研制海底浅地层剖面仪的某些声学问题

近十年来,探测海底几十米至几百米松散沉积层分层结构的“海底浅地层剖面仪”已逐步发展定型,并广泛用于海底工程施工和海洋地质研究方面。这种浅地层剖面仪主要采用以下几种声源装置：电致伸缩器件、磁致伸缩器件、电磁脉冲声源、电火花放电器以及气枪。 浅层剖面仪实际上是一种以地层为探测目标的主动声纳,本文给出了有关的声纳方程式,它将有助于这类仪器的工程设计和性能预报。 从探层声纳方程式出发,采用电磁脉冲声源研制了浅层剖面仪,获得了穿透地层几十米的较高分辨率的记录。对此,本文也作了简单的介绍。     

全海洋浅地层剖面仪及其应用

全海洋浅地层剖面仪(Topographic Parametric Sonar,TOPAS)PS 018系统是目前世界上最先进的浅地层剖面仪之一。该系统是全海洋宽带非线性差频浅地层剖面仪,可对海底地层进行全方位测量,同时还兼有测量水深的功能,最大地层穿透深度为150 m,最小分辨率为0.3 m。系统多种发射信号(Ricker波、Burst波和Chirp波)的选取方便了操作者使用,从理论上实现了全海洋测量功能。从实测剖面分析,该系统是中、深水地层测量的理想测量系统。     

浅地层剖面探测技术及应用

浅地层剖面技术是应用声学原理高效获取海底面之下浅部地质地球物理信息的探测技术,主要应用于海底浅地层信息探测和海底特殊目标调查等方面。以往研究者主要集中在浅地层剖面的具体应用,未对不同类型的浅剖应用效果进行综合对比分析,本文比较4种不同类型浅地层剖面系统的组成、工作方式和探测技术参数,认为不同尺度的探测目标需要应用不同类型的浅地层剖面系统。分析和对比不同震源类型浅剖的应用案例,发现电火花震源穿透能力最强,分辨率随工作频率的增大而提高;电磁式震源穿透深度与分辨率适中;压电换能器震源分辨率较高,穿透能力弱;参量阵震源利用差频原理,信号中包含高频与低频两部分,能够同时得到较高的分辨率与较大的穿透深度。未来浅地层剖面探测技术向深穿透、高分辨率、高效率、二维向三维甚至高维探测方面发展。     

基于浅地层剖面数据和改进地声模型的底质反演方法

浅地层剖面仪发射的声脉冲能够穿透海底面进入沉积层内部,其回波中携带了丰富的底质信息。地声模型是底质声学与物理性质关系的数学描述,广泛用于海底声学与地声反演研究。本文通过对浅地层剖面数据的处理、解译得到海底反射系数,与考虑底质松密影响的改进Biot-Stoll模型相结合,提出底质反演新方法并开展实例验证。研究结果表明：通过对浅地层剖面原始记录的读取、解译,提取反射波振幅,并结合设备声源级,可有效求取海底反射系数。通过引入相对密度改进孔隙度计算公式,进而在基于Biot-Stoll模型构建海底反射系数和底质平均粒径关系过程中进一步考虑了底质松密的影响。基于山东威海某海域及文献的算例均显示,本文提出的改进地声模型可缩小底质反演与实测结果之间的相对误差、提升基于浅地层剖面数据的海底底质地声反演精度。     

近海底高分辨率地震探测系统设计与实现

受大深度水体的影响,传统的海面拖曳式多道地震技术在进行深水地层探测时,目标地层深度处的菲涅耳半径非常大,水平分辨率低,难以满足海域天然气水合物高精度探测需求。针对海面拖曳式地震探测技术存在的上述问题,设计了一套可以在2 000 m水深近海底作业的地震探测系统。应用耐压透声发射阵技术,克服了20 MPa外压环境和瞬时内压冲击对等离子体震源子波幅频特性的不利影响,研制的深拖等离子体震源的声源级达到214 dB,主频低于1 000 Hz;水下控制中心采用集成SoC片上系统设计,可以对震源进行定距激发控制,进行近海底多道地震数据的连续采集。系统在2019年深海试验拖曳最大深度达2 025 m,测试剖面数据显示最大地层穿透深度达380 m,纵向分辨率<2 m,横向分辨率<10 m,为深水海域沉积地层的深拖高分辨率地震探测提供了技术支撑。     

电火花和气枪声源在深层剖面仪中应用分析

本文介绍了深地层剖面仪中应用的两种声源——电火花和气枪声源,分析了这两种声源的特性及其在应用上的差异,导出了在测试时存在虚源效应的声能计算表达式,并给出某些典型的海上探测地层剖面图。     

浅地层剖面仪在港池探测中的应用

介绍了3200XS型浅地层剖面仪工作原理及其数据处理过程,在港池开挖前进行浅地层剖面测量可以详细了解港池内各地层单元的分布和埋深,并对区内的灾害地质体或者障碍物进行有效识别,以保障施工安全和节约工程支出;结合海南某港池的浅剖探测实例,分析了该港池的地层单元划分及地层内物质识别,针对浅地层剖面测量前发射参数的选择和测量中的多次回波、调头区变形等问题等进行了探讨。     

浅海区Boom型浅地层剖面地层畸变及校正

浅地层剖面测量是海洋工程勘察、灾害地质调查和大陆架海洋地质科学研究的重要手段,资料解译的准确程度将对地质调查和研究成果的可靠性造成直接影响.由于C-Boom型浅地层剖面仪的发射换能器与水听器是分开安置的,当调查区域的水深过浅时,将其近似为自激自收的单道地震系统会导致地层的畸变,水深越浅地层畸变率越大.根据浅地层剖面仪的基本原理,推导出了C-Boom型浅地层剖面仪地层畸变率的计算公式及地层畸变校正公式,为用C-View软件更准确地解译此类浅地层剖面资料提供了参考.     

DELPH2X── 一种双频双道高分辨率数字地震探测系统

Ｄｅｌｐｈ２ｘ是一套双频、双道地震探测系统,该系统由单道地震和剖面仪２套设备组合而成,在Ｄｅｌｐｈ２ｘ软件的控制下同步采集来自２套独立系统的资料。本系统具有以下特点：同时获得双频、双道信号,可以获得不同的勘探深度和分辨率;可以采用多种震源组合,以适应不同的勘探目的;具有较强的数字后处理功能,大大改善剖面质量;具有适应范围广和较强抗干扰能力。/关键词##4地震探测;;双频双道;;分辨率;;剖面;;地层     

海洋水下声探测信号的分类与分析

水下声探测是外国调查船和水下文物盗捞船进行非法调查和探测的主要技术手段,根据信号的主要声特征,对海洋水下声探测信号进行分类,分为宽带中、低频信号和窄带高频信号.在福建兴化湾海域采集了浅地层剖面仪信号、电火花声源信号、侧扫声纳信号和单频测深信号4种代表性的海洋水下声探测信号,根据声特征分析给出了对应的分类,其中:浅地层剖面仪信号为信号类型确定的中、低频信号;电火花声源信号为宽带脉冲中、低频信号;侧扫声纳信号和单频测深信号为窄带高频信号.通过对4种实测声探测数据的分析研究,给出了对应类型的海洋水下声探测信号的分析、提取方法,其中:信号类型确定的中低信号和窄带高频信号在初步的时、频分析基础上,可通过带通滤波提取;宽带脉冲中、低频信号在初步的时、频分析基础上,可尝试通过小波尺度相关滤波的方法提取.结合已知的水下声探测信号的主要声特征,实现对采集的海洋水下声探测信号的识别.     

浅地层剖面仪关键声学参数的检测技术研究

基于在消声水池中对参量阵型浅地层剖面仪进行的声学参数测量试验及数据的处理分析,探索性地提出了一套完整的浅地层剖面仪关键声学参数检测与评价的解决方案.方案主要包括4部分:1)检测平台构建:简述了检测平台的主要组成部分,并对消声水池的建设提出了基本的技术要求;2)声学参数测量:介绍了浅地层剖面仪的声源级、频率和脉冲长度测量...     

声学地层剖面深水探测研究与开发

深水浅部地层精细探测是深海地质勘探与资源开发的重要调查内容。与浅水海域声学地层剖面探测相比,深水地层剖面探测会遇到严重的能量衰减、大数据量长时间反射序列采样、纵向地层分辨率降低以及横向空间覆盖率偏稀等问题,为解决这些问题,国外仪器商采用了不同的方法。采取重采样减少数据量会严重影响纵向分辨率;采取MultiPing技术可以很好解决横向空间覆盖率问题,但多Ping接收采用海底追踪变深度范围采集会造成反射同相轴跳跃突变,或采用短时间间隔采集会造成回波数据无法准确计算海底深度。为了解决这些技术问题,作者研究开发了相关的技术处理方法,解决MultiPing技术反射同相轴拼接改正处理和海底深度记录延迟处理,这些问题的解决为深水浅部地层精细探测提供了技术保障。     

高频浅地层剖面技术在海底管道探测中的应用

在海底管道的探测中,为获知海管在海底的真实赋存状态,确定其埋藏深度或悬跨高度,多使用高频浅地层剖面仪等传统声学设备。但在海底斜坡、凹坑、凸起等不平整地层处,由于设备自身原理造成的地层探测界面偏移、图像失真及资料多解性问题仍困扰着工程人员。通过正演模拟的方法探究高频浅地层剖面仪在海底特殊地层处海管检测的波场传播特征,探讨资料的解释陷阱,并提出了解决方案。研究结果表明,利用浅地层剖面仪探测管道在海底的赋存状态,应将探测图像与海底地形、地貌、沉积物运移等因素结合起来综合考虑,把探测图像回归到真实海底环境中,以准确评价海底管道的安全状态。     

浅地层剖面仪和侧扫声呐仪器检测与评价方法研究

针对浅地层剖面仪和侧扫声呐这2种声呐系统探讨性地提出了"两步法"的性能检测和评价方法:1)声学物理参数检测:分析了与浅地层剖面仪和侧扫声呐系统性能相关的关键声学物理参数(声源级、频率/频谱、脉冲长度、波束角或开角),并提出了在消声水池中测定这些参数的方法;2)实际探测性能评价:分析了与浅地层剖面仪和侧扫声呐系统性能相关的实际探测效果评价指标,并提出了通过海上试验来检测和评价这些指标的方法。最后对建设具备高效消声性能的大型试验水池,建设海底标准地层检测场和海底标准目标物检测场以真正实现设备性能的检定应做的后续工作进行了讨论。     

水下井口探测技术研究

在海上油田开发过程中,往往存在一些当时不具备开发条件的水下井口。这些井口一方面现阶段具有重新开发价值,另一方面也是海洋工程建设的障碍物。而水下井口尺度小,常用的调查手段较难探测到。文中介绍了浅地层剖面仪和磁力仪的原理,并开展了浅地层剖面仪和磁力仪综合探测水下井口的应用与分析。结果表明浅地层剖面仪和磁力仪均可探测到井口,在浅地层剖面图像上表现为垂向的声学空白带,为桩坑和井口的反射;磁异常平面等值线为等轴状,存在极大值和极小值,井口位于极大值和极小值之间。浅地层剖面仪和磁力仪探测的井口位置相差1m,与给定井口坐标偏差2m,满足工程需求。因此使用浅地层剖面仪和磁力仪综合探测水下井口在现阶段不失为一种可行的方法。     

三瞬属性在南黄海第四纪地震地层分析中的应用

浅剖和单道地震是大范围研究新近纪以来沉积特征的主要技术方法,由于地震资料分辨率的限制,往往只能划分大的沉积单元,不能识别亚相、微相等,而地震资料的瞬时属性可以更加精细地刻画地层信息。基于2013年在南黄海陆架获得的单道地震资料,对南黄海中西部海域第四系进行了分析,并利用单道资料的三瞬属性对地层进行地震地层单元划分、沉积环境分析,总结出该区域不同沉积相的三瞬波阻特征。研究结果表明,在测线的Qc2钻孔位置处,根据三瞬属性在海底以下74.64m深度内划分了7个地震地层沉积单元,并划分出多个亚相。它所反映的沉积相与该区已知Qc2钻孔的地层对应度较高。瞬时相位较为清楚的显示地下地层的接触情况,更好地展示了地震层序在空间上的关系,解决了该测线在常规地震剖面上无法清晰、精细识别沉积相的问题。三瞬属性的应用可以在缺少钻井资料时提高在地震资料剖面划分地层、识别接触面的能力,为大陆架科学钻探项目中未知井位选址提供参考。     

海底浅地层剖面仪应用的若干问题

随着我国海洋地质研究工作和水下工程的迅速发展,为了探测海底以下地层的分层结构,要求以高速声学探测仪器代替或减少钻井的数量。浅地层剖面仪就是利用回声测深的原理研制成的,它可以在测船航行时,连续、自动地在记录纸上直接描绘出海底以下地层的剖面图。 目前,国外已有近百种浅地层剖面仪,我国也先后研制出了多种类型的产品。我所研制出的HDP-1型浅地层剖面仪,经过多次海上工作的考验,提供了数千公里的地层剖面资     

瓯江口南部海域第四纪声学地层

利用瓯江口南部海域气枪单道地震剖面资料和第四纪钻孔1的岩芯资料,对研究区第四纪地层结构进行了划分。将根据地震剖面划分的6个声学地层单元（SU1-SU6）与钻孔1岩芯划分的沉积地层单元对比,发现二者具有很好的对应关系。其中,SU1和SU3单元分别为MIS 1、MIS 3形成的海相沉积,SU2和SU4单元分别对应MIS 2、MIS 4期陆相河流或河湖相沉积地层,SU5单元对应MIS 5河流-海相沉积地层,SU6单元则对应MIS 6期及更早的陆相河湖相沉积。对研究区第四纪地层格架的建立和沉积层序分析可为东海第四纪地质和古环境演化研究提供参考。     

高精度电子水深移位装置

一引言为了充分利用海底地层的回波信息,在有效的记录纸面上最大限度的记录下海底地层的剖面图象,因而在地层剖面仪记录器中均采用一种水深移位的装置。目前我国使用较多的日本进口SP—Ⅲ浅地层剖面仪记录器中[1]就是利用机械换档的方式满足“水深移位”的。而本文要介绍的则是一种全部采用国产集成电路实现此目的的数字电子移位技术。它已成功地应用在荣获82年上海市科技成果一等奖的“QPY—1”浅地层剖面仪记录器中。它具有制作调试方便,移位精度高,尤其是长期使用无机械磨损误差,操作灵活等特点。下面将它的工作原理作一说明,并同时给出实施方框图。     

由爆炸声反射波遥测海底表面稀软薄层的某些参数

近年来,声学方法被愈来愈多地用于海底的探测。因此,如何从海底的回声波形中提取有关海底的信息是海洋声遥测中的一个重要问题。本文介绍我们近几年对手榴弹爆炸声海底反射波形分析的部分结果。由于某些浅地层剖面仪的声源波形已接近手榴弹的爆炸波形,因此,爆炸声的分析结果向实用的过渡是不困难的。