1500工程地质断面调查
Ⅰ 海岸工程地质条件
环胶州湾海岸区域工程地质条件受地形地貌、地层岩性、地质构造、水动力条件等因素的控制，不同地区上述诸因素存在着差异。详细研究近海不同地区的工程地质条件，对海岸带规划、工程地质环境适宜性、沿海工程建设和地质环境保护等方面均具有重要意义。
7.1.1 地形地貌
根据旁测声呐扫描、水深测量以及浅地层剖面资料，对青岛近海地貌体系特征进行了研究，按地貌成因将其划分为潮流地貌、潮汐河流复合地貌、海滩浪成地貌和人工地貌4个大单元。
(1)潮流地貌
潮流是半封闭海湾和开阔岸浪击面(一般水深20m)以下塑造海底地貌的主要营力，该现象在胶州湾表现明显。
胶州湾是一个半封闭的港湾，潮差大，波浪作用较弱，往复流成为控制湾内沉积作用的主要动力。湾口受基岩岬角地形的限制，口门狭窄，涨、落潮流在通过口门时，由于胶州湾口门的“狭管”效应，潮流加强了对底部的冲刷，使得湾口被侵蚀成沟槽。底部侵蚀的物质，在涨、落潮流的带动下，涨潮在湾内沉积，落潮在湾外堆积，形成涨、落潮流三角洲。在地貌形态上，湾口处为主潮道，向湾内呈分支状散开成为分支潮道，形成涨潮三角洲上的沟－脊相间地形，潮流沙脊为涨潮三角洲上的次级地貌形态。
(2)潮汐河流复合地貌
入湾河流多从西侧进入，且为源近流短的小河。主要河流为大沽河，每年输入湾内的泥沙达到959200t;其次为洋河，每年输沙量为258100t。海湾波浪作用很弱，浪高多小于0.5m;沉积物受到潮流的作用，大部分在河口发生沉积。大沽河入海的流量为27.74m3/s，洋河入海平均流量在1.78m3/s，总体约为30m3/s，与潮流作用相比河流的作用相对较小。胶州湾西部潮流平均流速小于20cm/s，湾顶平均潮差比湾口增大约30cm，计算该区平均潮差在300cm，最大潮差500cm，所以该区主要动力为潮汐作用。当落潮至平均低潮面位置时(图7.1)，大沽河河道突入到三角洲前缘;当高潮时，大沽河及洋河下部曲流河道在潮流的顶托作用下实际上成为一条潮道，具有双向潮流的特征。罗家营剖面可见明显的点坝和泥质潮上带，主要由粉砂与泥互层组成，含有丰富的植物碎屑，在烟台顶附近潮坪可见贝壳堤。根据以中沙为主的潮道内贝壳的14C年龄测定，大沽河河口湾形成于约8.24±0.12kaB.P.，大沽河口7.40～7.65m贝壳14C年龄为5.93±0.18kaB.P.，李家庄2.30m淤泥14C年龄为6.01±0.08kaB.P.，确定该相属于全新世中期高水位以来的沉积相。
图7.3 大沽河－洋河三角洲沉积相序
(3)海滩浪成地貌
胶州湾海滩海浪侵蚀地貌也较发育，海蚀平台、海蚀洞、海蚀崖是常见的海蚀地貌形态。海蚀崖底部多处于波浪作用之下，因组成物质不同，其形态也各异。湾内的断层海蚀崖分布在阴岛东北的东洋嘴—邵哥庄一带，该段海崖为NE－SW走向，岸线平直，断层面向东南倾，倾角60°左右，断层面除有浪蚀痕迹外，还有断层镜面和擦痕;海岸的东南侧，尚有从东北向西南分布的海蚀平台和海蚀柱等海蚀地貌形态。
(4)人工地貌
随着经济建设的蓬勃发展，胶州湾近海沿岸的开发日新月异。湾北部和西北部平原海岸区开辟了大规模的盐田，东部沿岸建设了许多工厂、海港。近几年来，黄岛也先后建筑了几座码头，并在近岸处建筑了各种防潮墙、防浪堤。胶州湾的许多岸段早已不再是自然海岸，而是人工海岸。
7.1.2 地层岩性
(1)地层及基岩类型
胶州湾内的地层有古生界胶南群邱官庄组，白垩系的青山组和莱阳组，此外还有燕山期的花岗岩。其中，古生界胶南群邱官庄组主要为中厚层的白云变粒岩和黑云变粒岩及浅粒岩，青山组和莱阳组主要以青山组中酸性火山岩和中基性火山岩为主。
岩石力学差异性主要受岩性本身、断裂构造及断层附近相应岩脉侵入的影响，造成各种岩性的岩石力学指标不同; 同时，岩性变化及构造的影响，导致岩石风化界面的差异性甚为明显，不同岩性的岩石风化层厚度相差巨大。上述差异性是工程建设中应重点考虑的主要工程地质问题之一。针对胶州湾的工程地质条件，以下几点应予考虑:
1) 岩石界线: 两种岩石的差异性可能导致承载力的不同，从而引起不均匀沉降。即使在力学性质较好的花岗岩区，如被无数条岩脉及断层切割成非完整的块体，其力学性质则会大大降低。
2) 脉岩带 ( 群) 的发育: 脉岩发育本身就代表着处于伸展构造带，在地下水的作用下，容易发生附近岩石的破碎和弱 ( 软) 化; 其次，岩脉自身岩性存在差异，特别是煌斑岩容易发生风化。故工程建设应尽量避开脉岩带。
3) 节理裂隙的发育: 易造成岩石软 ( 弱) 风化程度的差异。缓平的节理在水做润滑剂及建筑物重压下，如具有临空面，则可能发生滑裂。因此，工程建设时应考虑节理裂隙的发育情况。
4) 基底起伏: 在湾口存在海底地表的强烈切割、小型冲沟发育以及不同地段基岩埋深的差异性，因此当建筑物置于不同性质与厚度 ( 或埋深) 的地层上时，岩石地基存在较大的差异，将给工程带来不良的影响。
( 2) 底质类型
胶州湾区内表层沉积物底质类型可分为以下几大类型: 泥质砾、沙、粉沙质沙、泥质沙、沙质粉沙、砾质泥、含碎石结核砾质泥、沙质泥、粉沙、泥和黏土。其中，砂质粗粒沉积主要分布在大沽河、洋河河口附近，主潮道及分支潮道，涨、落潮流三角洲潮流沙脊以及大福岛南部残留沉积区; 粉沙及泥质细粒沉积主要分布在潮下带水动力条件较弱的区域。研究区沉积体系划分为大沽河 － 洋河潮汐河流复合三角洲、湾口两侧涨落潮流三角洲以及波浪作用下的海滩沉积体系。
( 3) 第四系厚度
调查发现，胶州湾内的沉积物大致与海岸平行分布。在 “V”形的底部是沉积中心，沉积物较为集中，湾内厚度变化很大，自 0m 至 52m 变化，平均厚度 21m。湾口附近缺失松散沉积物，向两侧逐渐增厚。在胶州湾西侧，岸边附近沉积物厚度一般小于 10m，向湾中心沉积物厚度逐渐缓慢增厚，中心厚度稳定，均在 25m 左右。在湾东岸，根据已有的资料显示，沉积物厚度变化剧烈，自基岩海岸处 0m 厚迅速增加至 25m，且在马蹄礁以北有两个较厚的沉积中心，最厚处为 40 ～ 45m。在湾口以北 36°05'纬线附近，沉积厚度呈EW 向迅速变化，从湾口的 5m 左右迅速变为 25 ～ 40m。全新世以来的海相沉积层的厚度在胶州湾内最大约 10m，位置处于 36°05' ～36°08'和 120°09' ～120°17'之间，总体近 EW向展布。其余地方的沉积物厚度约为 5m。自 36°05'以南至 120°19'之间的湾口位置，沉积物厚度基本为 0m。湾外主潮流通道处沉积厚度也较薄，根据钻孔资料分析沉积厚度小于2m。向落潮流三角洲方向，沉积厚度逐渐增厚，在 36°及 120°30'位置厚度达到 10m。
7.1.3 地质构造
海岸带主要以基岩断裂构造为主，褶皱构造不发育。断裂构造以 NE、NNE 向和 NW向3组断裂为主要构造线，它们控制了区域地貌特征和地层空间分布。其中，对工程地质环境有一定影响的断裂主要是通过陆上露头或海上浅地层剖面探测或调查推断的断裂。区内有重要影响的沧口断裂宽度为50～100m，走向40°，倾向310°，倾角70°，控制莱阳群、青山群沉积及崂山超单元的分布;带内发育碎裂岩、粉碎岩及糜棱岩。第四系覆盖严重，胶州湾内下降盘第四系厚度大。
7.1.4 水深及水动力条件
湾内地形总趋势是西北浅、东南深，海底地势自北向南倾斜，湾内平均水深约7m，湾口附近水深较深，最大水深为64m;湾口以外地势较为平坦，平均水深约为20m。
该区潮流属于正规半日潮流，涨潮历时1～2h，运动方式为往复流，潮流流速从湾口至湾顶逐渐递减，湾口的团岛断面流速为150～160cm/s，湾中部为70～80cm/s，湾顶部小于50cm/s。胶州湾的波浪主要有两种:一是外海产生的涌浪，涌浪为E—SW向，以SE向的涌浪最多，年频率为26%;二是湾内本身产生的风浪，NW向的风浪最多，年频率为10%。波浪自湾口向湾内传播时波高逐渐减小，湾内年平均波高一般不超过0.5m;胶州湾口中心50年一遇波要素H1/10大波平均波高为318cm。
7.1.5 潜在地质灾害
从空间分布上将地质灾害划分为推断断层、不规则基岩面、地震、埋藏古河道、埋藏谷、潮沟、陡坎及沙波。构造、深层控制引起的地质灾害有断层、不规则基岩面和地震;处于海底浅层范围的灾害现象有埋藏古河道、埋藏谷及冲沟;海底表层因水动力条件的不同引起的微地貌现象有潮沟、陡坎和沙波;水动力条件强烈引起的滨岸及海岸变迁有海岸侵蚀及海水入侵。
7.1.6 岩土物理力学参数
岩土物理力学参数参考海湾大桥工程地质勘察相关资料，工程地质特征主要表现为岩土力学性质的差异以及淤泥质软土的土体物理力学性质。
Ⅱ 在工程地质调查中的应用
一、在水利工程中的应用
水利工程有堤坝、堤岸、渠道、输水洞等。地球物理方法在水利工程中的应用，一方面用于工程场地的选址勘查，查明被选区域的岩溶发育情况、覆盖层厚度、风化层厚度以及地质构造等情况，对拟建工程场址的稳定性和建筑适宜性作出评价；另一方面用于水利工程的质量隐患检测，查明坝体是否存在有裂缝、空洞、动物巢穴、管涌等工程质量隐患，为水利工程的消险加固提供依据。目前，常用于水利工程隐患检测的物探方法有地质雷达、自然电位法、高密度电阻率法、人工地震勘探以及声波测试等方法。
1.探测堤坝蚁巢与洞穴
土体堤坝中因碾压不实、库水浸透或动物危害等因素，在坝体中常出现土洞、动物巢穴等危害坝体安全的隐患。在我国南方各省（区）水利工程中白蚁巢穴是一种常见的隐患，白蚁主巢直径一般在40～60 cm，大者可达数米，主巢周围分布着几十个甚至数百个卫星菌圃，其间由四通八达的蚁道沟通，且有的贯穿堤坝的内处坡。因此，深藏于堤坝中的白蚁危害造成的堤坝险情和溃堤率远高于其他原因，找出堤坝白蚁巢是消除堤坝白蚁隐患的关键。地质雷达和高密度电法是对坝体中的土洞、动物巢穴探测的有效方法。图5-1-1是埋深约3m的白蚁主巢的地质雷达图像，白蚁巢在图像上的反射波形态特征为多重强弱交错的凸形条纹区，与周围土壤有明显的分界。
图5-1-1 某堤坝白蚁巢穴的地质雷达图像
2.水坝渗漏的地球物理探测
渗漏是水坝常见的隐患，是造成水坝发生事故的主要原因。水坝渗漏可分为坝基渗漏和坝体及附属结构渗漏，坝基渗漏较为常见。造成水坝渗漏的原因与水坝基础处理的好坏、坝体施工质量、坝基下方地质构造等因素有关。
自然电位法探测水坝渗漏点和渗漏通道是一程常用的方法。由于库水具有天然吸附带电离子的能力，当水库发生渗漏时，带电离子也一起运动，形成电流场，在渗漏位置上自然电位出现负异常，其负异常的大小与渗漏水量有关。图5-1-2是利用自然电场法确定地下水和地表水补给关系的实例。当地下水补给地表水时，在地面上观测到自然电位正异常。图5-1-2（a）为灰岩和花岗岩接触带上的上升泉的自电正异常；图5-1-2（b）为水库渗漏地点上出现的自然电位负异常。
图5-1-2 用自然电位法确定地下水与地表水的补给关系
地质雷达方法用于探测水坝渗漏点和渗漏通道也具有较好的效果。渗漏部位土体的含水量变大，与未发生渗漏的土体形成明显的介电常数上的差异，为采用地质雷达方法探测水坝渗漏位置提供了地球物理条件。黑龙江省某水坝为均质土坝，1998年遭受百年不遇的洪水后，在水坝后坡出现多处面积不等的漏水点。为了查明漏水点在坝体内的分布情况，采用地质雷达在坝顶、坝前坡和后坡进行了探测。图5-1-3为坝顶测线K0+240—K0+400的地质雷达剖面。图中强振幅异常推断为坝体内受到水浸较重的部位，异常埋深为10～12 m。钻探结果表明地质雷达推断的异常区域是发生渗漏的严重区段。
图5-1-3 黑龙江省某水坝地质雷达探测剖
3.坝基帷幕灌浆效果检测
对病险水库的维护处理一般采用帷幕灌浆等方法，灌浆效果的好坏需要采用物探方法检查。某电站大坝岩基帷幕灌浆前后进行超声波探测，图5-1-4是质量检查孔在灌浆前、后的超声波检测曲线，图中可见，在检查孔中上部，灌浆前和灌浆后的波速值差异非常明显，灌浆前岩体的裂隙率高，波速较低；灌浆后岩体裂隙被水泥浆填充，且粘结牢固，波速明显升高。在检查孔的下部，灌浆前和灌浆后波速差异微小，波速较高，这说明岩体本身比较完整，渗透性小。
图5-1-4 质量检查孔灌浆前后声波检测结果
地质雷达对水坝帷幕灌浆质量检测也有较好的探测效果，根据地质雷达图像上灌浆物的影像可计算出有效灌浆深度和水泥浆扩散半径。根据坝体土体和基岩处的强反射弧形影像，可判别已被灌浆物充填的溶洞的大小、形态和深度以及未被灌浆物充填的溶洞、土洞等隐患。
4.古河道的地球物理勘查
古河道常引起大量渗漏，在水库建坝时需对坝基下古河道的地质情况进行详细勘查，了解古河道的分布范围，埋深以及砂砾石厚度等。探测古河道常用的物探方法是电测深法、自然电位法、地震勘探和地质雷达等方法。
图5-1-5 用对称四极剖面法追索古河道的ρs剖面平面图
图5-1-6 横穿古河道的对称四极剖面ρs曲线
图5-1-5和图5-1-6为对称四极剖面法探测和追索古河道的实例。由图5-1-5中各对称四极剖面特征可以看出，在低阻背景上有一高阻异常带。该高阻异常带推断为古河道的反映，该河道由一条主流和一条支流组成。此外，利用ρs曲线特征可大致确定出古河道的形态、中心位置和宽度。若ρs曲线具有对称性，ρs曲线极大值对应于古河床最深的中心位置。若ρs曲线不对称，可根据曲线两翼陡缓推断古河道两岸坡度的大小（图5-1-6），其视宽度可由ρs曲线的拐点位置大致确定。通过等ρs断面图上的等值线形状可反映出古河道的断面形态。由图5-1-7可见，在371号点附近ρs等值线呈高阻闭合圈。结合当地的水文地质条件，推断该异常为一浅层古河道引起。经ZK8、ZK10、ZK11孔验证，证实了古河道的存在，ZK11打到了富含地下水的砂砾石层。
图5-1-7 云南某地寻找浅层砂砾石富水地段（古河道）成果图
图5-1-8为地震横波法探测古河道的实例剖面图。根据钻探资料推测该区域一带有一条古河道，河道埋深为20～30 m，为了查明古河道的位置，采用横波地震勘探。图中可见，40 ms左右的同相轴为第四系地层内部的反射，同相轴连续性好、起伏小；140～220 ms为古河道及两岸附近地层的反射，同相轴连续性好、起伏较大，其形态特征反映了古河道的形态，河道埋深为28 m左右，视宽度约为130 m。
图5-1-8 横波t0时间剖面
二、在交通建设和维护中的应用
1.公路质量检测
公路质量检测的原始方法是采用钻探取心法，该方法不仅效率低、代表性差，而且对公路有破坏。为了快速、准确和科学地评价公路质量，必须采用无损检测方法。目前，常用于公路检测的物探方法有地质雷达、瞬态面波法、高密度电阻率法和人工地震等方法。在这些物探方法中，由于地质雷达方法具有快速、连续、无损检测的特点。因此，在公路质量检测中得到更加广泛的应用。
图5-1-9 电磁波在公路剖面中的传播
高速公路是由土基础、二灰土、二灰碎石、面层等构成，由于空气、沥青面层、二灰碎石、土壤等介质的介电常数不同，电磁波将在其介质发生变化的界面产生反射波。图5-1-9为电磁波在公路剖面中各界面的传播、反射途经示意图。图5-1-10为电磁波在公路剖面中各界面的扫描示意图。
图5-1-10 电磁波在公路剖面中各界面的扫描
长春至四平高速公路采用沥青路面，路面下为碎石垫层。路面分三次铺设完成，设计路面厚度为25 cm。在工程竣工前采用地质雷达进行了路面厚度检测。
工作中使用的地质雷达为SIR-2型，工作天线频率为900 MHz。图5-1-11为长春至四平高速公路上某段路面的地质雷达检测剖面图，图中5.8 ns附近的强反射为沥青面层与碎石垫层界面的反射，根据反射界面的双程走时和电磁波在沥青路面中的传播速度计算出路面厚度。沥青路面的电磁波速度采用实验标定并进行统计后得到。检测结果表明，由于二灰石垫层凸凹不平，导致沥青路面厚度有较大变化，最薄为26 cm，最厚为43 cm。达到了设计的要求。路面厚度评价按国家公路路面结构层厚度评价标准进行。在经数据处理后的地质雷达剖面中读取电磁波在面层中的反射波双程走时，计算出面层厚度并作出厚度评价结果。
地质雷达方法在公路质量检测中除可进行路面厚度检测外，还可进行路基隐患（脱空、裂缝等）的检测以及桥涵的质量检测。有些学者开展了地质雷达对公路压实度、强度及含水量的检测研究，也取得了较好的检测效果。
图5-1-11 长春至四平高速公路某段路面的地质雷达检测剖面
2.铁路路基病害勘查
铁路路基病害一般指铁路路基平台顶部结构不坚实而且渗水，以及原填充物的不均匀性，经长期雨水冲刷和渗透，行车振动等所形成的一定规模的充坑，洞穴或渣石填充物。路基病害比较隐蔽，一旦受到外界因素影响造成塌陷，将直接威胁行车安全，因此，铁路病害的勘查十分重要。
路基勘查中，由于受到电磁干扰、铁轨干扰及行车震动干扰的影响，限制了一些地球物理方法的应用。因此，目前常用于对铁路病害检测的物探方法是微重力测量。
由于路基的病害地段和完整地段有一定的密度差异，为微重力测量提供了前提。图5-1-12是法国波尔多至塞特铁路线上路堤下喀斯特溶洞的微重力异常等值线图，测量位置位于铁路线巴尔萨克处，勘查对象是5 m高的路堤和路基部。图中可见，在该带中部有一处密度较大的地段（异常达3×10-1g.u.），这是一处过去曾进行过灌浆处理的地段。在过去处理时，由于突然塌陷，未能进行专门研究。在地段两端出现-2×10-1～-6×10-1g.u.两处异常，位于边坡基部并向路基底下延伸。经对异常的解释和钻探验证，证实在路基下3～6 m深处的灰岩中存在喀斯特溶洞。
图5-1-12 波尔多至塞特铁路线上路堤下喀斯特溶洞的测定和处理
铁路路基多是用耕土堆垫压实而成，如果出现路基病害，必将引起电性差异。路基位于地面以上（或潜水面以上），所以无论是洞穴或渣石充填物都可使勘探体积所涉及范围内的视电阻率增大，由此对称四极剖面会出现高阻异常。路基病害越严重，规模越大，高阻异常越明显。例如，图5-1-13是陇海路某段采用对称四极剖面法实测曲线，采用AB=7 m，MN=1 m装置，由图可见，全线有三种病害形式：①较大洞穴或渣石填充物的严重病害段，视电阻率曲线值很高；②病害较重段，视电阻率曲线呈高低交错；③轻度病害段，视电阻率较高，视电阻率曲线呈高低交错。病害严重段的影响可至路基外侧钢轨下，是亟需处理部位。轻度病害段，短期内不会形成大的病害，可作为今后雨季的防范对象。
根据物探测量和钻孔所提供的资料，可以确定出需要灌浆地带，得出最佳的工程计划。灌浆处理后，除打钻检查外，还可以进行微重力测量，以圈出灌浆不足或灌浆过量的地层。图5-1-14是在一已知灌浆地带，对灌浆后地层的重力异常变化，与计算机根据模型（用灌浆前的钻孔资料制作的地质模型）计算出来的理论异常曲线对比图5-1-14（a），可以看出，该地带的右半部灌注未超出预计范围，也未出现重力异常。在模型左半部出现剩余异常，表明灌浆不足。图5-1-14（b）是灌浆容量对比图，图5-1-14（c）是地质模型（沿Ⅰ号测线的剖面）。
图5-1-13 路基勘查剖面图（选段）
图5-1-14 巴黎—斯特拉斯堡铁路线上瓦朗吉维尔处
近年来，使用瞬态面波进行铁路路基承载力的检测也取得了较好的结果，为路基病害的确定和治理提供了可靠数据。
利用瞬态瑞雷面波法测试线路路基承载力时，由于受到行车影响，在测线布置时只能在枕轨外侧或路肩上进行。由于瑞雷面波是一个体波，具有体积勘探的特点，因此可代表路基道心的实际情况。瞬态面波数据采集时使用面波仪和低频检波器测量。震源采用18磅大锤和铁板。道间距随着勘探深度的增大而相应增大。数据处理主要是求取频率—速度频散曲线，对频散曲线经过反演拟合并结合路基的实际情况进行分层，计算出各层厚度及瑞雷波的层速度。通过频散曲线上vR数值的大小可以定性地判断测点处瑞雷波速度随深度的变化情况和路基的相对强度特征，vR较高区域反映路基强度较高，vR较低区域反映路基强度较低。
在部分瑞雷波测点上作轻型动力触探（N10）值，根据铁道部轻型动力触探技术规定（TBJ18—87）将N10值换算为乘承载力σ0（σ0=8N10-20），然后将瑞雷面波速度vR与相对应测点的轻型动力触探（N10）击数进行数学统计分析，得到vR与N10的相关关系式：
环境地球物理教程
式中A、B为常数。当相关系数r＞0.7时，说明vR与N10是相关的，可用vR代替N10来计算承载力σ0的大小，即：
环境地球物理教程
根据此式可用vR定量计算路基的承载力。
图5-1-15 承载力等值线图
图5-1-15为京广线部分区段K2011+170—K2100+270段路基瑞雷波测试，并按上述换算关系（取A=91.07913，B=2.940517）换算得到的承载力等值线图。图中在K2011+230附近路基的承载力偏低，约为80 kPa。而在其两侧的路基的承载力相对偏高，约为180 kPa。此结果与现场实际的情况非常吻合。
3.隧道掌子面前方地质情况预报
在隧道挖掘过程中常因掌子面前地质情况不详，在不良地质地段经常出现塌方、涌水等现象，严重时会造成人身伤亡和设备损坏等重大事故，造成巨大的经济损失。因此，在隧道掘进过程中及时了解掌子面前方地质情况，特别是断层、破碎带等不良地质构造的规模和特征，这对确保施工安全、合理安排掘进方案、掘进速度和支护措施至关重要。
隧道掌子面前方地质情况预报可分为中长距离预报和短距离预报，中长距离预报采用的物探方法一般是人工地震，短距离预报可采用地质雷达或声波探测。
吉林省某公路隧道岩石以花岗岩为主，其中穿插有角闪岩及绿泥角闪岩破碎带，岩石节理裂隙发育。在掘进方向上有两组断裂（走向为NNE及NNW）交替出现，与EW向小断层及破碎带相切割，形成屋顶形，易产生大块脱落体。为了施工安全及合理设计掘进方案，采用人工地震和地质雷达相结合进行掌子面前方地质情况预报。人工地震方法的实施是在掌子面不同高程上水平布置几条地震测线，用石膏在掌子面上等距离粘接检波器，使用大锤在测线两侧激发和接收地震波。地质雷达方法的实施是在掌子面两侧洞壁及掌子面上水平布置雷达测线，使用100MHz天线等距离点测采集。
图5-1-16为在桩号K241+138掌子面上人工地震中长距离预报的解释结果，在K241+138—K241+063段有断层3处，岩性异常带一处。推断位置为K241+115、K241+120、K241+136和K241+068。挖掘证明，有断层2条（F115、F136），出露位置与推测位置相差1 m左右，走向近EW，断距0.3 m。桩号K241+068处为破碎带，宽度约10 m，系由伟晶岩及角闪岩多次侵入造成。
图5-1-16 桩号K241+138地震中期预报结果示意图
图5-1-17 桩号K241+247雷达短期预报结果示意图
图5-1-17为K241+247掌子面上地质雷达短距离预报的解释结果。洞两壁检测到断层3条（F1、F2、F3），走向为NNE和NNW。按几何关系推测，F1与F3在掌子面前方10 m附近相互交会，F2与F3在掌子面前方约35 m附近相互交会。掌子面上测量到前方断裂5条，分别为F242、F239、F235、F230、F225，走向近EW，与F1和F3断层相切割，洞顶极易形成塌落的块体，对施工安全有严重危害。挖掘证明，掌子面上地震与地雷达探测所预报的结果与地质构造出露位置接近。根据预报的结果，施工单位及时调整掘进方案和掘进速度，采取了更合理的安全防范措施。
4.隧道衬砌质量检测
隧道衬砌后，受诸多因素影响，衬砌混凝土可能出现厚度未达到设计要求或有脱空等质量问题。为及时发现衬砌质量问题，需对隧道衬砌质量进行快速和高分辨率的检测，为隧道工程的科学管理提供依据。在隧道质量检测中最常用的地球物理方法是地质雷达方法。
地质雷达法进行隧道衬砌质量检测的主要内容是混凝土密实性、脱空和衬砌厚度。检测中一般采用500 MHz 或900 MHz高频天线，检测厚度可达几十厘米。测线一般布置在隧道的拱顶、拱腰及边墙三个部位（图5-1-18），拱顶为隧道的正顶部附近，拱腰为隧道的起拱线以上1 m左右，边墙为排水盖板以上1.5 m左右。测量方式采用剖面法，测点间隔一般为几厘米～几十厘米，由测量轮跟踪测量里程。
图5-1-18 测线分布图
隧道衬砌厚度检测中，相关介质的物理参数如表5-1-1所示。
衬砌厚度评价，首先在地质雷达剖面上确认出混凝土与岩石界面间的反射波同相轴，读取反射波双程旅行时间，按公式h=v×计算出混凝土衬砌厚度，速度V可通过明洞地段或钻孔资料标定。密实度的评价可根据探地雷达剖面反射波振幅、相位和频率特征划分为密实和不密实两种类型。不密实的混凝土体在雷达剖面上波形杂乱，同相轴错断；脱空体在雷达剖面上在混凝土与围岩交接面处反射波同相轴呈弧形，与相邻道之间发生错位，依此特征可计算出空洞的范围。由于爆破使围岩表面凹凸不平，因此，在确定脱空时应对剖面上的异常加以细致的分析和确认。
表5-1-1 隧道衬砌厚度检测中相关介质的物理参数表
某公路隧道全长约1.6 km，为全面了解衬砌质量，在隧道即将贯通前开展了地质雷达检测。该隧道衬砌类型有：Sm3、Sm4、Sm5，设计衬砌厚度分别为40 cm、35 cm、30 cm。图5-1-19为里程号K21+390—K21+430区段边墙测线的地质雷达剖面。该区段衬砌类型为Sm5。图中10 ns附近起伏变化的同相轴为围岩界面反射波同相轴，图5-1-20为计算出的混凝土衬砌厚度曲线。
图5-1-19 K21+390K21+430区段边墙测线的地质雷达剖面
图5-1-20 K21+390K21+430区段边墙测线混凝土衬砌厚度解释曲线
Ⅲ 工程地质纵断面图识图
第一层，人工填土，第二层，依据表格和一般图面表达为粘土、粉土，或者砂层
下面小圆圈一般代表卵石层了
Ⅳ 区域地质调查中剖面测制的目的和要求
1：万区域地质调查是一项基础性地质工作，其任务是将各种地质体及其界线按1：5万比例尺精度填绘成地质图，以查明区内地层、岩石（沉积岩、岩浆岩、变质岩）、构造以及其他各种地质体的特征，并研究其属性、形成环境和发展历史等基础地质问题，为国土规划、矿产普查、水文、工程、环境地质勘查、地质科研、地质教学等提供基础地质资料。
《1：5万区域地质调查技术要求》（DD2006—××）对在不同岩石区测制各类地质剖面的目的、要求，做出以下明确规定。
（1）沉积岩剖面测制目的与要求
测制沉积岩地层剖面的目的是了解沉积序列的岩石组成、结构和接触关系，正确建立工作区的岩石地层层序，合理划分正式和非正式岩石地层填图单元。在剖面上要详细分层，逐层进行岩性观察与描述记录，并对重要地质现象（地层界线、沉积构造）进行素描和照相，系统采取岩矿、岩相、岩石地球化学样品，逐层寻找和采集大化石及微体化石样品，必要时采集人工重砂、粒度分析、古地磁等样品，用宏观与微观相结合的方法研究地层中的各种地质特征，视具体情况进行生物地层、年代地层、事件地层、层序地层、化学地层和磁性地层等多重地层划分对比研究，为路线地质调查打下基础。
（2）火山岩剖面测制目的与要求
测制火山岩剖面的目的是划分火山地层，在研究划分火山岩和沉积夹层的基础上，结合火山岩地层的结构类型，划分岩石地层单位和火山喷发韵律、旋回，建立地层层序，确定火山喷发时代。查明火山岩岩石的矿物成分、岩石化学和地球化学特征、岩石类型、结构构造、产状、厚度、接触关系、空间分布及其变化规律。在此基础上划分火山岩相类别。查明与火山活动有关的构造特征，研究古火山机构，重点研究的火山机构必须测制岩性火山岩相剖面。在剖面上应系统采集岩矿、岩石化学、地球化学样品，在沉积夹层中要注意寻找大化石或采集有关微体化石样品，有选择地采集同位素年龄测试样品。
（3）侵入岩剖面测制目的与要求
测制侵入岩剖面的目的是对岩体（岩基）进行解体，划分侵入体，确定侵入体间相互关系、侵位顺序、侵入时代及其演化关系，研究就位机制；对同源岩浆演化系列的侵入体，可进一步归并单元、序列；对岩浆混合作用（简称浆混）演化的侵入体，要在岩浆混合、分异、演化、就位机制研究基础上，合理地划分填图单元。在侵入岩剖面上应详细研究侵入体的各种基本特征并系统采集岩矿、岩石化学和地球化学样品，有选择地采集同位素年龄测试样品。
（4）变质岩剖面测制目的与要求
测制变质岩剖面的目的是确立变质岩构造-地（岩）层或构造-岩石填图单元，划分变质带、变质相，归纳变质系和区分不同的构造变形域。低级变质的沉积岩和火山沉积岩原则上分别按未变质沉积地层和未变质火山岩地层进行，但应注意研究变质-变形作用的特征及其相互关系。对中高级变质岩，要在查明岩层构造叠置序列，并研究其新老关系基础上测制剖面，确定变质岩石（包括变质构造岩）的矿物成分、结构和构造、岩石类型及主要变质岩的岩石化学、地球化学以及变形特征，恢复原岩；研究变质岩的原岩建造类型、探讨其形成的大地构造环境，以及变质作用和成矿作用的关系；查明不同变质岩类型的空间分布以及它们之间的接触关系并建立序次关系；查明变质变形作用特征类型、划分变质相带和相系，研究其期次、时代及其相互关系，探讨变质作用发生、发展的地质环境；建立地（岩）层序列和热动力事件演化序列。
（5）第四纪地质体剖面测制目的与要求
测制第四纪地质体剖面的目的是查明第四纪地质体种类、物质成分、厚度、成因类型、接触关系和分布范围。研究第四纪地质体与地貌类型的关系，根据物质成分及其所处的地貌部位划分填图单位，建立堆积层序；调查第四系可能赋存的矿产、古风化壳、古土壤和古文化层；研究各类第四纪地质体形成时期及其与年代地层的对应关系；研究对工程有利和不利的第四纪地质体堆积物、地貌、新构造运动和现代动力作用。对第四纪和现代气候敏感带，不同气候-生物组合交界带、地壳活动带、外动力高强度作用带（江、河、湖、海岸带与边坡）、人为活动频繁地带的第四纪地质体堆积区都应进行重点综合调查。在剖面上要详细分层，逐层描述并系统采集各类样品，如孢粉样、微体化石样、古地磁样、地球化学样、热释光、光释光、电子自旋共振、14C等同位素年龄测试样品。
（6）混杂岩剖面测制目的与要求
测制造山带区混杂岩剖面的目的是进行基质和外来岩片（块）的划分、对比研究。对基质的划分研究可根据基质的变质程度不同，分别按未变质沉积地层、未变质火山岩地层和变质岩剖面进行。在剖面上特别要注意岩片（块）与基质之间、岩片（块）与岩片（块）之间接触关系特征的调查，分别按岩片（块）和基质，对混杂岩内部物质组成逐层详细描述，采集岩矿、古生物、岩相、构造定向、岩石地球化学、粒度分析、同位素测年等样品，进行时代、岩相、变形和变质历程研究。
（7）构造地质剖面测制目的与要求
剖面上的各种地质构造要素、构造形迹、构造叠加改造和交切关系均应详实记录，并附必要的素描和照片。各种产状要素和所需参数要齐全，判别运动学特征的现象和必要的数据要清楚，所述现象定性亦要基本准确。必要时在剖面上需进行地质构造野外统计测量，测量数据必须系统完整，具有代表性和客观性，其属性和期次关系清楚。对重要接触关系，均应有专门的控制点，记录内容应包括界面产状、性质、界面特征、界面上下地层的岩性、产状、变质变形差异等。其时代应有资料依据。附必要的素描图或照片，采集必要的标本。对区域性的断裂带和韧性剪切带，必须有较系统的构造岩标本和有关样品控制（如定向标本，岩组分析样等）。对于构造剖面位置的选取，不仅要选取构造位置的强变形带，还需要选取其递进变形带，以测全其递进变形的过程。
简而言之，剖面测制的目的是为了了解和掌握各种地质体的特征、属性、相互关系及区域变化，为合理划分填图单位和填绘地质图服务，是区域地质调查中的一个重要环节。
Ⅳ “断面调查”是什么
应该指的是大断面测量吧，勾画出断面形状，再根据多年的流量绘制水位流量关系用的，水文测验里面经常接触的东西
Ⅵ 工程调查法分析顶板结构类型工程地质特征
采用工程调查方抄法积累顶袭板结构的基础资料。调查实际巷道的顶板结构参数，如结构面分布、层厚构成等；调查其他工程地质条件，如附近地质构造、埋深、岩体强度等；调查工程施工有关情况和参数，如巷道断面、施工方法、支护方案和参数；巷道围岩移动和破坏情况等，调查顶板结构与顶板稳定性关系。在大量调查基础之上，分析煤巷顶板结构类型工程地质特征和稳定性特点。
Ⅶ DGSS数字地质剖面现场调查方法
1.掌上电脑的GPS校正
为了保证实测剖面的精度，到达工作区，首先要对掌机GPS参数进行校正，其校正原理同传统手持GPS一样，这里不做赘述。得到校正参数以后，进入掌机剖面系统，第一个界面就有GPS设置，点击进入，输入相应的校正参数即可，例如：X＝-25，Y＝18，串口COM2，波特率4800（其中X和Y的参数根据野外实际工作地点确定，串口和波特率一般由掌机生产商指定）。
2.野外数字地质剖面资料采集流程与方法
（1）创建新剖面
在掌机中打开剖面系统中的“创建新剖面”，点击进入，输入要创建的剖面号，例如：PM303，其中“PM”要求为半角大写英文字母，并且中间不能有空格，此项操作较为重要，否则会引起后续工作中剖面信息与小结一项的内容无法正常入库、野外记录无法保存等问题的产生。
（2）地质剖面工程中各项数据的充填
GPS起点采集至关重要，如果没有一个精确可靠的起点坐标，后续所有操作都是失真的。野外在剖面起始位置处，打开掌机进入工程找到GPS起点，待卫星数据稳定后采集即可。
运用野外掌上电脑，对剖面导线测量库、分层数据库、产状库、采样库、化石库、照片库、素描库以及剖面小结等剖面实际数据进行现场采集。回到室内后，运用DGSS数字填图桌面系统数字剖面版块进行系统整理与编辑。要充分利用桌面系统中的INSERT（插入）、ADD（增加）、DEL（删除）、EDIT（编辑）这四个按钮进行库中资料的编辑，利用“保存写库”进行保存（图11-4）。
图11-4 数字剖面桌面系统编辑与计算库
在剖面资料入库的过程中，要按照导线测量库在先分层数据库在后的原则，新录入数据时，仅需在相应数据库下点击“ADD”录入即可。其中，在导线测量库和分层数据库的录入中存在以下技巧，在导线测量库的录入时，新增导线的导线号会自动与当前选定的导线号对应增加，例如：当前选定导线号为“1—2”在导线测量库下点击“ADD”时，系统会默认新增导线号为“2—3”（图11-5）；在录入分层数据库时，新增分层数据的导线号会默认的与导线测量库中当前选定的导线号一致，在当前选定的分层号基础上对应增加，例如：当前选定的导线号为“0—1”，当前选定的分层数据中分层号为2，在分层数据库下点击“ADD”时，系统会默认分层线号为“0—1”分层号为“3”。
图11-11 剖面工作量统计功能
Ⅷ 地球物理方法对海洋平台场址调查的应用与探讨
马胜中
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
作者简介：马胜中，男，1968生，1990年毕业于中国地质大学（武汉），工程硕士，高级工程师，从事海洋环境地质、灾害地质和综合地质地球物理研究工作。E-mail：sz-m＠163.com。
摘要 海洋石油钻井平台的安全就位和稳定施工，与井场区海底的工程地质条件密切相关。地球物理探测技术作为一门综合性较强的科学技术，在海洋工程地质和海洋灾害地质调查中有着不可替代的作用。实践证明，采用测深、侧扫声呐扫描、浅地层剖面、单道地震、高分辨率2D地震和海洋磁力测量等地球物理探测手段进行综合调查，对钻井平台场址周围海域的地形变化和潜在地质灾害因素，具有很好的揭示作用。
关键词 平台场址调查 海洋地球物理探测 海洋地质灾害
1 前言
随着我国经济的发展和战略储备的需要，我国原油勘探开发的重点由陆地逐渐转向海域。我国近海海底蕴藏着丰富的矿产资源，现已探明石油资源量达246×108 t，天然气15.79×1012m3，占全国油气总资源量的23％。然而在油气开发中，屡屡遭到海洋地质灾害的破坏，不均一的持力层多次造成渤海、珠江口盆地钻井平台的倾斜和位移，使国家蒙受重大经济损失。
钻井平台场址灾害调查在石油钻井之前进行，既要探测诸如断层、浅层气地层情况以应对钻井或采油时发生的井架倒塌、井喷、着火和溢油等灾害，又要调查与钻井平台基础有关的土工问题，以避免事故和灾害发生。据资料，1955～1980年间，美国每年发生钻井船基础严重破坏的事故3～4起，经济损失和人员伤亡巨大。海洋结构物场地调查是确定影响固定式平台和海底管线等工程结构物的设计、布局、施工及安全操作的工程地质条件。1969年，卡米尔飓风袭击密西西比河三角洲，引起海底大面积土体滑移，造成3个平台破坏，损失1亿多美元［1］。可见，海洋石油钻井平台场址调查研究在油井钻探开发中有着重要的作用。我国海洋石油开发工作起步较晚，直到20世纪80年代初，我国才真正开始海洋工程地质勘察工作，近十年来，我们对石油钻井平台场址调查研究做了许多实验工作，随着调查技术的不断进步，研究正向深海挺进。
海洋平台的设计和建造需对平台场地进行包括海底地形地貌、海底表层、浅地层结构等内容的海洋工程地质勘察，从地貌、沉积物特征和地质测年等方面，利用实测的和平台设计用的海洋水文资料以及场地内土的物理力学参数，对海底稳定性进行分析计算，并在分析研究的基础上，进行场地的海底稳定性评价。
2 海洋常见灾害地质类型
海洋常见的灾害地质类型［2-5］如下：
活动断层、地震和火山等。它们不仅可能对海底构筑物造成直接破坏，而且地震可能诱发滑坡、浊流、沙土液化等其他灾害。
滑坡、崩塌、浊流和泥流等，它们的活动可能对钻井平台、海底管线构成直接破坏。
海底沙丘、海底沙波、潮流沙脊、冲刷槽、凹凸地和浅谷等，属于地貌类型的灾害，其分布和气象水文条件有关。
浅层气、泥底辟、软弱夹层、可液化砂层等。它们呈承压流体、塑性体状态存在于第四纪浅地层中。当海底构筑物基础触及这些地质体时，都有可能发生灾害。
埋藏古河道、埋藏古湖沼、埋藏起伏基岩面、埋藏珊瑚礁等。它们一般是浅地层中的透镜体，当钻井平台桩脚插入不同地质体时，由于持力不均会导致平台歪斜，甚至倾覆。
3 地球物理方法对平台场址调查的应用和研究
3.1 海底地形地貌探测
海底地形地貌探测包括单波束测深、多波束测深和旁侧声呐等，是通过探测声波在水下或岩土介质内的传播特征来研究岩土性质和完整性的一种物探方法，只是它们使用的声波频率和强度有差异，高频能提高分辨率，而低频则能提高声波的作用距离和穿透深度［6～9］，目前很多探测系统都采用双频或多频探头结构，提高仪器的探测能力。
3.1.1 单波束测深和多波束测深
单波束测深系统是利用其换能器从水面向海底发射一束声脉冲，声波传到水底界面被反射，再回到换能器被接收，通过时间函数的转换，形成一组时间离散的数字量系列，进行实时处理，而在记录纸上直接显示测线上连续起伏变化的海底剖面。反映了海底表面形态的凸凹性质、高差大小和延伸范围（发育规模）。
多波束测深系统是一种由多个传感器组成的复杂系统，在测量断面内可形成十几个至上百个测点点条幅式测深数据，几百个甚至上千个反向散射数据，能获得较宽的海底扫幅和较高的测点密度，它具有全覆盖、高精度、高密度和高效率的特点。测深资料反映了海底表面起伏变化、高差大小和延伸范围，利用计算机处理和绘图技术，可制成所测海区海底地形图。
3.1.2 侧扫声呐扫描
侧扫声呐技术运用海底地物对入射声波反向散射的原理来探测海底形态，能直观地提供活动形态的声成像。旁侧声呐是一种高分辨率、多用途的水声设备，在海洋测绘、海底目标探测（如探测沉入水底的船、飞机、导弹、鱼雷及水雷等）、大陆架和海洋专属经济区划界、海洋地质、海洋工程、港口建设及航道疏浚等方面有广泛的应用。
侧扫声呐采用深拖型侧扫声呐系统，使用双频频率100/500 kHz，量程100/200 m，拖体距离海底10～30 m，可以获取海底表面的各种目标探测物，获取的声呐图像质量较高，可以分辨出海底表面的管道和电缆，海底物体的高度可以根据物体的阴影来确定。几种地球物理方法同步作业可以相互印证（图1）。
图1 侧扫声呐和单道地震剖面显示的灾害地质类型
3.2 中、浅地层探测
3.2.1 浅地层剖面测量
浅地层剖面测量系统是探测海底以下30 m内的浅层结构、海底沉积特征和海底表层矿产分布的重要方法之一。浅地层剖面系统的发射频率较低，一般在2.5～23 kHz之间，产生声波的电脉冲能量较大，发射声波具有较强的穿透力，能够有效穿透海底数十米的地层［10～11］，地层分辨率在8 cm以上。它可以提供调查船正下方地层的垂直剖面信息，它可以准确地反映出地层界面及可能存在的浅层气、浅断层和古河道等海底地质灾害因素或其他物体（如管线）。浅地层剖面仪的穿透深度则因工作频率和海底沉积物类型的不同而异。
浅地层剖面测量系统采用德国INNOMAR公司SES-96参量浅层剖面系统，外接涌浪补偿系统，可输出水深数据。采用发射功率18 kw，主频100 kHz，差频4～12 kHz，在平台场址调查中一般使用差频8 kHz，探测到的地层分辨率较高，浅海可以探测管道，可以与磁力探测相互验证。
3.2.2 单道地震剖面测量
单道地震记录系统由单道数据采集处理系统、震源系统、信号接收电缆、EPC记录仪组成。主要用于了解海底以下200 m范围内的中、浅地层结构、沉积特征。
单道地震与油气地震勘探技术具有相同的工作原理。单道地震探测采用的震源能量小、频带宽（几十赫兹到几千赫兹）、主频高（几百赫兹到上千赫兹），一般选用电火花和气枪作为震源，能量从几十焦耳到几千焦耳，地层的穿透深度从几十米到数百米。
海上最常用的震源有空气枪和电火花二种，在平台场址调查中一般使用电火花震源，震源系统由震源控制箱、声源装置（电极、声脉冲发生器）组成。
如英国的CSP1500震源系统，主要包括CSP1500震源控制箱、SQUID500型电极、SQUID2000型电极或AA200型BOOMER组成电火花震源，该震源的激发能量级别为100～1500J，而且重复激发所需的时间较短。法国的SIG800J震源系统，采用120或200极鱼骨型电火花电极，能量输出270J、540 J和800J。在平台调查中一般选择250～800J的激发能量，激发间隔0.5 s（图2）。荷兰的GEO-SPARK 10kJ震源系统，GEO-SPARK2×800型电极能量输出在100～10000 J之间，最大工作水深为4500 m，最大穿透深度为750 ms，可以满足深水井场调查的需要。
我们选用法国的SIG16 4.8.12型和SIG16 12.12.34型水听器，英国的AAE20单道信号接收电缆，荷兰的GEO-Sense信号接收电缆，检波器按0.15～1 m的间隔并联组成，该接收电缆具有较高的灵敏度和较宽的频率响应，适用于高频反射信号的数据采集。
记录仪器与以上震源和水听器配套使用的是DELPHSEISMIC数据采集系统。该系统不仅可以主动控制震源每秒的激发次数，而且通过连接GPS导航系统，能够时时记录每一炮道的经纬度坐标，便于精确定位。该仪器的动态范围90db，16位模数转换，而且具有极高的采样频率，在与BOOMER震源配合使用时，其采样率高达6000～10000 Hz，极高的采样频率更有利于高频有效信号的接收。在海上单道地震数据采集过程中，可以通过控制测量船的速度来调整记录道间的距离，船速越慢，道间距越小，地震波组的连续性越好。在震源每秒激发二次的情况下，测量船体以3.5节的速度航行，地震记录道间的距离小于1 m，可见，该方法更适用于高精度的浅层地震勘探。
在资料处理流程中，采用有效的方法技术对数据进行信噪分离，削弱多次及绕射等干扰波的影响，可进一步提高单道地震记录的信噪比和分辨率，图3（左）清楚显示了浅层气及其沿着断层上升，红色椭圆圈着的反射波为强振幅，反射同相轴反转，具明显的反相特征；图3（右）显示了各种形态的埋藏古河道。
图2 单道地震剖面
图3 单道地震剖面显示的浅层气和埋藏古河道
3.3 高分辨率2D多道地震剖面测量
高分辨率2D地震资料的采集一般使用48道或96道多道地震电缆，为了避免虚反射对高频成分的压制作用，震源和检波器电缆的沉放深度比较浅，一般震源的沉放深度3m，一般电缆的沉放深度4 m，地震震源一般是小容量GI气枪震源或套筒枪组合震源，以保证产生高频率的地震子波。这种方法采集到的地震资料频带可达20～350 Hz，比常规的地震采集资料的频带（20～50 Hz）要高得多，完全可以满足识别薄层及地层结构的需要，提高了精度。
3.4 海洋磁力测量
磁法是利用地下岩矿石或者岩土介质之间的磁性差异所引起的磁场变化（磁异常）来寻找有用矿产，查明地下构造和解决其他地质问题的一种探测方法。磁力是解决工程地质调查中探测含磁性物体的有效手段。在各种调查中，我们使用GS880铯光泵磁力仪和SeaSPY海洋磁力仪，针对不同的研究目的分别采用不同的调查方法，均能获得满意的效果。它的优势在于不仅能够探测暴露于海底的磁性异常体，同时对于覆盖于海底以下的磁性异常体也有效。
在调查中的应用，由于海底光缆路由海域存在着已经敷设过的海缆（包括海底通讯电缆、电力电缆和光缆等），经过岁月的变迁，这些海缆在海域中的坐标有了变化，有的是否还存在也不明确；另外，过去敷设海缆时的定位仪存在较大的误差，为了探明光缆路由线交汇的海底电缆的精确位置，必须对光缆路由进行探测。在平台场址调查中，使用加拿大MarineMagnetics公司生产的SeaSPY海洋磁力仪进行勘察，结合旁侧声呐和浅地层剖面共同进行探测。图4是浅地层剖面探测到的管道，当磁力仪探头穿过电缆时测得的磁异常曲线，旁侧声呐扫描到的电缆和平台，磁异常的幅值一般可达几十到上百nT。
图4 浅层剖面、磁力和侧扫声呐探测到的管道、电缆和采油平台
4 结论与讨论
平台场址地质调查的方法主要有两种：一种为地球物理方法，另一种为地质取样方法。目前地球物理方法应用得比较广泛的是单波束测深或多波束测深、侧扫声呐、浅层剖面探测、单道地震、高分辨率2D地震和磁力测量等，以上六种水下探测系统在高精度的定位系统的支持下配合使用，可使我们获得平台场址内三维的工程地质条件，特别是危害工程建设的各种灾害地质现象的形态、规模、位置及其发展趋势等性质。其优点是比较经济、快速，对各种地球物理勘探方法都有各自解决某一方面地质问题的能力，各有优势和局限性。因此，在调查时要视调查的目的与要求，采用多种方法进行综合调查，使各种方法优势互补，以便取得最佳的成果。根据20多年来的实践经验，采用以高分辨率地震为主的综合浅层物探技术，同时在井位和预计抛锚位置进行2～3 m长的地质重力取样和地质浅钻，物探和地质取样相互结合，是了解海洋地质灾害因素、灾害的类型以及海洋工程地质有关问题的行之有效的调查方法，它能够既经济又快捷地为业主提供资料。
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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 区域地质调查工作概况
由于前苏联长期地勘工作成果的积累和俄罗斯近十几年的努力，俄罗斯在国家地质填图、深部地质调查、水文地质调查、工程地质调查和生态（环境）地质等基础地质方面，取得了许多成果和进展，使国土的地质研究程度达到了较高水平（刘燕平，2007e； 罗永国，2006； 中国地质调查局发展研究中心，2004）。
2009年，已编制了俄罗斯联邦89个联邦主体和7个联邦区的GIS地质内容图集，总数超过1000幅。1995～1996年出版了第一版1：1000万比例尺的 《俄罗斯地质图集》，图集包括地质图、构造－建造综合体图、地球动力学图和地质环境现状图等4种共40幅图和说明书，是最新的有关俄罗斯地质、地球物理、地球化学和生态学制图成果和专题总结。
1：100万比例尺地质制图是俄罗斯小比例尺地质制图工作的重点，20世纪60年代前苏联完成并出版了第一代地质图，90年代末完成并出版了第二代地质图，现俄罗斯进行第三代地质图的编制工作。
中比例尺地质填图是俄罗斯地质填图工作的重点。到2001年初，全俄85％的领土完成了1：20万比例尺的国家地质填图工作，到2002年出版和2002年以后出版的同比例尺国家地质标准图幅3816幅，占全俄陆地总图幅4670幅的81.7％。按照1995年制订的编图规范编绘了470 ～500幅1：20万比例尺整套图件，地质、矿产、预测评价、地质生态等方面的信息达到了现代水平的要求，这些图件约占俄罗斯同比例尺总图幅的11％。尚有大片地区属1：20万比例尺地质填图空白区（99个标准图幅）。在地质填图方面的问题是，1：20万比例尺已出版的图幅普遍老化，有一大批区域地质测量是在40～50年前完成的，只用了少量原始的地表调查方法。由于经费锐减，1：20万比例尺地质填图面积逐年减少，同比例尺国家地质补充研究亦明显减少。按照规划，为了提高俄罗斯国土和大陆架的研究程度，至2012年，1：100万比例尺研究区要增加130万平方千米，1：20万比例尺研究区增加9万平方千米。
到1995年，1：5万比例尺地质填图完成面积占全俄面积的23.2％。在已完成的1：5万比例尺地质填图图幅中，符合现代要求的仅占5％～10％。从1991年起，1：5万比例尺地质填图工作不再由联邦预算和联邦主体预算拨款，改由订货人（采矿部门、矿山企业和其他企业）支付费用，致使1：5万比例尺地质测量工作终被取消。这样做的结果导致矿产预测和普查效果明显下降，对矿物原料基地的再生产产生严重影响。
俄罗斯继承了前苏联深部地质调查方面的工作，在科学钻进、地球动力学实验、地学大断面调查、深部地质填图和深部地质作用地表显示研究诸领域，主要是在以前工作所获资料的基础上进行了必要的综合分析研究。为了开展地壳和上地幔深部地质调查工作，开始建立国家基准地球物理剖面、参数井和超深井网（图2－5），其中包括用综合地球物理、地球化学方法在5条陆上剖面和1条海域剖面上进行地学剖面调查和打参数井。计划至2012年，在已完成基准剖面和基准井（已完成1930延长千米的基准剖面和2700延长千米的参数井）的基础上，继续研究地球的深部构造。
图2－5 俄罗斯深部地质构造研究图（引自А.Н.Лабутин и др.，2009）
俄罗斯于20世纪90年代末完成了第三代1：100万水文地质图编图工作。到2001年初，1：20万比例尺水文地质填图面积占国土面积的31.7％。俄罗斯探明的饮用地下水源地及其地段有4000多个，其开采储量超过0.85亿立方米/昼夜。到2001年初，俄罗斯1：20万比例尺工程地质填图面积占国土面积的14.2％。俄罗斯生态地质填图工作起步较晚，20世纪90年代以来开展了1：100万、1：20万和1：5万比例尺生态地质测量工作，因资金短缺，每年完成的填图面积数量有限。由于同样的原因，最近十几年来，俄罗斯水文地质和工程地质填图工作进展缓慢，工作量逐年减少，没有新开图幅，只是对部分图幅做些补充研究和修编工作。
俄罗斯大陆架面积620万平方千米，占世界海洋大陆架总面积的21％。总起来看，俄罗斯大陆架的地质－地球物理研究程度还是比较低的。就是在大陆架研究程度最高的地段（萨哈林大陆架和巴伦支海大陆架），地震观测的密度也很少超过1千米/平方千米。到2007年1月1日，在俄罗斯大陆架上共完成了大约125.5万延长米的地震剖面，打了223个深钻，其中北冰洋西部大陆架（巴伦支海、伯朝拉海和喀拉海）70个，东部大陆架91个，南部几个海的海域51个，波罗的海11个（图2－6）。出于政治、经济和军事的战略考虑，前苏联和俄罗斯一直在进行海洋地质和矿产的调查工作。早在20世纪60～70年代苏联时期，就完成了俄罗斯大陆架的1：100万比例尺地质测量，编制出一系列图件。到2001年1月1日，共出版了8幅大陆架1：100万比例尺第二代地质图，另有10幅正在编制和出版中（俄罗斯大陆架共有50个1：100万比例尺标准图幅）。在里海和亚速海进行了包括生态地质填图在内的1：20万比例尺地质填图。开展了日本海和鄂霍次克海大陆架1：20万比例尺地质填图。
图2－6 俄罗斯大陆架研究程度图（引自В.Д.Каминский и др.，2009）
Ⅹ 堆积体工程地质特征
下咱日堆积体是坝址区体积最大的一个堆积体，由于紧靠坝址上游左岸，堆积体下游部分为电站进水口，研究下咱日堆积体的空间工程地质结构以及对其稳定性问题做出合理的分析判定，对于电站在施工及运营期间的安全性具有重要的意义。该堆积体分布高程从河边至高程 1920 m，面积约 1. 5 km2，估计方量约 9800 × 104m3。
下咱日堆积体分布于金沙江左岸上、下坝之间，根据堆积体的空间分布 ( 分布高程)及对工程的影响程度，大致以下咱日沟为界将堆积体分为Ⅰ、Ⅱ两个区 ( 图 6. 1. 1) 。Ⅰ区分布于上坝址左岸，下咱日沟西南侧，靠河边地形平缓且薄，地形较陡且厚度较大地段比正常蓄水位高约百余米，对枢纽建筑物影响较小; Ⅱ区分布于下咱日沟北侧，紧邻枢纽建筑物，其分布位置及高程不仅影响枢纽建筑物的布置，且水库蓄水后堆积体的稳定对大坝的安全具直接影响，因此，勘察的重点、研究的重点皆在堆积体Ⅱ区，本次研究工作的重点亦为Ⅱ ( 以下所述内容均针对Ⅱ区) 。
图 6. 1. 1 下咱日堆积体工程地质平面图
6. 1. 1 堆积体空间分布特征
6. 1. 1. 1 下咱日堆积体分布区地形特征
根据堆积体分布区 1∶2000 地形等高线图，为了能够更直观地分析堆积体的空间形态特征，我们建立了下咱日堆积体三维地形等高线云图 ( 图 6. 1. 2) 及坡度分布云图 ( 图6. 1. 3) 。从中可以清晰看出整个堆积体大约分布有两个较缓的台地，即: 高程 1540 ～1560 m 及高程 1610 m 以上，其地形坡比约为 10% ～ 32% 。其中高程 1560 ～ 1610 m 附近形成一陡坎，其地形坡比大约 95%。该陡坎上部为胶结较好的硬壳层，下部为具有较好层理状结构并且具有一般胶结的砾石层，由于两者强度上的差异在有些部位发育有 “洞穴”( 图 6. 1. 4) ，甚至在局部还伴有局部小范围的坍塌现象。
为了研究下咱日堆积体的分布区的地表水文地质特征及空间流域分布，在研究过程中对其地表形态进行分析，建立了堆积体分布区的空间流域分布图 ( 图 6. 1. 5) 。从图中可以看出，堆积体分布区主要地表径流排泄通道为下咱日沟，该沟在分析区内其流域面积约为 8. 85 ×105m2。其余由于常年的冲刷在堆积体表部 ( 尤其是下部台地) 处形成几条较大的冲沟，也成为堆积体分布区内的小范围的流域排泄通道 ( 图 6. 1. 5)
图 6. 1. 2 下咱日堆积体空间等高线分布
图 6. 1. 3 下咱日堆积体空间坡度分布
图 6. 1. 4 下咱日堆积体陡坎处分布的 “洞穴”
图 6. 1. 5 下咱日堆积体空间流域分布
图 6. 1. 6 显示了水库蓄水到正常设计水位高程 ( 1618 m) 时的堆积体的淹没情况，下部红色区域为水库淹没区，上部黄色区域为非淹没区。从图中可以看出，水库蓄水后堆积体的陡坎及以下部分将处于水下。
图 6. 1. 6 下咱日堆积体水库淹没分析
6. 1. 1. 2 堆积体三维空间结构及规模
为了探明堆积体的规模、成因及分布规律，中水顾问集团昆明勘察设计研究院针对堆积体共布置勘探钻孔 19 个、勘探平洞 6 个、竖井 2 个，同时开展部分物探工作。各勘探点及勘探剖面布置见图 6. 1. 1。根据现场钻孔资料，堆积体最大厚度可达 118 m。
为进一步研究下咱日堆积体的三维空间结构形态特征及其分布规模，以便为电站后期的设计及施工阶段提供可靠的依据，我们根据现场地面调查、地形图 ( 1∶2000) 、地质图 ( 1∶2000) 、已有的上述钻探及物探等资料建立了其相应的三维空间结构模型( 图 6. 1. 7、图 6. 1. 8) 。
从图中可以看出下咱日堆积体总体上像一个装满东西的 “勺子”，其中部厚度较大，基覆面 ( 基岩与堆积体接触界面，以下同) 中部下凹，呈 “勺”状或 “锅底”状。从纵向上看，堆积体的底界面在三维空间总体上呈现为倾向河谷，倾角也由 35°左右逐渐变为水平，甚至前缘靠江边部位出现反翘现象 ( 如Ⅲ、Ⅳ号剖面) ( 图 6. 1. 8) 。横向上，沿河谷方向，堆积体底界面总体上为倾向下游并在上、下游两端逐渐翘起，且具有堆积体的厚度上游相对较薄、下游相对较厚的趋势。
此外，从钻孔勘查资料表明在基覆面的某些部位仍然保存有磨圆度很好，岩性成分相当复杂、含有不少本地区没有的花岗岩类的卵砾石 ( 图 6. 1. 9) ，且大都已经呈现完全胶结或半胶结成岩状态，显然是金沙江自上游数百公里外搬运而来。因此，在堆积体形成之前的一段时间内该部位应为古金沙江的古河槽 ( 图 6. 1. 10) 。
图 6. 1. 7 下咱日堆积体三维空间结构
6. 1. 2 堆积体工程地质结构
根据现场工程地质调研及钻孔、平硐 209 等勘探资料，对下咱日堆积体主剖面 ( Ⅲ-Ⅲ剖面) 进行工程地质结构分区 ( 图 6. 1. 11) ，并建立了其相应的三维工程地质结构分区( 图 6. 1. 12) 。从上往下依次为:
6. 1. 2. 1 胶结、半胶结的砂、卵砾石层
该层位于堆积体的前部，其主要成分为具有层理状的胶结、半胶结的砂、卵砾石层，组成物质成分较杂，以灰岩、玄武岩居多，部分为花岗岩、砂岩等卵、砾石。具 PD209及 PD221 揭露该层部为一层厚度较薄的胶结硬壳层，局部分布有崩坡积层、河流相沉积的卵砾石层及较大的滚石物质 ( 滚石最大可视粒径可达 10 m) 。
图 6. 1. 8 下咱日堆积体三维形态特征
为进一步认识该层粒度分布特征，分别在 PD209 内分别选取了四个试样点进行了相应的粒度筛分试验 ( 图6. 1. 13) ，由于现场条件限制粒度筛分试样大小为20 cm ×20 cm ×20 cm，且粒径范围为大于 1 cm 的颗粒。从频率分布柱状图上可以看出在粒度分析范围内绝大部分粒度小于 1 cm，粒径 ＜1 cm 的颗粒最大可达 60%以上，平均含量约为 47. 2%。
通过钻孔及平洞揭露，该层内部夹有粉细砂层。但通过地表调查及勘探成果分析，该层内部的粉细砂层在空间上的分布呈透镜状 ( 图 6. 1. 14) ，分布不连续，其延展长度一般小于 5 m，且较为致密并呈半胶结状态，不具有成层性。从总体上不构成连续性的软弱界面，不会影响堆积体的稳定性。
6. 1. 2. 2 土石混合体层
该层为冰碛成因的土石混合体层，具泥质胶结或呈架空结构特征，其含石量大于40% ，现场平硐揭示，最大粒径可达 3 m 左右，组成物质绝大部分为灰岩、玄武岩。
图 6. 1. 9 钻孔揭露堆积体底界 ( 基覆面) 分布的卵砾石层
图 6. 1. 10 下咱日堆积体分布区古河槽及今河槽基岩面等高线 ( m) 图
根据平洞 209 揭露，该层土石混合体在内部细观结构上从坡体外部到内部大致可以划分为两个亚层 ( 图 6. 1. 15) : 具有泥质胶结的土石混合体层及具有架空结构的堆石体层。其内部块石粒径较大，具有一定的磨圆度。其中具泥质胶结的土石混合体层，块石构成的骨架内部空隙被粘土及粉土充填，填充成分较为致密，透水性较弱; 具有架空结构的堆石体内部大块体构成的骨架内部有粒径较小的块体填充，且块体内部排列紧密，呈高度压密状态，深部可见局部有少量泥质充填成分。但从整体上这两个亚层没有明显的界线，基本上呈逐渐过渡趋势。
为了明确下咱日堆积体内部分布的这两类岩土介质的粒度组成，为其抗剪强度研究提供依据，我们采用数字图像处理技术对 PD209 所揭露的这类岩土体进行了大面积粒度分析试验。
根据现场断面特征，选取土石阈值为2 cm，即: 粒径 ＜2 cm 的颗粒将被视为 “土体”成分。因此对图像所显示的粒径大于 2 cm 的颗粒进行统计，图 6. 1. 16 显示了两组图像颗粒提取过程。
图6.1.11 下咱日堆积体地质结构剖面图
图 6. 1. 12 下咱日堆积体三维工程地质结构分区
图 6. 1. 13 砂卵砾石层粒度分析成果
图 6. 1. 14 下咱日堆积体内部呈透镜状分布的粉细砂层
图 6. 1. 15 PD209 揭露的下咱日堆积体内部土石混和体层
图 6. 1. 16 基于数字图像处理技术对 PD209 内揭露冰水堆积层( 土石混合体) 进行粒度分析
根据上述方法，我们共对7组图像进行了相应的粒度分析，累计分析总面积约26m2，图6.1.17。从图中可知该土石混合体的含石量(粒径大于2cm的颗粒)分布范围为30%～70%之间，平均含石量约52%，根据水利部行业标准《土工试验规程》(SL237-1999)中的土的分类标准，该层岩土体应属于混合巨粒土—巨砾混合土范畴。从图6.1.16图像处理图上还可以看出该层土石混合体粒度分布及其不均匀。
图6.1.17 各粒度分析试验成果图
6.1.2.3 基岩
二叠系上统玄武质喷发岩(P2d)，其岩性主要为灰、灰黑及紫灰色的玄武岩、杏仁状玄武岩及火山角砾熔岩等，该层从上到下又可分为全风化、强风化、弱风化及新鲜基岩。根据钻孔揭露显示，除堆积体上部及Ⅲ号剖面揭露为全风化或强风化接触外，绝堆积体下伏基岩大部分为弱风化玄武岩体。基岩接触面处，根据钻孔揭露堆积体物质基本处于超固结或胶结、半胶结状态(图6.1.18)，接触较为紧密，不可能成为堆积体失稳的软弱界面。