基于水下文物控制实验的海洋地球物理声学研究进展

海洋地球物理声学方法是进行高分辨率、大范围水下考古调查与研究的利器。由于海洋环境与水下文物的保存状态、埋藏状况之间存在着复杂的耦合关系,导致仅根据地球物理声学探测数据推断水下文物是否存在以及分布情况具有较大的不确定性。近30年来基于水下文物声学探测方法的可控实验研究表明,不同侧扫声呐系统对出露于海底的水下文物遗址探测有不同的声学响应,而多波束声呐技术可用于水下文物遗址的时移变化研究,浅地层剖面探测对部分或全部嵌入海底沉积物中的遗址探测效果更为明显。水下文物的控制实验研究能提升对不同水下文物声学特征响应的认识,可以为探测成果与解译精度之间的关联研究提供借鉴,并有望为高效、大范围的水下文物探测与资源调查提供系统解决方案,从而更好地服务于水下文物保护与管理。     

浅埋水下文物遗址的海洋地球物理声学探测展望：以沉船为例

水下文化遗产与历史、艺术、经济和科学的发展有着密切联系。浅埋沉船是我国今后水下文物遗址探测中所必须考虑的重要类型,海洋地球物理方法在这类遗址探测中发挥着关键作用。通过海洋地球物理声学探测方法在浅埋沉船中的应用研究,分析浅埋沉船与周边环境之间的反射系数和极性变化特性,论述海洋地球物理声学探测在浅埋沉船判别、浅埋沉船降解程度评估以及浅埋沉船遗骸3D重建等方面的应用与进展,指出我国浅埋沉船探测研究在可控实验模拟、数据精细处理和学科交叉综合研究等方面亟待加强,以满足浅埋沉船这一重要水下考古类型的探测需求。     

浅地层剖面仪在长江口航道勘察中的应用

浅地层剖面仪利用回声测深的原理,接收阻抗不同的地层介面所反射的声脉冲讯号,并在记录纸上相应“描绘”出海底下数十米的松散沉积物的地层剖面图,用它与少量的钻孔资料相对比,综合分析可绘制出地层剖面图。浅地层剖面仪是一种连续走航自记的声学电子仪器,可以应用于海洋地质、水下工程地质勘察,航道地质勘测、疏浚和整治工程。浅地层剖面仪在当今已成为水下地质勘察必不可少的手段。     

基于浅地层剖面仪的鄱阳湖水下沉积地形探测与分析

鄱阳湖是我国重要的淡水和砂石资源提供地,其水下沉积地形现状一直是学术界研究的重点。该文借助浅地层剖面探测手段对鄱阳湖水下地形与沉积特征进行了探测,通过分析32条浅地层剖面测线资料发现,鄱阳湖水深变化幅度为0.16～23.71 m,入江水道与主湖区西北部相对较深;松散沉积物厚度变化范围为0～8.73 m,主湖区中部松散沉积物较厚,估算松散沉积物总体积约3.02 km³。为检验浅地层剖面探测数据的可靠性,2022年9月在主湖区开展了浅钻探测工作。通过与前人的相关研究对比发现,大规模采砂活动能够对鄱阳湖水下地形产生显著影响。该文较全面地揭示了鄱阳湖水下地形现状与沉积特征,得出的结论与建议对相关研究与管理工作具有重要的参考价值。     

浅地层剖面资料解释中的陷阱问题分析

浅地层剖面仪是目前海洋工程勘察和海洋地质研究应用最为广泛的地球物理调查仪器之一,其地层探测分辨率越来越高,但实际获取的声学地层剖面资料在解释时会存在一些陷阱,值得引起注意。笔者从浅地层剖面仪的工作原理出发,分析了导致解释陷阱的4种情况:声学地层与地质地层的不同导致的陷阱、非自激自收导致的浅水区浅部地层厚度畸变、特殊反射界面在声学剖面上的空间变形和海底地层中声速变化造成的地层厚度失真,并对浅地层剖面资料处理和解释中如何预防和消除这些陷阱的影响进行了讨论。     

海底天然气渗漏高精度浅层剖面处理技术

浅地层剖面测量方法是基于水声学原理的连续走航式探测水下浅部地层结构和构造的一种地球物理方法。对广州海洋地质调查局近几年野外采集的两种不同类型(Chirp和SES-2000)的浅地层剖面原始资料特点进行了分析,野外获得的浅剖资料,仅仅是经过采集系统后续单一的处理,对于海况较差时采集的数据,上述单一的处理方法根本无法满足后续资料的解释。为此有针对性的提出了高精度浅剖资料处理技术,结合某区实际资料进行应用,系统讨论和分析了该区海底天然气渗漏的声学特征。总的来说,适合浅剖资料高精度处理方法的提出增加了识别天然气水合物层,天然气渗漏或扩散引起的沉积物声学异常特征的精度,为后续资料的对比和综合解释奠定了基础。     

参量阵浅地层剖面测量技术 在近岸海洋工程的应用效果

介绍了海底浅地层声学探测技术的发展情况, 简述了新型参量阵声纳探测的原理和特点, 通过SES-96参量阵测深或浅地层剖面系统在山东半岛海区的应用实例, 对此新型参量阵声纳技术的应用效果进行了分析评价。     

东海大陆架南缘海域地层声学剖面及地质解释

阐述了对东海陆架南缘勘查区进行的高分辨率的浅地层探测情况。通过对测区的浅地层声学剖面的解释和研究,笔者认为:声学剖面较直观地反映了该区的海底地形、地貌、浅地层沉积物结构、构造及海底基岩埋深状况,对恢复该区沉积地质环境和发育历史有重要意义。     

黄河水下三角洲粉质土扰动土层特征及成因探析

黄河水下三角洲上分布着大量的扰动土层,其性质与周围未扰动土相比有很大的差异。在老黄河口区选择扰动土层的典型分布区,利用工程地质钻探取样、原位静力触探试验和浅地层剖面探测对海底扰动土层的厚度及工程地质特征进行了调查分析。结果表明,与未扰动土相比,扰动土的重度较大、孔隙比较小、含水率较低、强度有一定程度的提高。同时,分别对风暴潮作用下黄河水下三角洲粉质土的瞬时液化极限深度和残余液化极限深度进行了计算。计算结果表明,残余液化极限深度较大。将残余液化极限深度、通过浅地层剖面探测结果所得的扰动土层厚度以及通过土工试验统计结果所得的扰动土层厚度进行了对比,发现三者对应很好。对黄河水下三角洲粉质土中扰动土层的形成机制进行了探讨,认为风暴潮作用过程中产生的土体液化是其主要诱因。     

海洋沉积物声学物理和土力学

海洋沉积物声学物理与工程力学特性的关系,近年由于海底资源、海洋工程建设和海洋军事活动的需要而日益引起人们的重视。在海洋工程建设或是海底地质填图中,利用声学方法和遥测手段已有可能在海上现场进行大面积快速的底质类型识别和划分,同时,在水下军事活动中,“海底参数”或是海底声学物理参数从来都是浅海声传播所不可缺少的下部边界条件。     

探地雷达在上林湖越窑遗址水下考古中的应用

结合上林湖区域水体电性参数测量结果,开展了探地雷达水下考古试验探索。在上林湖指定水域用机动木船承载雷达仪器和工作人员进行了水下情况调查,通过对比试验,分析了频率为100 MHz、200 MHz、400 MHz的雷达天线对不同深度水域及水底地层的反射特征,在此基础上,对探地雷达数据进行处理及解释。探地雷达探测结果清楚地显示了古水坝、窑炉遗址、陶瓷废墟、古河道和码头堤岸等多种不同的水下考古目标,并可对湖底地层中的局部隐伏异常实现高精度成像。经过潜水探摸,进一步核实了本次探地雷达的调查结果。     

水下物体磁探测线间距的影响因素

建立合理水下小目标磁探测线间距需以定量分析各种因素对其影响为基础。将水下小目标的磁场模型视为磁偶极子,建立水下小目标的磁场空间衰减规律。根据水下目标磁探测的原理及其工作背景,对目标磁距大小、仪器信噪比、地磁变化、日变影响、测船的定位误差等因素进行综合分析,得出磁力仪在探测某一已知物时的测线间距计算公式。     

蒙古国塔南凹陷南屯组水下扇的沉积演化特征

利用基于Wheeler变换的数据驱动倾角导向体生成的非线性年代地层切片,研究蒙古国塔南凹陷下白垩统南屯组水下扇的沉积演化特征。基于沉积学的理论指导,通过单井相、连井相标定,结合地震反演、地震属性等技术,进行等时地层单元的沉积相分析;基于相控应用年代地层切片技术研究沉积演化特征。结果表明:塔南凹陷南屯组SQ21时期发育近岸水下扇及远岸水下扇,水下扇的沉积演化规模随着水体的加深先扩张后萎缩,到最大湖泛时期基本消失;切片中水道显示远岸水下扇是近岸水下扇二次搬运至同生断裂再次滑塌而成。     

濮城油田沙三中6-10砂组高分辨率层序地层研究

研究了依据地层基准面原理进行开发调整阶段储层精细对比的方法,总结了地震、钻/测井基准面界面及地层响应特征和识别方法.以湖泛面为层序界面,在濮城油田沙三中6-10 油藏内识别出超短期、短期、中期和长期四级界面和基准面旋回,其中长期旋回相当于水下扇复合体,中期旋回相当于水下扇朵体,而短期旋回相当于水下扇叶体,短期旋回是油藏细分开发调整的最小单元.在原来5个砂组的基础上,经研究划分了6个中期旋回和27个短期旋回.在对断陷湖盆及水下扇形成的水动力过程分析的基础上,总结了水下扇形成过程中基准面旋回演化模式.     

有限单元法求解水中二维体问题正演研究

潜艇在现代海军中占有举足轻重的地位,所以反潜技术也越来越重要,相对于传统的声波、磁法等反潜技术,电磁法探测是近几年才开始起步的。这里研究了电磁法探测水下二维体的问题,基于天然电磁场的有限单元正演,同时考虑电阻率与磁导率,采用三角剖分,通过模型试算验证了天然电磁场的有限元算法在水下二维体探测中,具有较高的精度和适用性,模拟结果 TM模式优于TE模式,可以为电磁法探测水下潜艇打下坚实基础。     

横向各向同性弹性地层井孔中模式波的探测深度

研究了横向各向同性(TI)弹性地层充液井孔中模式波的频散曲线和灵敏度曲线。结果显示:弯曲波对地层中垂直向传播的横波速度比较敏感,而斯通利波对地层中水平向传播的横波速度较灵敏;在慢速地层中,从斯通利波(或弯曲波)对不同径向位置和不同波数下水平向 (或垂直向) 传播的横波速度的灵敏度曲线上可知,斯通利波的探测深度在整个计算频段约为1.5个井眼半径(距井壁距离),弯曲波的探测深度相对较深,但受波数影响大:在较低波数时,其探测深度约为4个井眼半径,较高波数时约为1.5个;在快速地层中,由于受井内流体的影响较大,弯曲波在较高波数时探测深度稍有下降,但斯通利波对地层性质的敏感程度明显降低甚至消失。     

复杂地层水下盾构隧道工程难点及关键技术研究与展望

国家经济一体化需求推动了城市交通网络的蓬勃发展,众多水下盾构隧道工程应运而生。特别是进入21世纪以来,一系列长距离越江跨海隧道的建成和投运标志着我国水下盾构施工成套关键技术取得了显著进步。为促进复杂困难地层盾构掘进技术发展,推动越江跨海隧道施工效率提升,本文以近年来已建和在建的代表性大型水下隧道工程为研究对象,从隧道地质环境、盾构施工技术、工程项目管理等多个角度出发,概述了南京长江隧道、济南黄河隧道、南京地铁10号线越江隧道、苏通GIL综合管廊工程、厦门地铁2号线海底隧道等长距离高水压盾构隧道的工程问题和技术难点,梳理了高磨蚀性砂卵石地层、高黏粒粉质黏土地层、高水压强渗透性地层、江底富含沼气地层、海域密集孤石群地层等复杂地质条件下的水下隧道施工成套关键技术,分析了越江跨海隧道工程地质环境复杂化、盾构设备多样化、掘进施工智能化的未来发展趋势。相关研究成果可为后续复杂地质条件下水下盾构隧道工程的勘察、设计、施工等提供理论依据和技术支撑。     

浅谈探地雷达在冰川研究中的应用

探地雷达技术是一种利用电磁波反射原理探测地下介质分布特征的地球物理勘探技术，其探测方式主要有剖面法(Common Depth Point)和宽角法(Wide Angle Reflection and Refraction)两种。不同的探测方式可解决不同的冰川问题。探地雷达在冰川学中广泛应用于探测冰体厚度、水下地形、冰裂缝、冰体内部沉积层位、冰川水文特征、划分冰川冰类型等，为水下槽谷、冰川结构、冰川流动机制、水资源评估及气候与环境变化的研究提供丰富可靠的数据。     

海洋地球物理技术的发展

海洋地球物理的海底探测技术在20世纪里的迅猛发展推动了地球科学的进展。高精度的导航定位技术是实现海底高精度探测的基础。高精度的导航定位包括水面船只和水下探测系统的精确定位。现代水面船只定位依赖以全球卫星定位技术为主的导航定位系统；水下定位系统主要发展有超短基线定位系统(USBL)、短基线定位系统(SBL)和长基线定位系统(LBL)等。海洋重力测量系统的主体技术得到改进，陀螺稳定平台广泛采用光纤陀螺技术，开发出改正交又耦合效应的新技术，系统实现数字化控制，卫星测高技术引入海洋重力测量领域。海洋地磁测量发展出光泵式测量技术、多分量测量技术和梯度测量技术，近数十年快速发展起来的海底声学探测技术有多波束测深技术、声纳侧扫技术和浅层剖面测量技术等，这些技术已经在当代海底科学研究、海底资源勘查、海洋工程和海洋开发等方面发挥出极其重要的作用。在新的世纪里，海洋地球物理仍然保持着前沿科学的地住。     

濮城油田沙三中亚段高分辨率层序地层学

以东濮凹陷濮城油田沙三中亚段水下扇沉积地层为例,进行了水下扇储层高分辨率层序地层学研究。通过岩心和测井资料的综合分析,在濮城油田沙三中亚段水下扇中识别出超短期、短期、中期及长期4个级次基准面旋回及其地层响应特征,在研究区划分出1个长期旋回、5个中期旋回、27个短期旋回及多个超短期旋回。在此基础上建立了研究区高分辨率等时地层格架,对基准面旋回控制下砂体发育规律进行了预测。