試分析港口勘察過程中地層剖面儀的運(yùn)用

王楠+譚海軍

摘 要：地層剖面儀是一種新型的、高效的可以進(jìn)行港口的勘探工作的勘測方法。使用地層剖面儀進(jìn)行港口的勘探工作可以顯著提升勘探結(jié)果的分辨率，提升數(shù)據(jù)記錄的可靠性和直觀性。文章以地層剖面儀的工作原理為研究基礎(chǔ)，探究了地層剖面儀在港口勘查過程中的使用情況，旨在為我國港口勘探工作提供可靠的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地層剖面儀 脈沖功率 線性調(diào)頻聲納

1.港口勘探過程中地層剖面儀的工作原理

以SP-型淺地層剖面儀為例，組成如表1所示。

地層剖面儀有著先進(jìn)并且完善的聲納發(fā)射系統(tǒng)和聲納接受系統(tǒng)，可以利用沉淀物的巖性、沉積層的結(jié)構(gòu)以及沉積層的變化構(gòu)成等，形成的反射波，來獲得有著高分辨率的海底信息。目前，在港口勘察過程中主要使用線性調(diào)頻聲納來進(jìn)行聲納發(fā)射工作，線性調(diào)頻聲納使用的是一種線性的調(diào)頻技術(shù)，其頻率有著穿透能力大，分辨程度高的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于港口勘察工作。線性調(diào)頻聲納在工作的時候會向海底發(fā)生聲波，如果聲波在海水及沉淀物之間傳播收到了聲阻抗截面，那么聲波就會經(jīng)過地層的散射后被接收回來 ，然后進(jìn)行進(jìn)一步的聲波過濾，聲波放大等最終以數(shù)字的形式被計算機(jī)存儲起來。

實(shí)驗(yàn)證明，利用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法或者是識別方法可以使計算機(jī)輸出可以有效、真實(shí)反應(yīng)地層特征的剖面圖，進(jìn)而形象、直觀地反映海底情況。

2.港口勘察過程中地層剖面儀的數(shù)據(jù)處理

地層剖面儀所發(fā)射的聲波傳到海底的過程中，如果遇到海底地質(zhì)體就會被海底地質(zhì)體反射回來，反射回來的聲波就這樣帶上了海底地質(zhì)體的信息。因聲波在進(jìn)行這項(xiàng)工作的時候很容易受到外界環(huán)境的干擾，也很容易受到儀器自身設(shè)計情況以及不同的地質(zhì)情況的影響，所以在對所獲得的聲波進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析工作之前，一定要對所獲得的聲波進(jìn)行相應(yīng)的前期處理，如，對獲得的聲波進(jìn)行過濾，提純，放大等。

地層剖面儀采用的地質(zhì)解釋是從已知到未知、從點(diǎn)到線、從線到面的數(shù)據(jù)處理方式。它可以根據(jù)瀑布圖上的各個層面的反射截面來分辨各個層面的順序，以及通過和鉆孔資料相比較的方式來確定最終各個層面的地質(zhì)解譯。

地層剖面儀的地層反射界面所遵循的劃分原則是：相同層面里的反射波連續(xù)、清洗并且有著同樣的反射特點(diǎn)，也就是說層組內(nèi)部反射的結(jié)構(gòu)、反射的形態(tài)、反射的能力以及反射的頻率等大致相似，并且和相鄰的層組內(nèi)的反射有著明顯的區(qū)別；相鄰的測線上的相鄰區(qū)域內(nèi)部的同一層面的反射特點(diǎn)也是連續(xù)的，并且縱橫線上的同一層面組可以自己形成閉合。

影響瀑布圖的干擾信號主要有：噪聲、多次回波。噪聲的干擾主要來自船體本身、過往船只等產(chǎn)生的機(jī)械噪音以及外部洋流、海浪等產(chǎn)生的隨機(jī)噪音，其中隨機(jī)噪音可以利用聲波過濾來減輕影響；多次回波是由于水深程度的不同、聲波所含能量的不同以及旱地地層性質(zhì)的不同所造成的，消除多次回波的方法有很多，濾波法是最常使用的一種方法，濾波法是通過多次波和一次波間的動態(tài)的時差變化特點(diǎn)來抑制多次回波的。

3.地層剖面儀的運(yùn)用及特點(diǎn)

3.1地層剖面儀的運(yùn)用

為了保證施工的安全性減少施工費(fèi)用，相關(guān)的工作人員需要在港口勘探工作之前做好預(yù)測工作，也就是需要事先對港口的地底性質(zhì)進(jìn)行一定的預(yù)測，而使用地層剖面儀就是為了查明海底的各種沉積物，調(diào)查出沉積物的深度以及沉積物的分布狀況，對于那些會對施工工程造成一定影響的施工障礙物和特殊的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域等，進(jìn)行相應(yīng)的前期分析和預(yù)測工作。由此可見，使用地層剖面儀結(jié)合相關(guān)的鉆孔資料的工作方式，可以對港口內(nèi)部的地質(zhì)分布狀況進(jìn)行宏觀上的分析和概括，對于港口勘探工作而言十分有利。

在進(jìn)行實(shí)地的港口勘探工作的時候，需要在測量之前調(diào)試地層剖面儀的三個發(fā)射參數(shù)，即脈沖類型、脈沖功率和發(fā)射頻率。脈沖類型指的是所發(fā)射信號的脈沖頻率以及所發(fā)射信號的脈沖寬度。脈沖的穿透力取決于脈沖頻率，脈沖頻率越小那么脈沖的穿透力就會越??；地層垂直方向上的分辨率則取決于脈沖的寬度，脈沖的寬度越小那么地層垂直方向上的分辨率也就會越高，這兩個參數(shù)同時作用，互相制約，選擇時主要依靠地層聲波的特點(diǎn)以及工程的特定需要；發(fā)射功率的大小是由脈沖功率百分比所決定的，脈沖功率的百分比可以對淺剖信號圖的反射信號的強(qiáng)弱造成一定的影響，要想得到直觀、有效的淺剖圖像必須選擇合適的脈沖功率。而發(fā)射頻率則會對發(fā)射信號的穿透深度以及地層橫向的分辨率造成影響，因?yàn)橥萧~的橫向移動，所以發(fā)射信號的頻率越低地層橫向的分辨率就會越低，但是信號可以到達(dá)的深度會很深，這是因?yàn)閱螀绨l(fā)射接收器會把固定時間間隔之外的信號隔離開。

脈沖類型、脈沖功率及發(fā)射頻率這三個參數(shù)決定了淺剖圖像橫向的分辨率和垂直方向的分辨率，決定了淺剖圖像的脈沖波束的穿透力以及成型圖像。通過在待測區(qū)域多次對比各個參數(shù)對淺剖圖像的影響，最終確定出最適宜的參數(shù)，并且在之后的測量中盡可能地保證各個發(fā)射參數(shù)的統(tǒng)一性。

在港口勘探工作時使用地層剖面儀可以明確顯示海底地層各層面中的沉積物的組成成分及各成分之間的界限。在完成各個測線的前剖解析后，利用各種綜合處理方式，對各個測線的淺剖數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理就可以獲得海底各層沉積物的分布狀況，主要以粘土層為主。實(shí)際上，通過對所有的、同一深度的沉淀物屬性的淺剖數(shù)據(jù)的分析，可以做出各個深度的沉淀物的累積分布圖像，顯示出各個層面沉淀物的深度；多次回波的產(chǎn)生是因?yàn)榇嬖诤軓?qiáng)的波阻抗界面。除此之外，堅硬的砂質(zhì)海底會產(chǎn)生較為明顯的多次回波。如果在港口勘探的過程中產(chǎn)生了多次回波，除了可以通過后期的處理軟件進(jìn)行處理，還可以在勘探現(xiàn)場實(shí)時注明多次回波的產(chǎn)生區(qū)域，然后再這些區(qū)域里利用調(diào)節(jié)淺剖發(fā)射參數(shù)的方法進(jìn)行重復(fù)測量，最終獲得最好的圖像。

3.2地層剖面儀的特點(diǎn)

（1）勘查范圍的廣泛性。巖土界限分明的地區(qū)，尤其是那些上下層之間物質(zhì)性質(zhì)產(chǎn)別很大的地區(qū)，又或者是基巖的強(qiáng)風(fēng)化層和中、微風(fēng)化層間存在界面平整的情況時，在地層剖面儀的記錄圖中會形成明顯的圖像記錄。在很多時候，基巖的形態(tài)以及基巖的節(jié)理和基巖的產(chǎn)狀都可以得到很清晰的顯示。

（2）記錄圖像的高分辨性和直觀性。使用地層剖面儀進(jìn)行港口勘探工作可以輕松地分辨各種覆蓋層的地表層。因紀(jì)錄圖像有著高分辨的清晰程度，所以只要有一定的厚度，就能夠在記錄上顯示出來。再加上紀(jì)錄圖像有著直觀性的特點(diǎn)，所以，所記錄的圖像實(shí)際上就是一張模糊的地層模擬剖面圖。因此，相關(guān)的施工人員可以在施工勘探現(xiàn)場利用地層剖面儀對整個施工勘探地區(qū)有著一個相對宏觀的、全面的基本了解。在這一點(diǎn)上，地層剖面儀和其他的港口勘探工作方法來說，有著他們無法逾越的優(yōu)勢。當(dāng)然，要想最重得到一張較為全面的、系統(tǒng)的并且詳細(xì)的地層模擬剖面圖，必須要和相關(guān)的參看文獻(xiàn)結(jié)合起來，此外還要對相關(guān)的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)地整理才行。

4.結(jié)束語

綜上所述，作為一項(xiàng)新興的港口勘探工作方式，地層剖面儀有著自己獨(dú)特的工作方式，相關(guān)試驗(yàn)研究表明，在港口勘探的過程中，使用地層剖面儀的方式可以解決很多問題。首先可以精確測出各區(qū)域水位深度，減少測量誤差；其次，可以精確測得各巖石分布情況，增加工程安全系數(shù)，也可以精確測得各種沉積物空間分布情況，精確分析沉積物組成情況；再次，可以精確描述各種沉積物狀態(tài)，分辨率高。此外，可以更加精確分析施工區(qū)域水域和其它區(qū)域水域之間的聯(lián)系。

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