水域綜合物探技術(shù)在環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

徐 輝 陶建飛 李 燁

1.江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院 江蘇 南京 210008

2.南京際華集團(tuán)3503 江蘇 南京 210017

圍繞江蘇沿海開發(fā)建設(shè)的發(fā)展戰(zhàn)略，針對近海海域開發(fā)缺少全面系統(tǒng)的基礎(chǔ)性地質(zhì)資料問題，針對該區(qū)可持續(xù)發(fā)展所面臨的地質(zhì)環(huán)境問題、高強(qiáng)度開發(fā)引起的地質(zhì)環(huán)境承載力和地質(zhì)災(zāi)害問題，在充分利用和整合已有地質(zhì)科研成果的基礎(chǔ)上，以現(xiàn)代地質(zhì)科學(xué)與理論為指導(dǎo)，綜合運(yùn)用水域多道淺層地震勘探、淺地層剖面測量以及海洋磁法測量三種物探方法，目的是查明各島嶼附近海域的地層、斷裂構(gòu)造，掌握島嶼附近海域的工程地質(zhì)條件以及水下地形、沙丘分布規(guī)律，為地調(diào)工作提供物探依據(jù)。

1 工作區(qū)概況

前三島大地構(gòu)造位置處于蘇魯造山帶區(qū)域內(nèi)。蘇魯造山帶是秦嶺—大別山造山帶的東延部分，該區(qū)域陸域部分主要分布有太古代—下元古代的東海巖群、中元古代錦屏巖群、中晚元古代云臺(tái)巖群和震旦紀(jì)石橋組，均由變質(zhì)巖系構(gòu)成。島嶼地表分布地層為中晚元古代云臺(tái)巖群，巖性為變粒巖，夾淺粒巖等。

開山島位于淮陰—響水?dāng)嗔涯蟼?cè)的揚(yáng)子地層區(qū)內(nèi)，出露南華紀(jì)周崗組（Nh1z）地層，其主要巖性為變質(zhì)長石石英砂巖、千枚狀砂質(zhì)泥巖、千枚狀砂礫巖。該島相鄰陸域部分未見基巖出露，為大范圍第四系厚覆蓋區(qū)，但鉆探揭示在淮陰—響水?dāng)嗔岩阅系年懹虿糠值牡谒南蹈采w層下有南華紀(jì)周崗組分布。

2 物探方法與技術(shù)

2.1 水域淺層多道地震探測

（1）儀器設(shè)備

本次投產(chǎn)地震儀為美國Geode數(shù)字地震儀，它具有動(dòng)態(tài)范圍大、分辨率高等特點(diǎn)；震源采用空氣槍及與其匹配的空壓機(jī)；接收裝置采用專用的水上漂浮電纜，由裝在特制塑料管中的壓電晶體（又稱水聽器）構(gòu)成。主頻80Hz，道距4m，道數(shù)24道，每道由4個(gè)水聽器組合構(gòu)成。為保證接收信號的真實(shí)性，工作中采用通頻帶接收、連續(xù)、自動(dòng)記錄方式。

（2）試驗(yàn)工作

本次水域淺層多道地震探測在施工前進(jìn)行了零偏擴(kuò)展排列試驗(yàn)，據(jù)有效反射相位及干擾相位識(shí)別與分析，選取最佳偏移距。資料反映基巖反射相位分別從第6道以后才可以辨別，為保證基巖反射信號的疊加次數(shù)并且兼顧淺部覆蓋層內(nèi)的反射信號，最佳偏移距選取為20m，據(jù)此確定最佳偏移距后才正式施工。

（3）施工方式

本次施工采用拖拉式連續(xù)航行和定時(shí)激發(fā)、接收方式，即將接收電纜牽掛在工作船尾部向后延伸，激發(fā)源氣槍同掛在船尾，伸入水下一定深度，并與電纜保持一定距離，實(shí)行連續(xù)航行、定時(shí)激發(fā)和記錄。施工時(shí)選用共反射點(diǎn)疊加技術(shù)，疊加次數(shù)為6次。

本次水域淺層地震勘查選用的技術(shù)參數(shù)為：激發(fā)氣壓9MPa，電纜入水深度1.5m，震源入水深度1.5m，偏移距20m，炮間距8m，道間距4m，記錄長度512ms，采樣率0.5ms，航行速度2.5-3節(jié)。

（4）地震數(shù)據(jù)處理

常規(guī)處理，一般流程為：頻譜分析→頻率濾波→速度掃描→動(dòng)校正疊加等，形成初步反射地震時(shí)間剖面，主要作為外業(yè)質(zhì)量監(jiān)控用。

后期處理，除常規(guī)處理外，還包括預(yù)測反褶積、剩余靜校正、多次速度分析、時(shí)剖偏移、去噪等特殊處理，以達(dá)到突出有效波、壓制干擾波之目的，形成最終反射地震時(shí)間剖面，作為成果解釋用。

（5）速度求取及圖件編繪工作

地震波速度是時(shí)-深換算中最重要的參數(shù)，本次求取的速度參數(shù)采用了下述兩種方法：一是根據(jù)鉆孔資料反算的速度；二是利用本次反射資料求取的疊加速度進(jìn)而換算出層速度和平均速度。通過對上述兩種方法求取的速度進(jìn)行綜合分析，以平均速度資料為基礎(chǔ)，參考反算的速度資料，由淺至深取為1500-2200m/s，進(jìn)行反射界面的時(shí)深換算。

根據(jù)地震時(shí)間剖面，進(jìn)行有效反射相位對比和同相軸追蹤，首先控制標(biāo)準(zhǔn)層位（如基巖反射）的連續(xù)追蹤，其次對覆蓋層內(nèi)層位進(jìn)行對比分析，力求連續(xù)準(zhǔn)確。在以上相位劃定基礎(chǔ)上，根據(jù)上述速度資料進(jìn)行時(shí)深換算，再結(jié)合地質(zhì)資料分析，構(gòu)制各測線的解釋剖面圖。

2.2 淺地層剖面測量

（1）儀器設(shè)備

淺地層剖面測量采用英國AAE公司生產(chǎn)的CSP—D淺地層剖面測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)由發(fā)射、接收兩部分組成，接收采用20單元水聽器。

（2）外業(yè)施工參數(shù)選擇

正式施工前，選擇BOOMBER震源和電火花震源，能量從100-2000J，每100J增量的能量試驗(yàn)，最終選擇BOOMBER震源300J檔，信噪比最高，效果最佳。剖面分辨率比較高，信噪比好，能夠清晰反映海底形態(tài)及其下地層分層。通過試驗(yàn)，工作船速控制在3節(jié)左右。

（3）資料整理與解釋

資料整理包括導(dǎo)航定位資料的整理、原始剖面復(fù)制、各種參數(shù)值的量取與計(jì)算，以及成果圖件的繪制。

1）導(dǎo)航定位資料的整理

校對定位坐標(biāo)成果資料，包括檢查其線號、工作日期、剖面方向、點(diǎn)號等與定位記錄數(shù)據(jù)、定位草圖的統(tǒng)一性，并提交最終定位成果。

繪制航跡圖，即將定位坐標(biāo)成果展布于地理底圖之上，并在最終提交的成果中標(biāo)明相應(yīng)的觀測日期和時(shí)間。

2）原始剖面的復(fù)制

將淺地層剖面測量的原始記錄剖面按同比例尺直接掃描，并按剖面順序裝訂成冊。

3）潮位校正

為獲得準(zhǔn)確的解釋成果，每次施工時(shí)均在固定地點(diǎn)測定施工時(shí)間段內(nèi)相對于廢黃河零點(diǎn)的潮位高度，并將潮位高度的測定結(jié)果代入解釋剖面中，由此確定最終解釋成果。

4）圖件編繪

本次淺地層剖面測量工作的最終成果主要包括淺地層測量時(shí)間剖面圖，各測線解釋剖面圖以及海底地形圖。

2.3 海洋磁法測量

本次海洋磁法測量采用美國PROTON 4質(zhì)子磁力儀。該系統(tǒng)包括磁力拖魚、數(shù)字接收系統(tǒng)及高強(qiáng)度拖纜。

采用拖曳走航式探測，數(shù)據(jù)采集間隔1s，最終成ΔT異常剖面圖，用于本區(qū)基巖中磁性地層基底分布范圍的圈定和沉船等鐵磁性異物的識(shí)別。

3 數(shù)據(jù)分析及物探資料解釋

3.1 淺層地震層序劃分

地震時(shí)間剖面圖顯示，除基巖反射波組Tg外，覆蓋層內(nèi)最多存在四組連續(xù)性較好、振幅較強(qiáng)的地震反射波組，分別為T1、T2、T3、T4，相應(yīng)地可以將覆蓋層劃分為五層。

3.2 淺地層剖面層序劃分

淺地層剖面圖一般可見3-4組有效反射相位，局部遇有埋藏較淺的基巖時(shí)（圖1），可見基巖反射波組，

圖1 淺地層剖面圖

3.3 物探資料解釋

根據(jù)本次在開山島及前三島海域所獲得的物探資料，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)以及鉆孔資料，將淺層地震資料作出地層結(jié)構(gòu)劃分以及斷點(diǎn)發(fā)育特征的解釋，結(jié)合相關(guān)資料，對區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育進(jìn)行初步解釋；對淺剖資料進(jìn)行地層結(jié)構(gòu)劃分的解釋，分析區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并對海底地形進(jìn)行描述；根據(jù)海磁資料對海底磁性異常體進(jìn)行分析。

4 結(jié)論

本次工作在開山島海域布置了淺層地震、淺地層剖面和海洋磁法三種物探方法，各方法所獲資料解釋結(jié)論如下：

（1）淺層地震資料結(jié)果顯示：測線范圍內(nèi)基巖反射波組震相突出，西淺東深，埋深235-375m；覆蓋層內(nèi)存在4組連續(xù)反射波組，可將覆蓋層分為5個(gè)物性層；在測線的3414m處和4001m處基巖反射波組出現(xiàn)錯(cuò)斷，推測為斷裂所引起（f1斷點(diǎn)、f2斷點(diǎn)），在根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料推斷，此二斷點(diǎn)應(yīng)屬于淮陰響水?dāng)嗔选?/p>

（2）淺剖資料結(jié)果顯示，開山島海域水底高程為-3—-10m之間，在測區(qū)西部有一條航道，航道寬約200m，最大水深在15m左右；淺部地層大致可以分為3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層位，最大探測深度超過35m；在K1-K5測線西側(cè)相鄰區(qū)域第一物性層底界反射界面均出現(xiàn)下凹特征，推測為古河道；在局部測線發(fā)現(xiàn)埋藏較淺的基巖反射波組，其反射特征差異顯著，基巖最淺高程為-16m。

（3）海洋磁法測量資料顯示：開山島海域基底組成比較復(fù)雜，為不同時(shí)代不同巖性基底所構(gòu)成，在斷層發(fā)育處出現(xiàn)了大地磁場值的拐點(diǎn)，磁測結(jié)果客觀反映了海域基底的磁性情況；磁測結(jié)果顯示的尖銳磁異常為航標(biāo)或信號塔等鐵磁性物質(zhì)所引起。

在前三島海域布置了淺地層剖面和海洋磁法兩種物探方法，各方法資料解釋結(jié)論如下：

（1）淺地層剖面各測線的資料進(jìn)行綜合分析可見：前三島附近海域海底高程在-19—-32m之間，海底地形起伏明顯，常見小-中等規(guī)模沙波、沙丘發(fā)育；該海域大部分淺地層剖面可以識(shí)別出4-5個(gè)聲學(xué)反射波組，部分測線僅識(shí)別出3組反射波組，最大探測深度超過60m；Q3、Q4、Q13測線發(fā)現(xiàn)基巖反射波組，其上下反射特征差異明顯，基巖最淺高程僅-26m。

（2）海洋磁法測量資料顯示：該海域地磁場強(qiáng)度變化較大，由磁性基巖引起的地磁強(qiáng)度的變化明顯，局部存在海底鐵磁性沉積物所引起的地磁異常。

本次綜合物探資料詳實(shí)可靠，解釋合理準(zhǔn)確，滿足本次地質(zhì)調(diào)查預(yù)期要求。