多次覆蓋地震反射波法在瓊州海峽跨海工程中的應用

郭建波，夏支埃，馮建銘，王 僑，任士房

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，武漢 430050)

瓊州海峽跨海通道是國家高速公路網的重要組成部分，范圍包括跨越瓊州海峽橋梁或隧道主體工程以及與海峽兩岸既有高速公路和鐵路的連接線工程。采用物探方法探測地層巖性和地質構造，特別是探測海域第四系地層中的活動斷裂并且劃分地層中的破碎、軟弱及富水巖體，為線路方案比選以及大橋和隧道的設計提供基礎資料，具有重要的意義。

至目前為止，在大型工程勘察，尤其是水域工程方面，多次覆蓋地震反射波法作為一種科學而經濟的物探手段，具有不可替代的勘探效果［1］，取得了廣泛應用。然而，在水域工程勘察中，地震勘探主要為淺層地震反射法，對于300 m以下地層，難于取得有效的反射波組且對于中深地層勘探有待進一步豐富完善和積累經驗。考慮到瓊州海峽早期的地質工作程度較低，加之地形地貌復雜［2］，海水深度最大可達120 m，覆蓋層厚度大，區域內斷裂帶眾多且地表特征不明顯，埋藏深度大等特點，試驗采用多次覆蓋地震反射波法(包括淺層多次覆蓋地震反射波法和中深層多次覆蓋地震反射波法)，對西線公鐵合建橋梁方案里程AK128+800～AK169+150范圍內進行了勘察。

1 區域地質概況及地球物理特征

瓊州海峽及兩岸分布地層均為第四系、第三系海陸交互相沉積物及火山噴出玄武巖夾層，地表均出露第四系地層。新生界在區內的沉積厚度為1 000～3 500 m。基底為下古生代的加里東變質巖系、上古生代輕變質巖系和中生代的河湖相碎屑巖。

據鉆孔資料、《地球物理調查報告》(廣州二海海洋勘察公司1997)、《工程地質鉆探報告》(廣州二海海洋勘察公司1998)，在本次西線勘察范圍內，在深度1 500 m以上存在四層反射層組，對應為第四系-上新統(Q-N2)濱淺海相海退沉積、上-中新統(N2-N1)海陸過渡相-濱淺海相碎屑巖沉積、上-中漸新統(E32-E33)濱海陸過渡相-濱淺海相碎屑巖沉積、漸新世-始新世(E31-E2)陸相沉積［3］。深度300 m以上，有6個反射層組，局部地段8個反射層組。具備進行多道地震反射波法勘探的地球物理條件。

2 試驗方法

2.1 測線布置

在西線公鐵合建橋梁方案物探工區的海域范圍，即AK128+800～AK169+150位置，布置一條長約40 km的縱測線，必須同時采集淺層和中深層多次覆蓋地震反射波法的資料。在縱測線存在物探異常的地段，適當加布一定數量的短縱測線(旁測線)和橫測線，追蹤其異常走向，每條短縱測線(旁測線)及橫測線長度為500～2 000 m，線間距約500 m。如圖1所示。

圖1 測線布置

2.2 施工方式及采集參數選擇

淺層多道地震反射法采用拖拉式連續航行和定時激發方式施工，即將震源船掛于工作船旁，接收電纜牽掛在震源船尾部向后延伸(圖2)，實行連續航行、定時記錄。地震原始記錄與測量記錄時間相關。在正式開工前進行了方法試驗，根據不同水深、不同軟土層厚度等條件下的激發能量、記錄長度、采樣率、頻帶寬度、電纜入水深度及最佳炮檢距選擇等試驗，根據試驗結果，各項參數選定如表1所示。

圖2 淺層多道地震反射法施工示意

表1 淺層多道地震反射法采集參數

中深層多道地震系統采用拖曳式測量。系統采用SEAL24位數字電纜和GI槍震源，首先采用48道24次覆蓋單邊觀測系統(ZF-XZ1、ZF-XZ5、ZFXZ7)，電纜排列長度600 m，最小偏移距100 m，由于局部海域漁標漁網密集，拖魚連續掛到漁標，采用24道12次覆蓋單邊觀測系統(ZF-XZ7、ZF-XZ4、ZFXZ8、AK6R200、ZF-XZ3)，電纜排列長度 300 m，最小偏移距100 m，其他參數見表2。檢波器型號 GEOPOINT，檢波器組靈敏度20μV/uBAR，低截濾波4 Hz/-3 dB，高截濾波200 Hz/370 dB。

表2 中深層多道地震反射法采集參數

3 資料處理

淺層多道地震資料的處理采用PMRflpro水域走航式高密度地震反射軟件，其處理流程如下所述。

預處理:記錄激發時間校正、記錄數據清理、頻譜分析與濾波、等偏剖面平移疊加，抽取共偏移道集。

剖面處理:共偏移道集動校正，速度分析、震源顫尾清理、反射波形壓縮、水底多次波清理、小波道間相關去噪、自動拾取或手工標記反射波組同相軸、時深轉換成圖。

解釋處理:不同記錄數據頻譜對比，分析反射異常;縱、橫剖面交點道對比，進行解釋校正、檢測閉合差;結合鉆探資料進行剖面地質解釋［4-5］。

另外，采用CSP6.0軟件進行了資料的處理，兩者相互印證。其處理流程為:記錄編輯-濾波-增益-求速度-抽CDP道集-動校正-迭加成CDP時間剖面-時深轉換。

中深層多道地震資料的處理采用西方奇科公司的OMEGA2.7地震數據處理系統。由于受野外作業條件的影響，數據存在較強噪聲。經過仔細分析原始資料的特點并反復試驗，確定以人工編輯、單道濾波、分頻大值干擾剔除的辦法來消除噪聲，這樣可以盡量保持振幅的相對關系;以預測反褶積來消除多次波，適當提高分辨率。整個處理過程都注意數據的振幅保持，沒有使用影響振幅保真的模塊和參數。處理流程:地震數據解編、導航數據導入、觀測系統定義;參數拾取(包括初始速度函數、炮道集切除函數、海底反射時間、動校拉伸函數);疊前去噪(炮域和偏移距域分頻異常振幅消除，迭代3次);線性噪聲衰減;疊前反褶積多次波壓制;速度分析;疊加和偏移;地震剖面顯示。

4 資料解釋

4.1 中深層多道地震剖面解釋

據多道地震剖面其聲學特征所反應的地震相，利用反射波組的振幅、頻率、相位、連續性、波形、反射形態的相對變化和波組的組合關系，以及反射波終止所形成的削截、頂超、上超、下超所反映的地層接觸關系來確定地震反射界面和劃分地震層序，利用連續性好的反射波組發生系統地錯斷，或兩盤地層厚度不等，或一側反射層終止或減薄，兩側反射特征不一致，或斷點繞射波來識別斷層。并參考以前和相鄰地區資料，應用地震地層學的方法進行綜合分析，劃分了海底T0、T1、T2、T3四個特征明顯的地震反射界面。其中T3反射界面為不整合界面。以T0、T1、T2、T3為界，自上而下劃分了層序Ⅰ(T0-T1)、層序Ⅱ(T1-T2)、層序Ⅲ(T2-T3)、層序Ⅳ(T3以下，未見底)四套地震反射層序(圖3、圖4、圖 5)。

圖3 ZF-XZ1測線多道地震剖面

圖4 ZF-XZ6測線多道地震剖面顯示的斷層①

圖5 ZF-XZ4測線多道地震剖面顯示的斷層①

T0:海底，為強振幅、高連續反射波。

T1:為一起伏小、中振幅、中連續的反射波，由1～2個相位組成。其上為一套弱振幅、低連續的反射層組，其下為一套中振幅、中-高連續的反射層組，推斷其為上新統與中新統的分界。

T2:為一平直、強振幅、高連續的反射波，由2個相位組成。其上為一套中振幅、中-高連續的反射層組，其下為一套低頻、中-低連續的反射層組，推斷為中新統與漸新統的分界。

T3:為一低頻、中振幅、中連續的反射波，推斷T3為下漸新統與中漸新統的分界。

調查區內沉積了中漸新世-第四紀碎屑巖，沉積物以海相沉積為主，下部發育三角洲相沉積。

層序Ⅰ:為一套弱振幅、低連續、亞平行結構的反射層組。根據資料，該層序為一套下細上粗的第四系-上新統(Q-N2)濱淺海相海退沉積。

層序Ⅱ:為一套中頻、中振幅、中連續-高連續、平行-亞平行結構的反射層組。推測，該層序為一套上-中新統(N2-N1)海陸過渡相-濱淺海相碎屑巖沉積。

層序Ⅲ:為一套振幅變化較大、中-低連續、低頻、平行-亞平行結構的反射層組。根據資料，該層序為一套下細上粗的上-中漸新統(E32-E33)濱海陸過渡相-濱淺海相碎屑巖沉積。

層序Ⅳ:反射波能量較弱、連續性差、反射特征不明顯，未見底。推測該層序為早漸新世-始新世(E31-E2)陸相沉積。

工區范圍內存在1條斷層和3個斷點(圖1、圖3、圖4、圖5)，斷層①在ZF-XZ1、ZF-XZ6和 ZF-XZ4 3條測線上都有反映且性質相似，應是同一斷層，在AK147+860附近經過，呈近東西走向，斷距80～120 m，傾向北，傾角約65°;斷點②在 AK147+860附近，斷距約20 m，傾向南，傾角約60°;斷點③在AK145+585附近，斷距約30 m，傾向北，傾角約55°;斷點④在AK144+560附近，斷距約20 m，傾向北，傾角約55°.斷層僅斷至T3反射界面，斷層頂部距離海底上千米，第四系地層未見錯動和擾動現象，不是活動斷層。

通過對上述剖面的所有的斷點進行對比和組合，針對東西向瓊州海峽斷裂帶包括南支(瓊州海峽中部)與北支(瓊州海峽北緣)及北東向臨高斷裂與南豐—望樓斷裂延伸方向，推測斷層①可能為瓊州海峽斷裂帶。

4.2 淺層多道地震剖面解釋

本次淺層地震勘探深度約大于300 m，結合淺層時間剖面和中深層時間剖面圖來看，從淺層地震剖面上分析識別出10個地震反射界面，并劃分出9個地震層序。其中淺層T0、T1與中深層時間剖面的T0、T1反射界面一致，即將T1細分為T1-1～T1-8。

根據海域第四紀沉積環境和地層特征，并結合鉆孔資料，對地震層位分析認為:T0為海底反射面;T1-1為淤泥底界面;T1-2至T1-8和T1以粉質黏土和砂類土分界面為主。

本次調查區地震資料顯示T0至T1界面基本清晰連續(圖6)。

圖6 典型地震剖面地震層位劃分

根據縱向和橫向地震測線解釋成果，結合鉆探資料，TO為海底界面，T1大層可分為四小層，為T1-1、T1-2、T1-3、T1-4。其中在T1-1層中在局部可分為四小層，即 T1-1-X1、T1-1-X2、T1-1-X3、T1-1-X4。

T1-1-X1層:以淤泥為主。主要分布于AK133+650～AK141+930處，厚約1.0～7.7 m，層底高程-17.2～-33.6 m，起伏平緩。

T1-1-X2層:以硬塑粉質黏土為主，局部夾薄層粉砂。主要分布在AK161+730～AK167+270處，厚度1.0～53.3 m，層底高程 -40.4～-94.1 m，起伏較大。

T1-1-X3層:以硬塑粉質黏土為主間夾薄層粉砂。主要分布于 AK158+800～AK168+960處，厚1.0～70.5 m，層底高程 -52.2～-114.5 m，起伏平緩。

T1-1-X-4層:以硬塑粉質黏土為主，夾有厚約1 m左右粉、細砂和粉土。測區均勻分布，自湛江至海口埋深逐漸變深，厚度24.0～87.0 m，層底高程-37.6～-149.7 m。

T1-1層:以粉、細砂為主，局部為粉質黏土與粉砂互層。自里程AK130+500～AK162+200處逐漸變深，自AK162+200～AK168+960處逐漸變淺，層厚5.0～54.0 m，層底高程-47.0～-194 m。

T1-2層:主要以粉、細砂與粉質黏土互層為主。自里程 AK130+550～AK164+900逐漸變深，至AK168+900逐漸變淺，層厚16.0～53.0 m，層底高程-75.5～-227.5 m。

T1-3層:以粉質黏土為主，間夾薄層粉砂，分布于AK130+500～AK161+160，于 AK161+160處尖滅，厚5.0～51.0 m，層底高程-89.0～-216.0 m。

T1-4層:以硬塑粉質黏土為主，夾薄層粉砂。自里程AK130+500～AK147+930逐漸變深，至AK168+900逐漸變淺，層厚 14.0～109.0 m，層底高程-163.0～-297.0 m。

T1層:以硬塑粉質黏土為主，里程AK130+500～AK158+500逐漸變深，至AK168+900逐漸變淺，層厚9.0～61.0 m，層底高程-174.0～-334.0 m。

4.3 物探異常

在里程AK164+400以南，T1-6反射波組連續，而以北連續性較差，因此在此處加密了地震測線，結合上下波組和中深層地震資料分析，此處不是斷層的反應。

在里程149+300處，T1反射波組不連續，結合中深層地震資料分析，此處不是斷層的反應。

5 結語

(1)工區內發育的沉積在地震剖面上劃分了海底T0、T1、T2、T3四個特征明顯的地震反射界面，其中T3反射界面為不整合界面。相應劃分了層序Ⅰ(T0-T1)、層序Ⅱ(T1-T2)、層序Ⅲ(T2-T3)、層序Ⅳ(T3以下，未見底)四套地震反射層序。

推斷T1為上新統與中新統的分界，T2為中新統與漸新統的分界，T3為下漸新統與中漸新統的分界。

淺層地震反射和中深層地震反射勘探結果一致，將深層反射地震界面T1即層序Ⅰ(T0-T1)分成T1-1至T1-4。

(2)工區范圍內存在1條斷層和3個斷點，斷層①在AK147+860附近經過，呈近東西走向，斷距80～120 m，傾向北，傾角約65°;斷點②在AK147+860附近，斷距約20 m，傾向南，傾角約60°;斷點③在AK145+585附近，斷距約30 m，傾向北，傾角約55°;斷點④在AK144+560。

致謝 感謝廣州海洋勘探開發總公司對本論文中深層地震反射法的數據采集和整理，使得項目得以順利進行和完成。

［1］ 蔣維平，孟憲民.地震反射波法在淺層地震勘探中的應用［J］.中國煤炭地質，2008，20(9).

［2］ 嘉世旭，李志雄，徐朝繁，等.雷瓊拗陷地殼結構特征［J］.地球物理學報，2006，49(5):1385-1394.

［3］ 王光杰，滕吉文，張中杰.中國華南大陸及陸緣地帶的大地構造基本格局［J］.地球物理學報，2000，15(3):26-13.

［4］ 楊曉平，鄭榮章，張蘭鳳，等.淺層地震勘探資料地質解釋過程中值得重視的問題［J］.地震地質，2007，29(29):281-293.

［5］ 劉保金，柴熾章，酆少英，等.第四紀沉積區斷層及其上斷點探測的地震方法技術——以銀川隱伏活動斷層為例［J］.地球物理學報，2008，51(5):1475-1483.