水域綜合物探技術在大橋建設預可行性研究中的應用

徐輝，陶建飛

（1.江蘇省地質勘查技術院，南京210008；2.南京際華集團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和開發區的又一條重要快速通道，總里程長約15 km，它的建設對于大連市落實“西拓北進”的城市發展戰略、完善大連市交通路網規劃、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可行性研究工作，在該項目的設計研究中設立了一系列專題，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。

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

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

2 物探工作方法技術

2.1 定位及導航

本次綜合物探勘察的定位、導航采用DSM132DGPS信標機，使用南方《自由行》導航軟件，整個系統連接如圖1所示。施工前，先將設計航跡坐標輸入導航微機，施工時將設計航跡顯示于屏幕，按設計航跡導航并隨時糾正航向、檢查定位精度。DGPS接收機置于工作船上，通過接收衛星信號及固定信標臺發出的差分信號對定位數據進行實時差分，達到定位目的。同時按設定的時間間隔，由導航微機向淺地層剖面儀、側掃聲吶儀及海洋磁測儀發送打標信號，在各自記錄上打下標記，淺層地震則由導航微機向觸發器發送控制信號，由其觸發震源激發，同時在導航微機中保存相應的定位數據，全部定位成果打印輸出。

圖1 物探與定位、導航系統連接圖

2.2 淺層地震勘察

2.2.1 儀器設備

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

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

2.2.2 施工方式

采用拖拉式連續航行和定時激發方式施工，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，實現連續航行和定時記錄地震數據。覆蓋次數4次。

2.2.3 施工前試驗工作

在正式施工前進行了激發能量、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，據試驗結果，選擇如下工作參數進行施工：激發氣壓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。

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：根據實測航跡圖進行有效炮文件（記錄）抽選，保證疊加次數，重新構成新的文件序列，然后將其依次輸入計算機。

常規處理：根據單炮記錄特征及勘察目標的層位要求，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，作為外業質量監控之用。

后期處理：軟件采用以ProMAX地震處理軟件，在地震數據處理工作站上進行，除常規外，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

根據各測線地震時間剖面圖，認真進行有效波的相位對比和同相軸追蹤。首先控制標準層位（包括海底反射和基巖面反射）的連續追蹤，以后對第四系層位進行對比分析，力求連續、正確。在以上相位分析的基礎上，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合鉆孔資料選定1 450~1 650 m/s的平均速度進行時-深換算，構制各測線的地質解釋剖面圖，成圖比例尺橫向為1∶10 000，縱向為1∶1 000。

2.3 淺地層剖面測量

2.3.1 儀器設備

采用英國AAE淺地層剖面系統，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。采用拖曳式連續觀測方式作業。作業時以2~3節航速盡量保持勻速航行，以減少噪聲。具體工作參

數為：震源能量350 J，測量量程250 ms，發射間隔1 s。

2.3.3 資料解釋及圖件編繪

根據聲反射特征，結合淺層地震和鉆孔資料，對淺地層剖面測量記錄進行反射界面劃分，推測相應的地層界線。在反射層位分析的基礎上，按1 450~1 650 m/s的聲速進行時-深換算，其解釋成果作為對淺層地震解釋成果的印證和補充，圖件編繪與淺層地震統一構制。

2.4 海洋磁測探測

采用美國PROTON4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。海洋磁測精度經重復觀測結果比較，2次觀測異常形態及強度吻合較好。

2.5 旁側聲納掃描測量

采用英國CM2旁側聲吶掃描系統。

工作時側掃聲吶系統的拖魚懸掛于船舷右側尾部，并向外側伸出2 m，拖魚的入水深度為3~4 m，將拖魚的有關參數設置在主機中，對海底進行全覆蓋掃描，覆蓋范圍（單側）75~100 m，通過隨機專用軟件對接收數據處理后形成有關海底地貌等信息的聲吶圖像，用于海底沉船等異物判別。

3 工作成果及地質解釋

本次淺層地震和淺地層剖面測量結果所獲時間剖面圖顯示，區內各測線海底之下存在2~3組清晰的反射波組（見圖2），根據反射波組的波形特征，結合鉆孔資料，可將區內地層劃分3~4層，其所對應的地層巖性列于表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 結論

通過本次水域綜合物探勘察，結合鉆探及有關地質資料，得出如下結論：

1）A1通道全線海底平坦，第四系厚度為5~35 m，工程地質條件較好；本通道存在斷裂2條，均屬基巖斷裂，未見第四紀活動跡象；全通道未發現不良地質現象。

2）A2通道海底平坦，第四系厚5~36 m，工程地質條件較好；未發現斷裂構造，也未發現不良地質現象。

3）B通道海底平坦，第四系厚5~37 m，工程地質條件較好，發現斷裂2條，均為第四紀不活動斷裂；本通道南岸海邊存在基巖陡坡，未發現其他不良地質現象。

4）C通道全線平坦，工程地質條件好，未發現斷裂構造，西岸及小山島附近存在基巖陡坡，未發現其他不良地質現象。

5）各方案都未發現沉船類大型異物及海底構筑物，以小型遺落物及鐵錨類為主，其中，在A1方案及其附近發現海底異物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通道工程地質條件相近，均可作為隧道建設的選擇通道。