水域淺層地震反射在跨海橋地質勘察中的應用

王 僑

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，武漢 430050)

福建平潭跨海橋位于福建省東北部沿海，在區域構造上，橋址區處于武夷-戴云隆褶帶的閩東火山斷拗帶內，西鄰閩西北隆起帶和閩西南拗陷帶，東臨臺灣海峽沉降帶。橋址區位于長樂～詔安F3和濱海F2兩大斷裂帶之間，受其影響橋址基巖中斷裂破碎帶、節理裂隙密集帶發育。橋址斷裂為長樂～詔安和濱海兩大斷裂的次級斷裂，為非全新活動斷裂。

目前大型橋梁水域地質勘察中，地球物理勘察主要有水域地震反射，水域電測深，水域大地電磁法、海洋磁法等，因工程場址區位于海域位置，受富含礦物質海水影響。海水作為低電阻體，對電測深和大地電磁法均有表部屏蔽的作用，海洋磁法主要以探查深層區域地質為主，淺部地質解釋精度不夠，本次物探采用淺層地震反射法。

1 場區工程地質特征及地球物理特征

1.1 工程地質特征

橋址區地層主要有:第四系人工填筑土層(Q4ml)、第四系全新統長樂組濱海相沉積(Q4Cm)層、第四系晚更新統龍海組濱海相沉積層(Q3lm)、第四系坡積層(Qdl)、殘積層(Qel)。基巖主要為白堊系石帽山群下組(K1sh1)火山巖、燕山晚期(γδ53)侵入花崗巖，輝綠巖巖脈(βμ)。受構造作用影響，局部發育構造角礫巖、構造角礫夾泥等。

1.2 地球物理特征

結合鉆孔資料及測井資料，通過實驗工作及其他工程經驗，橋址區地層具有以下地球物理特征(表1)。

由表1可見，主要層位:黏性土、砂類土、基巖波速差異較大，橋址區下伏基巖以火成巖為主，基巖與全強風化巖、覆蓋層波阻抗差異較大，該物性差異為地震反射勘探提供了有利條件，此即為開展物探工作的地球物理條件。

表1 地球物理特征

2 觀測系統選擇

在正式開工前進行了方法試驗，根據不同水深、不同覆蓋層厚度、不同基巖埋深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2所示。

表2 地震反射勘探參數

3 地震資料處理

水域地震反射原始記錄見圖1。

地震資料的處理采用水域走航式高密度地震反射軟件，其處理流程如下。

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。

圖1 水域地震反射原始記錄

剖面處理:共偏移距道集動校正，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;結合鉆探資料進行剖面地質解釋。

4 典型地震層位劃分(圖2)

圖2 地震剖面層位劃分

根據第四紀沉積環境和地層特征，并結合鉆孔資料，對上述地震層位分析認為:T1為水底反射面，T2為基巖面(全強風化帶)反射面，T3為弱微風化基巖(較完整基巖)反射面，各反射波組清晰、基本連續。經與鉆孔資料對比，地震解釋成果與鉆孔資料基本吻合。

5 物探推測斷裂帶

推測f1斷裂破碎帶(圖3)、f2、f3斷裂破碎帶(圖4)物探推測形成寬120 m左右，弱風化面高程-95 m的基巖風化深槽。

圖3 f1斷裂地震時間剖面

圖4 f2、f3斷裂地震時間剖面

在后期詳勘過程中，經過鉆探驗證，驗證了f1、f2斷裂帶，驗證了f3為花崗巖與凝灰熔巖分界線，推測走向N51°E，寬度約110 m左右。基巖斷裂破碎位置見表3。斷裂帶鉆孔巖芯如圖5所示。

表3 基巖斷裂破碎位置

圖5 斷裂帶鉆孔巖芯

由于測區地質條件及其復雜，弱微風化面起伏較 大，地質鉆孔難以做到探明整個測區基巖面的趨勢分布，通過本次水域地震勘探，結合地質鉆孔資料驗證，推測了f1、f2、f3斷裂破碎帶附近形成較寬基巖風化深槽，弱微風化面高程-60～-95 m，寬度有80～120 m。為橋梁設計工作，提供了準確的地勘數據。

6 結語

水域地震反射在福建平潭跨海大橋的成功實踐，取決于工程場區下伏弱微火成巖與第四系覆蓋層、及全強風化巖存在極大的波阻抗差異。

水域地震發射數據處理解釋過程中，應結合地質鉆孔資料，建立正確對應的速度模型，才能提取到有效的基巖界面反射信號。由于工作船在航行過程中，受風向、潮汐、洋流等影響，不可能勻速行駛，造成地震原始數據為等時非等距剖面數據。后期解釋過程中，應進行炮點位置換算工作。避免地震解釋剖面與實際位置存在偏差。

［1］ 何樵登，等.應用地球物理教程—地震勘探［M］.北京:地質出版社，1991.

［2］ 熊章強，方根顯.淺層地震勘探［M］.北京:地震出版社，2002.

［3］ 陳仲候，傅唯一.淺層地震勘探［M］.成都:成都地質學院出版社，1986.

［4］ 才博.某水域地震反射勘探工程實錄［J］.工程勘察，2008(S2).

［5］ 中鐵大橋勘測設計院集團有限公司.新建福州至平潭鐵路平潭海峽公鐵兩用大橋補充定測工程地質勘察報告［R］.武漢:中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，2013.