（环境工程专业论文）青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究.pdf

r e s e a r c ho fs h a l l o ws e ar e f r a c t i o ns h o o t i n g i nq i n g d a oh a i x ib a y o n a b s t r a c t a c c o r d i n g t om a n yr e s e a r c ho fq i n g d a oh a i x ib a y o na n dj i a o z h o ug u l f , a d o p t e d s h a l l o ws e as e i s m i cr e f r a c t i o nt o r e s e a r c h f i n a l l y , f i n do u tt h es i t u a t i o na n dd i m e n s i o n o f r o c kc o n f o r m a t i o n ，e v a l i c a t e ds t a b i l i t yo f a r e ac o n f o r m a t h i sd i s s e r t a t i o ni sd i v i d e di n t ot h es e v e r a lf o l l o w i n gs e c t i o n s ： 1 e x p a t i a t e de h e r yo f t h es h a l l o w s e as e i s m i cr e c o n n a i s s a n c e 2 a n a l y s e d t h ec a u s a t i o no f e r r o ri ns u r v e ys e i s m i c 3 t h ef r u i to fr e s e a r c hh a v ec o n t r a s t e dw i t hd a t ao f d r i l l ，v a l i d a t e dw i t hm e a s u r e o f p u r s u ec r a n n yd i r e c t i o n ，t h em e a s u r ew a si nr e a s o n ，a c c o r d i n ga sf a c tw a s s u m c i e n t 4 e q u a n t i t yc l a s s i f i c a t i o nq u a l i t yo f t h eg e o l o g i cc o n f o r m a t i o n ，b yt h ed e p t ho f r o c ka n dt h ev e l o c i t yo f w a v ea r e a p p r a s e d 5 ，t h es u r v e y i n go fr e f r a c t i o n s h o o t i n g o nt h es h a l l o ws e ai n q i n g d a o i s a c c i d e n c es u m m a r i z e d k e y w o r d s ：r e f r a c t i o ns h o o t i n g ：m a r i r e e n g i n e e r i n g s u r v e y ： dis t u r b a n c e ：c o r r e c tio n 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 0 前言 浅层初至折射波法地震勘探，是国际公认的勘探浅层地质构造的有效方法之 一。它能探测基岩的埋深、起伏，岩性接触带、断裂破碎带的位置、延伸方向， 尤其是能测定基岩中的纵波速度大小及其分布情况，从而了解测区基岩的岩性变 化和致密程度等，这是其它物探方法不能代替的。该方法广泛应用于陆地和水域 中的桥梁、高层建筑等大型工程建设中的地基勘测，尤其是在海洋工程调查中工 程地震探测成为不可替代的探测手段。“1 配合其它物探、钻探资料可以提供较精 确的地质资料和有关数据。在对青岛北船重工海西湾造修船基地工程进行地质勘 探作业时，部分孔内发现有构造破碎带痕迹，受构造破碎带不均匀性和深度所限， 该构造破碎带的规模及空间展布特征难以确定。考虑到该区基本的地质条件是海 底面以下的松散沉积层直接覆盖在下部基岩之上，含水松散沉积层内的波速与海 水中波速接近，明显低于下部基岩的波速值，非常适合选用浅层折射波法地震勘 探。在对获取的原始资料进行全面解释后得到，测区未经过较大的垂向构造变动， 只是基岩在长期受到复杂的地质应力作用下形成的一组以n e 向为主的构造裂隙 或不同岩性体( 岩脉) 在侵入冷却过程中外界物理条件变化，造成垂向低速夹层 所引起的波速异常。本次研究查明了测区基岩构造的位置、规模和空间展布特征， 对场区构造稳定性进行了评价，取得了较好的效果。结合此项工程，分析了浅海 区较为复杂的水文条件下利用漂浮电缆进行勘测时产生误差的原因及校正方法。 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 1 绪论 1 1 研究意义 浅层地质构造调查是城建规划、建筑、铁路交通、港口、桥梁等工程设计前 期的一项重要工作，折射波地震勘探是国内外用来探查浅层基底构造的有效方法 之一。陆域浅层折射波地震勘探应用广泛，内陆浅水折射波地震勘探也有应用， 而海域折射波地震勘探应用较少，浅海区较为复杂的水文条件，海上折射波地震 勘探施工方法相对复杂，随着沿海工程的逐渐增多，研究海上折射波地震勘探施 ：方法、技术具有重要意义，扩展折射波地震勘探应用领域，提高海域折射波地 震勘探应用技术水平，为工程建设和调查研究服务。 1 2 国内应用发展情况 国内应用最早的项目是1 9 8 9 年青岛胶州湾女姑山至后阳村跨海大桥，由青 岛海洋大学海洋地质系采用海上浅层折射波地震法探查跨海桥址在海上地段的 基底构造形态。分剖面普查和面积详查两次进行，共完成1 5 0 2 公里地震测线。 2 0 0 2 年青岛北海船厂海西湾造修船基地船坞区地质构造调查项目由青岛海洋地 质工程勘察院采用海上浅层折射波地震法实施。福宁高速公路隧道工程采用折射 波地震法查明了构造破碎带的分布与覆盖层厚度等。1 2 0 0 3 年由青岛海洋地质研 究所承担的青岛海岸带工程地质布局与环境调查研究项目也采用了海上浅层折 射波地震法探查近岸区基底构造。都取得了较好的效果。裴顺平等采用折射波走 时成像技术研究上地幔顶部速度结构与构造活动的关系。”1 在陆域和极浅水域一 般采用相遇观测差异时距曲线，在水深较深区域( 水深大于l o 米) ，采用将地震 电缆拖曳的走航式单边观测系统采集方法进行初至折射波采集，采用单边连续观 测地震折射波a t 解释方法，使浅海折射地震在海洋工程与与环境地质等领域应 用更加广泛。”1 1 3 浅海折射波地震应用分析 浅层工程地震探测在工程地质与环境地质勘察中越来越受到重视& 尤其是 在海洋工程中与工程地质调查中工程地震探测成为不可替代的探测手段浅层折 2 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 波法依其解决工程地质中的基岩岩性与基岩埋深以及基岩构造位置和构造分布 等问题的独特特点，更是实用有效的解决工程地质关键问题的方法。 目前的浅层折射波资料的采集与解释大部分基于相遇观测原理的方法，该类 方法主要适应于陆域和极浅水域，虽然该方法解释精度高，但由于在水域中该方 法i ：作方法复杂，受风、海浪、海流、水深、潮位等海况影响较大，多采用炸药 作震源，详细普查、小道距成本较高，解释方法相对繁琐。从而影响了该类方法 在水域中的广泛应用与推广；对于一般水深超过1 0 米较深区域，就更难采用相遇 观测方法进行折射数据采集，目前在较深水域采用将地震电缆拖曳的走航式单边 观测系统采集方法，进行初至折射波数据采集，采用连续单支时距曲线解释方法 解释所获得折射波数据，也取得了良好的效果，直接利用相邻单支时距曲线求取 基岩界面深度与基岩速度的解释方法。利用走航式连续单边观测系统进行观测和 单支时距曲线解释方法可使勘探效率大大提高，缩短工程工期，降低工程成本， 进一步提高浅层折射波法在海洋地质工程中的应用地位。因此发展走航式折射波 地震勘探和解释方法理论可促进浅海折射波地震勘探技术的提高和应用水平。推 进勘探技术发展，更好地为工程建设服务。 1 4 项目概况 青岛北海船厂海西湾造修船基地位于青岛市黄岛经济技术开发区海西湾岛 观嘴区域，拟建修船坞2 座，首先拟建连接东西码头的顺岸码头、修船坞北侧堵 口围堰和止水帷幕。其中顺岸码头和修船坞北侧堵口围堰总长为4 5 0 m ，修船坞 坞底标高为大港高程一7 3 0 米，修船坞团堰主尺度为5 0 0 m x 2 8 0 m 2 0 0 2 年5 月，青岛海洋地质工程勘察院在对青岛北海船舶重工有限责任公 司海西湾造修船基地船坞围堰区进行地质钻探过程中，发现部分钻孔内有构造破 碎带痕迹，但受钻探深度所限，对构造破碎带规模、空间展布特征等难以确定。 钻探过程中的这一发现引起了建设单位青岛北船重工有限责任公司、设计单位第 九设计研究院( 上海) 的高度重视。建设单位于2 0 0 2 年6 月2 0 日组织，卜述单 位有关领导和专家对海西湾基地造修船坞围堰区构造破碎带的工程地质问题进 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 行了座谈、讨论，并形成了会议记要，为给工程设计提供更全面的数据资料，提 出进一步查明断裂的有关参数、规模、差异性等的要求。据此我院编制了采用钻 探及工程物探相结合的手段进行本次勘察的设计方案，其中物探采用初至折射地 震勘探法进行工作。 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 2 自然地理概况 2 1 调查区地理位置 调查区位于位于薛家岛海西湾，测区面积约4 5 0 m ( 1 2 0 m 。( 如图2 - 1 所示) 。 图2 - 1 调查区地理位置 2 。2 气象 根据团岛气象站的资料，工程区域气象概况如下： ( 1 ) 风向及频率：全年频率最高的风向为s e 向，其出现频率为1 2 ；其 次是n 向和n n w 向，出现频率均为1 l ：再次是e s e 向和s s e 向，其出现频 率均为9 ；出现频率最少的风向是e n e ，其频率仅有l ；n e 向和w s w 向出 现频率均为2 。春、夏季基本一致，盛行s e 向风，秋、冬季基本一致，盛行n n w 向风。 ( 2 ) 风速：全年中1 1 月份平均风速最大，为6 4 r n s ，7 月、8 月平均风速 最小，为4 7 m s 。4 月、5 月平均风速分别为为5 8 m s 、5 3 m s 。 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射渡地震勘撵研究 ( 3 ) 气温：多年平均气温为1 5 5 。c ，年平均最高气温为1 5 89 c ，年平均最 低气温为9 8 。 ( 4 ) 降水：团岛多年平均降水量为7 3 2 7 m m ，年最大降水量为1 2 2 7 6 m m ， 最小降水量为2 6 3 8 r a m 。 ( 5 ) 雾：雾是工区中一种主要天气现象本地区一年四季均有雾出现，但4 7 月海雾盛行，称为雾季。一般而言，从4 月份起雾日增多，6 月雾日平均有l o 6 d ： 其次为7 月雾日平均是9 5 d ，4 7 月雾日平均有3 4 1 d ，占全年雾日的7 6 1 。8 月份雾日剧减，9 1 1 月份最少，平均只有0 。1 o 4 d 。1 2 月开始渐增。1 2 2 月 雾日为4 _ 3 d ，占年均值的9 7 。一年四季雾的日变化都具有一定规律性，本区 海雾一般都在傍晚发生，入夜浓度增加，至次同晨最浓，到中午日照强烈时逐渐 消失，风大时消失得快。 ( 6 ) 灾害性天气：主要灾害天气有热带气旋、雷暴、冰雹、寒潮等。根据 台风年鉴( 1 9 4 9 一1 9 8 7 ) 统计了热带风暴、强热带风暴和台风三种热带气旋。 共发生热带气旋5 3 次，其中热带风暴4 次，强热带风暴6 次，台风4 3 次。在 2 8 年统计资料中，共出现冰雹1 3 次，年均0 5 次，冰雹一般发生在4 7 月、9 1 0 月，其中6 月份较多。降雹时间较集中，多出现在午后到傍晚气温高、天气 闷热之时。上午和夜间出现极少。2 8 年的雷暴观测资料统计结果表明，年平均 雷暴1 3 数为2 3 1 d ，最多年份出现4 1 d ( 1 9 6 4 年) ，最少出现1 l d ( 1 9 7 3 年、1 9 8 7 年) 。雷暴多发生在夏季，占全年雷暴日数7 1 9 。7 、8 月份最多，分别达1 4 d ( 1 9 6 2 年、1 9 6 4 年) 。雷暴最早发生在2 月( 1 9 8 7 年) ，最晚结束于1 2 月( 1 9 7 5 年) ，1 、3 月份未出现过雷暴。2 4 年( 1 9 5 1 1 9 7 5 年) 中共出现寒潮7 2 次，平 均每年3 0 次。寒潮主要发生在l o 月至翌年3 月，最早出现在9 月，最晚结束 于4 月。 2 3 胶州湾海域地形地貌 胶州湾海区地形平面上为镰刀形，截面上呈“v ”字型，拐弯处侵蚀凹槽水 6 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 深达6 0 余米，海底相对平坦，平均水深4 0 m ，靠近浅滩地形变陡，平均坡降为 5 8 之间，而浅滩区水深一般小于l o m ，水下地形也较简单，平均坡降为1 o 1 6 之间。 胶州湾区水下地貌类型主要有浅滩、潮滩、冲涮槽和侵蚀洼地四种。 ( 1 ) 水下浅滩：是一种海底堆积地貌，特点是地势平坦，坡度小，组成沉 积物细，多为泥质粉砂或淤泥质粉砂，松散沉积物的厚度最大约2 0 m 左右。 ( 2 ) 潮滩；由于胶州湾是属于半封闭式的海湾，故形成了一种以潮汐的作 用为主的海岸地貌一潮滩，按其地貌位置、水动力条件和物质组成等特征，从岸 边向海域可进一步分为四个带：近岸高潮滩带，特点是水动力条件弱，物质分 选差，为粉砂混淤泥；潮汐作用较明显的淤泥粉砂带；细粒物质为主的沉积 带；以粉砂为主的粗粒物质沉积带，属低潮滩带，其潮流水动力作用逐步加强。 ( 3 ) 冲涮槽：是一种海底侵蚀地貌，胶州湾中的底流不断冲刷湾底形成镰 刀形的谷地和“v ”字形侵蚀( 下蚀) 地形。 ( 4 ) 海底侵蚀洼地：在黄岛与团岛之间的湾1 3 处，有一深度大于6 0 m 面积约2 2k m 2 的海底侵蚀凹槽，可能是回流的洋流在拐弯处形成涡流所致。 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 3 区域地质、构造概况 3 1 区域地质概况 胶州湾大地构造上位于胶南一威海造山带的中部与胶莱坳陷东南缘的复合 部位。地质构造复杂，岩浆活动强烈。 胶州湾地区横跨胶莱断陷区和胶南断隆区，多期构造变形留下了丰富的构造 形迹，但以中新生代脆性断裂构造最为醒目，韧性断裂及褶皱构造不发育。 拟建场区自太古代以来，工区白太古代以来处于稳定上升、剥蚀夷平过程 中，中生代晚期产生了强烈的地壳运动，胶州湾在沿老断裂构造活动的基础上， 产生了新的断裂，并伴生岩浆活动和火山喷发。 测区海面相对平静，海上勘测期间潮位在1 4 5 m 4 2 5 m 内变化，水深一般 在几米十几米内变化。海底为淤泥等松散沉积。其下为火山岩基底。根据测区 附近岸上基岩露头推测，基底岩性变化较大，风化程度不一，伴有挤压破碎现象， 表明基底构造较复杂。 测区基岩为火山岩，其上覆盖着水层、淤泥和粘土等第四纪松散沉积层。 对常年含水的松散沉积层其纵波速通常视为1 5 0 0 m s 。与其下火山岩中的波速存 在着明显的速度差异，为折射波法勘测提供了有利的地质一地球物理条件。 3 2 区域构造运动特征 区域构造稳定性的评价首先就是要寻找和研究控制构造稳定性的主要断裂 。参照罗国煜教授的优势面理论，可以从断裂最新活动时间、距工程场址距离、 断裂规模及活动周期等4 个因素来综合确定，即断裂活动年代越新、规模越大、 距工程场址最近及活动频繁，其影响就越大，造成区域构造稳定性问题就越大。 山东半岛鲁东地区及半岛的海域部分，n e 向断裂最发育，是陆域及海域主 要构造体系。贯穿鲁东地区的牟平一即墨断裂带规模最大，它对该区岩浆活动、 8 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 变质作用、混合岩化作用及火山一沉积作用都有重要的控制作用；组成该断裂带 向西南延伸的部分断裂，成为胶州湾地区的主要断裂，如即墨一红岛断裂、东温 泉一灵山口断裂、李村一薛家岛断裂以及与其平行的大断裂派生出来的次级较大 断裂，基本上控制了胶十i 1 湾地区火山岩和侵入岩的分布，是胶州湾地区岩浆喷溢 和侵入的导岩构造断裂、控制了区域地貌景观和胶州湾东部、南部的岸线轮廓。 胶州湾北部的胶县断裂、百尺河e w 向断裂是次于牟平一即墨断裂带的两 条较大的区域性断裂，它们向西延伸与著名的郯卢深大断裂相交，控制了胶州湾 西北部中生代地层分布和地貌格局，直接影响了胶州湾北部岸线轮廓。 胶州湾n w 向断裂较发育，但规模较小，性质多属张性、张扭性，它与n e 向断裂形成共轭，构成胶州湾棋盘格式构造体系。 从区域地质构造上看，青岛地区的断裂构造以n e 向为主，其次为近日v 向，n w 向帮豫研泼育。断剿目确皆黼自豌拽般在6 0 - 8 0 。之间。图3 1 显示了青岛地区的主 要断裂，这些断裂控制了本区的岩浆发育、火山活动和地层分布”1 。 9 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 鲁 王 。 吱 ，渺。 渺_ 分 e ! 璺，一 o v l 翟 蕞 i 鼻一胃 n 一l i | 凸 m 6 i i ，一一 ，凸 v 一一蠹a 茸 h t 州一王青胃 o ol 是曩一二十置l f 鼻 t 崖- -西- - 一_ - 一- o 苎：墨一 面m - - w 一回苜山山m i l l ，一正- - 毫一- _ r ，rv 1 1 1 w m 茸# - 图3 - l 测区构造概况 区内较大的北东向断裂主要分布在胶洲湾东岸及北岸，主要有以下几条断 裂： 郭城一b p 墨断裂：该断裂自海阳县郭城至即墨市南部，墨水河走向严格受其 控制，区内自城阳向s w 伸入胶洲湾。 朱吴一店集断裂：该断裂白海阳朱吴经即墨店集至沧口，又称沧口断裂，它 控制了崂山花岗岩体与白垩系沉积地层的分界线。 帆一 辑 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 除以上两条大的断裂之外，在崂山花岗岩体中还发育了两条n e 向规模较大 的断裂，一条为劈石口一浮山所断裂，另外一条为王哥庄至山东头断裂。 n w 向的断裂主要发育在胶洲湾的西岸和北岸区，主要有： 胶县断裂：该断裂自安丘县南部经胶洲至马哥庄一带。 郝官庄断裂：该断裂发育在胶洲湾西岸。断层上盘为白垩系地层，下盘为太 古界和元古界地层，对胶莱拗陷起控制作用，是胶南隆起的北边界。 另有一条近e w 向断裂发育在胶洲湾诬岸，沿小洛戈庄、大后旺、东方盐厂 一线展布，是白垩系与侏罗系地层的分界线。 郭城一即墨断裂、朱吴一店集断裂是本区域主簧断裂，基本控制了本区地层 及地质单元的分布。 胶洲湾地区自新生代中更新世以来，地壳活动主要表现为某些断裂的继发性 活动和地壳差异性升降。从历史地震资料分析，本地区历史上从未发生过破坏性 地震，只有几次小震级( 震级小于4 5 级) 地震发生，震中多位于各断裂构造及 其交汇部位。如1 3 4 6 年6 月2 曰胶十i t 湾发生地震；1 5 0 6 年9 月2 日和1 0 月1 e l 即墨地震；5 1 1 年即墨地震；1 5 1 7 年9 月2 日胶州湾地震：1 5 3 3 年9 月1 9e t 即墨地震。声如雷；1 6 7 2 年1 月2 4 日即墨地震：1 9 0 6 年胶州湾地震：i 9 2 4 年2 月1 9 日青岛地震等。这些地震不很强烈，对本区影响较小。由于本区与郯庐断 裂带和南黄海地震带较近，邻区发生地震对青岛影响较大。郯庐断裂带许多强震 严重影响本区，南黄海地震带发生的地震也波及本区。沧口断裂是本区主要的断 裂带，也是导致胶洲湾形成的一组主要断裂构造。1 9 6 9 年渤海7 4 级1 9 7 5 年海 城7 3 级及1 9 7 6 年唐山7 8 级地震时，都曾波及沧口断裂带，沿断裂带有多处 均有响鹰，震级小于4 9 级。2 0 0 2 年7 月2 3 日黄海海域发生4 。9 级地震，地震 中心位置是北纬3 5 度3 3 分，东经1 2 2 度1 6 分，距青岛市约1 8 0 k m + 青岛市区 部分房屋有震感。2 0 0 3 年6 月4 日至1 0 月1 日青岛市崂山区共发生l o 次地震， 多为2 3 级微震，其中崂山区王哥庄镇青山村( 北纬3 6 度1 4 分，东经1 2 0 度 4 0 分) 发生4 1 级地震，青岛市区普遍有震感。 青岛北船重：i = 海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 按照岩土工程勘察规范( g b 5 0 0 2 1 - - 2 0 0 1 ) 的规定，沧口断裂属i i i 级微 弱全新活动断裂。 中国科学院地质研究所山东地震地质考察组，将本区划为挑村一即墨弱震带 基本烈度为6 度，为构造上相对稳定带。 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射渡地震勘探研究 4 海西湾修船坞围堰区岩土工程特征 4 1 岩土层特征 依据钻探资料，本区第四纪地层自上丽下共分为三层：第层淤泥及 淤泥质粉土层、第层一淤泥质粉质秸土层、第层一砾( 砂) 粘性主层；工区 基岩为第层熔结火山角砾岩，根据基岩风化程度划分为第z 层一强风化熔结 火山角砾岩、第：，层一中风化熔结火山角砾岩；区内基岩断裂破碎带根据风化 程度划分为第。层一强风化碎裂岩、第。层一中风化碎裂岩；各岩土层地质特 征及分布状况如下： 第层一淤泥及淤泥质粉土层( q 。： 灰黄色灰色，流塑状态。主要成份以海相淤泥质粉土及淤泥为主，含贝 壳碎屑及赓植质，含水量自上而下逐渐减少，圊下濒变为淤泥质粉质粘，与第 层淤泥质粉质丰占土层呈过渡状态；工区西北角分布以淤泥为主，其他地区出淤 泥质粉土为主，层顶标高( 大港高程，下同) 为一3 ，2 0 一7 o o 米，层底标高为 - 3 8 0 一7 5 0 米，厚度0 5 0 1 6 0 米，平均厚0 9 6 米。 第层一淤泥质粉质粘土层( q ，) ： 灰色一深灰色，流塑软塑状态，主要成份以海相淤泥质粉质粘土为主，夹 淤泥质粘土、粉质粘土，含贝壳碎屑及腐植质，层顶标高为一3 8 0 一1 0 3 0 米，层 底标高为一6 2 5 一1 1 5 0 米，厚度0 9 0 7 1 0 米，平均厚4 6 l 米：层底深度 0 9 0 8 o o 米。该层土与下覆地层交界处0 ，1 0 o 2 0 米含较多粉粒及砂砾，含 水薰相对较低，与下覆地层呈混合状态。 第层一砂( 砾) 质粘性土层( q ，“) ： 灰褐色一黄褐色，可塑一硬塑状态，该层所含砂、砾分选差，磨圆差，该 层工区分布较为局限，仅分布于顺岸码头西端，分布厚度较薄。 该层分布层顶标高为一1 0 8 5 ，项面埋深4 0 0 4 7 0 米，层底标高一1 1 0 5 一1 1 1 5 米，层厚0 2 0 - - 0 3 0 米。 第层一基岩( k 。) ： 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 海西湾内基岩埋深较为规则，它基本上是自南往北基岩面逐步加深。分布 趋势是以岛观嘴和黑孤石为轴线，向两侧、向北逐渐加深，基岩埋深为0 5 2 4 m 。 拟建船坞围堰区揭露基岩为熔结火山角砾岩，顶面埋深为0 9 0 8 0 0 米， 熔结火山角砾岩为硬质岩石，基质为安山质火山灰，角砾直径2 l o m m ，不同风 化程度基岩分布如下： 第：层一强风化熔结火山角砾岩： 紫红色、暗紫红色、棕褐色。节理裂隙发育，岩石风化较强烈，岩体风化 程度不均一受节理裂隙发育状况影响，局部呈风化漏斗状，总体上强风化熔结 火山角砾岩呈致密的角砾、碎石土状，少部分矿物高岭土化，含大量风化较轻的 岩块，强风化熔结火山角砾岩分布广泛，层顶标高为一6 6 5 一1 1 5 0 米，变化趋 势为中间高两侧低，埋深0 9 0 8 0 0 米，受岩石节理裂隙发育程度影响，强风 化基岩厚度不均层厚0 1 0 4 8 0 米。强风化基岩顶面标高参见强风化基岩顶面 标高等值线图。 第，层一中风化熔结火山角砾岩： 紫红色、暗紫红色、棕褐色。节理裂隙较发育，岩体风化程度不均一，总 体上中风化熔结火山角砾岩岩芯呈块石、短柱状，矿物成分基本未变化，仅沿节 理面出现次生褐色矿物。中风化熔结火山角砾岩层顶标高为一6 6 5 一1 5 7 0 米， 埋深2 1 0 1 2 3 0 米。 第，层一强风化碎裂岩： 灰褐色、灰绿色、棕褐色等杂色。节理裂隙很发育，岩石风化较强烈，岩 体风化程度不均一，受节理裂隙发育状况影响，局部呈风化漏斗状，局部夹风化 较弱的岩块( 岩芯裂隙面上有擦痕) ，总体上强风化碎裂岩呈致密的角砾、碎石 二l 状，少部分矿物高岭土化，含大量风化较轻的岩块，强风化碎裂岩分布局限， 本次勘察勘探范围内揭露的钻孔有z k 0 6 、z k 0 7 、z k 0 8 、z k l 5 、z i 1 8 、z k 2 5 和j k 0 6 ： 层顶标高为一7 2 5 一1 0 9 0 米，层厚0 2 0 4 8 0 米， 第：层一中风化碎裂岩： 4 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 紫红色、暗紫红色、棕褐色。节理裂隙很发育，岩体风化程度不均一，总 体上中风化碎裂岩岩芯呈块石、短柱状，岩芯裂隙面上有擦痕，矿物成分基本未 变化，仅沿节理面出现次生褐色矿物。中风化碎裂岩分布局限，中风化碎裂岩层 顶标高为一1 0 0 5 - 1 4 5 5 米，埋深6 9 0 1 1 3 0 米。 4 2 海西湾修船坞围堰区海底地形地貌 4 2 1 场区水深地形 依据水深测量数据和验潮数据，工区海底水深地形变化较大，海底高程为 一3 2 0 一1 0 3 0 米( 大港高程) 。海底标高中部高、两侧低，海底最大高差为7 1 0 米。 4 2 2 海底地貌 顺岸码头场区海底地貌单元主要为浅水淤泥质水下平原及人工开挖地貌。 海底残留有大量插于淤泥中的木桩和网绳。工区除东西码头北端因港池疏浚及开 挖后水深较大外，其他地区水深变化较小，地势平坦，浅水淤泥质水下平原海底 高程为一3 2 0 一3 9 5 米( 大港高程) ，海底最大高差仅为0 7 5 米。 4 3 浅层地震地质条件 研究区内的基岩为燕山期酸性火山岩和碎裂岩，埋深在1 0 米左右。纵波速 度通常在3 0 0 0 米秒以上，上覆一套淤泥、细砂等第四系沉积，其纵波速度为 1 5 0 0 2 0 0 0 米秒。由于松散沉积层中的纵波速度变化不明显，而且各层的厚度 小，不能形成折射界面，而基岩与上覆松散沉积层形成了明显的速度分界面，因 丽利用浅层折射波法探查基底埋深和构造形态具备了良好的物性条件。受涨落潮 影响，工作区水深在5 1 l 米之问，为近岸浅水地带，风浪较小，海况相对较好， 定位船只可抛锚固定，因此适合采用浅水区浅层折射波法勘探技术，采用相遇时 距曲线解释方法。 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 5 工作方法 5 1 工作原理 地震波在非均匀介质中传播遵循斯奈尔( s n e l l ) 定律，当地震波从波阻抗 小的疏介质向波阻抗较大的介质入射时，入射角逐渐增大，达到临界角时，透射 波的能量都集中在界面附近，透射波沿界面滑行，并产生新的波动，传播速度大 于上覆介质的波速，即折射波。连接到海上漂浮电缆上的检波器可接受来自基 岩顶面一定范围内的初至折射波；经过对波的同相性、波形相似形及振幅强大变 化的对比分析和多种校正之后，可绘制出时距曲线。也就是况，适用于折射波法 地震的前提地质条件是层状地层的地震波传播速度下层大于上层，才能接收到折 射波。”1 海西湾测区的地质条件是海底面以下的松散沉积层直接覆盖在下部基岩 之上，因此，非常适合选用浅层折射波法开展工作。经资料处理解释，就能够判 断断裂位置、基岩速度值和顶面埋深。 5 2 仪器设备 本次勘探使用仪器设备包括：e s 一1 2 2 5 型浅层地震仪、海上防水电缆、压 电检波器、g p s 定位仪、爆炸机等。 5 2 1 定位仪 定位采用美国t r i m b l e 公司产d s “2 i2 h 型亚米级定位仪( 见图5 1 ) ，数据 更新率为l o h z ，中误差1 0 米，海上动态定位中误差2 5 米。导航软件 为广州中海达公司i a i d a 4 1 海洋测量软件系统，图形导航，动态显示，直观方 便，软件界面见图5 - 2 。图5 3 是根据2 0 0 2 年5 月2 7 2 8 日在青岛海洋地质研 究所办公楼五楼楼顶2 4 小时静态观测记录数据所做的定位点分布图，结果表明， 卫星信号和差分信号稳定，精度满足工作要求。 1 6 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 图5 - 1g s p 导航定位系统 图5 - 2 导航定位界面 1 7 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射渡地震勘探研究 x 定位数据散点图 3 9 9 4 0 6 3r 5 【一。一。一一一 图5 - 3d g p s 静态稳定性检验散点图 d g p s 定位仪采用的是w g s - 8 4 系坐标，实际提供的测区坐标为青岛城建坐标， 为建立二者间的转换关系，现场工作开始之前( 2 0 0 2 年7 月2 0 日) ，我们在测 区附近已知点( 青船基一l 点) 做了对比观测，建立了青岛城建坐标与w g s 一8 4 坐 标问的换算关系。同时，为方便使用，成果图件中的坐标均以青岛城建坐标表示。 5 2 2 地震仪 本次勘探所用地震仪为美国e g & g 公司产e s 一1 2 2 5 型浅层地震仪( 见图5 4 ) ， 1 2 通道热敏汜录。海上工作前对仪器做了通电试验和道一致性检查，仪器性 能稳定，道一致性良好。海上勘探期间仪器工作状态正常，工作结束后又在测 3 6 0 y 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 区做了道一致性检查，状态正常，道一致性良好。图5 5 、图5 6 是工作前、后 做的道一致性记录，道时差小于0 i m s ，符合规范要求。 8 麓l 翳：慧? 。c 攫冀 r l l e h 0 l 2 61 5 r e c 0 r tr h e 3 i ， 2 j - h b e c 46 l j 口e l th 66 l s ah 0 c 715 图5 - 4e s - 1 2 2 5 型地震仪 图5 5 海上作业开始前道一致性检查记录 h # 觥：。? 5c ：，i ”：= 【一c ： j 【l i m 图5 - 6 海上作业完成后道一致性检查记录 青岛北船重工海西湾造维船基地海域折射波地震勘探研究 5 3 海上地震勘探施工方法 海上地震勘探施工方法根据不同海洋环境条件和项目研究特点采用不同的 作业方法，如相遇时距曲线法、折射波单支时距曲线法，延长时距曲线法，和动 炮点勘测方法等“。 5 3 1 测线布设 由于受风浪、复杂潮流变化以及测区其它大型挖泥、抛石作业船只的影响， 给测线布置、外业旖工造成了定匿难，海上施工难以完全按原设计测线有序进 行，另外，根据每天海上工作结束后对断裂的追踪情况，我们在不改变设计书布 线原则和不降低勘测精度的前提下，作业过程中对测线位置进行了适当调整。 表5 - i 给出了实测排列端点位置( 首尾检波器位置) 。3 5 个地震排列，其中长排 列1 4 个( 道间距1 2 m ) ，短排列2 1 个( 道间距5 m ) 。测线总长度4 4 0 0 m 。 表5 _ l 地震测线定位点成果表 定位点号 xy定位点号xy c 19 5 6 0 8 4 02 2 3 2 9 8 ，2 7s 3 3 9 5 3 3 0 9 52 2 3 1 9 1 2 9 c i 9 5 5 3 9 4 32 2 3 4 0 7 8 5s 3 i 9 5 2 0 8 1 72 2 3 1 4 1 6 9 c 29 5 5 8 8 3 02 2 3 2 4 0 9 0 a 一。9 5 5 3 9 0 52 2 3 2 8 3 7 6 c 2 9 5 5 2 7 3 22 2 3 3 5 5 6 4a l2 9 5 5 0 6 4 i2 2 3 3 3 1 1 5 c 39 5 4 8 9 3 82 2 3 3 4 5 1 4a l _ 19 5 4 9 5 2 1 2 2 3 3 3 lo l c 3 9 5 5 4 7 0 42 2 3 2 2 4 2 6 a h9 5 4 6 3 1 12 2 3 3 8 05 7 g9 5 5 1 1 6 72 2 3 1 7 1 8 8a ：一l 9 5 5 3 l i7 l2 2 3 1 8 6 1 7 c j 7 9 5 4 3 3 4 82 2 3 2 8 6 6 2a 2 2 9 5 5 1 i 5 42 2 3 2 3 71 0 c i9 5 4 8 2 9 52 2 3 1 1 68 2 a 2 一9 5 5 0 9 5 52 2 3 2 1 b4 4 c 5 9 5 3 9 8 6 3 2 2 3 2 2 5 4 4a 249 5 5 0 5 3 1 2 2 3 2 7 5 5 6 c 69 5 4 5 7 6 22 2 3 0 8 5 3 0九5 9 5 5 0 3 7 32 2 3 2 6 0 ，4 7 c 6 9 5 3 7 9 2 0 2 2 3 1 9 2 0 4屯69 5 4 8 3 7 9 2 2 3 3 1 4 6 5 青岛北船重工坶西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 c 79 5 3 9 2 8 42 2 3 0 8 0 4 7a 2t 9 5 5 0 2 4 52 2 3 2 2 i9 9 c ， 9 5 3 1 9 6 02 2 3 1 8 8 5 5a 2b9 5 4 7 7 3 02 2 3 2 7 6 5 9 c h9 5 3 6 6 7 32 2 3 0 6 6 7 7a 9 5 5 0 85 l2 2 3 1 3 8 7 l c 8 9 5 2 8 2 3 02 2 3 1 7 4 4 6a 9 5 4 7 8 8 22 2 3 1 8 8 1 7 c 99 5 3 0 50 l2 2 3 0 5 3 6 1a 3 39 5 4 8 6 6 72 2 3 1 6 3 ，8 7 c g9 5 2 3 1 5 02 2 3 1 6 5 0 5a 州9 5 4 5 0 1 72 2 3 2 1 5 。7 8 l l9 5 3 4 0 0 32 2 3 0 6 5 5 2a p 59 5 4 8 3 5 0 2 2 3 2 0 8 7 6 l t 9 5 4 5 4 0 92 2 3 1 3 7 5 4 a 州9 5 4 3 8 3 82 2 3 2 4 8 2 2 s l 【9 5 6 3 2 5 72 2 3 2 6 2 0 8 山i9 5 4 0 1 4 92 2 3 2 0 5 4 5 s i 29 5 5 1 4 5 22 2 3 2 1 9 4 3丸一2 9 5 4 3 4 3 72 2 3 1 6 1 4 l s 2 一i9 5 5 8 8 2 7 2 2 3 2 6 8 5 2a 4 39 5 4 2 5 5 4 2 2 3 1 5 8 4 7 s 2z9 5 4 5 8 8 52 2 3 2 8 4 9 1 扎9 5 4 5 5 。7 42 2 3 1 0 4 0 1 s l39 5 3 9 4 7 92 2 3 1 4 1 3 4 a 5i9 5 3 4 5 7 62 2 3 2 0 3 6 2 s l ，49 5 2 6 6 1 4 2 2 3 1 5 8 3 2a 529 5 3 8 8 4 3 2 2 3 1 6 1 5 9 a 跏9 5 3 8 8 4 3 2 2 3 1 5 0 2 3a 749 5 3 3 5 6 l 2 2 3 0 3 8 5 8 a 549 5 4 2 1 6 42 2 3 1 0 3 9 2b 2i 9 5 5 4 i _ 4 92 2 3 2 9 7 1 7 a 9 5 3 6 9 3 72 2 3 0 7 6 1 6b h 9 5 4 9 8 2 62 2 3 2 6 2 3 5 儿?9 5 3 2 9 7 12 2 3 1 2 3 8 7 b 2 39 5 4 9 8 3 32 2 3 2 5 4 8 9 a b a9 5 3 4 7 2 52 2 3 1 3 1 4 3 b 2 49 5 4 5 5 9 3 2 2 3 2 1 9 4 9 k q9 5 3 0 4 8 82 2 3 1 6 8 6 2 b 3l9 5 5 0 5 0 6 2 2 3 2 l o 3 3 a 7 【9 5 2 5 2 9 1 2 2 3 1 4 9 0 8b 3 0 9 5 4 5 3 3 32 2 3l 7 84 8 a h9 5 2 8 9 1 8 2 2 3 1 0 59 2b 9 5 4 5 6 2 82 2 3 1 7 02 2 l 9 5 3 0 5 0 22 2 3 0 8 3 8 1 。9 5 4 1 3 2 l 2 2 3 1 3 3 6 9 5 3 2 导航定位 差分g p s 导航定位仪接收到的数据为w g s 一8 4 坐标，提供的设计测线坐标为 2 i 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 青岛城建坐标，因此，海上定位过程中对二者做了坐标系变换。投影方式采用高 斯一克吕格3 。带投影。 5 3 3 验潮与水深测量 由于地震施工采取海底放炮，炮点与检波点不在同一水平线，因此，在激发 和接收的同时，需做瞬时水深和潮位观测。水深测量采用测绳观测，验潮利用北 船重工海西湾基地指挥部在测区附近已建立的临时验潮站水尺进行观测，读数问 隔l o m i n ，读数误差为2 c m ，验潮过程如图5 7 所示。高程基准采用青岛大港 高程基准。 图5 7 验潮示意图 海面 5 3 4 地震观测系统 采用常规的相遇时距曲线和追逐时距曲线观测系统，确保观测点有两次以上 的观测记录。其观测系统综合平面图如图5 8 所示。观测过程如图5 - 9 所示。 图5 - 8 观测系统综合平面图 青岛北船重工海西湾遣修船基地海域折射波地震勘探研究 图5 - 9 海上工作原理示意图 由于漂浮电缆水下检波器的位置随风浪潮流发生变化，为此在普查的基础， 检波器道间距由1 2 米改制成5 米进行了详查。 信号激发方式 为保证有足够能量的脉冲信号，采用防水良好的乳化油炸药、电雷管激爆， 海底放炮，药量一般为i 0 0 2 0 0 克，爆炸点偏移距为1 0 3 0 米。 信号接收方式 如上所述，地震仪采用美国e g & g 公司生产的e s 一1 2 2 5 型浅层地震仪，热敏 记录纸电录折射波初至信号。该仪器性能稳定、道一致性好，所获资料清晰、可 靠，现场典型记录如图5 1 0 、图5 - 1 1 所示。 图5 - 1 0 典型初至波记录( a w 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 5 铐黼黑：“絮。，： f r _ r c c 0 m 3 1 e 1 s e c l0 日 心yt l h e 呐口 i 图5 - i l 典型初至波记录( a 。) 电缆与捻渡器是与该仪器配套斡魄筑稻压电检波器，流放深度为2 2 。5 洙。 梭波器间距( x ) 采用1 2 米和5 米两种，排列长度分剐为1 7 2 米和9 5 米。仪 器记录因素采煺记录增益1 2 2 4 分贝，蠛蓬为8 l o ，无滤波谗荣脉冲信号， 记录长度为1 0 0 m s 和2 5 0 m s 两种，初至清晰、可靠。 5 4 资料解释方法 s 。4 。 资糕解释浆基本淼理 波动由低速介质( 确) 传措到高速价赝( “) 时，符合折射定理；照些：s i n _ 望f l ， ”2 i 9 茁。需要谯骥静是物理学中茨辑蒜渡、辑对波辩绫在耱豢字稔透射波、逶鬈 波射线。当入射角增大到以i 角入射时，透射角1 3 变成为9 0 。，此时s 胁江鱼， v i 逡射波沿下层介质的表面传播。称之为滑行波，以h 速度沿界面传播。利用惠更 麓滠理可塔涯臻，在土臻套壤孛产皇鬻熬滚凌题避戆瑟，这耱渡在秘擐孛棼之簿 靛波。蒸辩线与赛覆静法线威i 是。当嚣黉是平磷辩，掰射渡瓣钱黻此平行。在 地面上过炮点沿一条直线上观测时，备测点观测到折射波到达的时间t 不同。设 溺点劐地点秘题褒受x ，购观测劐兹对鲻t 与x 呈线性美系，其方程式为： f ) 。2 9 e o s _ + x s i n ( 妻妒) 吩 式中h 楚斑熹裂赛瑟酾法线深爱，楚上面低速嫠串豹波速，母是拼象赛纛 2 毒 青岛北船重工海西湾造修船基地海域折射波地震勘探研究 5 铐黼黑：“絮。，： f r _ r c c 0 m 3 1 e 1 s e c l0 日 心yt l h e 呐口 i 图5 - i l 典型初至波记录( a 。) 电缆与捻渡器是与该仪器配套斡魄筑稻压电检波器，流放深度为2 2 。5 洙。 梭波器间距( x ) 采用1 2 米和5 米两种，排列长度分剐为1 7 2 米和9 5 米。仪 器记录因素采煺记录增益1 2 2 4 分贝，蠛蓬为8 l o ，无滤波谗荣脉冲信号， 记录