水域綜合物探技術在核電站廠址選址中的應用

徐輝 陶建飛

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

1 項目概況

莊河核電工程規劃建設容量按6臺百萬千瓦級壓水堆核電機組，一次規劃，分期建設，一期工程建設2臺百萬千瓦級壓水堆核電機組。該廠址在完成了初步可行性研究階段的地震地質專題工作的基礎上，為保證地震安全性評價工作的內容和深度能夠滿足可行性研究階段相應核電廠法規、導則和規范的要求，需在充分利用原有資料的基礎上，對廠址毗鄰海域及對推斷的關鍵性斷裂進行地球物理勘查。

2 工作目的任務與技術要求

2.1 工作目的任務

本項目旨在為莊河核電工程可行性研究階段地震安全性評價提供關鍵性斷裂往廠址海域是否延伸及其特征的地球物理勘查資料。

具體任務包括：

采用有效的海域地球物理勘查方法，有針對性地開展海域斷裂的勘查，具體任務包括：①鴨綠江斷裂南延勘查，②廠址近區域海域隱伏斷裂展布及其活動性勘查，③廠址附近范圍海域主要斷裂展布及其活動性勘查。具體布置五條測線，用于上述勘查工作。它既是可行性研究階段對區域調查工作的深化，也是對前期推斷的斷裂進一步復核、追索和驗證。

2.2 技術要求

海域地球物理勘查宜采用水域淺層地震勘探方法，應依據相關的國家技術規范和行業標準，在充分收集和了解該海域水深及覆蓋層厚度資料基礎上，對觀測系統進行初步設計，并通過現場施工條件分析及試驗后調整，確定最終觀測系統和技術參數，所采用的方法、技術手段、儀器設備等均須能夠滿足各勘查目標的深度和精度要求。

探測深度應達到基巖面，同時還應兼顧對上部松散沉積地層的分辨率，以滿足斷裂活動時代鑒別的需求。

應采用多道地震勘查，提高勘查的分辨率和穿透度，在多道地震施工條件不滿足情況下（如水較淺等），可采用單道地震方法，此時，應注意單道、多道聯合解釋與協調。

地震時間剖面地質解釋時，應充分收集該海域已有的可靠的勘查資料，并進行對比分析，同時要充分收集該海域或近海地區鉆孔資料，分析該區新生代以來各時期地層巖相、巖性變化特點及其可能在地震時間剖面上的表現，以合理劃分地層和確定地層時代。

3 工作方法與技術

3.1 定位及潮位觀測工作

定位選用DSM132DGPS進行定位，同時按設定的時間間隔，由導航計算機向單道地震儀發送時間控制信號，多道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。本次工作實測水位，用于解釋成果的潮位差改正。

3.2 海域多道淺層地震勘查工作

3.2.1 儀器設備

地震儀采用美國產Nz數字地震儀；震源采用空氣槍及與其匹配的空壓機；接收采用主頻80Hz的24道漂浮水聽器電纜。

3.2.2 施工方式

施工采用拖拉式（單端激發、單邊接收）連續航行和定時激發并接收記錄方式施工，采用的技術參數為：激發能量80kg/cm3，激發間隔4s，空氣槍、電纜入水深1.2m左右，道距2m，24道接收，偏移距2m，記錄長度512ms，采樣率0.5ms，為采用共反射點多次覆蓋技術，覆蓋次數以4-6次。

3.3 海域單道淺層地震勘查工作

3.3.1 儀器設備

采用英國產AAE淺地層剖面系統；激發采用CSP300發射控制器及Saparker電火花震源，接收采用20單元組合水聽器構成的陣列電纜，記錄采用Geopro記錄筆記本。

3.3.2 施工方式

正式施工采用拖曳式連續觀測方式，即將接收電纜與電火花源以4-5m間距并列拖于船尾，實行連續航行，定時激發并接收，發射能量350J，工作頻率0.1-3000Hz，記錄長度250ms，發射間隔1s，作業時盡量保持2-3節勻速航行以減小噪聲，并通過顯示屏直接對觀測質量進行控制。

3.4 地震數據處理及圖件編繪工作

3.4.1 多道地震數據處理

①地震記錄整理，根據實測航跡進行有效炮文件（記錄）抽選，保證4-6次覆蓋次數，重新構成新文件，并對有效炮文件中不正常道進行剔選。②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。③后期處理，在工作站上進行，除常規處理外，還包括剩余靜校正、多次速度分析、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。

3.4.2 多道地震處理效果

在取得可靠的單炮記錄基礎上，為進一步提高時間剖面信噪比和分辨率，后期處理采用了流程圖中多種處理方法，處理前、后的效果在不同程度上有所改善。

3.4.3 速度求取及圖件編繪

對多道地震，求取速度參數主要是利用本次地震資料處理時獲得的疊加速度求取，并通過部分測線的少量鉆孔資料加以校正。

根據各測線地震時間剖面，進行有效反射相位對比和同相軸追蹤，首先控制標準層位（如海底和中風化基巖面反射）的連續追蹤，其次對全風化基巖面進行對比分析，力求連續準確，同時進行斷點異常判別。在以上相位劃定基礎上，根據上述求取的速度為1450-1600m/s進行時深換算，求取各界面的埋深，由此編繪各測線解釋剖面圖。

對單道地震，先劃分反射層位，選取1450m/s速度進行時深換算，推斷相應的地層界線，著重于淺部層位的地質解釋，其成果并入到多道地震解釋的地質剖面圖中。

4 工作成果及初步地質解釋

4.1 斷點異常判別依據

斷點異常是根據地震時間剖面中有效反射相位特點，結合地質資料加以判別：

（1）有效反射相位出現局部缺失或信號減弱；（2）有效反射相位存在明顯落差、突變、扭折或發育繞射波；（3）有效反射相位特征出現明顯不同或增減、分叉、合并等異常情況；（4）若覆蓋層內界面與基巖有效反射相位異常特征相對應，表明其斷點已斷至該界面。

斷裂的平面分布是在分析各斷點特征基礎上，連接某些相鄰測線上特征、性質相似的斷點而成，其主要依據是：

①各斷點的產狀、性質一致或相近；②各斷點的上斷點深度和所斷層位大約一致；③各斷點位置基本上處于同一直線上。

4.2 反射波組發育特征

根據本次海域鉆孔資料分析，基巖（變質砂巖類）淺部全風化層的原巖結構幾乎全部破壞，從物性特征看，它已近似于松散的砂層，因此它與上覆的第四系全新統淤泥（夾砂層）間的波速差異不大，而與其下原巖結構完整的中風化巖層間的波速差異則一般較為明顯，所以，本次所獲地震時間剖面中的中風化基巖反射波組得到明顯的反映，而基巖與第四系間的界面反射波組也得到不同程度的反映，其特征如下：

T0波組，為海底反射波組，所有測線上都有所反映，能量強，同相軸連續性很好，雖有起伏，但變化較和緩，雙程時在7-25ms。

Tg波組，為全風化基巖與第四系間界面反射波組，所有測線上都有反映，能量一般，局部相對較強，同相軸連續性較好，起伏變化較平緩，這與基巖長期處于隆起狀態，受到風化剝蝕作用，使得基巖面不斷被夷平的地質特征基本一致，雙程時在29-48ms。

Tg′波組，為中風化基巖面反射波組，所有測線上都有反映，且能量較強，部分呈雙相位顯示，同相軸連續性好，起伏變化頻繁，雙程時多在46-98ms間。

4.3 地震層序劃分

各測線地震時間剖面顯示，主要發育三組有效反射波（T0、Tg及Tg′），T0與Tg間為第四系淤泥夾粉細砂，其厚度普遍較薄（圖1），Tg與Tg′間為全風化變質砂巖，原巖結構已完全破壞，Tg′以下為中風化片巖，原巖結構保持完整。上述地震層序與地層結構對應關系結合區域地質及海域鉆孔資料分析。

圖1 多道地震層序時間剖面圖

在廠址附近范圍海域，鉆孔資料反映了該范圍淺部地層結構非常簡單，覆蓋層由第四系全新統淤泥、淤泥質粉細砂構成，基巖由上至下為全、強、中、微風化變質砂巖，不同地方僅厚度差異而已。

單道地震圖像反映海底（P0）及全風化基巖面（Pg）起伏特征的圖像優于多道地震（圖2），尤其是Pg波組的起伏變化，還反映了Pg波組上下層內波組特征截然不同的圖像，上部層位內水平狀波組發育，下部層位內波組不清或呈擾動狀，反映上、下兩套地層在物質成分、結構及沉積時代上具有明顯差異。

圖2 單道地震層序時間剖面圖

尤其是兩者間界面Pg的起伏變化反映其下層頂面經歷了明顯的剝蝕過程，下層擾動狀或模糊不清狀的層理是變質砂巖經長期強烈風化成原巖結構已徹底破壞的全風化砂層狀基巖的反映，其上層水平層理是典型全新世海相淤泥質沉積環境的反映。

而反映基巖中風化面的Pg’波阻特征不及多道地震清晰。總體而言，兩種方法可起到相互補充和印證的作用，另單道地震對多道地震顯示的斷點異常的上斷點錯斷地層層位判別有一定作用。

在D-D′測線東南段，單道地震揭示明顯存在P1波阻，P1波組以上以寬度較大的水平層理為主，以下斜層理發育，其斜層理寬度較小，結合區域性巖相古地理特征分析，上部沉積在上文中已述，為海相淤泥質沉積，下部沉積則應屬晚更新世-全新世陸相沖積或沖洪積成因的砂層為主。表明在廠址附近范圍內海域覆蓋層除第四系全新統海相沉積外，局部應有上更新統-全新統陸相沖（洪）積相沉積分布。

5 結束語

（1）本次水域綜合物探工作共發現4個斷點異常；（2）鴨綠江斷裂往南西海延伸到F-F′測線，但未過B-B′測線。它在該區表現為兩條NE向斷裂、為傾向相向的地塹構造型式，基巖落差2-4m，上斷點位于水下埋深23-25m。（3）在廠址附近范圍及近區域海域通過NE、NW向控制測線勘查，未發現有斷裂存在的跡象。