水域浅层地震反射在跨海桥地质勘察中的应用

王 侨

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司，武汉 430050)

福建平潭跨海桥位于福建省东北部沿海，在区域构造上，桥址区处于武夷-戴云隆褶带的闽东火山断拗带内，西邻闽西北隆起带和闽西南拗陷带，东临台湾海峡沉降带。桥址区位于长乐～诏安F3和滨海F2两大断裂带之间，受其影响桥址基岩中断裂破碎带、节理裂隙密集带发育。桥址断裂为长乐～诏安和滨海两大断裂的次级断裂，为非全新活动断裂。

目前大型桥梁水域地质勘察中，地球物理勘察主要有水域地震反射，水域电测深，水域大地电磁法、海洋磁法等，因工程场址区位于海域位置，受富含矿物质海水影响。海水作为低电阻体，对电测深和大地电磁法均有表部屏蔽的作用，海洋磁法主要以探查深层区域地质为主，浅部地质解释精度不够，本次物探采用浅层地震反射法。

1 场区工程地质特征及地球物理特征

1.1 工程地质特征

桥址区地层主要有:第四系人工填筑土层(Q4ml)、第四系全新统长乐组滨海相沉积(Q4Cm)层、第四系晚更新统龙海组滨海相沉积层(Q3lm)、第四系坡积层(Qdl)、残积层(Qel)。基岩主要为白垩系石帽山群下组(K1sh1)火山岩、燕山晚期(γδ53)侵入花岗岩，辉绿岩岩脉(βμ)。受构造作用影响，局部发育构造角砾岩、构造角砾夹泥等。

1.2 地球物理特征

结合钻孔资料及测井资料，通过实验工作及其他工程经验，桥址区地层具有以下地球物理特征(表1)。

由表1可见，主要层位:黏性土、砂类土、基岩波速差异较大，桥址区下伏基岩以火成岩为主，基岩与全强风化岩、覆盖层波阻抗差异较大，该物性差异为地震反射勘探提供了有利条件，此即为开展物探工作的地球物理条件。

表1 地球物理特征

2 观测系统选择

在正式开工前进行了方法试验，根据不同水深、不同覆盖层厚度、不同基岩埋深等条件下的激发能量、记录长度、采样率、频带宽度、电缆入水深度及最佳炮检距选择等试验，根据试验结果，各项参数选定如表2所示。

表2 地震反射勘探参数

3 地震资料处理

水域地震反射原始记录见图1。

地震资料的处理采用水域走航式高密度地震反射软件，其处理流程如下。

预处理:记录激发时间校正、记录数据清理、频谱分析与滤波、等偏剖面平移叠加，抽取共偏移道集。

图1 水域地震反射原始记录

剖面处理:共偏移距道集动校正，速度分析、震源颤尾清理、反射波形压缩、水底多次波清理、小波道间相关去噪、自动拾取或手工标记反射波组同相轴、时深转换成图。

解释处理:不同记录数据频谱对比，分析反射异常;结合钻探资料进行剖面地质解释。

4 典型地震层位划分(图2)

图2 地震剖面层位划分

根据第四纪沉积环境和地层特征，并结合钻孔资料，对上述地震层位分析认为:T1为水底反射面，T2为基岩面(全强风化带)反射面，T3为弱微风化基岩(较完整基岩)反射面，各反射波组清晰、基本连续。经与钻孔资料对比，地震解释成果与钻孔资料基本吻合。

5 物探推测断裂带

推测f1断裂破碎带(图3)、f2、f3断裂破碎带(图4)物探推测形成宽120 m左右，弱风化面高程-95 m的基岩风化深槽。

图3 f1断裂地震时间剖面

图4 f2、f3断裂地震时间剖面

在后期详勘过程中，经过钻探验证，验证了f1、f2断裂带，验证了f3为花岗岩与凝灰熔岩分界线，推测走向N51°E，宽度约110 m左右。基岩断裂破碎位置见表3。断裂带钻孔岩芯如图5所示。

表3 基岩断裂破碎位置

图5 断裂带钻孔岩芯

由于测区地质条件及其复杂，弱微风化面起伏较 大，地质钻孔难以做到探明整个测区基岩面的趋势分布，通过本次水域地震勘探，结合地质钻孔资料验证，推测了f1、f2、f3断裂破碎带附近形成较宽基岩风化深槽，弱微风化面高程-60～-95 m，宽度有80～120 m。为桥梁设计工作，提供了准确的地勘数据。

6 结语

水域地震反射在福建平潭跨海大桥的成功实践，取决于工程场区下伏弱微火成岩与第四系覆盖层、及全强风化岩存在极大的波阻抗差异。

水域地震发射数据处理解释过程中，应结合地质钻孔资料，建立正确对应的速度模型，才能提取到有效的基岩界面反射信号。由于工作船在航行过程中，受风向、潮汐、洋流等影响，不可能匀速行驶，造成地震原始数据为等时非等距剖面数据。后期解释过程中，应进行炮点位置换算工作。避免地震解释剖面与实际位置存在偏差。

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

［2］ 熊章强，方根显.浅层地震勘探［M］.北京:地震出版社，2002.

［3］ 陈仲候，傅唯一.浅层地震勘探［M］.成都:成都地质学院出版社，1986.

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

［5］ 中铁大桥勘测设计院集团有限公司.新建福州至平潭铁路平潭海峡公铁两用大桥补充定测工程地质勘察报告［R］.武汉:中铁大桥勘测设计院集团有限公司，2013.