今天分享地震散射技術在盾構隧道海底孤石探測中的應用，本次以橫琴隧道爲例。橫琴隧道爲橫琴島的第三條交通通道，穿越馬骝洲水道，水深6-8m。隧道長約600m，直徑約15m，最大埋深34m，雙線盾構法施工。前期工程地質勘探查明，隧址內淺部爲海相沉積，下部基岩爲花崗岩，埋深在38-40m左右。孤石隱伏于全風化與強風化層中，影響盾構法施工。需要查清直徑1-2m以上的孤石與基岩突起的分布。隧道地質斷面如圖2.
圖2 橫琴海底隧道地質斷面
水上地震數據采集
首選采集水上地震數據，海底孤石勘探要求分辨出1-2m以上的孤石，需要在水上進行密集的數據采集。由于水流、風速的影響，船速不能太低，想通過1次走航來完成炮間距1-2m的高密集采集是不可能的。基于地震散射數據采集靈活性的特點，可以在GPS的引導下通過多次的走航和反複采集，來實現炮點間距1m-2m高密度采集的目的。
本次勘探區沿隧道軸向長300m，橫向寬60m。軸向上炮點間距1m，橫向上間距2m，實現了炮點按1m×2m網格布置的目標。使用24道水聽器，間距0.5m，偏移距1m。3萬焦耳電火花震源，每分鍾激發一次，共采集10400炮記錄。有效勘探深度超過80m。爲三維速度結構的獲取奠定了可靠基礎。測區位置如圖3，采集方式如圖4。
圖3 水上孤石勘探區位置 圖4 水上地震散射數據采集方式
海底孤石的勘探結果
經過數據處理，生成勘探區三維波速分布與地質界面分布的數據結構。數據在隧道軸線方向點距1m，橫向方向點距2m，垂直方向點距0.5m。該三維數據結構支持水平、縱向、橫向切片分析。測區基岩的波速大于2400m/s，根據這個速度值可確定了隱伏基岩與孤石的高程平面分布。對三維數據結構進行縱、橫、水平方向的切片，給出波速與地質剖面。從埋深20m到50m給出30幅水平切片，間距1m；按隧道裏程給出波速橫切片300幅，間距1m。這些切片直觀、准確地反應了孤石的空間位置與形態。
勘探發現與隧道有關的孤石與基岩突起26處，其中直徑大于3m的有9處。
（1）測區基岩與孤石高程的分布
地震散射數據的處理，得到了測區300m×60m×60m範圍內岩土介質波速的三維分布。提取出波速值達到和超過2400m/s的最淺埋深數據，繪制成基岩與孤石高程平面圖（圖5）。其中紅色埋深最淺，不到30m，其次爲黃色，藍色、深藍色埋深大。圖中多數地域基岩埋深在38-40m。零星分布的紅、黃色爲基岩突起與孤石分布，主要集中在測區的左側隨道。 圖5 測區基岩與孤石高程分布圖
（2）隧道軸向剖面地質界面與波速分布圖
從三維波速結構與偏移數據中，沿隧道軸向做垂向切片，獲得地質界面和波速分布圖像（圖6a，6b），長300m，深60m。圖6a爲偏移圖像，反映地層、基岩的界面形態，埋深30m以內，界面近水平層狀，反映海相沉積特點；30m以下界面起伏較大，反應基岩的形態特征；
圖6a 隧道軸向偏移成像剖面
圖6b爲波速軸向剖面圖像，紅色爲高波速，波速高于2400m/s, 對應中風化基岩與孤石；藍色爲低波速, 1450m/s，海水和淤泥；淺部30m內爲波速低于1800m/s的海相沉積；30-40m深度爲中等波速（1800-2400m/s）的全風化與強風化層。40m以下爲紅色的、波速高于2400m/s的中等風化岩。在強風化岩中存在波速高于2400m/s的異常體，爲孤石與基岩突起。
圖6b 隧道軸向波速分布剖面
（3）水平切片與孤石位置
水平切片能直觀地反映孤石的平面位置，這裏選擇埋深33m的水平切片示于圖7。圖中紅色表示的波速高于2400m/s的孤石與基岩突起；褐色表示波速爲2000-2400m/s的強風化岩；黃色爲波速1800-2000m/s的全風化與黏土。圖中黑色橢圓曲線表示隧道的交線，由此可直觀地發現與隧道有關的孤石的位置，並進行了編號統計，發現多數孤石分布在左側隧道位置。圖7埋深33m的波速水平切片與孤石位置
（4）橫切片中隧道與孤石的關系
沿隧道裏程每米得到1幅波速橫切片，其中用黑色標示出了隧道的截面位
置。紅色爲波速高于2400m/s的岩體，包括基岩突起與孤石。這裏選擇3幅基岩突起與隧道相交截面，展示隧道與孤石的關系（圖8）。圖中的形態說明大部分所謂的孤石，其實是基岩突起，是有根的，並不是傳統意義上的飄石。 圖8 波速橫切片中的隧道與孤石
4、鑽探驗證與處理結果
物探工作結束後，經過2個多月對物探結果進行了鑽探驗證；後有用2個月時間，對孤石進行爆破處理，共完成鑽孔2426個。證實物探與鑽探的吻合率達到90%，平均深度誤差在1m以內。
四、結論
珠海橫琴海底隧道孤石的探測實踐表明，地震散射勘探技術可達到1-2m級的高分辨率，並具有可靠性好，采集靈活的特點，可以作爲海底孤石探測的一種新的選擇。水上孤石勘探技術要點可歸結爲如下3點：
1） 采用小排列，多次的走航，達到密集采的目的，實現高分辨率勘探；
2） 數據處理是以共炮點記錄爲基礎，建立垂直波速結構和地質柱狀；
3） 對孤石的勘探，重點是建立三維速度結構，以波速大于2400m/s爲指標，搜索每一個高速異常體；
上述這些技術路線對于孤石探測是可行的，可靠的。物探工作對孤石的處理起到了指導作用，保證了隧道盾構順利完工。
