今天分享地震散射技术在盾构隧道海底孤石探测中的应用，本次以横琴隧道为例。横琴隧道为横琴岛的第三条交通通道，穿越马骝洲水道，水深6-8m。隧道长约600m，直径约15m，最大埋深34m，双线盾构法施工。前期工程地质勘探查明，隧址内浅部为海相沉积，下部基岩为花岗岩，埋深在38-40m左右。孤石隐伏于全风化与强风化层中，影响盾构法施工。需要查清直径1-2m以上的孤石与基岩突起的分布。隧道地质断面如图2.
图2 横琴海底隧道地质断面
水上地震数据采集
首选采集水上地震数据，海底孤石勘探要求分辨出1-2m以上的孤石，需要在水上进行密集的数据采集。由于水流、风速的影响，船速不能太低，想通过1次走航来完成炮间距1-2m的高密集采集是不可能的。基于地震散射数据采集灵活性的特点，可以在GPS的引导下通过多次的走航和反复采集，来实现炮点间距1m-2m高密度采集的目的。
本次勘探区沿隧道轴向长300m，横向宽60m。轴向上炮点间距1m，横向上间距2m，实现了炮点按1m×2m网格布置的目标。使用24道水听器，间距0.5m，偏移距1m。3万焦耳电火花震源，每分钟激发一次，共采集10400炮记录。有效勘探深度超过80m。为三维速度结构的获取奠定了可靠基础。测区位置如图3，采集方式如图4。
图3 水上孤石勘探区位置 图4 水上地震散射数据采集方式
海底孤石的勘探结果
经过数据处理，生成勘探区三维波速分布与地质界面分布的数据结构。数据在隧道轴线方向点距1m，横向方向点距2m，垂直方向点距0.5m。该三维数据结构支持水平、纵向、横向切片分析。测区基岩的波速大于2400m/s，根据这个速度值可确定了隐伏基岩与孤石的高程平面分布。对三维数据结构进行纵、横、水平方向的切片，给出波速与地质剖面。从埋深20m到50m给出30幅水平切片，间距1m；按隧道里程给出波速横切片300幅，间距1m。这些切片直观、准确地反应了孤石的空间位置与形态。
勘探发现与隧道有关的孤石与基岩突起26处，其中直径大于3m的有9处。
（1）测区基岩与孤石高程的分布
地震散射数据的处理，得到了测区300m×60m×60m范围内岩土介质波速的三维分布。提取出波速值达到和超过2400m/s的最浅埋深数据，绘制成基岩与孤石高程平面图（图5）。其中红色埋深最浅，不到30m，其次为黄色，蓝色、深蓝色埋深大。图中多数地域基岩埋深在38-40m。零星分布的红、黄色为基岩突起与孤石分布，主要集中在测区的左侧随道。 图5 测区基岩与孤石高程分布图
（2）隧道轴向剖面地质界面与波速分布图
从三维波速结构与偏移数据中，沿隧道轴向做垂向切片，获得地质界面和波速分布图像（图6a，6b），长300m，深60m。图6a为偏移图像，反映地层、基岩的界面形态，埋深30m以内，界面近水平层状，反映海相沉积特点；30m以下界面起伏较大，反应基岩的形态特征；
图6a 隧道轴向偏移成像剖面
图6b为波速轴向剖面图像，红色为高波速，波速高于2400m/s, 对应中风化基岩与孤石；蓝色为低波速, 1450m/s，海水和淤泥；浅部30m内为波速低于1800m/s的海相沉积；30-40m深度为中等波速（1800-2400m/s）的全风化与强风化层。40m以下为红色的、波速高于2400m/s的中等风化岩。在强风化岩中存在波速高于2400m/s的异常体，为孤石与基岩突起。
图6b 隧道轴向波速分布剖面
（3）水平切片与孤石位置
水平切片能直观地反映孤石的平面位置，这里选择埋深33m的水平切片示于图7。图中红色表示的波速高于2400m/s的孤石与基岩突起；褐色表示波速为2000-2400m/s的强风化岩；黄色为波速1800-2000m/s的全风化与黏土。图中黑色椭圆曲线表示隧道的交线，由此可直观地发现与隧道有关的孤石的位置，并进行了编号统计，发现多数孤石分布在左侧隧道位置。图7埋深33m的波速水平切片与孤石位置
（4）横切片中隧道与孤石的关系
沿隧道里程每米得到1幅波速横切片，其中用黑色标示出了隧道的截面位
置。红色为波速高于2400m/s的岩体，包括基岩突起与孤石。这里选择3幅基岩突起与隧道相交截面，展示隧道与孤石的关系（图8）。图中的形态说明大部分所谓的孤石，其实是基岩突起，是有根的，并不是传统意义上的飘石。 图8 波速横切片中的隧道与孤石
4、钻探验证与处理结果
物探工作结束后，经过2个多月对物探结果进行了钻探验证；后有用2个月时间，对孤石进行爆破处理，共完成钻孔2426个。证实物探与钻探的吻合率达到90%，平均深度误差在1m以内。
四、结论
珠海横琴海底隧道孤石的探测实践表明，地震散射勘探技术可达到1-2m级的高分辨率，并具有可靠性好，采集灵活的特点，可以作为海底孤石探测的一种新的选择。水上孤石勘探技术要点可归结为如下3点：
1） 采用小排列，多次的走航，达到密集采的目的，实现高分辨率勘探；
2） 数据处理是以共炮点记录为基础，建立垂直波速结构和地质柱状；
3） 对孤石的勘探，重点是建立三维速度结构，以波速大于2400m/s为指标，搜索每一个高速异常体；
上述这些技术路线对于孤石探测是可行的，可靠的。物探工作对孤石的处理起到了指导作用，保证了隧道盾构顺利完工。
