国内外海底探测技术调研报告

海底探测技术调研报告海底探测技术调研报告 课程名称：海洋地质概论 课程教师：李广雪、马妍妍、乔璐璐、徐继 尚 学生专业： 学生姓名： 学生学号： 海底探测技术调研报告海底探测技术调研报告 摘要：摘要：人类用科学方法进行海洋科学考察已有 100 余年的历史，对于海底的探测也是具有 非常重要的意义，海底探测技术汇集了各科领域的最高技术成果，它包括了调查平台、海 上定位、海底地形探测、地球物理探测、海底取样、海底观测、等几大类。本文主要总结 现代海底探测技术以及其分类、用途以及国内外海底探测技术的对比，并进行总结分析。 1 1、海底探测技术分类及用途海底探测技术分类及用途 （1 1）海上导航定位技术海上导航定位技术 导航定位技术是通过相关仪器，利用卫星，声学原理、无线电原理、确定位置导 航。目前，海上导航定位常用的方法有下面几种： 1 1、无线电定位系统无线电定位系统 无线电定位系统是通过直接或间接测定无线电信号在已知位置的固定点与船之间传播 过程中的变化，确定定位参数，进而用位置线确定待定点位置的测量技术。 2 2、海洋声学及海洋雷达浮标定位海洋声学及海洋雷达浮标定位 在远离陆基的小范围海域，可使用 海底声学脉冲收发两用机进行交叉定位； 也可以在浮标上放置雷达应答器。 3 3、卫星导航定位系统卫星导航定位系统 卫星导航定位系统主要包括 伽利略系统GPS 全球卫星导航系统 北斗2号卫星 系统。 其中，中国的技术较为领先。 4 4、水下声学定位系统、水下声学定位系统 水下声学定位系统主要应用于大多海洋工程 , 如海洋油气开发、深海矿藏资源调查、海底光缆 管线路由调查与维护等。它主要包括： 长基线 定位系统 短基线定位系统 超短基线定位系 统组合式定位系统 （二）海洋地球物理测量（二）海洋地球物理测量 海洋地质概论 海洋地球物理测量是对海洋底部地球物理场性质的测量，应用物理学的测量手段，可 调查海洋的地质构造和矿产分布。其测量方法主要包括： （1） 浅地层剖面测量技术浅地层剖面测量技术 浅地层剖面测量技术是用低频声脉 代替高频声脉，以图解的方式记录地质 剖面，根据这些剖面可以判断沉积层在 剖面上的分布及特征。 （图为德国 SES- 2000，世界上第一套便携式的参量阵浅 地层剖面仪） （2）多频声学剖面测量技术）多频声学剖面测量技术 多频海底回声探测仪，它最终会形 成一幅假彩色合成剖面记录，可以通过彩色分割技术准确的划分出不同声学反射层，是一 个应用前景非常广阔的浅地层剖面探测技术。 （3）高分辨率单道模拟地震系统）高分辨率单道模拟地震系统 其工作原理与浅地层剖面系统相似，但震源能量较大，常使用电火花震源，可以穿透 100500m 的海底，分辨率达 5m，它可以穿透浅地层剖面系统不能穿透的深度。 （ 4）高频多道数字地震系统）高频多道数字地震系统 这是海洋石油探测的主要方法。利用地震波在海底地层中的传播规律，来研究在海底 以下的地质构造。这项技术，美国较领先。 （5）地震折射法）地震折射法 从一艘前进的船上按规定间距发射震源信号而在另一艘船上或浮标上安置检波器，随 着震源与接收点的距离变动，将信号记录下来。从检波器接收到的信号曲线可以显示海底 弹性波速度跳跃式增大的不连续深度。 （6）海洋重力测量）海洋重力测量 最初的海洋重力测量只能在潜水艇上进行。 后来，重力测试仪不断更新，测量方法从人工 记录发展为连续模拟记录。海洋重力测量对研 究长短波重力异常、地幔都特别重要。 （7）地磁测量）地磁测量 对于海域的地磁场测量分为航空测磁和海洋测磁两大类。海洋测磁是应用核子旋进磁 力仪和磁力梯度仪进行海上拖拽测量。 （8）海底热流调查）海底热流调查 应用海底热流计进行海底热调查，全球已经积累了 10 000 多个数据，这对发展海底构 造理论起了重要的作用。绝大部分海底热测量集中于大于 1000m 的深海，浅海工作区很少。 在浅海石油探井可以进行地热梯度测量。 （三）海底地形探测方法（三）海底地形探测方法 海底地形探测方法主要包括声学测深技术和卫星遥感测深技术、电磁测深等。卫星遥 感测深技术方面：我国起步晚，水平低。 （1）回声测深技术）回声测深技术 通过声脉的发射和接受之间的行程记录，在船航过程中，如果不间断地发声并接受回 声，就可绘制出一条海底地形曲线。 （2）多波束测深技术）多波束测深技术 多波束测深是利用多个波束声波探测海底深度，经运算得到航迹两旁带状区域海底深 度、地貌。目前国内尚无商用化的国产系统；德国、美国、挪威、丹麦、英国较领先。 （3）旁侧扫描声纳）旁侧扫描声纳 利用超声波在水中传播和反射的原理，设计 制造的一种探测海底地貌的仪器。 （右图为旁侧扫 描声纳扫描到一艘沉船） （ 4）海底电磁探测技术）海底电磁探测技术 利用相关电磁探测仪器在海底采集海底自然 电场数据，对海底大地构造与资源进行物理探测。 我国拥有世界领先水平的成果和海底电磁探测仪器。 （四）海底取样（四）海底取样 （1）表层取样器）表层取样器 常用的表层取样器有蚌式取样器和拖网取样器。 蚌式取样方法现在仍广泛使用。而拖网取样所取样 混乱而且受到冲洗，只适合采集锰结核、砾石和岩 块。 （图为蚌式取样器和拖网取样器） （2）柱状岩芯取样管）柱状岩芯取样管 取样管种类很多，大致可以分为重力取样管、重力活塞取样管、振动活塞取样管、液 海洋地质概论 压活塞取芯系统等。 （ 3） 相式取样器相式取样器 将一个 20cm20cm100cm 的上下开口的金属方箱用重锤击入海底，然后用旋转铲 刀封箱底并将其提出海面，这是当前获取原状样品 的最佳方法。 （4）电视抓斗）电视抓斗 将机械抓斗与电视摄像、照明、传输、装 置结合起来，便于海底取样。 （右图为我国自行电 视抓斗） （5）浅海钻探）浅海钻探 在浅海区由于地层结构复杂，岩性交替变化， 所以现在使用的柱状岩芯取样管不可能获得长岩 芯，因此仍须借助浅海钻探。上海石油海洋地质 局成功应用大口径钻杆全孔跟进馆内绳索全取芯 技术，已获得好的效果，可进一步发展和改进。 （6 6）深海钻探）深海钻探 深海钻探在技术上有两项关键性的难题：一是无法采用锚固定位船舶，使其在整个钻 探作业过程中保持位置不变；二是提起钻具更换钻头时如何使钻具重新返回原孔。 (7)(7)激光拉曼光谱仪海底甲烷探测技术激光拉曼光谱仪海底甲烷探测技术 利用连接着一套深海激光拉曼光谱仪的铝合金探针将海底样品取上来，在实验室内 进行甲烷含量测定。 （五）调查平台（五）调查平台 调查船调查船 海洋科学调查船它调查的主要内容有海面与高空气象、海洋水深与地貌、地球磁场、 海流与潮汐、海水物理性质与海底矿物资源、海水的化学成分、生物资源、海底地震等。 大型海洋调查船可对全球海洋进行综合调查，适应各种海洋调查作业的需要。 建造专用科 学调查船始于 1872 年的英国“挑战者”号，在我国有东方红 2 号（中国海洋大学） 、科学 3 号调查船。 东方红二号调查船 科学三号调查船 （六）海底观测系统（六）海底观测系统 海底观测系统是运用观测技术与通讯技术对 海底进行实时监测，在对海洋实时监测方面，欧 美日本较为领先。主要包括以下几种技术： （1)1) 自持式潜水器自持式潜水器 即通常所谓的“软浅” ，潜水员背负呼吸瓶 下潜到 50m 范围内进行海底观察、采样、海底摄 像等。主要用于考察海底活动的地质体、海底陡 崖等。 （2)2) 深潜器深潜器 深潜器是指能在 4000 多米的深海海床上呆上几个小时的潜水器，包括常压载人深潜器、 无人遥控深潜器和无人深潜器。我国拥有世界上最先进的载人深潜器蛟龙号，2012 年 6 月 27 日，中国载人深潜器“蛟龙”号在西太平洋的马里亚纳海沟海试成功到达 7062 米海底， 创造了作业类载人潜水器新的世界纪录。 （4 4）海下实验室）海下实验室 最早的海下实验室是美国海军的“海底实验室号” ，还有美国夏威夷大学海下研究中 海洋地质概论 心的夏威夷海下研究室。 （5 5）海底机器人探测技术）海底机器人探测技术 通过互联网进行远程操控机器人完 成海底探测，并传回实时探测图像和数据。 德国、加拿大、日本在这方面处于世界领先 水平。 （右图为海底机器人作业） （6 6）海底摄像技术）海底摄像技术 运用摄像技术与通讯技术，对海底进行实时摄像、监测。 （7 7）水下自动观测与沉积物捕获）水下自动观测与沉积物捕获 海底自动观测系统是获取动力学资料和沉积动态资料的重要手段。最常使用的是海底 底流测量、海底底床压力、孔隙水压瞬时变化观测及埋没海底声学应答器以及观测海底沉 积物的蠕动等。 二、我国海洋探测技术的发展二、我国海洋探测技术的发展 我国的海底探测技术在许多方面都具有领先世界的水平，但在一些方面还是存在不足， 但是发展越来越好。我国海域面积约 300 万平方公里，是发展中的海洋大国，有着丰富的 海洋资源，为实现从海洋大国跨入海洋强国的目标， “863”计划在海洋技术领