水域綜合物探技術(shù)在大橋建設(shè)預(yù)可行性研究中的應(yīng)用

徐輝，陶建飛

（1.江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，南京210008；2.南京際華集團(tuán)3503，南京210017）

1 概況

大連灣跨海交通工程是連接大連市主城區(qū)和開發(fā)區(qū)的又一條重要快速通道，總里程長約15 km，它的建設(shè)對于大連市落實(shí)“西拓北進(jìn)”的城市發(fā)展戰(zhàn)略、完善大連市交通路網(wǎng)規(guī)劃、提高城市交通效率、提升城市功能具有重要意義。因此，大連市決定開展大連灣跨海交通工程預(yù)可行性研究工作，在該項(xiàng)目的設(shè)計研究中設(shè)立了一系列專題，工程物理勘察則是其中之一。

大連灣跨海交通工程預(yù)可行性研究初步選擇2個橋位方案和2個隧道方案，前者為A1和C方案，后者為A2和B方案。在各方案分別布置水域物探測線開展綜合物探勘察工作。本次工程物理勘察工作全部位于海域，海水深度約在10~30 m，兩岸陸域或與山丘相接，或與平地相連，其中，C方案跨越大連灣中的小山島。

本次工作應(yīng)用了水域淺層地震勘察、海洋磁測、淺地層剖面及側(cè)掃聲吶4種水域物探方法技術(shù)。

工作結(jié)果較好地查明了測線部位的覆蓋層厚度并進(jìn)行了分層，確定了基巖面埋深及形態(tài)，共發(fā)現(xiàn)斷點(diǎn)14個，劃出斷裂4條，并對其活動性做了初步評價，在此基礎(chǔ)上，對各方案的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了對比和評述。

2 物探工作方法技術(shù)

2.1 定位及導(dǎo)航

本次綜合物探勘察的定位、導(dǎo)航采用DSM132DGPS信標(biāo)機(jī)，使用南方《自由行》導(dǎo)航軟件，整個系統(tǒng)連接如圖1所示。施工前，先將設(shè)計航跡坐標(biāo)輸入導(dǎo)航微機(jī)，施工時將設(shè)計航跡顯示于屏幕，按設(shè)計航跡導(dǎo)航并隨時糾正航向、檢查定位精度。DGPS接收機(jī)置于工作船上，通過接收衛(wèi)星信號及固定信標(biāo)臺發(fā)出的差分信號對定位數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時差分，達(dá)到定位目的。同時按設(shè)定的時間間隔，由導(dǎo)航微機(jī)向淺地層剖面儀、側(cè)掃聲吶儀及海洋磁測儀發(fā)送打標(biāo)信號，在各自記錄上打下標(biāo)記，淺層地震則由導(dǎo)航微機(jī)向觸發(fā)器發(fā)送控制信號，由其觸發(fā)震源激發(fā)，同時在導(dǎo)航微機(jī)中保存相應(yīng)的定位數(shù)據(jù)，全部定位成果打印輸出。

圖1 物探與定位、導(dǎo)航系統(tǒng)連接圖

2.2 淺層地震勘察

2.2.1 儀器設(shè)備

記錄儀選用美國Nz數(shù)字地震儀。為保證接收信號的真實(shí)性，工作中采用通頻帶接收和連續(xù)、自動記錄方式。

激發(fā)震源采用高壓空氣槍以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80 Hz，道距2 m，24道接收，每道由4個水聽器組合構(gòu)成。

2.2.2 施工方式

采用拖拉式連續(xù)航行和定時激發(fā)方式施工，即將接收電纜牽掛在工作船尾部向后延伸，空氣槍同掛在船尾，伸入水下一定深度，并與電纜保持一定距離，實(shí)現(xiàn)連續(xù)航行和定時記錄地震數(shù)據(jù)。覆蓋次數(shù)4次。

2.2.3 施工前試驗(yàn)工作

在正式施工前進(jìn)行了激發(fā)能量、記錄長度、采樣率、電纜及空氣槍入水深度和最佳偏移距選擇等試驗(yàn)，據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選擇如下工作參數(shù)進(jìn)行施工：激發(fā)氣壓8~9 MPa，空氣槍及電纜入水深度1.0~1.5 m，記錄長度512 ms，采樣率0.5 ms，偏移距6~10 m，船速2節(jié)。

2.2.4 地震資料處理和圖件編繪

1）地震資料處理

地震記錄整理：根據(jù)實(shí)測航跡圖進(jìn)行有效炮文件（記錄）抽選，保證疊加次數(shù)，重新構(gòu)成新的文件序列，然后將其依次輸入計算機(jī)。

常規(guī)處理：根據(jù)單炮記錄特征及勘察目標(biāo)的層位要求，選取地震資料處理流程為：道編輯（剔除廢道）→頻譜分析→頻率濾波→速度掃描→動校正疊加→濾波輸出，形成初步反射地震時間剖面圖，作為外業(yè)質(zhì)量監(jiān)控之用。

后期處理：軟件采用以ProMAX地震處理軟件，在地震數(shù)據(jù)處理工作站上進(jìn)行，除常規(guī)外，還包括疊前寬帶通、多次速度分析、相干噪聲濾波、FK濾波等特殊處理，以期達(dá)到突出有效波、壓制干擾波之目的，形成最終反射地震時間剖面圖，作為成果解釋之用。

2）時深換算及剖面圖編繪

根據(jù)各測線地震時間剖面圖，認(rèn)真進(jìn)行有效波的相位對比和同相軸追蹤。首先控制標(biāo)準(zhǔn)層位（包括海底反射和基巖面反射）的連續(xù)追蹤，以后對第四系層位進(jìn)行對比分析，力求連續(xù)、正確。在以上相位分析的基礎(chǔ)上，由地震資料處理過程中獲取的疊加速度求出各測線上每個界面的平均速度并結(jié)合鉆孔資料選定1 450~1 650 m/s的平均速度進(jìn)行時-深換算，構(gòu)制各測線的地質(zhì)解釋剖面圖，成圖比例尺橫向?yàn)?∶10 000，縱向?yàn)?∶1 000。

2.3 淺地層剖面測量

2.3.1 儀器設(shè)備

采用英國AAE淺地層剖面系統(tǒng)，包括Saparker電火花震源、CSP300P震源控制、20單元組合水聽器電纜和Geopro記錄器。

2.3.2 施工方式

淺地層剖面測量時，電火花震源和水聽器電纜并列拖曳于船尾，二者間距約5 m。采用拖曳式連續(xù)觀測方式作業(yè)。作業(yè)時以2~3節(jié)航速盡量保持勻速航行，以減少噪聲。具體工作參

數(shù)為：震源能量350 J，測量量程250 ms，發(fā)射間隔1 s。

2.3.3 資料解釋及圖件編繪

根據(jù)聲反射特征，結(jié)合淺層地震和鉆孔資料，對淺地層剖面測量記錄進(jìn)行反射界面劃分，推測相應(yīng)的地層界線。在反射層位分析的基礎(chǔ)上，按1 450~1 650 m/s的聲速進(jìn)行時-深換算，其解釋成果作為對淺層地震解釋成果的印證和補(bǔ)充，圖件編繪與淺層地震統(tǒng)一構(gòu)制。

2.4 海洋磁測探測

采用美國PROTON4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1 s，最終成ΔT（T為地磁場值；ΔT為去除背景場后的磁異常值）異常剖面圖，用于本區(qū)基巖中巖漿巖分布范圍圈定和沉船等鐵磁性異物的識別。海洋磁測精度經(jīng)重復(fù)觀測結(jié)果比較，2次觀測異常形態(tài)及強(qiáng)度吻合較好。

2.5 旁側(cè)聲納掃描測量

采用英國CM2旁側(cè)聲吶掃描系統(tǒng)。

工作時側(cè)掃聲吶系統(tǒng)的拖魚懸掛于船舷右側(cè)尾部，并向外側(cè)伸出2 m，拖魚的入水深度為3~4 m，將拖魚的有關(guān)參數(shù)設(shè)置在主機(jī)中，對海底進(jìn)行全覆蓋掃描，覆蓋范圍（單側(cè)）75~100 m，通過隨機(jī)專用軟件對接收數(shù)據(jù)處理后形成有關(guān)海底地貌等信息的聲吶圖像，用于海底沉船等異物判別。

3 工作成果及地質(zhì)解釋

本次淺層地震和淺地層剖面測量結(jié)果所獲時間剖面圖顯示，區(qū)內(nèi)各測線海底之下存在2~3組清晰的反射波組（見圖2），根據(jù)反射波組的波形特征，結(jié)合鉆孔資料，可將區(qū)內(nèi)地層劃分3~4層，其所對應(yīng)的地層巖性列于表1。

圖2 地震時間剖面圖

表1 淺層地震、淺地層剖面波組及地層層序表

4 結(jié)論

通過本次水域綜合物探勘察，結(jié)合鉆探及有關(guān)地質(zhì)資料，得出如下結(jié)論：

1）A1通道全線海底平坦，第四系厚度為5~35 m，工程地質(zhì)條件較好；本通道存在斷裂2條，均屬基巖斷裂，未見第四紀(jì)活動跡象；全通道未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2）A2通道海底平坦，第四系厚5~36 m，工程地質(zhì)條件較好；未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，也未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象。

3）B通道海底平坦，第四系厚5~37 m，工程地質(zhì)條件較好，發(fā)現(xiàn)斷裂2條，均為第四紀(jì)不活動斷裂；本通道南岸海邊存在基巖陡坡，未發(fā)現(xiàn)其他不良地質(zhì)現(xiàn)象。

4）C通道全線平坦，工程地質(zhì)條件好，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，西岸及小山島附近存在基巖陡坡，未發(fā)現(xiàn)其他不良地質(zhì)現(xiàn)象。

5）各方案都未發(fā)現(xiàn)沉船類大型異物及海底構(gòu)筑物，以小型遺落物及鐵錨類為主，其中，在A1方案及其附近發(fā)現(xiàn)海底異物9處，A2方案及其附近有14處，B方案及其附近有7處，C方案沒有。

6）A1、C2建橋通道相比而言，A1通道水深和基巖面埋深比C通道更淺且適中，更有利于建橋；A2和B通道工程地質(zhì)條件相近，均可作為隧道建設(shè)的選擇通道。