1500工程地質斷面調查
Ⅰ 海岸工程地質條件
環膠州灣海岸區域工程地質條件受地形地貌、地層岩性、地質構造、水動力條件等因素的控制，不同地區上述諸因素存在著差異。詳細研究近海不同地區的工程地質條件，對海岸帶規劃、工程地質環境適宜性、沿海工程建設和地質環境保護等方面均具有重要意義。
7.1.1 地形地貌
根據旁測聲吶掃描、水深測量以及淺地層剖面資料，對青島近海地貌體系特徵進行了研究，按地貌成因將其劃分為潮流地貌、潮汐河流復合地貌、海灘浪成地貌和人工地貌4個大單元。
(1)潮流地貌
潮流是半封閉海灣和開闊岸浪擊面(一般水深20m)以下塑造海底地貌的主要營力，該現象在膠州灣表現明顯。
膠州灣是一個半封閉的港灣，潮差大，波浪作用較弱，往復流成為控制灣內沉積作用的主要動力。灣口受基岩岬角地形的限制，口門狹窄，漲、落潮流在通過口門時，由於膠州灣口門的「狹管」效應，潮流加強了對底部的沖刷，使得灣口被侵蝕成溝槽。底部侵蝕的物質，在漲、落潮流的帶動下，漲潮在灣內沉積，落潮在灣外堆積，形成漲、落潮流三角洲。在地貌形態上，灣口處為主潮道，向灣內呈分支狀散開成為分支潮道，形成漲潮三角洲上的溝－脊相間地形，潮流沙脊為漲潮三角洲上的次級地貌形態。
(2)潮汐河流復合地貌
入灣河流多從西側進入，且為源近流短的小河。主要河流為大沽河，每年輸入灣內的泥沙達到959200t;其次為洋河，每年輸沙量為258100t。海灣波浪作用很弱，浪高多小於0.5m;沉積物受到潮流的作用，大部分在河口發生沉積。大沽河入海的流量為27.74m3/s，洋河入海平均流量在1.78m3/s，總體約為30m3/s，與潮流作用相比河流的作用相對較小。膠州灣西部潮流平均流速小於20cm/s，灣頂平均潮差比灣口增大約30cm，計算該區平均潮差在300cm，最大潮差500cm，所以該區主要動力為潮汐作用。當落潮至平均低潮面位置時(圖7.1)，大沽河河道突入到三角洲前緣;當高潮時，大沽河及洋河下部曲流河道在潮流的頂托作用下實際上成為一條潮道，具有雙向潮流的特徵。羅家營剖面可見明顯的點壩和泥質潮上帶，主要由粉砂與泥互層組成，含有豐富的植物碎屑，在煙台頂附近潮坪可見貝殼堤。根據以中沙為主的潮道內貝殼的14C年齡測定，大沽河河口灣形成於約8.24±0.12kaB.P.，大沽河口7.40～7.65m貝殼14C年齡為5.93±0.18kaB.P.，李家莊2.30m淤泥14C年齡為6.01±0.08kaB.P.，確定該相屬於全新世中期高水位以來的沉積相。
圖7.3 大沽河－洋河三角洲沉積相序
(3)海灘浪成地貌
膠州灣海灘海浪侵蝕地貌也較發育，海蝕平台、海蝕洞、海蝕崖是常見的海蝕地貌形態。海蝕崖底部多處於波浪作用之下，因組成物質不同，其形態也各異。灣內的斷層海蝕崖分布在陰島東北的東洋嘴—邵哥庄一帶，該段海崖為NE－SW走向，岸線平直，斷層面向東南傾，傾角60°左右，斷層面除有浪蝕痕跡外，還有斷層鏡面和擦痕;海岸的東南側，尚有從東北向西南分布的海蝕平台和海蝕柱等海蝕地貌形態。
(4)人工地貌
隨著經濟建設的蓬勃發展，膠州灣近海沿岸的開發日新月異。灣北部和西北部平原海岸區開辟了大規模的鹽田，東部沿岸建設了許多工廠、海港。近幾年來，黃島也先後建築了幾座碼頭，並在近岸處建築了各種防潮牆、防浪堤。膠州灣的許多岸段早已不再是自然海岸，而是人工海岸。
7.1.2 地層岩性
(1)地層及基岩類型
膠州灣內的地層有古生界膠南群邱官莊組，白堊系的青山組和萊陽組，此外還有燕山期的花崗岩。其中，古生界膠南群邱官莊組主要為中厚層的白雲變粒岩和黑雲變粒岩及淺粒岩，青山組和萊陽組主要以青山組中酸性火山岩和中基性火山岩為主。
岩石力學差異性主要受岩性本身、斷裂構造及斷層附近相應岩脈侵入的影響，造成各種岩性的岩石力學指標不同; 同時，岩性變化及構造的影響，導致岩石風化界面的差異性甚為明顯，不同岩性的岩石風化層厚度相差巨大。上述差異性是工程建設中應重點考慮的主要工程地質問題之一。針對膠州灣的工程地質條件，以下幾點應予考慮:
1) 岩石界線: 兩種岩石的差異性可能導致承載力的不同，從而引起不均勻沉降。即使在力學性質較好的花崗岩區，如被無數條岩脈及斷層切割成非完整的塊體，其力學性質則會大大降低。
2) 脈岩帶 ( 群) 的發育: 脈岩發育本身就代表著處於伸展構造帶，在地下水的作用下，容易發生附近岩石的破碎和弱 ( 軟) 化; 其次，岩脈自身岩性存在差異，特別是煌斑岩容易發生風化。故工程建設應盡量避開脈岩帶。
3) 節理裂隙的發育: 易造成岩石軟 ( 弱) 風化程度的差異。緩平的節理在水做潤滑劑及建築物重壓下，如具有臨空面，則可能發生滑裂。因此，工程建設時應考慮節理裂隙的發育情況。
4) 基底起伏: 在灣口存在海底地表的強烈切割、小型沖溝發育以及不同地段基岩埋深的差異性，因此當建築物置於不同性質與厚度 ( 或埋深) 的地層上時，岩石地基存在較大的差異，將給工程帶來不良的影響。
( 2) 底質類型
膠州灣區內表層沉積物底質類型可分為以下幾大類型: 泥質礫、沙、粉沙質沙、泥質沙、沙質粉沙、礫質泥、含碎石結核礫質泥、沙質泥、粉沙、泥和黏土。其中，砂質粗粒沉積主要分布在大沽河、洋河河口附近，主潮道及分支潮道，漲、落潮流三角洲潮流沙脊以及大福島南部殘留沉積區; 粉沙及泥質細粒沉積主要分布在潮下帶水動力條件較弱的區域。研究區沉積體系劃分為大沽河 － 洋河潮汐河流復合三角洲、灣口兩側漲落潮流三角洲以及波浪作用下的海灘沉積體系。
( 3) 第四系厚度
調查發現，膠州灣內的沉積物大致與海岸平行分布。在 「V」形的底部是沉積中心，沉積物較為集中，灣內厚度變化很大，自 0m 至 52m 變化，平均厚度 21m。灣口附近缺失鬆散沉積物，向兩側逐漸增厚。在膠州灣西側，岸邊附近沉積物厚度一般小於 10m，向灣中心沉積物厚度逐漸緩慢增厚，中心厚度穩定，均在 25m 左右。在灣東岸，根據已有的資料顯示，沉積物厚度變化劇烈，自基岩海岸處 0m 厚迅速增加至 25m，且在馬蹄礁以北有兩個較厚的沉積中心，最厚處為 40 ～ 45m。在灣口以北 36°05'緯線附近，沉積厚度呈EW 向迅速變化，從灣口的 5m 左右迅速變為 25 ～ 40m。全新世以來的海相沉積層的厚度在膠州灣內最大約 10m，位置處於 36°05' ～36°08'和 120°09' ～120°17'之間，總體近 EW向展布。其餘地方的沉積物厚度約為 5m。自 36°05'以南至 120°19'之間的灣口位置，沉積物厚度基本為 0m。灣外主潮流通道處沉積厚度也較薄，根據鑽孔資料分析沉積厚度小於2m。向落潮流三角洲方向，沉積厚度逐漸增厚，在 36°及 120°30'位置厚度達到 10m。
7.1.3 地質構造
海岸帶主要以基岩斷裂構造為主，褶皺構造不發育。斷裂構造以 NE、NNE 向和 NW向3組斷裂為主要構造線，它們控制了區域地貌特徵和地層空間分布。其中，對工程地質環境有一定影響的斷裂主要是通過陸上露頭或海上淺地層剖面探測或調查推斷的斷裂。區內有重要影響的滄口斷裂寬度為50～100m，走向40°，傾向310°，傾角70°，控制萊陽群、青山群沉積及嶗山超單元的分布;帶內發育碎裂岩、粉碎岩及糜棱岩。第四系覆蓋嚴重，膠州灣內下降盤第四系厚度大。
7.1.4 水深及水動力條件
灣內地形總趨勢是西北淺、東南深，海底地勢自北向南傾斜，灣內平均水深約7m，灣口附近水深較深，最大水深為64m;灣口以外地勢較為平坦，平均水深約為20m。
該區潮流屬於正規半日潮流，漲潮歷時1～2h，運動方式為往復流，潮流流速從灣口至灣頂逐漸遞減，灣口的團島斷面流速為150～160cm/s，灣中部為70～80cm/s，灣頂部小於50cm/s。膠州灣的波浪主要有兩種:一是外海產生的涌浪，涌浪為E—SW向，以SE向的涌浪最多，年頻率為26%;二是灣內本身產生的風浪，NW向的風浪最多，年頻率為10%。波浪自灣口向灣內傳播時波高逐漸減小，灣內年平均波高一般不超過0.5m;膠州灣口中心50年一遇波要素H1/10大波平均波高為318cm。
7.1.5 潛在地質災害
從空間分布上將地質災害劃分為推斷斷層、不規則基岩面、地震、埋藏古河道、埋藏谷、潮溝、陡坎及沙波。構造、深層控制引起的地質災害有斷層、不規則基岩面和地震;處於海底淺層范圍的災害現象有埋藏古河道、埋藏谷及沖溝;海底表層因水動力條件的不同引起的微地貌現象有潮溝、陡坎和沙波;水動力條件強烈引起的濱岸及海岸變遷有海岸侵蝕及海水入侵。
7.1.6 岩土物理力學參數
岩土物理力學參數參考海灣大橋工程地質勘察相關資料，工程地質特徵主要表現為岩土力學性質的差異以及淤泥質軟土的土體物理力學性質。
Ⅱ 在工程地質調查中的應用
一、在水利工程中的應用
水利工程有堤壩、堤岸、渠道、輸水洞等。地球物理方法在水利工程中的應用，一方面用於工程場地的選址勘查，查明被選區域的岩溶發育情況、覆蓋層厚度、風化層厚度以及地質構造等情況，對擬建工程場址的穩定性和建築適宜性作出評價；另一方面用於水利工程的質量隱患檢測，查明壩體是否存在有裂縫、空洞、動物巢穴、管涌等工程質量隱患，為水利工程的消險加固提供依據。目前，常用於水利工程隱患檢測的物探方法有地質雷達、自然電位法、高密度電阻率法、人工地震勘探以及聲波測試等方法。
1.探測堤壩蟻巢與洞穴
土體堤壩中因碾壓不實、庫水浸透或動物危害等因素，在壩體中常出現土洞、動物巢穴等危害壩體安全的隱患。在我國南方各省（區）水利工程中白蟻巢穴是一種常見的隱患，白蟻主巢直徑一般在40～60 cm，大者可達數米，主巢周圍分布著幾十個甚至數百個衛星菌圃，其間由四通八達的蟻道溝通，且有的貫穿堤壩的內處坡。因此，深藏於堤壩中的白蟻危害造成的堤壩險情和潰堤率遠高於其他原因，找出堤壩白蟻巢是消除堤壩白蟻隱患的關鍵。地質雷達和高密度電法是對壩體中的土洞、動物巢穴探測的有效方法。圖5-1-1是埋深約3m的白蟻主巢的地質雷達圖像，白蟻巢在圖像上的反射波形態特徵為多重強弱交錯的凸形條紋區，與周圍土壤有明顯的分界。
圖5-1-1 某堤壩白蟻巢穴的地質雷達圖像
2.水壩滲漏的地球物理探測
滲漏是水壩常見的隱患，是造成水壩發生事故的主要原因。水壩滲漏可分為壩基滲漏和壩體及附屬結構滲漏，壩基滲漏較為常見。造成水壩滲漏的原因與水壩基礎處理的好壞、壩體施工質量、壩基下方地質構造等因素有關。
自然電位法探測水壩滲漏點和滲漏通道是一程常用的方法。由於庫水具有天然吸附帶電離子的能力，當水庫發生滲漏時，帶電離子也一起運動，形成電流場，在滲漏位置上自然電位出現負異常，其負異常的大小與滲漏水量有關。圖5-1-2是利用自然電場法確定地下水和地表水補給關系的實例。當地下水補給地表水時，在地面上觀測到自然電位正異常。圖5-1-2（a）為灰岩和花崗岩接觸帶上的上升泉的自電正異常；圖5-1-2（b）為水庫滲漏地點上出現的自然電位負異常。
圖5-1-2 用自然電位法確定地下水與地表水的補給關系
地質雷達方法用於探測水壩滲漏點和滲漏通道也具有較好的效果。滲漏部位土體的含水量變大，與未發生滲漏的土體形成明顯的介電常數上的差異，為採用地質雷達方法探測水壩滲漏位置提供了地球物理條件。黑龍江省某水壩為均質土壩，1998年遭受百年不遇的洪水後，在水壩後坡出現多處面積不等的漏水點。為了查明漏水點在壩體內的分布情況，採用地質雷達在壩頂、壩前坡和後坡進行了探測。圖5-1-3為壩頂測線K0+240—K0+400的地質雷達剖面。圖中強振幅異常推斷為壩體內受到水浸較重的部位，異常埋深為10～12 m。鑽探結果表明地質雷達推斷的異常區域是發生滲漏的嚴重區段。
圖5-1-3 黑龍江省某水壩地質雷達探測剖
3.壩基帷幕灌漿效果檢測
對病險水庫的維護處理一般採用帷幕灌漿等方法，灌漿效果的好壞需要採用物探方法檢查。某電站大壩岩基帷幕灌漿前後進行超聲波探測，圖5-1-4是質量檢查孔在灌漿前、後的超聲波檢測曲線，圖中可見，在檢查孔中上部，灌漿前和灌漿後的波速值差異非常明顯，灌漿前岩體的裂隙率高，波速較低；灌漿後岩體裂隙被水泥漿填充，且粘結牢固，波速明顯升高。在檢查孔的下部，灌漿前和灌漿後波速差異微小，波速較高，這說明岩體本身比較完整，滲透性小。
圖5-1-4 質量檢查孔灌漿前後聲波檢測結果
地質雷達對水壩帷幕灌漿質量檢測也有較好的探測效果，根據地質雷達圖像上灌漿物的影像可計算出有效灌漿深度和水泥漿擴散半徑。根據壩體土體和基岩處的強反射弧形影像，可判別已被灌漿物充填的溶洞的大小、形態和深度以及未被灌漿物充填的溶洞、土洞等隱患。
4.古河道的地球物理勘查
古河道常引起大量滲漏，在水庫建壩時需對壩基下古河道的地質情況進行詳細勘查，了解古河道的分布范圍，埋深以及砂礫石厚度等。探測古河道常用的物探方法是電測深法、自然電位法、地震勘探和地質雷達等方法。
圖5-1-5 用對稱四極剖面法追索古河道的ρs剖面平面圖
圖5-1-6 橫穿古河道的對稱四極剖面ρs曲線
圖5-1-5和圖5-1-6為對稱四極剖面法探測和追索古河道的實例。由圖5-1-5中各對稱四極剖面特徵可以看出，在低阻背景上有一高阻異常帶。該高阻異常帶推斷為古河道的反映，該河道由一條主流和一條支流組成。此外，利用ρs曲線特徵可大致確定出古河道的形態、中心位置和寬度。若ρs曲線具有對稱性，ρs曲線極大值對應於古河床最深的中心位置。若ρs曲線不對稱，可根據曲線兩翼陡緩推斷古河道兩岸坡度的大小（圖5-1-6），其視寬度可由ρs曲線的拐點位置大致確定。通過等ρs斷面圖上的等值線形狀可反映出古河道的斷面形態。由圖5-1-7可見，在371號點附近ρs等值線呈高阻閉合圈。結合當地的水文地質條件，推斷該異常為一淺層古河道引起。經ZK8、ZK10、ZK11孔驗證，證實了古河道的存在，ZK11打到了富含地下水的砂礫石層。
圖5-1-7 雲南某地尋找淺層砂礫石富水地段（古河道）成果圖
圖5-1-8為地震橫波法探測古河道的實例剖面圖。根據鑽探資料推測該區域一帶有一條古河道，河道埋深為20～30 m，為了查明古河道的位置，採用橫波地震勘探。圖中可見，40 ms左右的同相軸為第四系地層內部的反射，同相軸連續性好、起伏小；140～220 ms為古河道及兩岸附近地層的反射，同相軸連續性好、起伏較大，其形態特徵反映了古河道的形態，河道埋深為28 m左右，視寬度約為130 m。
圖5-1-8 橫波t0時間剖面
二、在交通建設和維護中的應用
1.公路質量檢測
公路質量檢測的原始方法是採用鑽探取心法，該方法不僅效率低、代表性差，而且對公路有破壞。為了快速、准確和科學地評價公路質量，必須採用無損檢測方法。目前，常用於公路檢測的物探方法有地質雷達、瞬態面波法、高密度電阻率法和人工地震等方法。在這些物探方法中，由於地質雷達方法具有快速、連續、無損檢測的特點。因此，在公路質量檢測中得到更加廣泛的應用。
圖5-1-9 電磁波在公路剖面中的傳播
高速公路是由土基礎、二灰土、二灰碎石、面層等構成，由於空氣、瀝青面層、二灰碎石、土壤等介質的介電常數不同，電磁波將在其介質發生變化的界面產生反射波。圖5-1-9為電磁波在公路剖面中各界面的傳播、反射途經示意圖。圖5-1-10為電磁波在公路剖面中各界面的掃描示意圖。
圖5-1-10 電磁波在公路剖面中各界面的掃描
長春至四平高速公路採用瀝青路面，路面下為碎石墊層。路面分三次鋪設完成，設計路面厚度為25 cm。在工程竣工前採用地質雷達進行了路面厚度檢測。
工作中使用的地質雷達為SIR-2型，工作天線頻率為900 MHz。圖5-1-11為長春至四平高速公路上某段路面的地質雷達檢測剖面圖，圖中5.8 ns附近的強反射為瀝青面層與碎石墊層界面的反射，根據反射界面的雙程走時和電磁波在瀝青路面中的傳播速度計算出路面厚度。瀝青路面的電磁波速度採用實驗標定並進行統計後得到。檢測結果表明，由於二灰石墊層凸凹不平，導致瀝青路面厚度有較大變化，最薄為26 cm，最厚為43 cm。達到了設計的要求。路面厚度評價按國家公路路面結構層厚度評價標准進行。在經數據處理後的地質雷達剖面中讀取電磁波在面層中的反射波雙程走時，計算出面層厚度並作出厚度評價結果。
地質雷達方法在公路質量檢測中除可進行路面厚度檢測外，還可進行路基隱患（脫空、裂縫等）的檢測以及橋涵的質量檢測。有些學者開展了地質雷達對公路壓實度、強度及含水量的檢測研究，也取得了較好的檢測效果。
圖5-1-11 長春至四平高速公路某段路面的地質雷達檢測剖面
2.鐵路路基病害勘查
鐵路路基病害一般指鐵路路基平台頂部結構不堅實而且滲水，以及原填充物的不均勻性，經長期雨水沖刷和滲透，行車振動等所形成的一定規模的充坑，洞穴或渣石填充物。路基病害比較隱蔽，一旦受到外界因素影響造成塌陷，將直接威脅行車安全，因此，鐵路病害的勘查十分重要。
路基勘查中，由於受到電磁干擾、鐵軌干擾及行車震動干擾的影響，限制了一些地球物理方法的應用。因此，目前常用於對鐵路病害檢測的物探方法是微重力測量。
由於路基的病害地段和完整地段有一定的密度差異，為微重力測量提供了前提。圖5-1-12是法國波爾多至塞特鐵路線上路堤下喀斯特溶洞的微重力異常等值線圖，測量位置位於鐵路線巴爾薩克處，勘查對象是5 m高的路堤和路基部。圖中可見，在該帶中部有一處密度較大的地段（異常達3×10-1g.u.），這是一處過去曾進行過灌漿處理的地段。在過去處理時，由於突然塌陷，未能進行專門研究。在地段兩端出現-2×10-1～-6×10-1g.u.兩處異常，位於邊坡基部並向路基底下延伸。經對異常的解釋和鑽探驗證，證實在路基下3～6 m深處的灰岩中存在喀斯特溶洞。
圖5-1-12 波爾多至塞特鐵路線上路堤下喀斯特溶洞的測定和處理
鐵路路基多是用耕土堆墊壓實而成，如果出現路基病害，必將引起電性差異。路基位於地面以上（或潛水面以上），所以無論是洞穴或渣石充填物都可使勘探體積所涉及范圍內的視電阻率增大，由此對稱四極剖面會出現高阻異常。路基病害越嚴重，規模越大，高阻異常越明顯。例如，圖5-1-13是隴海路某段採用對稱四極剖面法實測曲線，採用AB=7 m，MN=1 m裝置，由圖可見，全線有三種病害形式：①較大洞穴或渣石填充物的嚴重病害段，視電阻率曲線值很高；②病害較重段，視電阻率曲線呈高低交錯；③輕度病害段，視電阻率較高，視電阻率曲線呈高低交錯。病害嚴重段的影響可至路基外側鋼軌下，是亟需處理部位。輕度病害段，短期內不會形成大的病害，可作為今後雨季的防範對象。
根據物探測量和鑽孔所提供的資料，可以確定出需要灌漿地帶，得出最佳的工程計劃。灌漿處理後，除打鑽檢查外，還可以進行微重力測量，以圈出灌漿不足或灌漿過量的地層。圖5-1-14是在一已知灌漿地帶，對灌漿後地層的重力異常變化，與計算機根據模型（用灌漿前的鑽孔資料製作的地質模型）計算出來的理論異常曲線對比圖5-1-14（a），可以看出，該地帶的右半部灌注未超出預計范圍，也未出現重力異常。在模型左半部出現剩餘異常，表明灌漿不足。圖5-1-14（b）是灌漿容量對比圖，圖5-1-14（c）是地質模型（沿Ⅰ號測線的剖面）。
圖5-1-13 路基勘查剖面圖（選段）
圖5-1-14 巴黎—斯特拉斯堡鐵路線上瓦朗吉維爾處
近年來，使用瞬態面波進行鐵路路基承載力的檢測也取得了較好的結果，為路基病害的確定和治理提供了可靠數據。
利用瞬態瑞雷面波法測試線路路基承載力時，由於受到行車影響，在測線布置時只能在枕軌外側或路肩上進行。由於瑞雷面波是一個體波，具有體積勘探的特點，因此可代表路基道心的實際情況。瞬態面波數據採集時使用面波儀和低頻檢波器測量。震源採用18磅大錘和鐵板。道間距隨著勘探深度的增大而相應增大。數據處理主要是求取頻率—速度頻散曲線，對頻散曲線經過反演擬合並結合路基的實際情況進行分層，計算出各層厚度及瑞雷波的層速度。通過頻散曲線上vR數值的大小可以定性地判斷測點處瑞雷波速度隨深度的變化情況和路基的相對強度特徵，vR較高區域反映路基強度較高，vR較低區域反映路基強度較低。
在部分瑞雷波測點上作輕型動力觸探（N10）值，根據鐵道部輕型動力觸探技術規定（TBJ18—87）將N10值換算為乘承載力σ0（σ0=8N10-20），然後將瑞雷面波速度vR與相對應測點的輕型動力觸探（N10）擊數進行數學統計分析，得到vR與N10的相關關系式：
環境地球物理教程
式中A、B為常數。當相關系數r＞0.7時，說明vR與N10是相關的，可用vR代替N10來計算承載力σ0的大小，即：
環境地球物理教程
根據此式可用vR定量計算路基的承載力。
圖5-1-15 承載力等值線圖
圖5-1-15為京廣線部分區段K2011+170—K2100+270段路基瑞雷波測試，並按上述換算關系（取A=91.07913，B=2.940517）換算得到的承載力等值線圖。圖中在K2011+230附近路基的承載力偏低，約為80 kPa。而在其兩側的路基的承載力相對偏高，約為180 kPa。此結果與現場實際的情況非常吻合。
3.隧道掌子面前方地質情況預報
在隧道挖掘過程中常因掌子面前地質情況不詳，在不良地質地段經常出現塌方、涌水等現象，嚴重時會造成人身傷亡和設備損壞等重大事故，造成巨大的經濟損失。因此，在隧道掘進過程中及時了解掌子面前方地質情況，特別是斷層、破碎帶等不良地質構造的規模和特徵，這對確保施工安全、合理安排掘進方案、掘進速度和支護措施至關重要。
隧道掌子面前方地質情況預報可分為中長距離預報和短距離預報，中長距離預報採用的物探方法一般是人工地震，短距離預報可採用地質雷達或聲波探測。
吉林省某公路隧道岩石以花崗岩為主，其中穿插有角閃岩及綠泥角閃岩破碎帶，岩石節理裂隙發育。在掘進方向上有兩組斷裂（走向為NNE及NNW）交替出現，與EW向小斷層及破碎帶相切割，形成屋頂形，易產生大塊脫落體。為了施工安全及合理設計掘進方案，採用人工地震和地質雷達相結合進行掌子面前方地質情況預報。人工地震方法的實施是在掌子面不同高程上水平布置幾條地震測線，用石膏在掌子面上等距離粘接檢波器，使用大錘在測線兩側激發和接收地震波。地質雷達方法的實施是在掌子面兩側洞壁及掌子面上水平布置雷達測線，使用100MHz天線等距離點測採集。
圖5-1-16為在樁號K241+138掌子面上人工地震中長距離預報的解釋結果，在K241+138—K241+063段有斷層3處，岩性異常帶一處。推斷位置為K241+115、K241+120、K241+136和K241+068。挖掘證明，有斷層2條（F115、F136），出露位置與推測位置相差1 m左右，走向近EW，斷距0.3 m。樁號K241+068處為破碎帶，寬度約10 m，系由偉晶岩及角閃岩多次侵入造成。
圖5-1-16 樁號K241+138地震中期預報結果示意圖
圖5-1-17 樁號K241+247雷達短期預報結果示意圖
圖5-1-17為K241+247掌子面上地質雷達短距離預報的解釋結果。洞兩壁檢測到斷層3條（F1、F2、F3），走向為NNE和NNW。按幾何關系推測，F1與F3在掌子面前方10 m附近相互交會，F2與F3在掌子面前方約35 m附近相互交會。掌子面上測量到前方斷裂5條，分別為F242、F239、F235、F230、F225，走向近EW，與F1和F3斷層相切割，洞頂極易形成塌落的塊體，對施工安全有嚴重危害。挖掘證明，掌子面上地震與地雷達探測所預報的結果與地質構造出露位置接近。根據預報的結果，施工單位及時調整掘進方案和掘進速度，採取了更合理的安全防範措施。
4.隧道襯砌質量檢測
隧道襯砌後，受諸多因素影響，襯砌混凝土可能出現厚度未達到設計要求或有脫空等質量問題。為及時發現襯砌質量問題，需對隧道襯砌質量進行快速和高解析度的檢測，為隧道工程的科學管理提供依據。在隧道質量檢測中最常用的地球物理方法是地質雷達方法。
地質雷達法進行隧道襯砌質量檢測的主要內容是混凝土密實性、脫空和襯砌厚度。檢測中一般採用500 MHz 或900 MHz高頻天線，檢測厚度可達幾十厘米。測線一般布置在隧道的拱頂、拱腰及邊牆三個部位（圖5-1-18），拱頂為隧道的正頂部附近，拱腰為隧道的起拱線以上1 m左右，邊牆為排水蓋板以上1.5 m左右。測量方式採用剖面法，測點間隔一般為幾厘米～幾十厘米，由測量輪跟蹤測量里程。
圖5-1-18 測線分布圖
隧道襯砌厚度檢測中，相關介質的物理參數如表5-1-1所示。
襯砌厚度評價，首先在地質雷達剖面上確認出混凝土與岩石界面間的反射波同相軸，讀取反射波雙程旅行時間，按公式h=v×計算出混凝土襯砌厚度，速度V可通過明洞地段或鑽孔資料標定。密實度的評價可根據探地雷達剖面反射波振幅、相位和頻率特徵劃分為密實和不密實兩種類型。不密實的混凝土體在雷達剖面上波形雜亂，同相軸錯斷；脫空體在雷達剖面上在混凝土與圍岩交接面處反射波同相軸呈弧形，與相鄰道之間發生錯位，依此特徵可計算出空洞的范圍。由於爆破使圍岩表面凹凸不平，因此，在確定脫空時應對剖面上的異常加以細致的分析和確認。
表5-1-1 隧道襯砌厚度檢測中相關介質的物理參數表
某公路隧道全長約1.6 km，為全面了解襯砌質量，在隧道即將貫通前開展了地質雷達檢測。該隧道襯砌類型有：Sm3、Sm4、Sm5，設計襯砌厚度分別為40 cm、35 cm、30 cm。圖5-1-19為里程號K21+390—K21+430區段邊牆測線的地質雷達剖面。該區段襯砌類型為Sm5。圖中10 ns附近起伏變化的同相軸為圍岩界面反射波同相軸，圖5-1-20為計算出的混凝土襯砌厚度曲線。
圖5-1-19 K21+390K21+430區段邊牆測線的地質雷達剖面
圖5-1-20 K21+390K21+430區段邊牆測線混凝土襯砌厚度解釋曲線
Ⅲ 工程地質縱斷面圖識圖
第一層，人工填土，第二層，依據表格和一般圖面表達為粘土、粉土，或者砂層
下面小圓圈一般代表卵石層了
Ⅳ 區域地質調查中剖面測制的目的和要求
1：萬區域地質調查是一項基礎性地質工作，其任務是將各種地質體及其界線按1：5萬比例尺精度填繪成地質圖，以查明區內地層、岩石（沉積岩、岩漿岩、變質岩）、構造以及其他各種地質體的特徵，並研究其屬性、形成環境和發展歷史等基礎地質問題，為國土規劃、礦產普查、水文、工程、環境地質勘查、地質科研、地質教學等提供基礎地質資料。
《1：5萬區域地質調查技術要求》（DD2006—××）對在不同岩石區測制各類地質剖面的目的、要求，做出以下明確規定。
（1）沉積岩剖面測制目的與要求
測制沉積岩地層剖面的目的是了解沉積序列的岩石組成、結構和接觸關系，正確建立工作區的岩石地層層序，合理劃分正式和非正式岩石地層填圖單元。在剖面上要詳細分層，逐層進行岩性觀察與描述記錄，並對重要地質現象（地層界線、沉積構造）進行素描和照相，系統採取岩礦、岩相、岩石地球化學樣品，逐層尋找和採集大化石及微體化石樣品，必要時採集人工重砂、粒度分析、古地磁等樣品，用宏觀與微觀相結合的方法研究地層中的各種地質特徵，視具體情況進行生物地層、年代地層、事件地層、層序地層、化學地層和磁性地層等多重地層劃分對比研究，為路線地質調查打下基礎。
（2）火山岩剖面測制目的與要求
測制火山岩剖面的目的是劃分火山地層，在研究劃分火山岩和沉積夾層的基礎上，結合火山岩地層的結構類型，劃分岩石地層單位和火山噴發韻律、旋迴，建立地層層序，確定火山噴發時代。查明火山岩岩石的礦物成分、岩石化學和地球化學特徵、岩石類型、結構構造、產狀、厚度、接觸關系、空間分布及其變化規律。在此基礎上劃分火山岩相類別。查明與火山活動有關的構造特徵，研究古火山機構，重點研究的火山機構必須測制岩性火山岩相剖面。在剖面上應系統採集岩礦、岩石化學、地球化學樣品，在沉積夾層中要注意尋找大化石或採集有關微體化石樣品，有選擇地採集同位素年齡測試樣品。
（3）侵入岩剖面測制目的與要求
測制侵入岩剖面的目的是對岩體（岩基）進行解體，劃分侵入體，確定侵入體間相互關系、侵位順序、侵入時代及其演化關系，研究就位機制；對同源岩漿演化系列的侵入體，可進一步歸並單元、序列；對岩漿混合作用（簡稱漿混）演化的侵入體，要在岩漿混合、分異、演化、就位機制研究基礎上，合理地劃分填圖單元。在侵入岩剖面上應詳細研究侵入體的各種基本特徵並系統採集岩礦、岩石化學和地球化學樣品，有選擇地採集同位素年齡測試樣品。
（4）變質岩剖面測制目的與要求
測制變質岩剖面的目的是確立變質岩構造-地（岩）層或構造-岩石填圖單元，劃分變質帶、變質相，歸納變質系和區分不同的構造變形域。低級變質的沉積岩和火山沉積岩原則上分別按未變質沉積地層和未變質火山岩地層進行，但應注意研究變質-變形作用的特徵及其相互關系。對中高級變質岩，要在查明岩層構造疊置序列，並研究其新老關系基礎上測制剖面，確定變質岩石（包括變質構造岩）的礦物成分、結構和構造、岩石類型及主要變質岩的岩石化學、地球化學以及變形特徵，恢復原岩；研究變質岩的原岩建造類型、探討其形成的大地構造環境，以及變質作用和成礦作用的關系；查明不同變質岩類型的空間分布以及它們之間的接觸關系並建立序次關系；查明變質變形作用特徵類型、劃分變質相帶和相系，研究其期次、時代及其相互關系，探討變質作用發生、發展的地質環境；建立地（岩）層序列和熱動力事件演化序列。
（5）第四紀地質體剖面測制目的與要求
測制第四紀地質體剖面的目的是查明第四紀地質體種類、物質成分、厚度、成因類型、接觸關系和分布范圍。研究第四紀地質體與地貌類型的關系，根據物質成分及其所處的地貌部位劃分填圖單位，建立堆積層序；調查第四系可能賦存的礦產、古風化殼、古土壤和古文化層；研究各類第四紀地質體形成時期及其與年代地層的對應關系；研究對工程有利和不利的第四紀地質體堆積物、地貌、新構造運動和現代動力作用。對第四紀和現代氣候敏感帶，不同氣候-生物組合交界帶、地殼活動帶、外動力高強度作用帶（江、河、湖、海岸帶與邊坡）、人為活動頻繁地帶的第四紀地質體堆積區都應進行重點綜合調查。在剖面上要詳細分層，逐層描述並系統採集各類樣品，如孢粉樣、微體化石樣、古地磁樣、地球化學樣、熱釋光、光釋光、電子自旋共振、14C等同位素年齡測試樣品。
（6）混雜岩剖面測制目的與要求
測製造山帶區混雜岩剖面的目的是進行基質和外來岩片（塊）的劃分、對比研究。對基質的劃分研究可根據基質的變質程度不同，分別按未變質沉積地層、未變質火山岩地層和變質岩剖面進行。在剖面上特別要注意岩片（塊）與基質之間、岩片（塊）與岩片（塊）之間接觸關系特徵的調查，分別按岩片（塊）和基質，對混雜岩內部物質組成逐層詳細描述，採集岩礦、古生物、岩相、構造定向、岩石地球化學、粒度分析、同位素測年等樣品，進行時代、岩相、變形和變質歷程研究。
（7）構造地質剖面測制目的與要求
剖面上的各種地質構造要素、構造形跡、構造疊加改造和交切關系均應詳實記錄，並附必要的素描和照片。各種產狀要素和所需參數要齊全，判別運動學特徵的現象和必要的數據要清楚，所述現象定性亦要基本准確。必要時在剖面上需進行地質構造野外統計測量，測量數據必須系統完整，具有代表性和客觀性，其屬性和期次關系清楚。對重要接觸關系，均應有專門的控制點，記錄內容應包括界面產狀、性質、界面特徵、界面上下地層的岩性、產狀、變質變形差異等。其時代應有資料依據。附必要的素描圖或照片，採集必要的標本。對區域性的斷裂帶和韌性剪切帶，必須有較系統的構造岩標本和有關樣品控制（如定向標本，岩組分析樣等）。對於構造剖面位置的選取，不僅要選取構造位置的強變形帶，還需要選取其遞進變形帶，以測全其遞進變形的過程。
簡而言之，剖面測制的目的是為了了解和掌握各種地質體的特徵、屬性、相互關系及區域變化，為合理劃分填圖單位和填繪地質圖服務，是區域地質調查中的一個重要環節。
Ⅳ 「斷面調查」是什麼
應該指的是大斷面測量吧，勾畫出斷面形狀，再根據多年的流量繪制水位流量關系用的，水文測驗裡面經常接觸的東西
Ⅵ 工程調查法分析頂板結構類型工程地質特徵
採用工程調查方抄法積累頂襲板結構的基礎資料。調查實際巷道的頂板結構參數，如結構面分布、層厚構成等；調查其他工程地質條件，如附近地質構造、埋深、岩體強度等；調查工程施工有關情況和參數，如巷道斷面、施工方法、支護方案和參數；巷道圍岩移動和破壞情況等，調查頂板結構與頂板穩定性關系。在大量調查基礎之上，分析煤巷頂板結構類型工程地質特徵和穩定性特點。
Ⅶ DGSS數字地質剖面現場調查方法
1.掌上電腦的GPS校正
為了保證實測剖面的精度，到達工作區，首先要對掌機GPS參數進行校正，其校正原理同傳統手持GPS一樣，這里不做贅述。得到校正參數以後，進入掌機剖面系統，第一個界面就有GPS設置，點擊進入，輸入相應的校正參數即可，例如：X＝-25，Y＝18，串口COM2，波特率4800（其中X和Y的參數根據野外實際工作地點確定，串口和波特率一般由掌機生產商指定）。
2.野外數字地質剖面資料採集流程與方法
（1）創建新剖面
在掌機中打開剖面系統中的「創建新剖面」，點擊進入，輸入要創建的剖面號，例如：PM303，其中「PM」要求為半形大寫英文字母，並且中間不能有空格，此項操作較為重要，否則會引起後續工作中剖面信息與小結一項的內容無法正常入庫、野外記錄無法保存等問題的產生。
（2）地質剖面工程中各項數據的充填
GPS起點採集至關重要，如果沒有一個精確可靠的起點坐標，後續所有操作都是失真的。野外在剖面起始位置處，打開掌機進入工程找到GPS起點，待衛星數據穩定後採集即可。
運用野外掌上電腦，對剖面導線測量庫、分層資料庫、產狀庫、采樣庫、化石庫、照片庫、素描庫以及剖面小結等剖面實際數據進行現場採集。回到室內後，運用DGSS數字填圖桌面系統數字剖面版塊進行系統整理與編輯。要充分利用桌面系統中的INSERT（插入）、ADD（增加）、DEL（刪除）、EDIT（編輯）這四個按鈕進行庫中資料的編輯，利用「保存寫庫」進行保存（圖11-4）。
圖11-4 數字剖面桌面系統編輯與計算庫
在剖面資料入庫的過程中，要按照導線測量庫在先分層資料庫在後的原則，新錄入數據時，僅需在相應資料庫下點擊「ADD」錄入即可。其中，在導線測量庫和分層資料庫的錄入中存在以下技巧，在導線測量庫的錄入時，新增導線的導線號會自動與當前選定的導線號對應增加，例如：當前選定導線號為「1—2」在導線測量庫下點擊「ADD」時，系統會默認新增導線號為「2—3」（圖11-5）；在錄入分層資料庫時，新增分層數據的導線號會默認的與導線測量庫中當前選定的導線號一致，在當前選定的分層號基礎上對應增加，例如：當前選定的導線號為「0—1」，當前選定的分層數據中分層號為2，在分層資料庫下點擊「ADD」時，系統會默認分層線號為「0—1」分層號為「3」。
圖11-11 剖面工作量統計功能
Ⅷ 地球物理方法對海洋平台場址調查的應用與探討
馬勝中
（廣州海洋地質調查局 廣州 510760）
作者簡介：馬勝中，男，1968生，1990年畢業於中國地質大學（武漢），工程碩士，高級工程師，從事海洋環境地質、災害地質和綜合地質地球物理研究工作。E-mail：sz-m＠163.com。
摘要 海洋石油鑽井平台的安全就位和穩定施工，與井場區海底的工程地質條件密切相關。地球物理探測技術作為一門綜合性較強的科學技術，在海洋工程地質和海洋災害地質調查中有著不可替代的作用。實踐證明，採用測深、側掃聲吶掃描、淺地層剖面、單道地震、高解析度2D地震和海洋磁力測量等地球物理探測手段進行綜合調查，對鑽井平台場址周圍海域的地形變化和潛在地質災害因素，具有很好的揭示作用。
關鍵詞 平台場址調查 海洋地球物理探測 海洋地質災害
1 前言
隨著我國經濟的發展和戰略儲備的需要，我國原油勘探開發的重點由陸地逐漸轉向海域。我國近海海底蘊藏著豐富的礦產資源，現已探明石油資源量達246×108 t，天然氣15.79×1012m3，佔全國油氣總資源量的23％。然而在油氣開發中，屢屢遭到海洋地質災害的破壞，不均一的持力層多次造成渤海、珠江口盆地鑽井平台的傾斜和位移，使國家蒙受重大經濟損失。
鑽井平台場址災害調查在石油鑽井之前進行，既要探測諸如斷層、淺層氣地層情況以應對鑽井或採油時發生的井架倒塌、井噴、著火和溢油等災害，又要調查與鑽井平台基礎有關的土工問題，以避免事故和災害發生。據資料，1955～1980年間，美國每年發生鑽井船基礎嚴重破壞的事故3～4起，經濟損失和人員傷亡巨大。海洋結構物場地調查是確定影響固定式平台和海底管線等工程結構物的設計、布局、施工及安全操作的工程地質條件。1969年，卡米爾颶風襲擊密西西比河三角洲，引起海底大面積土體滑移，造成3個平台破壞，損失1億多美元［1］。可見，海洋石油鑽井平台場址調查研究在油井鑽探開發中有著重要的作用。我國海洋石油開發工作起步較晚，直到20世紀80年代初，我國才真正開始海洋工程地質勘察工作，近十年來，我們對石油鑽井平台場址調查研究做了許多實驗工作，隨著調查技術的不斷進步，研究正向深海挺進。
海洋平台的設計和建造需對平台場地進行包括海底地形地貌、海底表層、淺地層結構等內容的海洋工程地質勘察，從地貌、沉積物特徵和地質測年等方面，利用實測的和平台設計用的海洋水文資料以及場地內土的物理力學參數，對海底穩定性進行分析計算，並在分析研究的基礎上，進行場地的海底穩定性評價。
2 海洋常見災害地質類型
海洋常見的災害地質類型［2-5］如下：
活動斷層、地震和火山等。它們不僅可能對海底構築物造成直接破壞，而且地震可能誘發滑坡、濁流、沙土液化等其他災害。
滑坡、崩塌、濁流和泥流等，它們的活動可能對鑽井平台、海底管線構成直接破壞。
海底沙丘、海底沙波、潮流沙脊、沖刷槽、凹凸地和淺谷等，屬於地貌類型的災害，其分布和氣象水文條件有關。
淺層氣、泥底辟、軟弱夾層、可液化砂層等。它們呈承壓流體、塑性體狀態存在於第四紀淺地層中。當海底構築物基礎觸及這些地質體時，都有可能發生災害。
埋藏古河道、埋藏古湖沼、埋藏起伏基岩面、埋藏珊瑚礁等。它們一般是淺地層中的透鏡體，當鑽井平台樁腳插入不同地質體時，由於持力不均會導致平台歪斜，甚至傾覆。
3 地球物理方法對平台場址調查的應用和研究
3.1 海底地形地貌探測
海底地形地貌探測包括單波束測深、多波束測深和旁側聲吶等，是通過探測聲波在水下或岩土介質內的傳播特徵來研究岩土性質和完整性的一種物探方法，只是它們使用的聲波頻率和強度有差異，高頻能提高解析度，而低頻則能提高聲波的作用距離和穿透深度［6～9］，目前很多探測系統都採用雙頻或多頻探頭結構，提高儀器的探測能力。
3.1.1 單波束測深和多波束測深
單波束測深系統是利用其換能器從水面向海底發射一束聲脈沖，聲波傳到水底界面被反射，再回到換能器被接收，通過時間函數的轉換，形成一組時間離散的數字量系列，進行實時處理，而在記錄紙上直接顯示測線上連續起伏變化的海底剖面。反映了海底表面形態的凸凹性質、高差大小和延伸范圍（發育規模）。
多波束測深系統是一種由多個感測器組成的復雜系統，在測量斷面內可形成十幾個至上百個測點點條幅式測深數據，幾百個甚至上千個反向散射數據，能獲得較寬的海底掃幅和較高的測點密度，它具有全覆蓋、高精度、高密度和高效率的特點。測深資料反映了海底表面起伏變化、高差大小和延伸范圍，利用計算機處理和繪圖技術，可製成所測海區海底地形圖。
3.1.2 側掃聲吶掃描
側掃聲吶技術運用海底地物對入射聲波反向散射的原理來探測海底形態，能直觀地提供活動形態的聲成像。旁側聲吶是一種高解析度、多用途的水聲設備，在海洋測繪、海底目標探測（如探測沉入水底的船、飛機、導彈、魚雷及水雷等）、大陸架和海洋專屬經濟區劃界、海洋地質、海洋工程、港口建設及航道疏浚等方面有廣泛的應用。
側掃聲吶採用深拖型側掃聲吶系統，使用雙頻頻率100/500 kHz，量程100/200 m，拖體距離海底10～30 m，可以獲取海底表面的各種目標探測物，獲取的聲吶圖像質量較高，可以分辨出海底表面的管道和電纜，海底物體的高度可以根據物體的陰影來確定。幾種地球物理方法同步作業可以相互印證（圖1）。
圖1 側掃聲吶和單道地震剖面顯示的災害地質類型
3.2 中、淺地層探測
3.2.1 淺地層剖面測量
淺地層剖面測量系統是探測海底以下30 m內的淺層結構、海底沉積特徵和海底表層礦產分布的重要方法之一。淺地層剖面系統的發射頻率較低，一般在2.5～23 kHz之間，產生聲波的電脈沖能量較大，發射聲波具有較強的穿透力，能夠有效穿透海底數十米的地層［10～11］，地層解析度在8 cm以上。它可以提供調查船正下方地層的垂直剖面信息，它可以准確地反映出地層界面及可能存在的淺層氣、淺斷層和古河道等海底地質災害因素或其他物體（如管線）。淺地層剖面儀的穿透深度則因工作頻率和海底沉積物類型的不同而異。
淺地層剖面測量系統採用德國INNOMAR公司SES-96參量淺層剖面系統，外接涌浪補償系統，可輸出水深數據。採用發射功率18 kw，主頻100 kHz，差頻4～12 kHz，在平台場址調查中一般使用差頻8 kHz，探測到的地層解析度較高，淺海可以探測管道，可以與磁力探測相互驗證。
3.2.2 單道地震剖面測量
單道地震記錄系統由單道數據採集處理系統、震源系統、信號接收電纜、EPC記錄儀組成。主要用於了解海底以下200 m范圍內的中、淺地層結構、沉積特徵。
單道地震與油氣地震勘探技術具有相同的工作原理。單道地震探測採用的震源能量小、頻帶寬（幾十赫茲到幾千赫茲）、主頻高（幾百赫茲到上千赫茲），一般選用電火花和氣槍作為震源，能量從幾十焦耳到幾千焦耳，地層的穿透深度從幾十米到數百米。
海上最常用的震源有空氣槍和電火花二種，在平台場址調查中一般使用電火花震源，震源系統由震源控制箱、聲源裝置（電極、聲脈沖發生器）組成。
如英國的CSP1500震源系統，主要包括CSP1500震源控制箱、SQUID500型電極、SQUID2000型電極或AA200型BOOMER組成電火花震源，該震源的激發能量級別為100～1500J，而且重復激發所需的時間較短。法國的SIG800J震源系統，採用120或200極魚骨型電火花電極，能量輸出270J、540 J和800J。在平台調查中一般選擇250～800J的激發能量，激發間隔0.5 s（圖2）。荷蘭的GEO-SPARK 10kJ震源系統，GEO-SPARK2×800型電極能量輸出在100～10000 J之間，最大工作水深為4500 m，最大穿透深度為750 ms，可以滿足深水井場調查的需要。
我們選用法國的SIG16 4.8.12型和SIG16 12.12.34型水聽器，英國的AAE20單道信號接收電纜，荷蘭的GEO-Sense信號接收電纜，檢波器按0.15～1 m的間隔並聯組成，該接收電纜具有較高的靈敏度和較寬的頻率響應，適用於高頻反射信號的數據採集。
記錄儀器與以上震源和水聽器配套使用的是DELPHSEISMIC數據採集系統。該系統不僅可以主動控制震源每秒的激發次數，而且通過連接GPS導航系統，能夠時時記錄每一炮道的經緯度坐標，便於精確定位。該儀器的動態范圍90db，16位模數轉換，而且具有極高的采樣頻率，在與BOOMER震源配合使用時，其采樣率高達6000～10000 Hz，極高的采樣頻率更有利於高頻有效信號的接收。在海上單道地震數據採集過程中，可以通過控制測量船的速度來調整記錄道間的距離，船速越慢，道間距越小，地震波組的連續性越好。在震源每秒激發二次的情況下，測量船體以3.5節的速度航行，地震記錄道間的距離小於1 m，可見，該方法更適用於高精度的淺層地震勘探。
在資料處理流程中，採用有效的方法技術對數據進行信噪分離，削弱多次及繞射等干擾波的影響，可進一步提高單道地震記錄的信噪比和解析度，圖3（左）清楚顯示了淺層氣及其沿著斷層上升，紅色橢圓圈著的反射波為強振幅，反射同相軸反轉，具明顯的反相特徵；圖3（右）顯示了各種形態的埋藏古河道。
圖2 單道地震剖面
圖3 單道地震剖面顯示的淺層氣和埋藏古河道
3.3 高解析度2D多道地震剖面測量
高解析度2D地震資料的採集一般使用48道或96道多道地震電纜，為了避免虛反射對高頻成分的壓製作用，震源和檢波器電纜的沉放深度比較淺，一般震源的沉放深度3m，一般電纜的沉放深度4 m，地震震源一般是小容量GI氣槍震源或套筒槍組合震源，以保證產生高頻率的地震子波。這種方法採集到的地震資料頻帶可達20～350 Hz，比常規的地震採集資料的頻帶（20～50 Hz）要高得多，完全可以滿足識別薄層及地層結構的需要，提高了精度。
3.4 海洋磁力測量
磁法是利用地下岩礦石或者岩土介質之間的磁性差異所引起的磁場變化（磁異常）來尋找有用礦產，查明地下構造和解決其他地質問題的一種探測方法。磁力是解決工程地質調查中探測含磁性物體的有效手段。在各種調查中，我們使用GS880銫光泵磁力儀和SeaSPY海洋磁力儀，針對不同的研究目的分別採用不同的調查方法，均能獲得滿意的效果。它的優勢在於不僅能夠探測暴露於海底的磁性異常體，同時對於覆蓋於海底以下的磁性異常體也有效。
在調查中的應用，由於海底光纜路由海域存在著已經敷設過的海纜（包括海底通訊電纜、電力電纜和光纜等），經過歲月的變遷，這些海纜在海域中的坐標有了變化，有的是否還存在也不明確；另外，過去敷設海纜時的定位儀存在較大的誤差，為了探明光纜路由線交匯的海底電纜的精確位置，必須對光纜路由進行探測。在平台場址調查中，使用加拿大MarineMagnetics公司生產的SeaSPY海洋磁力儀進行勘察，結合旁側聲吶和淺地層剖面共同進行探測。圖4是淺地層剖面探測到的管道，當磁力儀探頭穿過電纜時測得的磁異常曲線，旁側聲吶掃描到的電纜和平台，磁異常的幅值一般可達幾十到上百nT。
圖4 淺層剖面、磁力和側掃聲吶探測到的管道、電纜和採油平台
4 結論與討論
平台場址地質調查的方法主要有兩種：一種為地球物理方法，另一種為地質取樣方法。目前地球物理方法應用得比較廣泛的是單波束測深或多波束測深、側掃聲吶、淺層剖面探測、單道地震、高解析度2D地震和磁力測量等，以上六種水下探測系統在高精度的定位系統的支持下配合使用，可使我們獲得平台場址內三維的工程地質條件，特別是危害工程建設的各種災害地質現象的形態、規模、位置及其發展趨勢等性質。其優點是比較經濟、快速，對各種地球物理勘探方法都有各自解決某一方面地質問題的能力，各有優勢和局限性。因此，在調查時要視調查的目的與要求，採用多種方法進行綜合調查，使各種方法優勢互補，以便取得最佳的成果。根據20多年來的實踐經驗，採用以高解析度地震為主的綜合淺層物探技術，同時在井位和預計拋錨位置進行2～3 m長的地質重力取樣和地質淺鑽，物探和地質取樣相互結合，是了解海洋地質災害因素、災害的類型以及海洋工程地質有關問題的行之有效的調查方法，它能夠既經濟又快捷地為業主提供資料。
參考文獻
［1］顧小芸.海洋工程地質的回顧與展望［J］.工程地質學報，2000，8（1）：40～45.
［2］金慶煥，李唐根.南沙海域區域地質構造［J］.海洋地質與第四紀地質，2000，20（1）：1～8.
［3］劉光鼎，陳潔.中國前新生代殘留盆地油氣勘探難點分析及對策［J］.地球物理學進展，2005，20（2）：273 ～275.
［4］陳潔，溫寧，李學傑，南海油氣資源潛力及勘探現狀［J］.地球物理學進展，2007，22（4）：1285～1294.
［5］劉錫清，劉守全，等.南海災害地質發育規律初探［J］.中國地質災害與防治學報，2002，13（1）：12～16.
［6］Spiess F N.Seafloor research and ocean technology［J］.MTS Journal，1987，21（2）：5～17.
［7］Wille Peter C.Sound Images of the Ocean in Research and Monitoring ［M］.Berlin：Springer，2005.
［8］Fish J P，Carr H A.Sound Reflections（Advanced Applications of Side Scan Sonar）.Oreans：Lower CapePublishing，2001.
［9］金翔龍，海洋地球物理研究與海底探測聲學技術的發展.地球物理學進展，2007，22（4）：1243～1249.
［10］Dybedal J.Kongsberg Defence ＆Aerospace AS.Training Course TOPASPS 018 Parametric Sub-bottom Profiler System，2003.
［11］Dybedal J .Kongsberg Defence ＆Aerospace AS.TOPASPS 018 Operator Manual，2002.
Marine Geophysical Survey Techniques and Their Applications to Well Site Survey
Ma Shengzhong
（Guangzhou Marine geological Survey，Guangzhou，510760）
Abstract：The safety of marine oil drilling platform is closely related to the submarine engineeringgeological conditions of the well site.Geophysical technique has an irreplaceable role in marineengineering and hazard geological survey.Practice proves that，using geophysical instruments in-cluding echo sounder，sidescan sonar，sub-bottom profiler，single-channel seismic，high resolu-tion 2D seismic and marine magnetometer etc.to carry out a comprehensive survey can efficientlyreveal the topography and potential geo-hazards of the well site area.
Key words：Well site survey Marine geophysical survey Submarine geo-hazards
Ⅸ 區域地質調查工作概況
由於前蘇聯長期地勘工作成果的積累和俄羅斯近十幾年的努力，俄羅斯在國家地質填圖、深部地質調查、水文地質調查、工程地質調查和生態（環境）地質等基礎地質方面，取得了許多成果和進展，使國土的地質研究程度達到了較高水平（劉燕平，2007e； 羅永國，2006； 中國地質調查局發展研究中心，2004）。
2009年，已編制了俄羅斯聯邦89個聯邦主體和7個聯邦區的GIS地質內容圖集，總數超過1000幅。1995～1996年出版了第一版1：1000萬比例尺的 《俄羅斯地質圖集》，圖集包括地質圖、構造－建造綜合體圖、地球動力學圖和地質環境現狀圖等4種共40幅圖和說明書，是最新的有關俄羅斯地質、地球物理、地球化學和生態學制圖成果和專題總結。
1：100萬比例尺地質制圖是俄羅斯小比例尺地質制圖工作的重點，20世紀60年代前蘇聯完成並出版了第一代地質圖，90年代末完成並出版了第二代地質圖，現俄羅斯進行第三代地質圖的編制工作。
中比例尺地質填圖是俄羅斯地質填圖工作的重點。到2001年初，全俄85％的領土完成了1：20萬比例尺的國家地質填圖工作，到2002年出版和2002年以後出版的同比例尺國家地質標准圖幅3816幅，佔全俄陸地總圖幅4670幅的81.7％。按照1995年制訂的編圖規范編繪了470 ～500幅1：20萬比例尺整套圖件，地質、礦產、預測評價、地質生態等方面的信息達到了現代水平的要求，這些圖件約佔俄羅斯同比例尺總圖幅的11％。尚有大片地區屬1：20萬比例尺地質填圖空白區（99個標准圖幅）。在地質填圖方面的問題是，1：20萬比例尺已出版的圖幅普遍老化，有一大批區域地質測量是在40～50年前完成的，只用了少量原始的地表調查方法。由於經費銳減，1：20萬比例尺地質填圖面積逐年減少，同比例尺國家地質補充研究亦明顯減少。按照規劃，為了提高俄羅斯國土和大陸架的研究程度，至2012年，1：100萬比例尺研究區要增加130萬平方千米，1：20萬比例尺研究區增加9萬平方千米。
到1995年，1：5萬比例尺地質填圖完成面積佔全俄面積的23.2％。在已完成的1：5萬比例尺地質填圖圖幅中，符合現代要求的僅佔5％～10％。從1991年起，1：5萬比例尺地質填圖工作不再由聯邦預算和聯邦主體預算撥款，改由訂貨人（采礦部門、礦山企業和其他企業）支付費用，致使1：5萬比例尺地質測量工作終被取消。這樣做的結果導致礦產預測和普查效果明顯下降，對礦物原料基地的再生產產生嚴重影響。
俄羅斯繼承了前蘇聯深部地質調查方面的工作，在科學鑽進、地球動力學實驗、地學大斷面調查、深部地質填圖和深部地質作用地表顯示研究諸領域，主要是在以前工作所獲資料的基礎上進行了必要的綜合分析研究。為了開展地殼和上地幔深部地質調查工作，開始建立國家基準地球物理剖面、參數井和超深井網（圖2－5），其中包括用綜合地球物理、地球化學方法在5條陸上剖面和1條海域剖面上進行地學剖面調查和打參數井。計劃至2012年，在已完成基準剖面和基準井（已完成1930延長千米的基準剖面和2700延長千米的參數井）的基礎上，繼續研究地球的深部構造。
圖2－5 俄羅斯深部地質構造研究圖（引自А.Н.Лабутин и др.，2009）
俄羅斯於20世紀90年代末完成了第三代1：100萬水文地質圖編圖工作。到2001年初，1：20萬比例尺水文地質填圖面積占國土面積的31.7％。俄羅斯探明的飲用地下水源地及其地段有4000多個，其開采儲量超過0.85億立方米/晝夜。到2001年初，俄羅斯1：20萬比例尺工程地質填圖面積占國土面積的14.2％。俄羅斯生態地質填圖工作起步較晚，20世紀90年代以來開展了1：100萬、1：20萬和1：5萬比例尺生態地質測量工作，因資金短缺，每年完成的填圖面積數量有限。由於同樣的原因，最近十幾年來，俄羅斯水文地質和工程地質填圖工作進展緩慢，工作量逐年減少，沒有新開圖幅，只是對部分圖幅做些補充研究和修編工作。
俄羅斯大陸架面積620萬平方千米，佔世界海洋大陸架總面積的21％。總起來看，俄羅斯大陸架的地質－地球物理研究程度還是比較低的。就是在大陸架研究程度最高的地段（薩哈林大陸架和巴倫支海大陸架），地震觀測的密度也很少超過1千米/平方千米。到2007年1月1日，在俄羅斯大陸架上共完成了大約125.5萬延長米的地震剖面，打了223個深鑽，其中北冰洋西部大陸架（巴倫支海、伯朝拉海和喀拉海）70個，東部大陸架91個，南部幾個海的海域51個，波羅的海11個（圖2－6）。出於政治、經濟和軍事的戰略考慮，前蘇聯和俄羅斯一直在進行海洋地質和礦產的調查工作。早在20世紀60～70年代蘇聯時期，就完成了俄羅斯大陸架的1：100萬比例尺地質測量，編制出一系列圖件。到2001年1月1日，共出版了8幅大陸架1：100萬比例尺第二代地質圖，另有10幅正在編制和出版中（俄羅斯大陸架共有50個1：100萬比例尺標准圖幅）。在裏海和亞速海進行了包括生態地質填圖在內的1：20萬比例尺地質填圖。開展了日本海和鄂霍次克海大陸架1：20萬比例尺地質填圖。
圖2－6 俄羅斯大陸架研究程度圖（引自В.Д.Каминский и др.，2009）
Ⅹ 堆積體工程地質特徵
下咱日堆積體是壩址區體積最大的一個堆積體，由於緊靠壩址上游左岸，堆積體下游部分為電站進水口，研究下咱日堆積體的空間工程地質結構以及對其穩定性問題做出合理的分析判定，對於電站在施工及運營期間的安全性具有重要的意義。該堆積體分布高程從河邊至高程 1920 m，面積約 1. 5 km2，估計方量約 9800 × 104m3。
下咱日堆積體分布於金沙江左岸上、下壩之間，根據堆積體的空間分布 ( 分布高程)及對工程的影響程度，大致以下咱日溝為界將堆積體分為Ⅰ、Ⅱ兩個區 ( 圖 6. 1. 1) 。Ⅰ區分布於上壩址左岸，下咱日溝西南側，靠河邊地形平緩且薄，地形較陡且厚度較大地段比正常蓄水位高約百餘米，對樞紐建築物影響較小; Ⅱ區分布於下咱日溝北側，緊鄰樞紐建築物，其分布位置及高程不僅影響樞紐建築物的布置，且水庫蓄水後堆積體的穩定對大壩的安全具直接影響，因此，勘察的重點、研究的重點皆在堆積體Ⅱ區，本次研究工作的重點亦為Ⅱ ( 以下所述內容均針對Ⅱ區) 。
圖 6. 1. 1 下咱日堆積體工程地質平面圖
6. 1. 1 堆積體空間分布特徵
6. 1. 1. 1 下咱日堆積體分布區地形特徵
根據堆積體分布區 1∶2000 地形等高線圖，為了能夠更直觀地分析堆積體的空間形態特徵，我們建立了下咱日堆積體三維地形等高線雲圖 ( 圖 6. 1. 2) 及坡度分布雲圖 ( 圖6. 1. 3) 。從中可以清晰看出整個堆積體大約分布有兩個較緩的台地，即: 高程 1540 ～1560 m 及高程 1610 m 以上，其地形坡比約為 10% ～ 32% 。其中高程 1560 ～ 1610 m 附近形成一陡坎，其地形坡比大約 95%。該陡坎上部為膠結較好的硬殼層，下部為具有較好層理狀結構並且具有一般膠結的礫石層，由於兩者強度上的差異在有些部位發育有 「洞穴」( 圖 6. 1. 4) ，甚至在局部還伴有局部小范圍的坍塌現象。
為了研究下咱日堆積體的分布區的地表水文地質特徵及空間流域分布，在研究過程中對其地表形態進行分析，建立了堆積體分布區的空間流域分布圖 ( 圖 6. 1. 5) 。從圖中可以看出，堆積體分布區主要地表徑流排泄通道為下咱日溝，該溝在分析區內其流域面積約為 8. 85 ×105m2。其餘由於常年的沖刷在堆積體表部 ( 尤其是下部台地) 處形成幾條較大的沖溝，也成為堆積體分布區內的小范圍的流域排泄通道 ( 圖 6. 1. 5)
圖 6. 1. 2 下咱日堆積體空間等高線分布
圖 6. 1. 3 下咱日堆積體空間坡度分布
圖 6. 1. 4 下咱日堆積體陡坎處分布的 「洞穴」
圖 6. 1. 5 下咱日堆積體空間流域分布
圖 6. 1. 6 顯示了水庫蓄水到正常設計水位高程 ( 1618 m) 時的堆積體的淹沒情況，下部紅色區域為水庫淹沒區，上部黃色區域為非淹沒區。從圖中可以看出，水庫蓄水後堆積體的陡坎及以下部分將處於水下。
圖 6. 1. 6 下咱日堆積體水庫淹沒分析
6. 1. 1. 2 堆積體三維空間結構及規模
為了探明堆積體的規模、成因及分布規律，中水顧問集團昆明勘察設計研究院針對堆積體共布置勘探鑽孔 19 個、勘探平洞 6 個、豎井 2 個，同時開展部分物探工作。各勘探點及勘探剖面布置見圖 6. 1. 1。根據現場鑽孔資料，堆積體最大厚度可達 118 m。
為進一步研究下咱日堆積體的三維空間結構形態特徵及其分布規模，以便為電站後期的設計及施工階段提供可靠的依據，我們根據現場地面調查、地形圖 ( 1∶2000) 、地質圖 ( 1∶2000) 、已有的上述鑽探及物探等資料建立了其相應的三維空間結構模型( 圖 6. 1. 7、圖 6. 1. 8) 。
從圖中可以看出下咱日堆積體總體上像一個裝滿東西的 「勺子」，其中部厚度較大，基覆面 ( 基岩與堆積體接觸界面，以下同) 中部下凹，呈 「勺」狀或 「鍋底」狀。從縱向上看，堆積體的底界面在三維空間總體上呈現為傾向河谷，傾角也由 35°左右逐漸變為水平，甚至前緣靠江邊部位出現反翹現象 ( 如Ⅲ、Ⅳ號剖面) ( 圖 6. 1. 8) 。橫向上，沿河谷方向，堆積體底界面總體上為傾向下游並在上、下游兩端逐漸翹起，且具有堆積體的厚度上游相對較薄、下游相對較厚的趨勢。
此外，從鑽孔勘查資料表明在基覆面的某些部位仍然保存有磨圓度很好，岩性成分相當復雜、含有不少本地區沒有的花崗岩類的卵礫石 ( 圖 6. 1. 9) ，且大都已經呈現完全膠結或半膠結成岩狀態，顯然是金沙江自上游數百公里外搬運而來。因此，在堆積體形成之前的一段時間內該部位應為古金沙江的古河槽 ( 圖 6. 1. 10) 。
圖 6. 1. 7 下咱日堆積體三維空間結構
6. 1. 2 堆積體工程地質結構
根據現場工程地質調研及鑽孔、平硐 209 等勘探資料，對下咱日堆積體主剖面 ( Ⅲ-Ⅲ剖面) 進行工程地質結構分區 ( 圖 6. 1. 11) ，並建立了其相應的三維工程地質結構分區( 圖 6. 1. 12) 。從上往下依次為:
6. 1. 2. 1 膠結、半膠結的砂、卵礫石層
該層位於堆積體的前部，其主要成分為具有層理狀的膠結、半膠結的砂、卵礫石層，組成物質成分較雜，以灰岩、玄武岩居多，部分為花崗岩、砂岩等卵、礫石。具 PD209及 PD221 揭露該層部為一層厚度較薄的膠結硬殼層，局部分布有崩坡積層、河流相沉積的卵礫石層及較大的滾石物質 ( 滾石最大可視粒徑可達 10 m) 。
圖 6. 1. 8 下咱日堆積體三維形態特徵
為進一步認識該層粒度分布特徵，分別在 PD209 內分別選取了四個試樣點進行了相應的粒度篩分試驗 ( 圖6. 1. 13) ，由於現場條件限制粒度篩分試樣大小為20 cm ×20 cm ×20 cm，且粒徑范圍為大於 1 cm 的顆粒。從頻率分布柱狀圖上可以看出在粒度分析范圍內絕大部分粒度小於 1 cm，粒徑 ＜1 cm 的顆粒最大可達 60%以上，平均含量約為 47. 2%。
通過鑽孔及平洞揭露，該層內部夾有粉細砂層。但通過地表調查及勘探成果分析，該層內部的粉細砂層在空間上的分布呈透鏡狀 ( 圖 6. 1. 14) ，分布不連續，其延展長度一般小於 5 m，且較為緻密並呈半膠結狀態，不具有成層性。從總體上不構成連續性的軟弱界面，不會影響堆積體的穩定性。
6. 1. 2. 2 土石混合體層
該層為冰磧成因的土石混合體層，具泥質膠結或呈架空結構特徵，其含石量大於40% ，現場平硐揭示，最大粒徑可達 3 m 左右，組成物質絕大部分為灰岩、玄武岩。
圖 6. 1. 9 鑽孔揭露堆積體底界 ( 基覆面) 分布的卵礫石層
圖 6. 1. 10 下咱日堆積體分布區古河槽及今河槽基岩面等高線 ( m) 圖
根據平洞 209 揭露，該層土石混合體在內部細觀結構上從坡體外部到內部大致可以劃分為兩個亞層 ( 圖 6. 1. 15) : 具有泥質膠結的土石混合體層及具有架空結構的堆石體層。其內部塊石粒徑較大，具有一定的磨圓度。其中具泥質膠結的土石混合體層，塊石構成的骨架內部空隙被粘土及粉土充填，填充成分較為緻密，透水性較弱; 具有架空結構的堆石體內部大塊體構成的骨架內部有粒徑較小的塊體填充，且塊體內部排列緊密，呈高度壓密狀態，深部可見局部有少量泥質充填成分。但從整體上這兩個亞層沒有明顯的界線，基本上呈逐漸過渡趨勢。
為了明確下咱日堆積體內部分布的這兩類岩土介質的粒度組成，為其抗剪強度研究提供依據，我們採用數字圖像處理技術對 PD209 所揭露的這類岩土體進行了大面積粒度分析試驗。
根據現場斷面特徵，選取土石閾值為2 cm，即: 粒徑 ＜2 cm 的顆粒將被視為 「土體」成分。因此對圖像所顯示的粒徑大於 2 cm 的顆粒進行統計，圖 6. 1. 16 顯示了兩組圖像顆粒提取過程。
圖6.1.11 下咱日堆積體地質結構剖面圖
圖 6. 1. 12 下咱日堆積體三維工程地質結構分區
圖 6. 1. 13 砂卵礫石層粒度分析成果
圖 6. 1. 14 下咱日堆積體內部呈透鏡狀分布的粉細砂層
圖 6. 1. 15 PD209 揭露的下咱日堆積體內部土石混和體層
圖 6. 1. 16 基於數字圖像處理技術對 PD209 內揭露冰水堆積層( 土石混合體) 進行粒度分析
根據上述方法，我們共對7組圖像進行了相應的粒度分析，累計分析總面積約26m2，圖6.1.17。從圖中可知該土石混合體的含石量(粒徑大於2cm的顆粒)分布范圍為30%～70%之間，平均含石量約52%，根據水利部行業標准《土工試驗規程》(SL237-1999)中的土的分類標准，該層岩土體應屬於混合巨粒土—巨礫混合土范疇。從圖6.1.16圖像處理圖上還可以看出該層土石混合體粒度分布及其不均勻。
圖6.1.17 各粒度分析試驗成果圖
6.1.2.3 基岩
二疊繫上統玄武質噴發岩(P2d)，其岩性主要為灰、灰黑及紫灰色的玄武岩、杏仁狀玄武岩及火山角礫熔岩等，該層從上到下又可分為全風化、強風化、弱風化及新鮮基岩。根據鑽孔揭露顯示，除堆積體上部及Ⅲ號剖面揭露為全風化或強風化接觸外，絕堆積體下伏基岩大部分為弱風化玄武岩體。基岩接觸面處，根據鑽孔揭露堆積體物質基本處於超固結或膠結、半膠結狀態(圖6.1.18)，接觸較為緊密，不可能成為堆積體失穩的軟弱界面。