海底浅层气在工程勘察中的特征及对工程的影响

海底浅层气在工程勘察中的特征及对工程的影响

摘要：拟建某跨海大桥位于伶仃洋海域，在此海域范围内海底浅层气发育，主要以层状、团（块）状、高压气囊及气底辟等四种形态赋存于海底。本文着重阐述了多道地震、单道地震、浅地层剖面等图像的三种主要识别标志：洼坑及气道、强反射及空白带、亮点。同时，简略介绍了浅层气对工程的影响及可能存在的安全隐患。

关键字：海底浅层气；工程勘察；地震图像特征；影响

0 引言

海底浅层气是一种海洋灾害地质类型，一般指海床浅地层内聚集的气体，有时以含气沉积物存在，有时以超常压状态的气囊出现，有时候直接向海底喷逸。为了避免浅层气灾害的发生，国内外学者对其进行了广泛的调查和研究，并利用各种方法确定海底沉积物中的浅层气赋存形态及特征。

拟建某跨海大桥跨越珠江口伶仃洋海域，大桥采用桥隧组合方案，全长约29.6km，其中跨海桥梁长约23km，主要包括：3座航道桥、非通航孔桥、海底隧道、东西人工岛(长约600～700m，宽约180～250m)。在本项目工程勘察过程中，发现部分测段存在海底浅层气，虽无大量逸出现象，但在工程施工建设中应引起重视。

1 区域地质背景

拟建某跨海大桥桥址位于华南地槽褶皱系的南端。华南地槽褶皱系是一个晚加里东地槽褶皱系，由于显生宙强烈的构造变动，华南地槽褶皱系的基底准确年龄难以确定，但一般认为是早元古代到中元古代。华南地槽褶皱系是我国大地构造单元中活动性比较强的构造带，可以进一步划分为三个二级构造单元：南岭地槽、海南岛-钦州地槽和右江地槽，桥址属于南岭地槽。

根据岩性、岩相、古生物、海蚀迹象等判断珠江三角洲地区曾发生过三次海侵过程，一次在晚更新世中期，一次在全新世中期，另一次在全新世晚期。另外，根据钻孔资料并结合14C及TL测年样品数据，调查区第四纪最老地层时代为>2.35万年，属晚更新世中期；淤泥和粘土沉积属于全新世中晚期，砂、砾沉积为晚更新世中、晚期至全新世早期形成的沉积。

区域新构造运动表现为强烈的垂直升降运动，以断裂、断块活动为基本特征。经历了漫长和多次的构造运动，形成了大量的断裂构造，按其展布方向主要分为北东向、北东东向、北北西-北西向、北西西向和近东西向五组。

2 调查方法

本次物探工作布置多道地震、单道地震、浅地层剖面（浅剖）三种物探方法进行综合勘探。

多道地震采用Geometrics公司生产的StrataVisorTM NZⅡ数字化信号增强型浅层地震仪。该仪器有相互独立的24道地震信道，每道的数据采集部分由采用Δ－Σ技术的24位A/D转换器构成，动态范围144dB，通频带宽（1.75Hz～20kHz），实时数字滤波，采样间隔为0.125ms，记录长度为512ms。整机由内置工业级计算机控制。

浅层剖面和单道地震施工时，GPS测定的位置为接收天线的位置，Hypack 导航软件和GeoPro 4工作站相配合，自动根据输入的GPS天线与单道地震、浅剖的中心点之间的偏移距离分别规算单道地震、浅剖的中心点位置，并分别记录在单道地震和浅剖原始记录的数据道头中。单道地震和浅剖原始记录采用SEG-Y 格式。

3 浅层气地震特征

在本项目进行工程勘察过程中，发现浅层气在大桥桥址区分布，主要以层状层状、团（块）状、高压气囊及气底辟等四种形态赋存于海底，地震特征丰富。多道地震、单道地震、浅地层剖面等图像中有以下三种主要识别标志。

（1）“洼坑及气道”：浅层剖面记录上海床面突然出现洼坑、气道或者原来连续的地层突然出现空白或者模糊一片。

（2）“强反射与空白带”：高分辨率浅层地震剖面记录上，浅层气呈现强反射，黑色浓度反映含气量与压力的大小。空白带代表含气沉积物，当反射层侧向过渡到含气带时，往往可以见到这些反射层向下偏移，这是由于地层含气量增加，使地震传播速度降低，反射波能量快速衰减造成浅地层剖面上形成声学空白带，即浅层气在剖面上的表现为“反射模糊区”。

（3）“亮点”：浅层气在多道数字地震剖面记录上最明显的标志是“亮点”，这是高振幅、负相位反射引起的不连续，颜色加深了的反射信号，经相对振幅处理后，这些反射信号会加强。

由于浅层气的屏蔽作用，物探设备难以穿透地层，无法探测出含气地层的厚度。另外，通过综合物探调查，在浅层地震剖面上发现“反射模糊区”。

4 浅层气对工程的影响

我国近海海底分布着大量的浅层气，随着我国海洋经济的开发，各种跨海大桥的建设和工程项目的实施，均需了解海底浅层气的特征、分布和发育状况。浅层气体对海底胶结物的形成、强度等均产生较大影响，使海底构筑物的地基条件发生改变，导致地质灾害的发生。海底浅层气的存在会影响沿海工程的施工，威胁着海底建筑物的安全，一旦发生灾害，将对国家经济造成不可估量的损失。

5 结束语

利用多道地震、单道地震、浅地层剖面三种工程物探方法进行海底浅层气的探测，发现在地震图像特征上有明显的识别标识，确定物探剖面显示的反射模糊区即为含浅层气区域，直观反映海底浅层气的特征和分布，在海洋工程勘察中具有广阔的应用前景。

参考文献：

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