摘 要：物探技術(shù)是海洋調(diào)查的重要手段，近年來(lái)在航道工程勘察中得到了廣泛應(yīng)用。文章結(jié)合連云港港30萬(wàn)噸級(jí)航道工程的勘察實(shí)踐，重點(diǎn)論述雙頻測(cè)深、旁側(cè)聲納、淺地層剖面法和水域淺層地震反射波法等物探技術(shù)在工程中取得的應(yīng)用成果，包括探明了海底沉船、海底地形、地層分界面、淤泥層厚度、地層異常區(qū)域（地層突變、凹陷等）的分布情況。實(shí)踐表明，海洋物探技術(shù)可在沉船等海底障礙物探查、海底地形測(cè)繪、海底地層劃分、不良地質(zhì)體勘查等方面發(fā)揮重要作用，并具有高效、經(jīng)濟(jì)、成果可靠等優(yōu)點(diǎn)，可以為以后同類工程提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：物探技術(shù)；航道工程；工程勘察；地層分界

1 概述

連云港港30萬(wàn)噸級(jí)航道工程在防波堤建設(shè)中擬采用預(yù)制的桶式直立混凝土結(jié)構(gòu)下沉至海底淤泥層下1～2m，作為防波堤的堤基，如預(yù)制構(gòu)件無(wú)法按設(shè)計(jì)要求下沉到預(yù)定深度將會(huì)嚴(yán)重影響工程施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。為了確保工程建設(shè)安全、順利地進(jìn)行，需在工程實(shí)施前，查明施工海域內(nèi)海底可能存在的沉船等海底障礙物和不良地質(zhì)體的分布情況以及海底地形、淤泥層厚度、海底下部地層界面起伏變化等情況，為工程后續(xù)施工方案的確定提供依據(jù)。

傳統(tǒng)方法通常采用鉆探的手段來(lái)探摸測(cè)區(qū)內(nèi)是否存在沉船等障礙物以及海底地層界面的起伏變化情況，但由于受海上作業(yè)條件、費(fèi)用、工期等條件限制，布置的鉆孔十分有限，僅僅采用鉆探手段根本無(wú)法查明海底障礙物的分布以及海底地層界面的起伏變化情況。在連云港港30萬(wàn)噸級(jí)航道工程建設(shè)中，我們根據(jù)擬解決問(wèn)題的性質(zhì)、不同探測(cè)對(duì)象及測(cè)區(qū)地質(zhì)地球物理?xiàng)l件，分析每種海上物探方法的可行性，開(kāi)展了大量的現(xiàn)場(chǎng)方法試驗(yàn)，最終確定采用雙頻測(cè)深、旁側(cè)聲納、淺地層剖面、地震反射波法以及GPS RTK實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位等多種水域物探方法進(jìn)行綜合探查來(lái)解決上述難題。

2 物探方法與技術(shù)

地球物理有效探測(cè)的前提是探測(cè)目的物與周圍介質(zhì)間存在一定的物性差異。根據(jù)物探工作目的、探測(cè)目的物與周圍介質(zhì)的物性差異，考慮各種物探方法的特點(diǎn)及適用條件，本次探測(cè)采用雙頻測(cè)深、旁側(cè)聲納、淺地層剖面和地震反射波法等多種水域物探方法進(jìn)行綜合探查，使各種物探方法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高探查資料綜合解釋的準(zhǔn)確度。

在本次探測(cè)工作中，雙頻測(cè)深主要用于探查水深及海底地形。該方法的工作原理是利用換能器在水中發(fā)出聲波，當(dāng)聲波遇到海底（或障礙物）而反射回?fù)Q能器時(shí)，根據(jù)聲波往返的時(shí)間及所測(cè)海水中聲波傳播速度，就可以求得海底（或障礙物）與換能器之間的距離。

旁側(cè)聲納主要用于探測(cè)凸出水底的障礙物、疑存物及海底的地形地貌。該方法利用發(fā)射探頭發(fā)射聲納信號(hào)，發(fā)出的信號(hào)呈扇形向下傳播，當(dāng)信號(hào)到達(dá)海底時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射和散射，接收器接收來(lái)自海底的返回聲納。根據(jù)接收到的聲納信號(hào)的時(shí)間及角度，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理即可描繪出該扇形區(qū)域海底的相對(duì)深度變化，從而得到海底的起伏地貌及海底沉船等障礙物的位置、形態(tài)及尺寸。

淺地層剖面主要用于探測(cè)水底淺部地層及障礙物的分布情況。該方法是一種基于水聲學(xué)原理的連續(xù)走航式探測(cè)水底淺部地層結(jié)構(gòu)的地球物理方法[1]。它利用聲波在海水和海底地層中的傳播、反射特性來(lái)探測(cè)水底地層結(jié)構(gòu)，通過(guò)發(fā)射換能器在水中發(fā)射一短促的聲脈沖，脈沖在向下傳播過(guò)程中遇到海底及各地層界面時(shí)，由于界面兩側(cè)波阻抗的差異，導(dǎo)致一部分能量被反射回來(lái)，而被接收換能器所接收，通過(guò)對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行處理、成圖，從而得到海底地形地貌、水底淺部地層及障礙物的分布情況。

淺層地震反射波主要用于探測(cè)水底淺部、深部地層及障礙物的分布情況。該方法通過(guò)在水中激發(fā)一地震波，當(dāng)?shù)卣鸩ㄏ滦袝r(shí)遇到不同地層分界面及障礙物時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生反射回波，并由水聽(tīng)器接收反射波。最后，根據(jù)反射波的走時(shí)和波速，換算得到不同反射波的深度，進(jìn)而確定不同地層分界面及障礙物。本次物探工作采用水域走航式地震反射波法，利用24道漂浮電纜接收，1m道間距，采用機(jī)械聲波連續(xù)沖擊震源及CDP多次覆蓋疊加技術(shù)。

本次海上物探工作導(dǎo)航、定位采用GPS RTK技術(shù)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的實(shí)時(shí)測(cè)量。作業(yè)時(shí)，在岸上架設(shè)GPS接收機(jī)和無(wú)線電通訊發(fā)射系統(tǒng)作為基準(zhǔn)站，在工作船上固定GPS接收機(jī)和無(wú)線電通訊接收系統(tǒng)作為流動(dòng)站?；鶞?zhǔn)站將接收的所有衛(wèi)星信息及基準(zhǔn)站的信息通過(guò)無(wú)線電通訊系統(tǒng)傳遞給流動(dòng)站，流動(dòng)站在接收到衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時(shí)也接收到了基準(zhǔn)站傳遞的信息。流動(dòng)站通過(guò)實(shí)時(shí)處理、計(jì)算接收到的衛(wèi)星信息及基準(zhǔn)站信息，即可實(shí)時(shí)求得移動(dòng)站的三維坐標(biāo)，精度可達(dá)厘米級(jí)[2]。

3 典型探測(cè)成果分析

3.1 海底地形地貌

圖1為根據(jù)雙頻測(cè)深和GPS測(cè)得的水底高程數(shù)據(jù)繪制出的一期航道開(kāi)挖后的海底高程三維效果圖，非常直觀地反映了航道開(kāi)挖后海底高程的起伏變化情況；圖2為一期航道開(kāi)挖后的旁側(cè)聲納探測(cè)成果圖，左半幅圖為航道開(kāi)挖留下的施工痕跡，右半幅圖為未經(jīng)開(kāi)挖的原狀海底，非常清晰地反映了海底的地形地貌。

3.2 海底障礙物（沉船）

圖3為徐圩港區(qū)防波堤測(cè)區(qū)內(nèi)，海底沉船的淺剖探測(cè)成果圖。圖中在剖面右側(cè)部分海底出現(xiàn)較大起伏（圖中實(shí)線標(biāo)示處），且聲波在該處被屏蔽，不能向下傳播，海底以下沒(méi)有有效的聲波反射，因此推斷此處存在海底障礙物，后經(jīng)鉆探驗(yàn)證，確認(rèn)該處為一艘沉船。

3.3 地層分界

圖4為徐圩港區(qū)防波堤測(cè)區(qū)內(nèi)，某條物探測(cè)線的海底地層淺層地震探測(cè)成果圖。圖中清晰可見(jiàn)多組能量很強(qiáng)的反射同相軸，依據(jù)測(cè)線附近的鉆孔資料，分別對(duì)應(yīng)為海水、淤泥、砂質(zhì)粉土、粉砂、粉質(zhì)粘土等地層的分界面，很好地反映了海底地層的分布情況，60m深的地層也能清晰反映，淺層地震有效探測(cè)深度在該海域大于60m。

3.4 地層異常區(qū)

圖5為徐圩港區(qū)防波堤測(cè)區(qū)內(nèi)，海底地層凹陷區(qū)的淺剖探測(cè)成果圖，由圖可見(jiàn)，淺剖剖面很好地反映了海底20m深度范圍內(nèi)淤泥層、粘土層以及每一層內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，圖中標(biāo)示處地層反射波能量較弱，根據(jù)其形態(tài)分析，可能為古河道或其它類似地形地貌所致。圖6為海底地層突變帶的淺剖探測(cè)成果圖，圖中標(biāo)示處左側(cè)地層反射波組十分清晰且連續(xù)，右側(cè)地層反射波組消失，地層在該處突然缺失，發(fā)生突變。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次物探工作根據(jù)擬解決問(wèn)題的性質(zhì)、不同的探測(cè)對(duì)象及測(cè)區(qū)地質(zhì)地球物理?xiàng)l件，針對(duì)性地選用雙頻測(cè)深、旁側(cè)聲納、淺地層剖面和地震反射波法等多種水域物探方法進(jìn)行綜合探查，采集的數(shù)據(jù)信息量大，對(duì)海底沉船等障礙物和海底地形地貌、淤泥厚度、地層分界面等反映清晰，為后續(xù)港口航道建設(shè)的設(shè)計(jì)與施工提供了很好的基礎(chǔ)資料，達(dá)到了物探工作的預(yù)期目的。

物探工作完成后，由第三方單位對(duì)本次物探工作確定的沉船位置、淤泥層厚度及地層分界面等成果采用鉆探方法進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)驗(yàn)證，鉆探驗(yàn)證結(jié)果與物探成果非常一致，表明探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，采用的物探技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果，可以為以后同類工程提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]劉鐵虎，許楓.淺水區(qū)淺地層剖面測(cè)量典型問(wèn)題分析[J].物探化探計(jì)算技術(shù)，2002，24（3）：215-219.

[2]黃永進(jìn)，胡繞.高密度地震映像法在青草沙水庫(kù)堤基檢測(cè)中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2010，7（4）：428-432.

作者簡(jiǎn)介：丁大志（1978，6-），男，江蘇連云港人，工程師，從事港口與航道的建設(shè)管理工作。