水域弹性波勘探的资料解释与应用

三、水域弹性波勘探的资料解释与应用

水域弹性波勘探资料在工程中的应用分为两方面,即内陆河道及水库的水底地形及水下地层结构评价和水下目标体探测,如河道内护岸的抛石的分布,海岸带的水底地形及水下地层结构评价。

(一)河道内护岸的抛石的分布探测

成德洲位于长江干流铜陵市境内,2015年以前成德洲未实施过护岸工程。2015年实施的成德洲护岸工程长度为2400m,主要建设内容为水上混凝土块护坡和水下抛石护脚。其中水下抛石护脚宽80m,均厚为1.0m,近岸侧20m厚0.8m,中间40m厚1.0m,深泓侧20m厚1.2m。

为了检测设计抛石范围内是否存在抛石,并推算抛石体厚度,在抛石工程范围内选取部分纵、横断面(其中纵断面为水流方向,横断面为垂直水流方向)布置测线。

与邻近的水体及淤泥层或岩土体相比较,抛石体的特点是结构松散。地震波在抛石体内传播时,由于抛石体的松散性,不断发生反射,从而产生绕射现象,而且相对于水体及其下的淤泥层,抛石体反射更加强烈。抛石区与未抛石区的波形见图8-29。而地震波在水体、淤泥层或岩土体等传播时,由于这些介质是相对均匀的,不会产生绕射现象。根据上述特点,利用水域高密度地震映像法可以判断水下是否存在抛石体,并划分出抛石体顶、底界面。图8-30为1条野外实测的水域地震剖面(垂直于河道的横剖面),图中可以看出,在河床上覆水体内没有地震反射信号,横剖面的河床起伏较大。在图8-30的右侧的河床上部出现了一定厚度的强反射层,经过验证为抛石区。

图8-29 河道抛石区与未抛石区的地震波形对比

(淮委水利科学研究院提供)

图8-30 河道抛石区的水域地震剖面

(淮委水利科学研究院提供)

(二)海岸带的水底地形及水下地层结构评价

青岛海湾大桥(北桥位)东起青岛主城区308国道,西至黄岛红石崖,横跨胶州湾北部海域,连接青岛市的青岛、红岛和黄岛三部分,查明了桥址的第四纪地震地层层序、基岩面埋深变化、断裂及其活动性及潜在的致灾地质因素等对后期大桥建设非常重要。桥位区海域第四纪沉积基底以青山群的火山岩类为主,局部被后期中-基性岩(脉)侵入。钻孔揭示区内基底的主要岩性有泥岩、角砾岩、流纹岩、安山岩和玄武岩。其中,泥岩和角砾岩上部具有20~40m的全强风化带,中酸性的侵入岩(脉)上部的全强风化带较薄,为0~3m。

施工中采用了多种物探方法,如浅地层剖面仪、水上地震勘探等。多道地震勘探采用电火花震源、海洋工程高分辨率24道地震仪和高频多道接收电缆组成的高频多道地震勘探系统,以解决地层结构和基岩埋深特征评价。采用走航式和定时激发方式施工,震源和多道接收电缆同时拖在船尾。

图8-31显示了1条水域地震剖面及其地质解释结构,其外部形态和内部反射结构可以用于划分为埋藏古沙脊和埋藏的古潮沟。图中沉积体I1、I2、I3位于大沽河水道和岛洱水道前缘的两侧。I1为埋藏古沙脊,位于海底以下2.5m处,具有透镜状外形,上下界面均为强反射,内部为S型前积结构,视宽约1090m,高4m,在该沉积体的西侧伴生一凹槽,形成了脊槽相间的组合特征。I2是典型的透镜状外形的埋藏古沙脊,下界面为强的反射,上界面反射比较弱,内部为平行斜交前积结构。I3是古潮流沟,下伏于叠瓦状前积结构的三角洲沉积,上下界面均为强反射,呈凹槽状,内部为发散充填结构,揭示了该潮沟经历了侵蚀-充填-侵蚀-充填的沉积过程。

图831 沉积潮流沙脊的水域地震剖面及推断的地质结论

(江苏省水文地质工程地质勘察院提供)

此外在晚更新世陆相层中局部发育了埋藏古河道,图8-32所揭示的河道的下界面为侵蚀界面,强反射,内部为杂乱充填结构,视宽度约为500m,推测在晚更新世陆相环境形成的。

图8-32 埋藏古河道的水域地震剖面及推断的地质结论

(江苏省水文地质工程地质勘察院提供)