海洋物探技术在近岸海底礁石探测中的应用研究

在新时代发展背景下，人们对于海洋资源的开发和利用程度越来越高。海洋经济的发展速度不断加快，给疏浚行业带来了全新的发展机遇，并且在疏浚工作过程中对于相关机械设备以及技术方法的使用提出了更高的要求和标准。现阶段，全球范围内海洋疏浚工程规模正在不断扩张，疏浚工作中的流程也越来越复杂，主要表现在疏浚深度快速提升，很多的港口航道疏浚标高已经达到20m以下，一些特殊的海洋项目疏浚标高可以达到50m以下。

在疏浚工作过程中，海洋中的地质环境构成也越来越复杂，如果遇到比较坚硬的岩石地质条件，需要通过使用指定的施工船舶以及一些先进的特殊处理工艺，才可以对坚硬的岩石进行彻底清理，清理工作的难度较大，同时成本投入量较高。在项目工程开展前期，如果没有对海洋底部礁石的分布情况进行全面勘察和了解会进一步加大后续疏浚工作难度，同时还会存在一定的风险性，对此需要使用更加先进的海洋物探技术，准确探测近岸海底区域的礁石分布状态，为后续各项工作开展提供有效保障。

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一、海底礁石地质条件特点分析

岩石是自然界中普遍存在的一种地质条件，根据岩石形成的原因不同可以将其分为岩浆岩、沉积岩以及变质岩体结构等。岩浆岩主要是通过岩浆凝固形成，成型条件复杂多样。

沉积岩主要是通过厚度较大的堆积层以及松散的沉积物凝固形成的一种岩石，可以充分反映出沉积物的沉积规律，以及岩体结构的整体构成特点，产状比较单一。通常情况下，主要是以层理和层状结构为主的岩石，在后续的地质构造变化以及地壳运动的影响条件下岩体结构会变得越来越复杂。变质岩体结构是岩石在高温高压环境条件下，经过变质作用所形成，整体的产状构成比较复杂。3种不同类型的岩石条件均有可能直接分布在近海区域的海底，其中比较常见的各种形式，包含花岗岩、砂岩、泥质岩和页岩等。

港口、航道、水利海洋工程项目当中，通常情况下将其直接埋藏于海面以下的岩层结构内部，称之为海底礁石，根据实际埋藏工作条件可以将其分为裸露的礁石和埋藏礁石，其中埋藏礁石上覆地层也称为礁石的表面覆盖层，覆盖层的物质构成条件多样，包含淤泥、砂土、黏土等各种混合物质。与此同时，由于地质条件构成的差异性，礁石表面覆盖层的密度以及厚度大小也有着明显的差异性，根据岩石条件的实际分布形式不同，海底区域的礁石分为连片礁石和独立存在的礁石。

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二、海底礁石探测技术分析

现阶段，我国比较常用的海洋物探技术，主要包含海域工程钻探技术、海洋地球物理探测技术、礁石钎探测量技术以及人工水下摸探技术等。其中人工水下探测工作方式，只能大致探测和分析一些海底表面裸露的礁石，并且探测工作效率较低、成本较高，同时探测工作中的定位精度较低，经常会受到海域内部环境因素的影响。因此，通常情况下，仅将其作为一种辅助型的海洋探测工作方法。

⒈海域工程钻探技术

该项探测技术在实际使用过程中，主要是通过使用钻机设备直接钻取海洋底部的岩芯，并且通过所获取的岩体样本，有效判断海洋底部岩石的具体性质及构成情况，综合判断和分析岩石条件的构成类型、岩石节理发育程度、岩体破碎情况以及岩体风化程度等，可以初步判断出岩体条件的可开发性能，然后再通过室内的土工实验工作，对所获取的岩体样本展开无侧线抗压强度实验以及局部位置受力荷载实验分析，有效判断岩体条件的具体性质以及强度情况。海域工程钻探技术方法，是对岩石条件进行定性分析的有效方法，整个探测工作过程更加直接有效，但是因为使用的是采点作业工作方法，整个工作周期较长、成本较高，同时经常会受到海洋内部环境因素的影响，对该项工作形成了一定的限制和阻碍，与此同时，在针对岩层产状起伏程度较大的礁石区域，无法对其中的岩石结构展开定性定量分析，因此在使用工作当中也存在一定的局限性。

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⒉钎探测量技术

在海洋内部礁石探测工作过程中，钎探测量技术仅作为一种辅助型的探测手段来进行使用，初步探测近岸海底区域的一些礁石分布情况。在实际探测工作过程中，首先需要使用探杆探测海洋近岸区域的水体深度情况，同时要准确记录下实际探测点位的水体深度以及实际的探测工作时间，然后通过使用人工钎探，穿透岩体表面的覆盖层达到礁石的基础，此时需要准确记录探测的水体深度以及具体的探测工作时间，可以全面探测和查明礁石的整体分布状态。这种水下探测工的方法，其工作效率偏低，同时受到礁石覆盖厚度以及覆盖层土质密度等因素的影响比较明显。

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⒊海洋地球物理探测技术分析

随着我国对海洋内部环境探测程度不断提升，各种物探技术的发展速度也在不断加快，很多先进的海洋物探设备被广泛应用到海底礁石的探测工作当中，有效应用此类设备，可以更加高效地探测出海体内部礁石的整体分布状态，保证海底探测工作结果更加精确，不会受到海底内部测量工作范围所产生的影响。现阶段，用于海底礁石探测的主要物探设备包含多波束测深系统、侧扫声呐系统以及浅层剖面分析系统等，这3种探测设备也被业内人士形象地分别称为水下地形地貌检测仪器、水下照相机以及水下CT。这3种设备都属于一种精密的声学设备，在探测过程中可以根据所收集到的反射波频率的差异性，均以声波接触海底的介质或者是通过探测目标物反射回来的信号所形成的物理性质差异，作为延时探测工作的判断信息基础。

多波束探测系统在探测工作当中可以发射出200～400kHz的超声波，探测海洋内部的礁石分布位置，同时通过使用发射换能器和接收换能器，向海体内部进行超声波发射，同时接收声波波速，有效获取海洋底部被探测点位的水体深度，同时基于所收集到的探测数据信息，可以精确地绘制出海洋底部区域的地形地貌条件，有效建立起三维结构模型，可以帮助相关工作人员更加直观地了解海底区域的礁石分布特点。

侧扫声呐主要使用的是声学换能器，发射出低入射角的高频声音脉冲，在传播过程中呈扇形扩散，通过系统接收工作单元，可以有效回收反射波信号，处理反射信号，可以有效生成二维海底地形地貌图像信息，在实际工作过程中发射波的频率分为100kHz、400kHz以及900kHz等多个不同的频段，频率的不同在探测过程中所对应的扫描宽度也各不相同。

浅层剖面探测系统在工作过程中的工作频率范围控制在400～2000kHz，频率的不同声波的传统工作能力也有一定的差异性，通过使用声波换能器垂直向下声脉冲发射声，脉冲会不断进行穿透以及接收信号，可以有效探测倏地从垂直方向上的地质条件结构构成以及性质情况，进而反映出海底部浅层区域的礁石分布条件，如图1所示。

图1  海洋地球物理探测技术

多波束探测系统在实际使用过程中，可以有效探测出海洋底部地物的具体分布位置以及相关数量信息等，但是无法精确地定性分析海洋地物。通过侧扫声呐设备，可以有效获取海洋底部的二维图像信息，并且基于所获取的二维图像当中的色彩明暗对比，可以对海底内部的礁石分布情况，以及地形条件构成特点展开定性分析，但是却无法进行有效的定量分析工作。

浅层剖面系统在工作过程中，主要是获取浅层地质剖面图像，可以更加清晰地划分出海洋底层部位的界面条件，同时探测礁石岩体表面标高以及覆盖层的厚度大小，但是无法实现全面覆盖探测区域，同时对于海洋内部表层土质条件的类型划分，其精确性有所欠缺。

由此可以看出，上述3种不同的探测工作方式，在实际使用过程中各有各的优势，相互之间具有较强的互补性能，通过3种不同技术之间的配合应用，可以整合与处理各项信息，保证更加高效地完成对海洋底部和前部位置的地质条件的定性与定量分析工作，同时精确地还原海洋底部浅层区域的岩质条件、分布情况以及整个岩石分布区域的地质地貌条件。

三、结语

海洋物探技术通过采取走航式的探测作业工作方法，探测工作效率更高，并且在一些比较复杂的海域探测工作中，也能表现出较高的探测效果，对环境的适应性较强。因此在海洋礁石分布探测工作中应用效果非常明显，受到了相关探测工作单位的广泛关注和重视。