水域綜合物探技術(shù)在核電站廠址選址中的應(yīng)用

徐輝 陶建飛

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

1 項(xiàng)目概況

莊河核電工程規(guī)劃建設(shè)容量按6臺(tái)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組，一次規(guī)劃，分期建設(shè)，一期工程建設(shè)2臺(tái)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組。該廠址在完成了初步可行性研究階段的地震地質(zhì)專題工作的基礎(chǔ)上，為保證地震安全性評(píng)價(jià)工作的內(nèi)容和深度能夠滿足可行性研究階段相應(yīng)核電廠法規(guī)、導(dǎo)則和規(guī)范的要求，需在充分利用原有資料的基礎(chǔ)上，對(duì)廠址毗鄰海域及對(duì)推斷的關(guān)鍵性斷裂進(jìn)行地球物理勘查。

2 工作目的任務(wù)與技術(shù)要求

2.1 工作目的任務(wù)

本項(xiàng)目旨在為莊河核電工程可行性研究階段地震安全性評(píng)價(jià)提供關(guān)鍵性斷裂往廠址海域是否延伸及其特征的地球物理勘查資料。

具體任務(wù)包括：

采用有效的海域地球物理勘查方法，有針對(duì)性地開展海域斷裂的勘查，具體任務(wù)包括：①鴨綠江斷裂南延勘查，②廠址近區(qū)域海域隱伏斷裂展布及其活動(dòng)性勘查，③廠址附近范圍海域主要斷裂展布及其活動(dòng)性勘查。具體布置五條測(cè)線，用于上述勘查工作。它既是可行性研究階段對(duì)區(qū)域調(diào)查工作的深化，也是對(duì)前期推斷的斷裂進(jìn)一步復(fù)核、追索和驗(yàn)證。

2.2 技術(shù)要求

海域地球物理勘查宜采用水域淺層地震勘探方法，應(yīng)依據(jù)相關(guān)的國家技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在充分收集和了解該海域水深及覆蓋層厚度資料基礎(chǔ)上，對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，并通過現(xiàn)場(chǎng)施工條件分析及試驗(yàn)后調(diào)整，確定最終觀測(cè)系統(tǒng)和技術(shù)參數(shù)，所采用的方法、技術(shù)手段、儀器設(shè)備等均須能夠滿足各勘查目標(biāo)的深度和精度要求。

探測(cè)深度應(yīng)達(dá)到基巖面，同時(shí)還應(yīng)兼顧對(duì)上部松散沉積地層的分辨率，以滿足斷裂活動(dòng)時(shí)代鑒別的需求。

應(yīng)采用多道地震勘查，提高勘查的分辨率和穿透度，在多道地震施工條件不滿足情況下（如水較淺等），可采用單道地震方法，此時(shí)，應(yīng)注意單道、多道聯(lián)合解釋與協(xié)調(diào)。

地震時(shí)間剖面地質(zhì)解釋時(shí)，應(yīng)充分收集該海域已有的可靠的勘查資料，并進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)要充分收集該海域或近海地區(qū)鉆孔資料，分析該區(qū)新生代以來各時(shí)期地層巖相、巖性變化特點(diǎn)及其可能在地震時(shí)間剖面上的表現(xiàn)，以合理劃分地層和確定地層時(shí)代。

3 工作方法與技術(shù)

3.1 定位及潮位觀測(cè)工作

定位選用DSM132DGPS進(jìn)行定位，同時(shí)按設(shè)定的時(shí)間間隔，由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)向單道地震儀發(fā)送時(shí)間控制信號(hào)，多道地震則由導(dǎo)航微機(jī)向觸發(fā)器發(fā)送控制信號(hào)，由其觸發(fā)震源激發(fā)。本次工作實(shí)測(cè)水位，用于解釋成果的潮位差改正。

3.2 海域多道淺層地震勘查工作

3.2.1 儀器設(shè)備

地震儀采用美國產(chǎn)Nz數(shù)字地震儀；震源采用空氣槍及與其匹配的空壓機(jī)；接收采用主頻80Hz的24道漂浮水聽器電纜。

3.2.2 施工方式

施工采用拖拉式（單端激發(fā)、單邊接收）連續(xù)航行和定時(shí)激發(fā)并接收記錄方式施工，采用的技術(shù)參數(shù)為：激發(fā)能量80kg/cm3，激發(fā)間隔4s，空氣槍、電纜入水深1.2m左右，道距2m，24道接收，偏移距2m，記錄長度512ms，采樣率0.5ms，為采用共反射點(diǎn)多次覆蓋技術(shù)，覆蓋次數(shù)以4-6次。

3.3 海域單道淺層地震勘查工作

3.3.1 儀器設(shè)備

采用英國產(chǎn)AAE淺地層剖面系統(tǒng)；激發(fā)采用CSP300發(fā)射控制器及Saparker電火花震源，接收采用20單元組合水聽器構(gòu)成的陣列電纜，記錄采用Geopro記錄筆記本。

3.3.2 施工方式

正式施工采用拖曳式連續(xù)觀測(cè)方式，即將接收電纜與電火花源以4-5m間距并列拖于船尾，實(shí)行連續(xù)航行，定時(shí)激發(fā)并接收，發(fā)射能量350J，工作頻率0.1-3000Hz，記錄長度250ms，發(fā)射間隔1s，作業(yè)時(shí)盡量保持2-3節(jié)勻速航行以減小噪聲，并通過顯示屏直接對(duì)觀測(cè)質(zhì)量進(jìn)行控制。

3.4 地震數(shù)據(jù)處理及圖件編繪工作

3.4.1 多道地震數(shù)據(jù)處理

①地震記錄整理，根據(jù)實(shí)測(cè)航跡進(jìn)行有效炮文件（記錄）抽選，保證4-6次覆蓋次數(shù)，重新構(gòu)成新文件，并對(duì)有效炮文件中不正常道進(jìn)行剔選。②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。③后期處理，在工作站上進(jìn)行，除常規(guī)處理外，還包括剩余靜校正、多次速度分析、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。

3.4.2 多道地震處理效果

在取得可靠的單炮記錄基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高時(shí)間剖面信噪比和分辨率，后期處理采用了流程圖中多種處理方法，處理前、后的效果在不同程度上有所改善。

3.4.3 速度求取及圖件編繪

對(duì)多道地震，求取速度參數(shù)主要是利用本次地震資料處理時(shí)獲得的疊加速度求取，并通過部分測(cè)線的少量鉆孔資料加以校正。

根據(jù)各測(cè)線地震時(shí)間剖面，進(jìn)行有效反射相位對(duì)比和同相軸追蹤，首先控制標(biāo)準(zhǔn)層位（如海底和中風(fēng)化基巖面反射）的連續(xù)追蹤，其次對(duì)全風(fēng)化基巖面進(jìn)行對(duì)比分析，力求連續(xù)準(zhǔn)確，同時(shí)進(jìn)行斷點(diǎn)異常判別。在以上相位劃定基礎(chǔ)上，根據(jù)上述求取的速度為1450-1600m/s進(jìn)行時(shí)深換算，求取各界面的埋深，由此編繪各測(cè)線解釋剖面圖。

對(duì)單道地震，先劃分反射層位，選取1450m/s速度進(jìn)行時(shí)深換算，推斷相應(yīng)的地層界線，著重于淺部層位的地質(zhì)解釋，其成果并入到多道地震解釋的地質(zhì)剖面圖中。

4 工作成果及初步地質(zhì)解釋

4.1 斷點(diǎn)異常判別依據(jù)

斷點(diǎn)異常是根據(jù)地震時(shí)間剖面中有效反射相位特點(diǎn)，結(jié)合地質(zhì)資料加以判別：

（1）有效反射相位出現(xiàn)局部缺失或信號(hào)減弱；（2）有效反射相位存在明顯落差、突變、扭折或發(fā)育繞射波；（3）有效反射相位特征出現(xiàn)明顯不同或增減、分叉、合并等異常情況；（4）若覆蓋層內(nèi)界面與基巖有效反射相位異常特征相對(duì)應(yīng)，表明其斷點(diǎn)已斷至該界面。

斷裂的平面分布是在分析各斷點(diǎn)特征基礎(chǔ)上，連接某些相鄰測(cè)線上特征、性質(zhì)相似的斷點(diǎn)而成，其主要依據(jù)是：

①各斷點(diǎn)的產(chǎn)狀、性質(zhì)一致或相近；②各斷點(diǎn)的上斷點(diǎn)深度和所斷層位大約一致；③各斷點(diǎn)位置基本上處于同一直線上。

4.2 反射波組發(fā)育特征

根據(jù)本次海域鉆孔資料分析，基巖（變質(zhì)砂巖類）淺部全風(fēng)化層的原巖結(jié)構(gòu)幾乎全部破壞，從物性特征看，它已近似于松散的砂層，因此它與上覆的第四系全新統(tǒng)淤泥（夾砂層）間的波速差異不大，而與其下原巖結(jié)構(gòu)完整的中風(fēng)化巖層間的波速差異則一般較為明顯，所以，本次所獲地震時(shí)間剖面中的中風(fēng)化基巖反射波組得到明顯的反映，而基巖與第四系間的界面反射波組也得到不同程度的反映，其特征如下：

T0波組，為海底反射波組，所有測(cè)線上都有所反映，能量強(qiáng)，同相軸連續(xù)性很好，雖有起伏，但變化較和緩，雙程時(shí)在7-25ms。

Tg波組，為全風(fēng)化基巖與第四系間界面反射波組，所有測(cè)線上都有反映，能量一般，局部相對(duì)較強(qiáng)，同相軸連續(xù)性較好，起伏變化較平緩，這與基巖長期處于隆起狀態(tài)，受到風(fēng)化剝蝕作用，使得基巖面不斷被夷平的地質(zhì)特征基本一致，雙程時(shí)在29-48ms。

Tg′波組，為中風(fēng)化基巖面反射波組，所有測(cè)線上都有反映，且能量較強(qiáng)，部分呈雙相位顯示，同相軸連續(xù)性好，起伏變化頻繁，雙程時(shí)多在46-98ms間。

4.3 地震層序劃分

各測(cè)線地震時(shí)間剖面顯示，主要發(fā)育三組有效反射波（T0、Tg及Tg′），T0與Tg間為第四系淤泥夾粉細(xì)砂，其厚度普遍較?。▓D1），Tg與Tg′間為全風(fēng)化變質(zhì)砂巖，原巖結(jié)構(gòu)已完全破壞，Tg′以下為中風(fēng)化片巖，原巖結(jié)構(gòu)保持完整。上述地震層序與地層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及海域鉆孔資料分析。

圖1 多道地震層序時(shí)間剖面圖

在廠址附近范圍海域，鉆孔資料反映了該范圍淺部地層結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，覆蓋層由第四系全新統(tǒng)淤泥、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂構(gòu)成，基巖由上至下為全、強(qiáng)、中、微風(fēng)化變質(zhì)砂巖，不同地方僅厚度差異而已。

單道地震圖像反映海底（P0）及全風(fēng)化基巖面（Pg）起伏特征的圖像優(yōu)于多道地震（圖2），尤其是Pg波組的起伏變化，還反映了Pg波組上下層內(nèi)波組特征截然不同的圖像，上部層位內(nèi)水平狀波組發(fā)育，下部層位內(nèi)波組不清或呈擾動(dòng)狀，反映上、下兩套地層在物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)及沉積時(shí)代上具有明顯差異。

圖2 單道地震層序時(shí)間剖面圖

尤其是兩者間界面Pg的起伏變化反映其下層頂面經(jīng)歷了明顯的剝蝕過程，下層擾動(dòng)狀或模糊不清狀的層理是變質(zhì)砂巖經(jīng)長期強(qiáng)烈風(fēng)化成原巖結(jié)構(gòu)已徹底破壞的全風(fēng)化砂層狀基巖的反映，其上層水平層理是典型全新世海相淤泥質(zhì)沉積環(huán)境的反映。

而反映基巖中風(fēng)化面的Pg’波阻特征不及多道地震清晰?？傮w而言，兩種方法可起到相互補(bǔ)充和印證的作用，另單道地震對(duì)多道地震顯示的斷點(diǎn)異常的上斷點(diǎn)錯(cuò)斷地層層位判別有一定作用。

在D-D′測(cè)線東南段，單道地震揭示明顯存在P1波阻，P1波組以上以寬度較大的水平層理為主，以下斜層理發(fā)育，其斜層理寬度較小，結(jié)合區(qū)域性巖相古地理特征分析，上部沉積在上文中已述，為海相淤泥質(zhì)沉積，下部沉積則應(yīng)屬晚更新世-全新世陸相沖積或沖洪積成因的砂層為主。表明在廠址附近范圍內(nèi)海域覆蓋層除第四系全新統(tǒng)海相沉積外，局部應(yīng)有上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)陸相沖（洪）積相沉積分布。

5 結(jié)束語

（1）本次水域綜合物探工作共發(fā)現(xiàn)4個(gè)斷點(diǎn)異常；（2）鴨綠江斷裂往南西海延伸到F-F′測(cè)線，但未過B-B′測(cè)線。它在該區(qū)表現(xiàn)為兩條NE向斷裂、為傾向相向的地塹構(gòu)造型式，基巖落差2-4m，上斷點(diǎn)位于水下埋深23-25m。（3）在廠址附近范圍及近區(qū)域海域通過NE、NW向控制測(cè)線勘查，未發(fā)現(xiàn)有斷裂存在的跡象。