物探技术在航道工程勘察中的应用实践.doc

物探技术在航道工程勘察中的应用实践 　　摘 要：物探技术是海洋调查的重要手段，近年来在航道工程勘察中得到了广泛应用。文章结合连云港港30万吨级航道工程的勘察实践，重点论述双频测深、旁侧声纳、浅地层剖面法和水域浅层地震反射波法等物探技术在工程中取得的应用成果，包括探明了海底沉船、海底地形、地层分界面、淤泥层厚度、地层异常区域（地层突变、凹陷等）的分布情况。实践表明，海洋物探技术可在沉船等海底障碍物探查、海底地形测绘、海底地层划分、不良地质体勘查等方面发挥重要作用，并具有高效、经济、成果可靠等优点，可以为以后同类工程提供技术参考。 　　关键词：物探技术；航道工程；工程勘察；地层分界 　　1 概述 　　连云港港30万吨级航道工程在防波堤建设中拟采用预制的桶式直立混凝土结构下沉至海底淤泥层下1～2m，作为防波堤的堤基，如预制构件无法按设计要求下沉到预定深度将会严重影响工程施工进度和施工质量。为了确保工程建设安全、顺利地进行，需在工程实施前，查明施工海域内海底可能存在的沉船等海底障碍物和不良地质体的分布情况以及海底地形、淤泥层厚度、海底下部地层界面起伏变化等情况，为工程后续施工方案的确定提供依据。 　　传统方法通常采用钻探的手段来探摸测区内是否存在沉船等障碍物以及海底地层界面的起伏变化情况，但由于受海上作业条件、费用、工期等条件限制，布置的钻孔十分有限，仅仅采用钻探手段根本无法查明海底障碍物的分布以及海底地层界面的起伏变化情况。在连云港港30万吨级航道工程建设中，我们根据拟解决问题的性质、不同探测对象及测区地质地球物理条件，分析每种海上物探方法的可行性，开展了大量的现场方法试验，最终确定采用双频测深、旁侧声纳、浅地层剖面、地震反射波法以及GPS RTK实时导航定位等多种水域物探方法进行综合探查来解决上述难题。 　　2 物探方法与技术 　　地球物理有效探测的前提是探测目的物与周围介质间存在一定的物性差异。根据物探工作目的、探测目的物与周围介质的物性差异，考虑各种物探方法的特点及适用条件，本次探测采用双频测深、旁侧声纳、浅地层剖面和地震反射波法等多种水域物探方法进行综合探查，使各种物探方法优势互补，提高探查资料综合解释的准确度。 　　在本次探测工作中，双频测深主要用于探查水深及海底地形。该方法的工作原理是利用换能器在水中发出声波，当声波遇到海底（或障碍物）而反射回换能器时，根据声波往返的时间及所测海水中声波传播速度，就可以求得海底（或障碍物）与换能器之间的距离。 　　旁侧声纳主要用于探测凸出水底的障碍物、疑存物及海底的地形地貌。该方法利用发射探头发射声纳信号，发出的信号呈扇形向下传播，当信号到达海底时，就会产生反射和散射，接收器接收来自海底的返回声纳。根据接收到的声纳信号的时间及角度，经过计算处理即可描绘出该扇形区域海底的相对深度变化，从而得到海底的起伏地貌及海底沉船等障碍物的位置、形态及尺寸。 　　浅地层剖面主要用于探测水底浅部地层及障碍物的分布情况。该方法是一种基于水声学原理的连续走航式探测水底浅部地层结构的地球物理方法[1]。它利用声波在海水和海底地层中的传播、反射特性来探测水底地层结构，通过发射换能器在水中发射一短促的声脉冲，脉冲在向下传播过程中遇到海底及各地层界面时，由于界面两侧波阻抗的差异，导致一部分能量被反射回来，而被接收换能器所接收，通过对反射信号进行处理、成图，从而得到海底地形地貌、水底浅部地层及障碍物的分布情况。 　　浅层地震反射波主要用于探测水底浅部、深部地层及障碍物的分布情况。该方法通过在水中激发一地震波，当地震波下行时遇到不同地层分界面及障碍物时，便会产生反射回波，并由水听器接收反射波。最后，根据反射波的走时和波速，换算得到不同反射波的深度，进而确定不同地层分界面及障碍物。本次物探工作采用水域走航式地震反射波法，利用24道漂浮电缆接收，1m道间距，采用机械声波连续冲击震源及CDP多次覆盖叠加技术。 　　本次海上物探工作导航、定位采用GPS RTK技术实现坐标的实时测量。作业时，在岸上架设GPS接收机和无线电通讯发射系统作为基准站，在工作船上固定GPS接收机和无线电通讯接收系统作为流动站。基准站将接收的所有卫星信息及基准站的信息通过无线电通讯系统传递给流动站，流动站在接收到卫星数据的同时也接收到了基准站传递的信息。流动站通过实时处理、计算接收到的卫星信息及基准站信息，即可实时求得移动站的三维坐标，精度可达厘米级[2]。 　　3 典型探测成果分析 　　3.1 海底地形地貌 　　图1为根据双频测深和GPS测得的水底高程数据绘制出的一期航道开挖后的海底高程三维效果图，非常直观地反映了航道开挖后海底高程的起伏变化情况；图2为一期航道开挖后的旁侧声纳探测成果图，左半幅图为航道开挖留下的施工