海底探测技术重点

海底探测技术重点1、平均海平⾯：⼀段时间⾥⽔位⾼度观测结果平均值的平静的理想海⾯，为⽔深0⽶的基⾯。⼤地⽔准⾯：与平均海⽔⾯相合的特殊重⼒等位⾯。可被想象成延伸⾄陆地且在任何地⽅皆与重⼒线⽅向垂直。——近岸，测绘基⾯统⼀，测绘图中。地形相对⾼差与真实地形⼀致。缺点是：实际⽔深受潮汐、风浪等因素的影响，图⽰⽔深仅能作为航船参考使⽤。2.4⽶。缺点：不能真实地反映地形⾼差；⽆法与陆地地形衔接85国家⾼程基准：根据青岛验潮站1952年－1979年（28年）间19年的潮汐资料推求的平均海⽔⾯，作为新的中国⾼程基准⾯。⽔准原点⾼程：72.260⽶海洋地质调查：海洋地貌、海洋沉积和海底构造调查的统称海洋调查技术分类：海上定位、表层取样和柱状取样、海底钻探，⽔下电视和摄影、深潜装置观测，测深、旁侧声纳扫描、浅地层剖⾯测量，海洋重磁测量、海洋地震电缆测量和海底地热流测量等AUV、ROV、浮标、潜标地质调查（geologicalsurvey））为对象，以地质学及其相关科学为指导，以观察研究为基础的调查⼯作。海底地质调查底质取样技术：海底表层取样、海底浅表取样、海底钻探取样原位测试技术：从获取的⽅式来看，包括重⼒测量、地热测量、放射性测量海底监测技术（海底声学探测）、地热测量、放射性测量（速度、⽅向、强度）探知介质结构和性质的⽅法声波勘探技术：利⽤声波在介质中传播性质的变化（速度、⽅向、强度）探知介质结构和性质的⽅法反射系数：反射波振幅与⼊射波振幅的⽐值，R>0－－－介质2的声阻抗>介质1的声阻抗⼊射波与反射波的相位相同R<0－－－介质2的声阻抗<介质1的声阻抗⼊射波与反射波的相位相反声波的扩散反射：22112211ArRAiVVRVVρρρρ=-=+介质的声阻抗：机械波在介质中传播时，运动着的介质质点产⽣单位速度所需的扰动⼒，其反映了介质对动量传递的抵抗能⼒。时距曲线：在反射波法中，反射波的传播时间t与观测点到震源之间距离x（偏移距）的关系曲线。时距⽅程：1221()4txhxV=+h表⽰介质的垂直厚度，x表⽰接受器距离震源的⽔平距离震源及类型及特点震源：能发出探测所需信号的装置。——根据某些矿物晶体（锆钛酸铝、陶瓷、⽯英等）——携带⽅便，便于组合；——2kHz——30m以浅）。解决⽅法：换能器组合——增⼤发射能量；降低发射频率——差频技术（参量阵）移，从⽽引起周围介质产⽣振荡⽽成为震源。特点体积相对较⼩，但不易组合；产⽣的声波频率范围⼤——⼏百Hz－⼏千Hz；能量⼩——最⼤⼏百焦⽿，穿透深度100⽶以内。特点：体积⼩，便于组合；声波频率范围⼤——⼏⼗Hz－⼏⼗千Hz；能量相对较⼤－可达⼏万焦⽿，探测深度可达1000⽶；缺点——电极需经常更换压缩空⽓（或其它⽓体）在⽔中瞬间释放，形成⽓泡，产⽣振动。特点：体积⼤，可多枪组合；频率低——HzHz10000⽶。、其它震源：⽔枪震源、蒸汽枪震源、组合枪震源、炸药等3.5kHz；双频：震源发射的声波是由两个近于单⼀频率声波信号组成的，如3.5kHz、12kHz；多频：震源发射的声波是由3个以上单频声波信号组成的，如3.5kHz、12kHz、33kHz；宽频：震源发射的声波是由⼀定频率范围的声波信号组成，如300Hz～10kHz，且每次发射频率范围，各频率声波占有⽐例都⼀样；CHIRP：震源发射的声波是由⼀定频率范围的声波信号组成，如3kHz～14kHz，且每次发射频率范围，各频率声波占有⽐例都是随机的，理论上每次所发射的声波信号都不相同样。A、每次脉冲都是随机振动频率组合,是唯⼀的B、每次脉冲的随机振动频率组合都暂存于计算机内存中作为样本C、接受到的反射波信号根据内存中的样本进⾏⽐对滤波等处理，分离开叠加的信号，从⽽将反射界⾯探测出来。较传统震源具有较⾼的激发率；3kHz频率的声波，相对于其他同频率震源体积⼩、耗能低。发射波束⾓⼩，具有较⾼的分辨率且较传统震源具有较深的穿透；的声波信号；②能量转换效率低，（解决办法：制造更⼩的波束⾓）③需要波束稳定技术⽀持——增加了外围设备、技术难度和成本较⾼④只能船舶固定安装。⽔听器：通过振动传感器将介质的质点振动（位移、加速度的变化）转化成电信号，输出的系统，称为检波器。在⽔中使⽤的检波器，由多个压电元件串连或串并结合连接。信噪⽐及其降低：SnN（S:有效信号的振幅,N:噪⾳的振幅，n压电元件的个数）——称之为振幅检测⾸偏：多波束换能器轴向与电罗经轴向的夹⾓。侧扫声呐：通过向侧⽅发射声波来探知⽔体、海⾯、海底（包括上部地层）声学结构和介质性质的仪器设备。浅地层剖⾯仪：探知介质垂向结构和性质的声学设备（岩相组合和沉积特征）引起的反射⼏何特征和波形特征的总和。2、设备的基本构成和⼯作程序单波束：震源和接收（测深仪换能器）、记录仪（包括数字记录和模拟记录）⽔深测量的⼯作程序（第五章ppt）测深仪器的安装：要求是使动吃⽔与静吃⽔的数值基本吻合。①观察不同船速下测量船不同位置吃⽔变化；②在变化最⼩处安装测声仪换能器。多波束测深实施原则及注意事项测线布设的依据：①垂直于⽔深等深线：垂直岸线，常理上，距海岸越远⽔深越⼤②垂直于构造线⾛向：板块构造形成的地质体基本平⾏海岸分布③设计多条相互平⾏的、等间距测线时，测线间隔是图上1cm的实际距离④测线的名字应包括任务代号—测区—航次号—测线组名—测线名⑤布设检查测线：检查测线的⽅向垂直于主测线⽅向，检查测线的总长度是主测线总长度的5~10%。⑥测深精度：主测线与检测线间的测深之差。在同⼀套⼯作系统下，30m以浅测深误差⼩于0.3m；30m以深测深误差⼩于⽔深的1%。在另⼀套⼯作系统下（不同的⼈员、设备），测量误差可以为其两倍。统计所有的交叉点⽔深差值，超限的点数⼩于15%，测绘合格⑦偏航距：最⼤偏航距离不能⼤于图上的2mm。当⽐例尺允许的偏航距⼤于20m时，规定为20m以内！位置确定：经纬度或平⾯坐标验潮站布设的原则：1、最⼤潮⾼1m；22h；3、潮汐性质基本相同。对于潮⾼差和潮时差变化较⼤的海区，除布设长期站或短期站外，也可在湾顶、河⼝外、⽔道⼝和⽆潮点处增设临时验潮站。距岸20km以外采⽤预报潮位。⽅法：①分析测区是否需要现场验潮；②了解海域潮汐性质，不同潮汐性质区分设验潮站；③了解在同⼀潮汐性质的海域，其最⼤潮差、潮时的差异性，在超出原则要求的区域分别设⽔体声速的获得：声波测量⽔深的前提是⽔体声速横向相同。近岸若有径流的注⼊，使这⼀前提不存在，必须增加声速测站！①实测法：声速剖⾯仪②计算法：⽤CTD测量温、盐、静压⼒，代⼊经验公式计算③⽐对法：测深仪的吃⽔：动吃⽔的值随着船相对于⽔体运动速度的不同⽽变化。实测⽔深数据的校正：①吃⽔校正②波浪校准：涌浪滤波③⽔体声速影响校正：制作校正曲线，实测⽔深=记录图谱读数+声速校准深度④坡度校准：由于波的偏移效应，记录的海底坡度⼩于真实的海底坡度。校正公式：Sin∠2=tan∠1（∠2表⽰真实坡度⾓）⑤潮位校正：在潮位观测的数据上，相对于测深基准⾯，进⾏实测潮位的修正室内数据处理：坏点修正→⽔深数据读取→实测数据校准→潮位校正→测深精度评估→成图多波束：（1）多波束主体设备：①发射阵—多波束探头：⼀次发射在海底形成多波束条带，条带沿航迹⽅向的⼤⼩称为纵向脚印。②接受阵—发射接收⼯作站：通过接受将海底回波分为多个⼩区（脚印），通过接收阵检波器的组合可形成多个脚印相互交叠的波束。③后处理⼯作站（2）外围设备：声速剖⾯仪①⽔体声速不仅影响⽔深计算还影响探测位置②⽔体声速必须是剖⾯曲线⽽⾮平均声速）③⽔体声速测量设备：CTD或声速剖⾯仪。卫星定位系统光纤陀螺①电罗经：指明多波束中轴线⽅向的设备。②运动传感器：探知实时多波束的姿态，实时校正多波束换能器的运动多波束⽔深测量的⼯作程序：设备选型多波束的安装与安装测量①多波束安装于船⾸⾄船长1/3区段②多波束系统各组合单元位置关系测量：以船舶横向、纵向及平均吃⽔线交点处设置坐标原点。多波束的安装校准⼯作①横摇校准：选择平坦的海区，以相同的船速往返测量重合的测线②纵倾校准：选择有突起的海区，以相同的船速往返测量重合的测线③⾸偏校准：选择有特殊⽬标物的海区，以相同的船速沿⽬标物两侧同向测量两条平⾏的测线。④时间延迟校准：选择倾斜的海区，分别以慢速和快速沿垂直等深线的⼀条测线探测，根据测得的海底地形获得系统的时间延迟。最新的多波束系统增加了数据传输标定系统，故⽆需时间延迟校准。⑤多波束探头的吃⽔校正多波束测深实施原则及注意事项①多波束测线⽅向平⾏⽔深等值线；②测线间距必须保证测线间有⾄少10％的重复覆盖③每天⾄少⼀次⽔体声速校准（并实时监察声速曲线的有效性）④船舶吃⽔变化校正；⑤做好班报记录及数据备份⼯作多波束测深数据处理回放原始数据⽂件→导航数据改正→数据清理→吃⽔校正→潮位校正→离散数据→⽹格化→滤波处理→绘图→⽔深地形图多波束测深精度评估⽔体声速测站、区块多波束覆盖图、主测线与检查线交点精度检查规程中要求“测深误差值为⽔深值的±1%”侧扫声呐、拖体（换能器和⽔听器集合）：⼀般具有两个换能器和⽔听器，提⾼探测效率；发射和接受具有较强的定向度），提⾼探测的分辩率；具有较⼤的垂向波束⾓度左右），扩⼤覆盖宽度；具有较⾼的⼯作频率（KHz——KHz），频率⾼分辩率也⾼，⽔体对波的吸收少，防⽌泥⾯下地层回波的⼲扰4、记录仪（双通道）：反射波强度放⼤调节旋钮gain和TVG，通过两者的配合使⽤，使均匀海底的声呐图像灰度⼀致。⼯作⽅法：⼯作⽬的的确定：地质调查、特殊现象探查、物体寻找明确技术要求明确探测规范：地质调查有国家规范、⾏业规范和业主下达的技术要求测线的布设：设计的依据：⼯作⽬的、设备情况、海底情况、⽔深情况、⽔体浑浊度、调查区形态等设计的原则：实现⽬的要求、满⾜规程、⾼效、易操作。设计的内容：测线⽅向、测线数⽬、测线间距拖曳⽅式的选择：影响因素：①拖体⾼度：在最⼤探测量程固定的条件下，拖体⾼度越⼤，海底覆盖宽度越⼩；声呐有效信号所占⽐例越⼩；⽬标可识辨性越差。规范规定：拖体⾼度为声呐单侧量程的10%-15%船速的控制：船速越低，炮点密度越⼤，探测分辨率越⾼。⼀般正常船速4~6节。GPS1cm，有⼀个定位点。⽅法：定标器法（MARK盒），声速的确定：⼀般以⽔体垂直声速的平均值为准，输⼊声呐设备中图谱的识别地质现象的解译浅地层剖⾯设备组成：（显⽰调GAIN、TVG进⾏灰度补偿）=0>3.0kHz参量阵震源剖⾯设备：主体设备包括震源、接受器、记录系统；附属设备包括运动传感器、表层声速仪其他震源剖⾯设备：主机（部分设备包括配电箱）、拖体震源、⽔听器、供电电缆、记录仪及后处理设备。⾮法线⼊射——需要在分析中做动校正，⼯作频率<3.0kHz。剖⾯探测的⼯作步骤：准备阶段：（要适当考虑⽔深）和上覆沉————看得最清楚。作业阶段：2、根据⽔深条件选择拖曳⽅式；3、根据地质体⾛向决定测线⽅向；4、定位设备的连接及坐标系统、投影⽅式的选择并记录好定位天线与换能器的位置关系；5、做好测线记录、班报记录；6、调节设备：激发频率、脉冲长度、GAIN、TVG等；7、做好模拟记录、拖体⼊⽔深度及相关标注；8、数字记录；9、⽔体声速、地层声速；室内成果整理阶段：12、地震相分析；13、区域界⾯埋深图及等厚度图绘制；14、典型剖⾯图分析；15、成果报告（或⼯程评估）与分析研究。3、声呐、浅剖探测资料的分析解释（记录的内容、图像的识别）侧扫声呐图谱：记录到环境声波的反射波接受时间和反射波强度。记录内容：①直达波：直达波持续时间为脉冲时间（宽度）②⽔体反射：③海⾯反射：如果海况较好，只有海⾯线；如果海况不好，存在海⾯反射；如果海⾯有漂浮物，存在声波反射。④海底反射⑤泥⾯下反射现象的识别：①物质组成差异识别⑤⽔中较⼤物体的判别⑥海⾯上特殊物体的判别浅地层剖⾯图谱：记录了声波返回时间和强度，时间是距离零时间线的远近、强度以灰度表⽰记录内容：①直达波②同向轴反射界⾯：海⾯反射、海底反射、地层的声阻抗界⾯③声学地层现象的识别：①点反射造成的界⾯变形②下凹地形或层⾯造成的界⾯变形，凹坑内反射杂乱、凹坑变浅，4、声呐、浅剖拖拽⽅式的种类及优缺点调查船固定安装：适应于浅⽔环境，仪器安全，调查船速可较⼤，效率⾼，噪⾳⼤侧拖：适应于浅⽔环境，仪器安全，噪⾳⼤底拖