刘怀山，王文秋，尹燕欣
（1.中国海洋大学海洋地球科学学院,山东青岛 266100；
2.青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266237）
我国大陆海岸线全长约18 000 km，海岸带资源丰富，近年来开发利用度逐渐加大。海岸工程是为海岸防护、海岸带资源开发和空间利用所采取的各种工程技术措施，是海洋工程的重要组成部分，主要包括围填海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程和海岸防护工程等。海岸工程建设虽然具有减灾防灾、保护生态环境、推动经济发展等优势，但会影响和改变自然环境，有时还会引发岸滩冲刷或者淤积等地质灾害。
曹妃甸区地处河北省唐山市南部、渤海湾北岸，属于滦河三角洲平原，是由河流和海洋共同营力作用下形成的沉积地貌，具有明显的双重岸线特征。内侧岸线为沿滦河三角洲发育形成的冲积海积平原，属粉砂质海岸；
外侧岸线为岛屿岸线，与大陆岸线走向基本一致。内岸线与外岸线间为浅水潟湖区。曹妃甸甸前深槽是进出港区的天然水道，具有建设深水港口的自然优势；
甸后地形比较平坦，与陆地相连。“面向大海有深槽，背靠陆地有滩涂”是曹妃甸最明显的自然地理特征[1-2]。对于曹妃甸港海岸工程建设所引起的地质环境变化，前人已做过不少研究。李东等[3]从地形地貌、水沙动力环境、海水及沉积物污染、海洋生物多样性四个方面对曹妃甸近海生态环境进行了论述分析。杜东等[4]通过构建工程地质环境稳定性评价指标体系，对曹妃甸岛区地质环境数据开展分析，并进行了综合评价。目前已有的研究大多数是利用数值模拟、数据分析等方法，从海洋水文等方面入手进行评价分析，缺少系统的近海底地层结构和构造信息方面研究。
作为海洋科学的一大分支，海洋地球物理学集数学、物理学、地质学和计算机信息技术等为一体，是一门多学科交叉的综合性学科，利用地球物理方法来研究海底地质结构和构造，主要以重力、磁法、电磁、地震以及声学多波束等海底探测方法为主，为海洋油气资源开发利用、海洋地球科学研究等提供数据资料和技术支撑，在海岸工程建设和海岸带资源开发等方面也发挥着重要作用[5]。海岸工程场址的海底地形地貌与地质结构影响海洋动力过程，海洋动力过程进而会影响海岸工程建设，海底发育的浅层气、断层和冲沟等地质灾害现象也会影响海岸工程建设稳定性，因此，精确探测近海底地形地貌及海底地层结构特征，形成一套具有自主知识产权、立体化、高分辨率的近海底地层结构探测系统和成像方法，对海岸工程建设具有重要意义。
本文将从海岸工程地球物理调查、海洋浅层高分辨率地震探测出发，以曹妃甸港区为例，进行浅海海水及海底地层数据资料的精细化处理解释，综合分析影响曹妃甸港建设的海底地层结构及海水动力过程，并探讨研究海底构造的演化机制及其对海岸工程建设的影响。
随着沿海地区社会经济快速发展，海岸工程建设日益增多。海岸工程的建设打破了地区原有环境，改变了自然海岸格局和海域属性，可能会引发一系列海洋生态环境问题，对港区及其周边海域的地质环境稳定性造成影响。因此，在海岸工程建设过程中，对工程项目进行科学分析评估，正确评价地质环境变化引发的环境地质灾害问题，提前做好预防措施，对确保生命财产安全、保障海岸工程安全运营、实现资源环境社会经济建设可持续发展，以及维护海洋生态环境稳定性具有十分重要的现实意义。
本节将简要介绍海底声学探测技术为海岸工程地球物理调查带来的优势，特别是多波束、浅地层剖面、单道地震、小多道地震等探测技术在海岸工程上的作用，如海岸工程地质环境评价、工程地质灾害因素分析、海底管道管线铺设、特殊目标物探测、海岸带资源开发和海岸保护等方面具有十分良好的应用效果。
1.1 多波束探测
多波束探测技术是利用一个或多个换能器同时发射和接收多个声波束，在垂直于航向方向上形成一个扇形扫描区域，一次得到上百甚至上千个海底采集点的数据，对海底进行条带式全覆盖测量。当声波束遇到海底界面时返回多个反射波束被换能器重新接收，经过数字转换，通过测量信号的振幅、相位、频率、声速和走时等信息，获得扇形扫描覆盖面积内多个测量点的水深等数据，实现海底地形地貌探测。与单波束探测技术相比，多波束探测技术精度、分辨率和测量效率更高，覆盖面积更大，实际应用范围更为广泛[6-7]。多波束探测技术能够获得海底微地形地貌特征，掌握水下地形地貌的细微变化，可以为海洋工程规划选址和建设、港口航道监测管理、海岸工程质量和稳定性检测、地质灾害因素分析和防治、海底管道缆线铺设调查、海岸带资源能源开发等方面服务。
1.2 浅地层剖面探测
浅地层剖面探测技术利用声波在不同介质中传播性质不同的原理来探测海底浅地层的结构和构造。通过换能器发出声脉冲，在声波阻抗界面产生反射和透射，反射声波返回后被换能器重新接收，从而测量声波穿透地层的传播时间、振幅、频率等信息，就可以获得浅部地层的分层厚度、结构、构造等特征。目前常用的震源有电火花震源、电磁式震源、压电式震源和参量阵式震源。其中，电火花震源利用高压放电原理，通过汽化海水来产生声波，能量高、穿透能力强、穿透深度大，在探测海底底质、淤泥厚度等方面具有独特的优势[8-9]。浅地层剖面探测技术的发射声波频率要低于多波束测深，但高于常规地震勘探，因此不仅更容易穿透海底浅部沉积层，获得高分辨率海底浅地层信息，而且可以进行连续快速测量，在海岸工程选址建设、地质灾害因素调查、海底管道缆线铺设、海底浅层埋藏物探测、海底沉积物调查、沉积单元划分、地质稳定性调查、海洋地质研究等方面具有十分重要的应用价值。
1.3 单道地震探测
海上单道地震探测技术采用自激自收的采集方式，以一定时间为间隔，每激发一次震源就形成一个地震道，由于震源与检波器组中心距离比较近，因此，单道地震探测得到的地震记录近似于自激自收剖面，能够较为直观地反映出地下地层结构。单道地震探测技术广泛使用电火花震源，穿透深度可达几千米，分辨率一般为米级。与多道地震探测技术相比，单道地震探测技术具有简单高效、快速经济、配置方便灵活和能量适中等优势，可以获得海底浅层的地层结构信息，为海岸工程结构稳定性研究、环境影响因素分析、海底埋藏地质体识别等提供数据支撑。单道地震探测技术已广泛应用于隧道桥梁等近海工程设计建设、海洋地质调查、环境保护、海岸带资源探测和水下考古等领域，成为海岸工程调查和稳定性评价、工程地质灾害因素分析等方面的有效手段。
1.4 小多道地震探测
传统的多道地震探测具有排列长、道距大和近海施工灵活性差等特点，通常适用于海底千米深度以下的深层探测，一般用于海洋油气资源的探测，不适用于精细探测[10]。基于小道距的高精度地震探测手段则可以弥补现有技术的不足，具有较高的开发和利用价值。长期以来，国外实行高科技技术封锁，小道距数字地震采集拖缆就是其中之一。中国海洋大学海洋地震探测团队研发了国内首创、具有自主知识产权的海洋浅层高分辨率地震立体探测系统关键技术与装备，其主要技术指标优于国外同类技术产品，打破了国外对小道距地震拖缆的技术垄断，逐步改变了我国海洋仪器装备国产化水平低、受制于人的被动局面。该成果在渤海、黄海、东海、南海等海域成功开展了地球物理资料浅层高分辨率地震探测调查，预测了多个水合物有利远景区并得到了钻探验证，为胜利海上油田灾害地质风险评估、渤海海底通道预选址等工程提供了基础资料。海洋小多道地震探测技术是一种正在发展中的地球物理探测技术，是海洋工程地质环境勘察、海洋科学考察和海洋资源勘探的重要技术手段，对海岸工程开发和建设、工程稳定性评价、工程地质灾害调查和海岸带资源开发等具有十分重要的应用价值。
近年来，国家提出建设海洋强国重大战略任务，对海洋开发利用、海底矿产资源开发的需求激增[11-14]。在海洋工程方面，特别是对于海岸工程地质构造和复杂海底地形与海洋动力过程形成的流固界面相互作用方面的研究，迫切需要能够精确探测近海底海水与地层结构的先进海洋地球物理探测方法。中国海洋大学海洋地震探测团队研究了近海底海水与地层结构的液/气体交换，通过近海底地震海洋学高分辨率立体探测，得到了高精度近海底海水水体特征、断层、裂隙、滑坡和浅层气的地层成像，分析了海底复杂地形、构造对海洋动力过程的影响程度，从而研发形成了针对海底浅层地质目标的非常规高精度地震勘探设备和技术，创建了具有自主知识产权、立体化、高分辨率海水与近海底地层结构探测系统和成像方法，即电火花震源、小道距地震拖缆、垂直缆的立体观测网格、海洋特殊干扰波压制、海洋水体结构高精度成像等为一体的高精度海洋立体地震勘探技术，突破了常规地震勘探设备和技术瓶颈问题，研发了相应的软件系统，实现了规模化应用。
2.1 大能量等离子体电火花震源
针对目前海洋地震勘探气枪震源主频低、频带窄的问题，中国海洋大学海洋地震探测团队研制并发明了穿透深度大、频带宽（3～1 200 Hz）、激发间隔短的宽高频大能量（50 000 J）等离子体电火花震源，大幅度提高了海底以下50～1 000 m深度范围内地震探测精度，解决了海底高精度成像的震源需求难题[15-17]。大能量等离子体电火花震源主要创新点如下。
1）研发了宽频、大能量等离子体电火花震源。基于脉冲电晕放电解决了激发震源子波重复性差的问题，实现了信号的连续、可重复和自动激发；
首次利用非理想气体状态方程即昂尼斯方程表征电火花震源激发产生气泡的状态方程，建立了新的震源子波模型，获得了接近于实测的子波信号，为高分辨率地震资料处理提供了理想的子波。
2）提出了适合高精度海洋地震探测的电火花震源电极阵列方式。基于电火花震源，获得了激发主频较高、信噪比好、浅层高分辨高的地震剖面，满足了高精度浅层海洋地震探测的要求。电火花震源和大容量气枪震源激发获得的成像剖面效果对比如图1所示。大容量气枪震源激发得到的地震剖面，虽然穿透深度比电火花震源深得多，但是其浅层分辨率太低，无法满足海底浅层构造的高分辨率、高精度探测的要求。
图1 两种不同震源激发资料成像剖面效果对比Fig.1 Comparison of seismic profilesof two different source
2.2 高分辨率地震数字地震接收缆
针对目前海洋地震拖缆道间距大，分辨能力低的问题，研制并发明了探测精度高、分辨能力强的海洋地震勘探小道距数字拖缆和广角、宽频、分布式的高分辨率地震数字垂直缆。形成了一套完整的海洋立体探测技术和装备，突破了现有地震波探测分辨率的极限，在应用目标区分辨能力由现有方法的10 m提高到1 m，在海底浅层探测能力居国际领先水平[18-19]。技术主要创新点如下。
1）研发了具有自主知识产权的小道距“高分辨率海洋地震勘探多道数字拖缆”，突破了在相关技术领域方面国外对我国的出口限制瓶颈。探测精度达到1 000 m海水深度时，能穿透1 000 m深度地层，地震波主频达到500 Hz，分辨率达到2 m，浅层最高分辨能力达1 m，应用效果如图2所示。
图2 小多道地震成像剖面Fig.2 Multichannel seismic profile
2）研制了12节点、节点间距25 m、缆长300 m的分布式海洋地震数字垂直接收缆（图3）。实现了工作水深2 250 m以下的垂直缆连续观测和重复试验，实现了对广角、宽频地震资料的采集，与拖缆资料相比，采集资料的品质反射角大于±70°，频宽5～1 200 Hz，提高了海底浅层构造的探测精度。创新研究并实现了小道距水平拖缆与垂直缆联合勘探方法。基于小道距水平拖缆与垂直缆，优化了立体观测网络的观测系统，形成了一套完整的海底浅层精细地震勘探的立体探测技术，在渤海海域、南海神狐海域等开展了工作，取得了良好的效果。
图3 研制的12节点高分辨率地震数字垂直接收缆Fig.3 12 node high-resolution digital seismic vertical receiving cable
2.3 海底沉积结构的地震高精度处理
根据海域地震现代海底沉积结构调查资料，中国海洋大学海洋地震探测团队提出了海洋变周期虚反射和变周期多次波的理论模式，建立了基于海底沉积结构的地震波场模型，发明了压制或衰减地震资料典型干扰的高保真信噪分离新方法，形成了一套基于海底沉积结构的地震资料高精度处理技术[20-24]。技术主要创新点如下。
1）提出了海洋变周期虚反射和变周期多次波的理论。根据海域地震现代海底沉积结构调查资料，建立了合适的浅海海底沉积结构模型，研究了海域变周期虚反射（图4）和多次波、浅海导波、海流、潮汐、涌浪和波浪等特殊干扰波的性质与特征，确定了特殊干扰波的形成机制，丰富了地震勘探的理论体系。
图4 含变周期虚反射的典型单炮记录Fig.4 Typical single shot record with variable period virtual reflection
2）创新提出了高保真地震资料信噪分离方法。利用频率波数域（或小波域等）定义信号与噪音的灵活性特点，将频率波数域得到的特殊干扰波变换到时间域，利用最佳极值法预测真实的特殊干扰波，实现了特殊干扰波与信号的真正分离。图5是经过干扰波压制等处理后的地震成像剖面，同相轴连续性较强，信噪比较高，地质现象清晰。
图5 经过干扰波压制后的地震成像剖面Fig.5 Seismic profileafter seismic noisesuppression
2.4 海洋水体结构高精度地震成像
针对海洋水体对海底浅层结构高精度成像的模糊效应，在地震数据保幅的基础上，建立一套针对海洋水体跃层的处理方法流程，实现了海洋水体结构的高精度成像，攻克了浅海海洋水体结构地震海洋学无法高精度成像的国际难题[25-26]，浅海探测识别水深小于30 m，处于国际领先水平。技术主要创新点如下。
1）提出了基于温盐深（Conductivity,Temperature,Depth,CTD）数据的海洋水体类弹性阻抗地震反演方法，实现了浅海温盐结构、不同水团的边界和海洋内波的精细反演，开发了浅水水体结构高精度地震成像技术，建立了渤海、南黄海浅水水体结构模型。
2）针对我国近海海洋水体结构调查资料，建立了海洋水体结构模型。研究了海洋水体特征（盐度、温度、速度、密度等）参数在地震剖面上的波场特征，满足了海洋浅层构造对高清晰海洋水体特性结构成像的要求（图6）。在CTD数据约束下，利用地震角道集反演海洋水体类弹性阻抗，提取速度和密度参数，实现了海水温度、盐度的精确反演，精细刻画了海洋温盐结构、不同水团的边界和海洋内波，实现了海洋水体结构的高精度成像。
图6 浅海海洋水体结构的高精度成像剖面Fig.6 High precision imaging profile of shallow sea water
曹妃甸港是我国渤海地区唯一的深水大港。曹妃甸港是由填海造陆建成的，大规模的工程建设给地区地质环境带来了很大的变化，这些环境变化可能会给港口已建项目及港区今后的发展带来严重影响。所以，在沿海港口开发中，正确评估现存地质环境问题，提前做好预防措施，对实现资源、环境和社会经济的可持续发展具有十分重要的意义。
曹妃甸近岸海区入海河流主要有陡河、双龙河、溯河、大清河、小清河和青龙河等小型河流，入海泥沙量极少。曹妃甸海区为不规则半日潮，潮流呈往复流运动，涨潮西流，落潮东流，涨落潮水流方向受地形控制，近岸浅海区，主海流流向顺岸或沿等深线方向。曹妃甸岬角地貌特征明显，甸头深槽天然水深可达25 m，该深槽是渤海湾最深的水域，同时也是潮流动力最强的海区。深槽区存在潮流流速局部增大区，其分布形态与海底地形分布相似，潮流流速自甸头向外海随着岬角效应的减弱而逐渐减小。古滦河入海泥沙经动力较强的波浪与潮流共同搬运作用，经横向堆积形成了曹妃甸离岸沙坝，沙坝形成的岬角地貌构成了深槽的边界条件，也是深槽形成与维持的重要海洋动力条件。研究显示，曹妃甸港建设初期，冲刷作用控制曹妃甸深槽区，淤积作用控制曹妃甸港北侧港池和浅滩，目前曹妃甸深槽海域海底冲淤逐渐达到动态平衡，以轻微冲刷为主。
3.1 高分辨率地震资料精细化处理与分析
在对浅层高分辨率地震资料进行常规处理的基础上，进行了针对近海底水体和沉积地层的特殊处理，主要包括提高振幅保真处理措施及一致性振幅校正，从而消除复杂地质条件对反射波能量的影响及不正常道的影响，通过波形一致性处理，不仅分辨率有所提高，同时也保持了地震记录的信噪比。从而做到子波统一、时间对齐。在处理中采用了谱白化、地表一致性反褶积和振幅补偿、反Q滤波、谱均衡、高频能量补偿、剩余零相位子波处理、分频处理、展谱展频、频域多项式拟合、小波变换等方法和技术，提高近海底浅层高精度地震资料质量的效果明显（图6）。
根据海底沉积物的岩性变化，沉积物密度、含水性、含气程度及沉积层构造、层面特征、沉积层延伸与错断及侵蚀构造等形成的反射波，通过对相位特点的区分及稳定强相位的追踪，对波组形态特征变化的解释，判别和划分了不同时期的侵蚀面和沉积层内部构造，在海底120 m深度以内划分了7个反射界面：T0、T1、T2、T3、T4、T41、T5。
3.2 海底沉积地层识别划分
曹妃甸海域从浅水区到深水区表层沉积物可划分为3个沉积相：潮滩相、浅海相、沙坝相。其中，潮滩相为粒径较细的粉砂和粉砂质砂；
浅海相沉积物以较细粉砂质黏土和黏土质粉砂为主，在深水区沉积物粒径最细；
沙坝相沉积物以粒径较粗的细砂和中砂为主；
沙坝向陆侧的潟湖-潮滩相沉积物又变为细的粉砂和粉砂质砂。沉积物粒径分布由海向陆沉积物的变化为细-粗-细。由东向西沉积物分布特征是东粗西细，曹妃甸海域表层沉积物搬运历史应为东侧滦河口入海泥沙，自河口一直搬运到南堡滩海附近，随流速的降低细粒沉积物搬运到水动力条件较弱的曹妃甸西侧。根据层序界面特征、内部结构、振幅等地震相标志和钻孔资料，在海底120 m深度范围内划分出主要反射界面7个，自上而下依次编号为T0、T1、T2、T3、T4、T41、T5。以反射界面作为声-地层的分层界限，划分了10个声-地层单元，自上而下编号为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J。
1）T1为一组细致的平行波纹状反射界面的顶面（图7），该层在全区非常稳定，每个单一相位延伸均不长，常常被一些波状的反射波形态隔开，形成扁豆状的间隔。该地层和海底起伏有比较好的继承性。该层平面上分布除了在中部有一个较深的凹陷外，其他地方相对起伏比较平缓。T0-T1层之间存在一个反射界面T11。T11是全新世三角洲沉积顶面（A层底面），界面以上为与现代海洋环境一致的潮坪与浅海沉积，沉积厚度约为4 m；
T11-T1层（B层）以前积倾斜的反射波为主，底部收敛，并逐渐过渡为水平反射面。顶部有时见到槽状波纹层反射面。T11-T1层为三角洲相沉积，中部与西部分别有2个南北方向厚度最大的区域，与三角洲扇状体的轴线大体一致。该层发育三角洲的古河谷，其中地震反射波组形态呈槽状或倾斜板状及交错状反射面。属河流相沉积。这是埋藏于海底的第一个古河道带，其中沉积物最大厚度达15 m。
本文设计了4种注浆模拟方案(见表1)，用以获取化学灌浆浆液在不同围岩中的扩散范围、灌浆材料发泡倍数、围岩情况对固结强度的影响及不同注浆方位的实施效果，为隧道内化学灌浆的施工提供指导。注浆模拟试验主要步骤流程见图3。
图7 曹妃甸典型地震剖面解释Fig.7 Interpretation of seismic profilesin Caofeidian
2）T2为一组细致的平行波纹状反射界面的底面，在全区非常稳定，每个单一相位延伸均不长，常常被一些波状的反射波形态隔开，形成扁豆状的间隔。T1-T2层（C层）地层和海底起伏有比较好的继承性。该套地层从陆上到海里变化较快。研究区有5片空白反射带，面积近200 km2，这个空白带被认为是可疑浅层气区。从南部可疑浅层气区分析，该区呈现长条状，其形状和位置与T0-T1层古河道分布比较一致。推测分析该区可能为生物气，因河道输送了大量的有机质，沿着河道沉积起来，形成了生物气。
3）T3界面是非常稳定的全区可追踪的一组强相位的顶面，地震反射波相位稳定而且平行，连续性很好，从区域第四纪地质资料分析，它是一个较重要的海侵层，是稳定环境下的浅海相沉积。
4）T4界面是以全区可追踪的平行强相位为标志，具有连续而稳定的平行反射波组。它也属于稳定的浅海相沉积。该地层和以上地层有比较好的继承性。在研究区的西部存在一个NW向的凸起，该凸起延伸到研究区的中部，在研究区的东部存在3排凹凸相间的凸起。
5）T5界面是一个比较容易追踪的强相位，具有较宽的平行波组，是比较稳定环境下的沉积层，呈等时面意义。由于反射波的高频部分随深度加大而衰减，因此分辨率有所降低。在研究区内有2个凸起，一个是NE向，一个为NW向。2个凸起夹持了一个较深的凹陷，即中部凹陷。另外在研究区SW部存在一个较深，但面积较小的凹陷。研究区存在NE和NW两个方向的厚度带，推测分析物源方向为NE和NW两个方向。在中部海槽区域该套地层沉积厚度与T5界面的埋藏深度不一致，沉积中心较构造低点向南偏离。推测在沉积过程中该套地层受到潮流的冲刷作用，造成了沉积中心位置与构造低点的不对应。
对于该区沉积地层年代推断，大量研究[27-30]表明在渤海海域及冀东平原，第四纪地层厚度均超过200 m，本测区120 m深度范围之内的地层，不可能早于第四纪。
3.3 工程地质分析评价
针对海岸带工程地质要求，重点分析埋藏古河道、浅层气、浅层活动断层等特殊地质现象，常被归为灾害地质因素。埋藏古河道，河床内后期充填砂体或淤泥，与周围沉积层物理力学性质截然不同，海岸工程建设桩基承载结构受剪切力，系重大风险隐患。浅层气赋存区因气体的聚集，导致沉积物孔隙压力增大，有效应力降低，沉积层强度受到影响；
浅层气溢出区形成泥丘，造成沉积层横向不均匀性，影响海岸工程建设安全。浅部活动断层可使浅部海底沉积物发生液化，降低基底承载强度，是危害性最大的一种地质因素。
图8 曹妃甸甸头东侧自西向东深槽地震剖面特征Fig.8 Characteristicsof thedeep trough seismic profile from west to east in east of the Caofeidian
2）三角洲沉积。三角洲的前积层是较稳定均一的砂质沉积层，但在三角洲的侧方，2个三角洲扇形体交界处则形成三角洲的分流河口间湾，分流河口间湾以粉砂质-泥质沉积为主，由于三角洲年代很新，沉积物常是高含水量，稳定性差。采集资料显示该区三角洲层厚度为5～30 m，中部与西南部分别有2个南北方向厚度最大的区域（图9）。三角洲发育后期形成了古河道带，古河道发育于三角洲平原之上，具交叉网状特点。古河道带中沉积物厚度最厚达30 m，也代表了最大切割深度。从浅地层剖面记录中可区分出河床点坝沉积和槽状河床沉积。古河道带与三角洲扇形体的轴线基本一致并稍向东偏移。由于古河道带分布不均一，在接近古河道带边缘，地基的力学性质差别较大。古滦河河流沉积物具砂质河流特点，河流相沉积物的许多亚相，如辫状河床、汉河河床、泛滥平原等都以细砂-粉砂质沉积为主，易于震动液化。这期古河道的埋深很浅，埋深约3～5 m，是大型工程设施地基基础的常用持力层。
图9 三角洲体系及古河道剖面Fig.9 Delta system and ancient channel profile
3）浅层气。浅层气区在地震剖面中表现为空白反射带（图10），区内可分为5片。区内可疑浅层气区主要分为2个方向：一个方向是NE—SW向，该方向上共有2个可疑浅层气区。其中，北部的顶面埋深比较浅，在15～20 m左右；
南部的面积比较小，埋深较深，深度为50～90 m。另一个方向是NW—SE向，该方向上共有3个可疑浅层气区，一个在北部，面积较大，埋藏比较浅，埋深为20～60 m，其余2个在南部，埋深为40～50 m。
图10 可疑浅层气剖面Fig.10 Suspiciousshallow gasprofile
4）断层。曹妃甸位于燕山台褶带南缘冀渤凹陷北部，基底构造活动强烈，燕山活动奠定了本区的主要构造格局。曹妃甸次凹面积约400 km2，为南堡凹陷面积最大的次凹，位于老堡构造带、蛤沱构造带和沙垒田凸起之间。测区内断层均为正断层（上盘下降，断层面均为高角度或近于直立）。绝大部分为同生断层，深部断距大，浅部断距小，下降盘沉积厚度大于上升盘。测区内断层，延伸长度不一（图11）。断裂系统继承了第三纪的构造格局，与渤中拗陷北部边缘的次一级凸起及凹陷一致。研究区西侧断裂为NE向，研究区东侧断裂为东西向及NNE向。全部断层均发生在第四纪地层之中，绝大部分属于同生断层因此全部属于新构造活动断层。由于本区断层属于活断层，因此构造稳定性较差。在构造分区中划出的5个地堑带将构成海底变形中的5个沉降中心。本区又属于地震活动区，在区域应力场东西向或ENE—WSW向的压应力加强时会导致南北方向的地壳伸张，容易促使本区高角度正断层的活动性增加，并可能造成东西向的走滑。构造不稳定是区域工程地质评价中的重要不利因素。
图11 断裂系统图Fig.11 Fracturesystem
由研究区内2个海槽可见（图12），中部海槽走向在T1界面上呈NNE向，海槽最深部位大约在西侧，埋藏较深的区域（即构造低点）其沉积厚度相对也较大。研究区东部附近海槽，沉积厚度最大区域同构造低点相比稍向南偏离，推测与潮流的冲刷作用有一定关系。
图12 曹妃甸港近海底栅格立体构造图Fig.12 Three dimensional structural map of Caofeidian
由浅及深剖面深度内地层都有比较好的继承性。根据钻孔中沉积物属于细致的粉砂质黏土，常见水平纹层及有机质夹层，并含淡水轮藻及淡水介形类化石等情况分析，应属于湖泊-沼泽相沉积。
该套地层北部存在一个相对较深的湖泊，沉积厚度大概20 m，研究区南部相对比较平坦，厚度变化不大，一般沉积厚度在10 m以内，推测为沼泽沉积。研究区东部海槽由于受可疑浅层气空白反射带影响，无法确定当时的沉积中心。在中部依然存在一个较深的凹陷，呈NNE向展布，但洼陷内该套地层的沉积厚度相对较小，沉积厚度与凹陷的深度基本无关。
分析近海底栅格立体构造（图12）可以发现，该地层和以上地层有比较好的继承性。该套地层由陆到海变化较快。在研究区的东部和中部分别有一个较深的凹槽。其他地方相对起伏比较平缓。T3和T2有比较好的继承性（T3-T2厚度变化比较平缓，变化不大）。该套地层在西部存在一个沉积厚度较薄的区域，面积有近100 km2。推测在当时沉积时为沉积高点，沉积地层相对厚度较薄，大概7 m。其他地区沉积厚度在10 m以上，最厚的沉积厚度达到20 m。研究区中部的海槽沉积厚度比较大，沉积厚度与地层深度基本一致，即地层深度大的区域其沉积厚度也较大。值得注意的是：沉积厚度最大的地方并不完全对应地层最深的地方，而是存在一定距离的偏移，这可能是由在沉积过程中潮流的冲刷作用所致。
在研究区的中部分别有一个较深的凹槽。该套地层在中部和东部边缘沉积厚度最大，存在一个NE向和一个NW向的沉积厚度较薄的区域，推测在发生沉积时为沉积高点，沉积地层相对厚度较薄。在中部海槽区域该套地层沉积厚度与T4面的埋藏深度不一致。海槽深度最大的轴线稍偏NNE方向区域，沉积厚度最大轴线稍偏NNE向区域。推测是在沉积过程中受到潮流的冲刷作用，沉积中心不对应地层埋深最大的地方。
分析构造图（图12）还可以发现，在该界面上中部海槽已经存在。在后续的沉积过程中，海槽部位的海相沉积厚度较周围区域大，但沉积中心在沉积过程中不断变化，区域最深的地方与沉积最厚区域不一致；
海槽部位的陆相地层沉积厚度与周围区域沉积厚度相当。在沉积演化过程中，海槽的走向、海槽两侧的坡度等都发生了变化，但是海槽的基本构造形态依然存在。通过以上分析，初步推断在沉积过程中潮流起到冲刷作用，海槽沉积中心不断变化，使得海槽构造得以保存。虽然在现代港口建设过程中，潮流起到了积极的影响作用；
但是如果将来在建设过程中改变了潮流特性，将间接影响到海槽内的沉积中心，使得沉积中心与构造地点重合，进而可能导致海槽不断被充填，直至海槽消失。
海洋地球物理探测将以国家重大战略需求为导向，探测发现和解决海洋工程领域的科学问题和工程技术难题，在海岸工程勘查、地质灾害预测监测等方面发挥重要支撑作用。
1）海洋地球物理探测技术具有多学科交叉综合性特色。该技术以海洋地球物理探测基本理论方法和技能为基础，融合地球信息采集、信息处理和分析系统等方面知识，特别是综合地震学、重力学、电磁学、应用地球物理学、信息学、海洋测绘学、计算机科学和海洋科学等多个学科信息，体现多学科的综合性，具有多学科交叉、综合的特点，又具有鲜明的海洋特色。
2）突出信息综合处理和分析。海洋地球物理探测包含地球信息采集、信息处理、信息综合、工程应用分析等，在面向海底稳定性综合评价、海岸地质灾害分析评价等重大工程问题过程中，形成海洋工程勘查的数据采集、数据处理、成像和地质解释一体化技术。
3）对近海底海洋水体和海底地层精细成像，可以获得探测目标在不同角度和距离的波场响应，可获得具有最高分辨率（频宽）和信噪比的地震资料；
有效地解决近海底海水特征精细结构和海底断层、滑坡等地质体高精度目标成像问题。