水域綜合物探技術在環境地質調查中的應用

徐 輝 陶建飛 李 燁

1.江蘇省地質勘查技術院 江蘇 南京 210008

2.南京際華集團3503 江蘇 南京 210017

圍繞江蘇沿海開發建設的發展戰略，針對近海海域開發缺少全面系統的基礎性地質資料問題，針對該區可持續發展所面臨的地質環境問題、高強度開發引起的地質環境承載力和地質災害問題，在充分利用和整合已有地質科研成果的基礎上，以現代地質科學與理論為指導，綜合運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、斷裂構造，掌握島嶼附近海域的工程地質條件以及水下地形、沙丘分布規律，為地調工作提供物探依據。

1 工作區概況

前三島大地構造位置處于蘇魯造山帶區域內。蘇魯造山帶是秦嶺—大別山造山帶的東延部分，該區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、中晚元古代云臺巖群和震旦紀石橋組，均由變質巖系構成。島嶼地表分布地層為中晚元古代云臺巖群，巖性為變粒巖，夾淺粒巖等。

開山島位于淮陰—響水斷裂南側的揚子地層區內，出露南華紀周崗組（Nh1z）地層，其主要巖性為變質長石石英砂巖、千枚狀砂質泥巖、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，但鉆探揭示在淮陰—響水斷裂以南的陸域部分的第四系覆蓋層下有南華紀周崗組分布。

2 物探方法與技術

2.1 水域淺層多道地震探測

（1）儀器設備

本次投產地震儀為美國Geode數字地震儀，它具有動態范圍大、分辨率高等特點；震源采用空氣槍及與其匹配的空壓機；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）構成。主頻80Hz，道距4m，道數24道，每道由4個水聽器組合構成。為保證接收信號的真實性，工作中采用通頻帶接收、連續、自動記錄方式。

（2）試驗工作

本次水域淺層多道地震探測在施工前進行了零偏擴展排列試驗，據有效反射相位及干擾相位識別與分析，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并且兼顧淺部覆蓋層內的反射信號，最佳偏移距選取為20m，據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航行和定時激發、接收方式，即將接收電纜牽掛在工作船尾部向后延伸，激發源氣槍同掛在船尾，伸入水下一定深度，并與電纜保持一定距離，實行連續航行、定時激發和記錄。施工時選用共反射點疊加技術，疊加次數為6次。

本次水域淺層地震勘查選用的技術參數為：激發氣壓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。

（4）地震數據處理

常規處理，一般流程為：頻譜分析→頻率濾波→速度掃描→動校正疊加等，形成初步反射地震時間剖面，主要作為外業質量監控用。

后期處理，除常規處理外，還包括預測反褶積、剩余靜校正、多次速度分析、時剖偏移、去噪等特殊處理，以達到突出有效波、壓制干擾波之目的，形成最終反射地震時間剖面，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-深換算中最重要的參數，本次求取的速度參數采用了下述兩種方法：一是根據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行綜合分析，以平均速度資料為基礎，參考反算的速度資料，由淺至深取為1500-2200m/s，進行反射界面的時深換算。

根據地震時間剖面，進行有效反射相位對比和同相軸追蹤，首先控制標準層位（如基巖反射）的連續追蹤，其次對覆蓋層內層位進行對比分析，力求連續準確。在以上相位劃定基礎上，根據上述速度資料進行時深換算，再結合地質資料分析，構制各測線的解釋剖面圖。

2.2 淺地層剖面測量

（1）儀器設備

淺地層剖面測量采用英國AAE公司生產的CSP—D淺地層剖面測量系統，該系統由發射、接收兩部分組成，接收采用20單元水聽器。

（2）外業施工參數選擇

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，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及其下地層分層。通過試驗，工作船速控制在3節左右。

（3）資料整理與解釋

資料整理包括導航定位資料的整理、原始剖面復制、各種參數值的量取與計算，以及成果圖件的繪制。

1）導航定位資料的整理

校對定位坐標成果資料，包括檢查其線號、工作日期、剖面方向、點號等與定位記錄數據、定位草圖的統一性，并提交最終定位成果。

繪制航跡圖，即將定位坐標成果展布于地理底圖之上，并在最終提交的成果中標明相應的觀測日期和時間。

2）原始剖面的復制

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

為獲得準確的解釋成果，每次施工時均在固定地點測定施工時間段內相對于廢黃河零點的潮位高度，并將潮位高度的測定結果代入解釋剖面中，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質子磁力儀。該系統包括磁力拖魚、數字接收系統及高強度拖纜。

采用拖曳走航式探測，數據采集間隔1s，最終成ΔT異常剖面圖，用于本區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別。

3 數據分析及物探資料解釋

3.1 淺層地震層序劃分

地震時間剖面圖顯示，除基巖反射波組Tg外，覆蓋層內最多存在四組連續性較好、振幅較強的地震反射波組，分別為T1、T2、T3、T4，相應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（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

根據本次在開山島及前三島海域所獲得的物探資料，結合區域地質以及鉆孔資料，將淺層地震資料作出地層結構劃分以及斷點發育特征的解釋，結合相關資料，對區內斷裂發育進行初步解釋；對淺剖資料進行地層結構劃分的解釋，分析區內工程地質結構，并對海底地形進行描述；根據海磁資料對海底磁性異常體進行分析。

4 結論

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論如下：

（1）淺層地震資料結果顯示：測線范圍內基巖反射波組震相突出，西淺東深，埋深235-375m；覆蓋層內存在4組連續反射波組，可將覆蓋層分為5個物性層；在測線的3414m處和4001m處基巖反射波組出現錯斷，推測為斷裂所引起（f1斷點、f2斷點），在根據區域地質資料推斷，此二斷點應屬于淮陰響水斷裂。

（2）淺剖資料結果顯示，開山島海域水底高程為-3—-10m之間，在測區西部有一條航道，航道寬約200m，最大水深在15m左右；淺部地層大致可以分為3個標準層位，最大探測深度超過35m；在K1-K5測線西側相鄰區域第一物性層底界反射界面均出現下凹特征，推測為古河道；在局部測線發現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雜，為不同時代不同巖性基底所構成，在斷層發育處出現了大地磁場值的拐點，磁測結果客觀反映了海域基底的磁性情況；磁測結果顯示的尖銳磁異常為航標或信號塔等鐵磁性物質所引起。

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，各方法資料解釋結論如下：

（1）淺地層剖面各測線的資料進行綜合分析可見：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-中等規模沙波、沙丘發育；該海域大部分淺地層剖面可以識別出4-5個聲學反射波組，部分測線僅識別出3組反射波組，最大探測深度超過60m；Q3、Q4、Q13測線發現基巖反射波組，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：該海域地磁場強度變化較大，由磁性基巖引起的地磁強度的變化明顯，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可靠，解釋合理準確，滿足本次地質調查預期要求。