多次覆盖地震反射波法在琼州海峡跨海工程中的应用

郭建波，夏支埃，冯建铭，王 侨，任士房

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司，武汉 430050)

琼州海峡跨海通道是国家高速公路网的重要组成部分，范围包括跨越琼州海峡桥梁或隧道主体工程以及与海峡两岸既有高速公路和铁路的连接线工程。采用物探方法探测地层岩性和地质构造，特别是探测海域第四系地层中的活动断裂并且划分地层中的破碎、软弱及富水岩体，为线路方案比选以及大桥和隧道的设计提供基础资料，具有重要的意义。

至目前为止，在大型工程勘察，尤其是水域工程方面，多次覆盖地震反射波法作为一种科学而经济的物探手段，具有不可替代的勘探效果［1］，取得了广泛应用。然而，在水域工程勘察中，地震勘探主要为浅层地震反射法，对于300 m以下地层，难于取得有效的反射波组且对于中深地层勘探有待进一步丰富完善和积累经验。考虑到琼州海峡早期的地质工作程度较低，加之地形地貌复杂［2］，海水深度最大可达120 m，覆盖层厚度大，区域内断裂带众多且地表特征不明显，埋藏深度大等特点，试验采用多次覆盖地震反射波法(包括浅层多次覆盖地震反射波法和中深层多次覆盖地震反射波法)，对西线公铁合建桥梁方案里程AK128+800～AK169+150范围内进行了勘察。

1 区域地质概况及地球物理特征

琼州海峡及两岸分布地层均为第四系、第三系海陆交互相沉积物及火山喷出玄武岩夹层，地表均出露第四系地层。新生界在区内的沉积厚度为1 000～3 500 m。基底为下古生代的加里东变质岩系、上古生代轻变质岩系和中生代的河湖相碎屑岩。

据钻孔资料、《地球物理调查报告》(广州二海海洋勘察公司1997)、《工程地质钻探报告》(广州二海海洋勘察公司1998)，在本次西线勘察范围内，在深度1 500 m以上存在四层反射层组，对应为第四系-上新统(Q-N2)滨浅海相海退沉积、上-中新统(N2-N1)海陆过渡相-滨浅海相碎屑岩沉积、上-中渐新统(E32-E33)滨海陆过渡相-滨浅海相碎屑岩沉积、渐新世-始新世(E31-E2)陆相沉积［3］。深度300 m以上，有6个反射层组，局部地段8个反射层组。具备进行多道地震反射波法勘探的地球物理条件。

2 试验方法

2.1 测线布置

在西线公铁合建桥梁方案物探工区的海域范围，即AK128+800～AK169+150位置，布置一条长约40 km的纵测线，必须同时采集浅层和中深层多次覆盖地震反射波法的资料。在纵测线存在物探异常的地段，适当加布一定数量的短纵测线(旁测线)和横测线，追踪其异常走向，每条短纵测线(旁测线)及横测线长度为500～2 000 m，线间距约500 m。如图1所示。

图1 测线布置

2.2 施工方式及采集参数选择

浅层多道地震反射法采用拖拉式连续航行和定时激发方式施工，即将震源船挂于工作船旁，接收电缆牵挂在震源船尾部向后延伸(图2)，实行连续航行、定时记录。地震原始记录与测量记录时间相关。在正式开工前进行了方法试验，根据不同水深、不同软土层厚度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1所示。

图2 浅层多道地震反射法施工示意

表1 浅层多道地震反射法采集参数

中深层多道地震系统采用拖曳式测量。系统采用SEAL24位数字电缆和GI枪震源，首先采用48道24次覆盖单边观测系统(ZF-XZ1、ZF-XZ5、ZFXZ7)，电缆排列长度600 m，最小偏移距100 m，由于局部海域渔标渔网密集，拖鱼连续挂到渔标，采用24道12次覆盖单边观测系统(ZF-XZ7、ZF-XZ4、ZFXZ8、AK6R200、ZF-XZ3)，电缆排列长度 300 m，最小偏移距100 m，其他参数见表2。检波器型号 GEOPOINT，检波器组灵敏度20μV/uBAR，低截滤波4 Hz/-3 dB，高截滤波200 Hz/370 dB。

表2 中深层多道地震反射法采集参数

3 资料处理

浅层多道地震资料的处理采用PMRflpro水域走航式高密度地震反射软件，其处理流程如下所述。

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。

剖面处理:共偏移道集动校正，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;纵、横剖面交点道对比，进行解释校正、检测闭合差;结合钻探资料进行剖面地质解释［4-5］。

另外，采用CSP6.0软件进行了资料的处理，两者相互印证。其处理流程为:记录编辑-滤波-增益-求速度-抽CDP道集-动校正-迭加成CDP时间剖面-时深转换。

中深层多道地震资料的处理采用西方奇科公司的OMEGA2.7地震数据处理系统。由于受野外作业条件的影响，数据存在较强噪声。经过仔细分析原始资料的特点并反复试验，确定以人工编辑、单道滤波、分频大值干扰剔除的办法来消除噪声，这样可以尽量保持振幅的相对关系;以预测反褶积来消除多次波，适当提高分辨率。整个处理过程都注意数据的振幅保持，没有使用影响振幅保真的模块和参数。处理流程:地震数据解编、导航数据导入、观测系统定义;参数拾取(包括初始速度函数、炮道集切除函数、海底反射时间、动校拉伸函数);叠前去噪(炮域和偏移距域分频异常振幅消除，迭代3次);线性噪声衰减;叠前反褶积多次波压制;速度分析;叠加和偏移;地震剖面显示。

4 资料解释

4.1 中深层多道地震剖面解释

据多道地震剖面其声学特征所反应的地震相，利用反射波组的振幅、频率、相位、连续性、波形、反射形态的相对变化和波组的组合关系，以及反射波终止所形成的削截、顶超、上超、下超所反映的地层接触关系来确定地震反射界面和划分地震层序，利用连续性好的反射波组发生系统地错断，或两盘地层厚度不等，或一侧反射层终止或减薄，两侧反射特征不一致，或断点绕射波来识别断层。并参考以前和相邻地区资料，应用地震地层学的方法进行综合分析，划分了海底T0、T1、T2、T3四个特征明显的地震反射界面。其中T3反射界面为不整合界面。以T0、T1、T2、T3为界，自上而下划分了层序Ⅰ(T0-T1)、层序Ⅱ(T1-T2)、层序Ⅲ(T2-T3)、层序Ⅳ(T3以下，未见底)四套地震反射层序(图3、图4、图 5)。

图3 ZF-XZ1测线多道地震剖面

图4 ZF-XZ6测线多道地震剖面显示的断层①

图5 ZF-XZ4测线多道地震剖面显示的断层①

T0:海底，为强振幅、高连续反射波。

T1:为一起伏小、中振幅、中连续的反射波，由1～2个相位组成。其上为一套弱振幅、低连续的反射层组，其下为一套中振幅、中-高连续的反射层组，推断其为上新统与中新统的分界。

T2:为一平直、强振幅、高连续的反射波，由2个相位组成。其上为一套中振幅、中-高连续的反射层组，其下为一套低频、中-低连续的反射层组，推断为中新统与渐新统的分界。

T3:为一低频、中振幅、中连续的反射波，推断T3为下渐新统与中渐新统的分界。

调查区内沉积了中渐新世-第四纪碎屑岩，沉积物以海相沉积为主，下部发育三角洲相沉积。

层序Ⅰ:为一套弱振幅、低连续、亚平行结构的反射层组。根据资料，该层序为一套下细上粗的第四系-上新统(Q-N2)滨浅海相海退沉积。

层序Ⅱ:为一套中频、中振幅、中连续-高连续、平行-亚平行结构的反射层组。推测，该层序为一套上-中新统(N2-N1)海陆过渡相-滨浅海相碎屑岩沉积。

层序Ⅲ:为一套振幅变化较大、中-低连续、低频、平行-亚平行结构的反射层组。根据资料，该层序为一套下细上粗的上-中渐新统(E32-E33)滨海陆过渡相-滨浅海相碎屑岩沉积。

层序Ⅳ:反射波能量较弱、连续性差、反射特征不明显，未见底。推测该层序为早渐新世-始新世(E31-E2)陆相沉积。

工区范围内存在1条断层和3个断点(图1、图3、图4、图5)，断层①在ZF-XZ1、ZF-XZ6和 ZF-XZ4 3条测线上都有反映且性质相似，应是同一断层，在AK147+860附近经过，呈近东西走向，断距80～120 m，倾向北，倾角约65°;断点②在 AK147+860附近，断距约20 m，倾向南，倾角约60°;断点③在AK145+585附近，断距约30 m，倾向北，倾角约55°;断点④在AK144+560附近，断距约20 m，倾向北，倾角约55°.断层仅断至T3反射界面，断层顶部距离海底上千米，第四系地层未见错动和扰动现象，不是活动断层。

通过对上述剖面的所有的断点进行对比和组合，针对东西向琼州海峡断裂带包括南支(琼州海峡中部)与北支(琼州海峡北缘)及北东向临高断裂与南丰—望楼断裂延伸方向，推测断层①可能为琼州海峡断裂带。

4.2 浅层多道地震剖面解释

本次浅层地震勘探深度约大于300 m，结合浅层时间剖面和中深层时间剖面图来看，从浅层地震剖面上分析识别出10个地震反射界面，并划分出9个地震层序。其中浅层T0、T1与中深层时间剖面的T0、T1反射界面一致，即将T1细分为T1-1～T1-8。

根据海域第四纪沉积环境和地层特征，并结合钻孔资料，对地震层位分析认为:T0为海底反射面;T1-1为淤泥底界面;T1-2至T1-8和T1以粉质黏土和砂类土分界面为主。

本次调查区地震资料显示T0至T1界面基本清晰连续(图6)。

图6 典型地震剖面地震层位划分

根据纵向和横向地震测线解释成果，结合钻探资料，TO为海底界面，T1大层可分为四小层，为T1-1、T1-2、T1-3、T1-4。其中在T1-1层中在局部可分为四小层，即 T1-1-X1、T1-1-X2、T1-1-X3、T1-1-X4。

T1-1-X1层:以淤泥为主。主要分布于AK133+650～AK141+930处，厚约1.0～7.7 m，层底高程-17.2～-33.6 m，起伏平缓。

T1-1-X2层:以硬塑粉质黏土为主，局部夹薄层粉砂。主要分布在AK161+730～AK167+270处，厚度1.0～53.3 m，层底高程 -40.4～-94.1 m，起伏较大。

T1-1-X3层:以硬塑粉质黏土为主间夹薄层粉砂。主要分布于 AK158+800～AK168+960处，厚1.0～70.5 m，层底高程 -52.2～-114.5 m，起伏平缓。

T1-1-X-4层:以硬塑粉质黏土为主，夹有厚约1 m左右粉、细砂和粉土。测区均匀分布，自湛江至海口埋深逐渐变深，厚度24.0～87.0 m，层底高程-37.6～-149.7 m。

T1-1层:以粉、细砂为主，局部为粉质黏土与粉砂互层。自里程AK130+500～AK162+200处逐渐变深，自AK162+200～AK168+960处逐渐变浅，层厚5.0～54.0 m，层底高程-47.0～-194 m。

T1-2层:主要以粉、细砂与粉质黏土互层为主。自里程 AK130+550～AK164+900逐渐变深，至AK168+900逐渐变浅，层厚16.0～53.0 m，层底高程-75.5～-227.5 m。

T1-3层:以粉质黏土为主，间夹薄层粉砂，分布于AK130+500～AK161+160，于 AK161+160处尖灭，厚5.0～51.0 m，层底高程-89.0～-216.0 m。

T1-4层:以硬塑粉质黏土为主，夹薄层粉砂。自里程AK130+500～AK147+930逐渐变深，至AK168+900逐渐变浅，层厚 14.0～109.0 m，层底高程-163.0～-297.0 m。

T1层:以硬塑粉质黏土为主，里程AK130+500～AK158+500逐渐变深，至AK168+900逐渐变浅，层厚9.0～61.0 m，层底高程-174.0～-334.0 m。

4.3 物探异常

在里程AK164+400以南，T1-6反射波组连续，而以北连续性较差，因此在此处加密了地震测线，结合上下波组和中深层地震资料分析，此处不是断层的反应。

在里程149+300处，T1反射波组不连续，结合中深层地震资料分析，此处不是断层的反应。

5 结语

(1)工区内发育的沉积在地震剖面上划分了海底T0、T1、T2、T3四个特征明显的地震反射界面，其中T3反射界面为不整合界面。相应划分了层序Ⅰ(T0-T1)、层序Ⅱ(T1-T2)、层序Ⅲ(T2-T3)、层序Ⅳ(T3以下，未见底)四套地震反射层序。

推断T1为上新统与中新统的分界，T2为中新统与渐新统的分界，T3为下渐新统与中渐新统的分界。

浅层地震反射和中深层地震反射勘探结果一致，将深层反射地震界面T1即层序Ⅰ(T0-T1)分成T1-1至T1-4。

(2)工区范围内存在1条断层和3个断点，断层①在AK147+860附近经过，呈近东西走向，断距80～120 m，倾向北，倾角约65°;断点②在AK147+860附近，断距约20 m，倾向南，倾角约60°;断点③在AK145+585附近，断距约30 m，倾向北，倾角约55°;断点④在AK144+560。

致谢 感谢广州海洋勘探开发总公司对本论文中深层地震反射法的数据采集和整理，使得项目得以顺利进行和完成。

［1］ 蒋维平，孟宪民.地震反射波法在浅层地震勘探中的应用［J］.中国煤炭地质，2008，20(9).

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