导语：粉尘、噪声、有害有毒气体、爆破振动危害，是地震勘探对环境破坏和污染的主要因素。在地震勘探中，如何减少粉尘，降低噪声、降低爆破震动危害、吸收或转化有害有毒气体，一直是困扰我们实现绿色地震勘探的难题。山西省煤炭地质物探测绘院通过采用隧道掘进水压爆破技术参数，破解了这个难题，实现了绿色地震勘探，同时也为废弃饮料瓶再利用找到了新的使用价值。

一、问题的由来

  深厚黄土区一直是地震勘探困难区。过去常规的办法是，加大孔深，加大药量或采取平面组合，提高地震勘探爆破作用面积的办法。但是其效果并不理想，单炮记录深层反射波不明显，面波干扰大，而且施工成本高。

  为了提高采集资料质量，保障生产成本不超预算的情况下，2019年4月25日—4月27日，山西省煤炭地质物探测绘院在去年采用间隔装药的基础上，在厚黄土区采用了用饮料瓶装水作间隔材料进行了间隔装药地震勘探爆破试验，即深孔水压爆破技术，取得了明显的效果。

二、试验过程

（一）1号试验点

  7号孔为常规孔：孔深5m，位于沟底，激发介质为N2砂质粘土。药量2kg，集中连续装药。

  5号孔为试验孔：孔深5m，位于沟底，激发介质为N2砂质粘土。药量2kg，为间隔装药，间隔方式为在孔底安放1瓶高22cm的装满水饮用水瓶，下1kg炸药，然后再安放1瓶高22cm的装满水饮用水瓶，再下1kg炸药，最后埋孔堵塞。通俗的表示方法为1+1，1代表水瓶。

（二）2号试验点

  2号孔为常规孔：孔深7m，位于沟底，激发介质为N2砂质粘土。药量2kg，集中连续装药；

  6号孔为试验孔：孔深7m，位于沟底，激发介质为N2砂质粘土。药量2kg，为间隔装药，间隔方式为在孔底安放1瓶高22cm的装满水饮用水瓶，下1kg炸药，然后再安放1瓶高22cm的装满水饮用水瓶，再下1kg炸药，最后埋孔堵塞。通俗的表示方法为1+1，1代表水瓶，代表水瓶的安装的顺序。

（三）3号试验点

  12号孔为常规孔，孔深21m，激发介质为Q3砂土。药量3kg，集中连续装药。

  21号孔为试验孔：孔深21m，激发介质为Q3砂土，药量3kg，为间隔装药，间隔方式为在孔底安放1瓶高22cm的装满水饮用水瓶，下1kg炸药，然后再安放1瓶高22cm的装满水饮用水瓶，再下1kg炸药，再放1瓶水，再下1kg炸药，最后埋孔堵塞。通俗的表示方法为1+1+1，1代表水瓶和水瓶的安放顺序。

三、试验炮品质分析

（一）1号点试验孔采集资料能量分析

  1号点由7号常规孔和5号试验孔组成，其能量和道间频率如下：

5号试验孔爆炸后孔内能量及其地震波传播的能量明显高于7号常规孔

  5号试验孔炸药爆炸后其产生的道集间频率及频宽明显优于7号常规孔。在0-20赫之间5号试验孔地震波能量低于常规孔，20-40赫之间5号试验孔地震波能量与常规孔相近，40-60赫之间5号试验孔地震波能量比常规孔高。

5号孔试验孔信噪比明显高于7号常规孔

（二）2号试验点能量分析

  2号试验点由2号常规孔和6号试验孔组成。

   从炸药爆炸后孔内能量及其地震波传播的能量看，6号试验孔孔内能量及其地震波传播的能量没有明显优势。

   6号试验孔炸药爆炸后其产生的道集间频率及频宽与2号孔相比有明显变化。在0-20赫之间6号试验孔地震波能量低于常规孔，20-40赫之间6号试验孔地震波能量与常规孔相近，40-60赫之间6号试验孔地震波能量比常规孔稍低。

6号孔试验孔信噪比明显高于2号常规孔

（三）3号试验点

  3号试验点由12号常规孔和21号试验孔组成。

   从炸药爆炸后孔内能量及其地震波传播的能量看，21号试验孔孔内能量及其地震波传播的能量低于12号常规孔。

   21号试验孔炸药爆炸后其产生的道集间频率及频宽与12号常规孔相比有明显变化，21号试验孔具有明显优势，在0-100赫之间21号试验孔地震波能量高于常规孔。

  21号孔试验孔信噪比明显高于12号常规孔

四、深孔水压爆破的原理与特点

   水压爆破是利用水的不可压缩性质，能量传播损失小。炸药爆炸瞬间水传播冲击波到容器壁使其位移，并产生反射作用形成二次加载，加剧容器壁的破坏,遂使容器均匀解体破碎。此法简便易行，效果良好。

   钻孔水压爆破，药包置于有水钻孔中进行爆破，由于介质抵抗线较大，应力波在待破坏介质中作用时间相对较长，应力波起主要作用。它利用在水中传播的爆破应力波对水的不可压缩性，使爆炸能量经过水传递到炮眼围岩中几乎无损失，十分有利于岩石破碎。同时，水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应有利于岩石进一步破碎，炮眼中有水可以起到雾化降尘作用，大大降低粉尘对环境的污染。

五、研究形成的初步成果

（一）爆破激发的地震波能满足下列基本要求：

（1）有足够的能量，以能够得到深层的反射为宜；

（2）持续时间要短，可以分辨很近的两个界面；

（3）可重复性，每次激发后的波形及其频谱差别很小；

（4）产生的噪声不影响反射波的检测。

  同时单炮记录面貌好，面波干扰少，单炮能量、道集间频率、信噪比都要优于单孔连续装药质量，为解决后黄土区地震勘探资料采集难打下基础，取得突破。

  其机理是水是不可压缩的介质，具有各项压缩换向并均匀传播爆炸压力的特征，在爆炸初始阶段不仅炮孔孔壁，而且充水孔壁同样受到冲击荷载的作用，峰值压力下降缓慢；到了爆炸作用后阶段，伴随爆炸气体膨胀做功，水中积蓄的能量加强了岩土介质的扰动作用。

  另外，饮料瓶瓶口朝下，间隔在炸药中的装满水的饮料瓶受炸药冲击后，因瓶颈聚能作用，其产生的水射流对孔壁尤其是孔底具有强大的冲击作用。

  装药顶部安放的装满水的瓶口朝下的15个饮料瓶起作用是在炸药顶部形成一个质地较为均匀的能量反射界面，使炸药起爆后的反冲能量到达饮料瓶底面后，再次形成向孔内的反射波。另外，装药顶部安放的装满水的饮料瓶，炸药爆炸后反冲能量会把饮料瓶向上推动，在孔内堵塞物反作用下，瓶内的水将会向孔内射出，形成较强的聚能射流，用于增强压缩应力波对孔壁的扰动力。通常饮料瓶瓶口直径是瓶底直径的1/2，根据流体动力学的原理，具有一定压力的管内水流，瓶口水流能量和速度是瓶底的2倍，瓶口朝下必然会增强水流速度和水流对孔壁的冲击力。同时瓶内水在射入孔内后，在爆炸作用的静态压力下会形成一层越3m厚的覆水层。因为覆水层是一个很强的波阻抗面，爆炸所激发的能量由于孔内水面的强烈反射作用而大部分向下传播，从而增强了有效波的能量。

（二）在降低地震波危害方面，具有减震效果。

  深孔水压爆破最大优势是地震勘探炸药的能量通过间隔重新分配，使爆炸冲击波通过水介质传递到岩土介质，通过距离和介质的影响，能有效降低炸药起爆后爆轰波对孔壁的冲击荷载，降低地震勘探地震波对孔周围环境的破环。

（三）在环保方面，能有效降低炸药爆炸后产生的NO、NO2等废气的污染。

  NO、NO2属于有毒有害气体，遇水后会生成硝酸或亚硝酸。如果我们事先在饮料瓶内加入适量的小苏打或苏打，就可以在孔内形成硝酸盐。另外孔内充水较多，也可以稀释有害气体的作用。黄土孔内含有钙质结核层，硝酸与钙质结核层发生反应，会生成硝酸钙等盐类物质，用于农作物生长。

  通过将废弃的饮料瓶用于深孔水压爆破，不仅增强了废弃饮料瓶的再利用的使用价值，而且也让我们看到了循环经济发展的新途径。只有放错了地方的资源，没有绝对的废弃物。我们只要深入研究可再利用物品的属性和功能，进行适当改造，我们就可在发展循环经济和节约经济、再利用经济方面走出一条新路子。