，超聲后水體豐度顆粒粒度相比安砂水庫無大顆粒物質(zhì)，多為小顆粒物質(zhì)及藻類，說明南一水庫底部有淤泥層，其最遠傳播距離仍超過棉花灘水庫和石黃峰水庫。在4個實驗水庫中未發(fā)現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)與激發(fā)效果（最遠傳播距離）之間的直接關系。

4 結論

與純水對比粘度差值低于7.5%時，其激發(fā)后最遠傳播距離相對粘度差值高于20%的水庫遠，但無論粘度差值大還是小，水體豐度顆粒粒度較多時，其氣槍激發(fā)效果（最遠傳播距離）不佳。水庫水質(zhì)與氣槍激發(fā)效果之間存在一定關系，但無法準確地判定水質(zhì)參數(shù)數(shù)值變化和最終激發(fā)效果（最遠傳播距離）之間確切的關系式。后期可回歸實驗室，使用純水模擬水庫水體，通過改變干擾測項，進一步確認水質(zhì)參數(shù)和氣泡變化之間的關系式，從而確定水質(zhì)參數(shù)和最終激發(fā)效果（最遠傳播距離）之間的確切關系。

參考文獻

[1] 李家兵，福州第二水源一山仔水庫水質(zhì)變化及底泥污染負荷研究，2004.

[2] 李樟蘇，吳永進.γ密度儀測定杭州灣浮泥和淤泥重度簡介[J].水運工程，1995（5）： 17-20.

[3] 劉吉福，水下基槽回淤沉積物厚度檢測方法探討[J].水運工程，2013（6）： 29-34.