海洋地球物理研究与海底探测声学技术的发展

海洋地球物理以物理学的思维与方法研究占地球三分之二面积的海洋系统.20世纪地球科学迅猛发展,它的重大进展是海底扩张说与板块构造说的出现和海底大洋的发现,以及前者所引发的地球科学思想革命,从固定论向活动论的思维转变.海底研究对于20世纪地球科学发展的贡献极为巨大,而海洋地球物理是推动海底科学研究的重要原动力.海洋地球物理在20世纪地球科学的发展中有过辉煌的成就,占有十分重要的地位;在新的21世纪里,海洋地球物理研究仍然保持着前沿科学的地位,继续推动着地球科学的进展.目前的海底探测主要还是依赖于声学探测技术.水下声学定位技术是实现水下探测系统精确定位和海底高精度探测的基础.传统性的海洋地震探测技术是研究海底构造与海洋岩石圈深部结构和寻找海底矿产的主力技术,它近年来无论在海上采集技术还是数据处理技术方面都发展得很快.多波束测深、侧扫声呐测图和海底地层剖面测量等则是近数十年快速发展起来探测海底浅部结构信息的技术.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,以及海洋军事活动等方面发挥出极其重要的作用.     

地学书签

海洋地质学海洋地质学是研究地壳被海水淹没部分的物质组成、地质构造和演化规律的学科。研究内容涉及海岸与海底的地形、海洋沉积物、洋底岩石、海底构造、大洋地质历史和海底矿产资源。它是地质学的一部分,又与海洋学有密切联系,是地质学与海洋学的边缘科学。海洋覆盖面积约占地球表面积的71%。它是全球地质构造的重要组成部分,也是现代沉积作用的天然实验室。海底蕴藏着丰富的矿产资源,是人类未来的重要资源基地。     

海南海棠湾海底微地貌多源声学特征、成因及其指示意义

海底微地貌不但可提供环境与工程地质评价信息,避免地质灾害发生和环境破坏,而且对渔业生态建设和沉积环境反演等也具有重要意义.为揭示海底微地貌的多源声学特征,成因及指示意义,利用在海南海棠湾获取的侧扫声呐、浅地层剖面、单道地震数据进行分析.识别出海底沙斑、小沙波、沙纹、礁石堆、基岩等自然微地貌,以及海底拖痕、管道、人工鱼礁、养殖网箱等人工微地貌.证实海底微地貌多源声学识别方法具有综合立体探测的优势,解译可靠性高;全新世以来,研究区如沙斑、小沙波、沙纹等自然微地貌,主要受较弱的水动力条件和沉积物供应不足制约,而人工微地貌主要由人类海洋活动造成,具体表现在基于人工鱼礁投放的海洋牧场建设、海洋养殖、拖网捕鱼以及海底管线敷设等方面;研究区地质条件总体良好,发生地质灾害风险小.     

测高数据反演海底地形研究进展与展望

针对卫星测高技术发展研究现状,重点突出海洋重力场建模和海底地形反演技术,分析两者相关关系,介绍了国际上公开发布的两款海洋重力模型,阐述了国内相关技术发展现状;对测高数据反演海底地形的重力地质方法、S&S法、导纳函数法、垂直重力梯度异常的解析算法研究进展情况进行了梳理,给出了算法基本原理和数理基础.     

海底地震监测网络发展现状

近年来随着地面与空间的遥测遥感通信技术,特别是随之衍生而来的海底光纤电缆技术的发展,海洋学者可以从海底回头向上观测整个海洋世界,对深入海底做近距离和全天候监测海洋信息变为可能。近年来许多国家正在逐步策划和建设以海啸减灾为目的,以海底电缆为主轴、海底地震监测为核心内容的海底观测网络。本文分别针对美国、加拿大、欧洲、日本以及中国多种典型海底观测网的主要观测技术进行分析,提出发展中国海底地震监测网络的建议。     

宽频带海底地震仪的研制

为填补我国海洋地震监测和海洋地震研究的空白,获得对海洋地震多发区域的监测能力,特此进行宽频带海底地震仪的研制.本文详细介绍了宽频带海底地震仪的设计目标、基本工作原理、组成结构及性能技术指标和研制过程.此外,还介绍了宽频带海底地震仪在中国南海东北部海域应用实例的实验结果,展示了宽频带海底地震仪在3000m海底所记录到的数据资料.     

国际海洋地震观测最新进展和我国海洋地震观测发展探讨

海洋地震观测是全球地震观测的一个重要组成部分。论述了国际海洋地震观测的最新进展及我国海洋地震观测的发展情况：目前全球海洋地震观测已进入深海海底长期定点实时观测阶段,美国、加拿大、日本和我国台湾地区的几个环太平洋大型海底科学观测项目正在安装调试,日本还启动了海底发震带的钻探及钻孔观测以研究海底动力学过程。我国也断续开展了一些海洋地震观测试验,但目前长期海洋地震观测基本处于空白。认为,海洋地震观测技术门槛高,系统性强,但近年来在美日等国已趋于成熟,正在推广实用。未来防震减灾应用广泛,需要关注。     

海底天然气渗漏的地球物理特征及识别方法

海底天然气渗漏是在海洋环境中广泛分布的自然现象.海底天然气渗漏可以指示沉积层中的烃类聚集带,渗漏出的大量气体（主要是甲烷）可能影响全球的气候变化,此外,与海底渗漏相关的浅层气改变了海底沉积物的土工性质,可能对海底工程构成威胁.因此海底渗漏研究意义重大.海底天然气渗漏不仅影响海底沉积物的物理性质,而且还极大地改变海底地形地貌,它能在海底形成麻坑、泥火山、冷泉碳酸盐岩以及化学自养生物群落等现象.在海底渗漏发生的地方,地形地貌特征可以在海洋测深和逆向散射数据上得到反映;沉积物的声学特征可以在地震剖面上得到反映,如形成声混浊、声空白、亮点、多次波、速度下拉等;有些渗漏在海面形成油渍膜,油渍膜可以在合成孔径雷达图像上得到反映.根据海底渗漏的上述地球物理特征,可以识别出可能渗漏区域,海底渗漏的证实需要用到海底观测和取样分析资料.     

海洋直流电阻率法电测深装置响应分析

海洋直流电阻率法是海洋电磁勘探的重要方法之一,已经在许多海底资源探测中得到实践.本文推导了供电电极位于海底时四层水平层状介质电位表达式和视电阻率计算公式.根据快速汉克尔滤波法,计算含有贝塞尔函数的积分,编写MATLAB程序计算水平层海洋地电模型电位和视电阻率,探究海水深度和沉积层厚度对于视电阻率曲线的影响.研究表明海水越深,海平面对视电阻率曲线影响越小;沉积层厚度越薄,视电阻率异常响应越明显.建立了各种地电模型,并用二极装置、三极装置、偶极装置进行探测,对不同装置获得的视电阻率曲线进行分析,得出偶极装置对于滨海低阻层和高阻层异常反应能力较强.分析了低阻环境下不同装置在不同供电电流下接收端的电位信号强度,研究发现供电电流强度仅在收发距较小时对接收端电位信号强度影响较大,且供电电流越大电位信号强度越高.本文的结果为深入研究海洋直流电阻率法装置类型应用于海底资源探测奠定了基础.     

海底可控源电磁接收机及其水合物勘查应用

海洋可控源电磁法在国外已成为海底天然气水合物调查的有效手段之一.为实现我国海域深水条件下水合物的海洋可控源电磁探测,本文从方法原理出发,采用低功耗嵌入式控制、前端低噪声斩波放大、高精度时间同步和水声通讯等技术,设计并开发了由承压舱、玻璃浮球、采集电路、电场与磁场传感器、姿态测量装置、声学释放器、USBL定位信标、测量臂、水泥块等部件组成的海底可控源电磁接收机,实现了海洋微弱电磁场信号的高精度采集.海底可控源电磁接收机具有高可靠性、低噪声、低功耗和低时漂的特点.利用研制的海底可控源电磁接收机,在琼东南海域进行水合物勘查,采集得到了可靠的人工源电磁场数据.通过数据处理及反演,获得了研究区海底的电阻率模型,结合地震资料,对高阻异常体进行推断解释,其结果为天然气水合物钻探井位布置提供了电性依据.     

南黄海海底大地电磁测深试验研究

针对南黄海盆地深层地震地质条件差,地震波受屏蔽,能量严重衰减,在海洋反射地震资料中很难识别反映中-古生界的反射地震波组,不能满足南黄海盆地前第三系油气资源前景评价的需要等问题,于2006年5月,开展了南黄海海域海底大地电磁测深试验,在盆地内五莲斜坡和胶州凹陷区布设了3个海底大地电磁测深点,取得了可靠的海底观测数据.本文详细阐述了海底大地电磁测深与常规大地电磁测深在数据处理方法上的差别,论述了海洋电磁噪声对海底大地电磁场观测的影响,提出了海底大地电磁场实测资料“水平姿态”校正、“方位”校正和“海洋电磁噪声”校正的方法.通过对试验观测资料的处理和反演,并结合地质、物性资料进行综合分析,结果表明在南黄海盆地海底以下深部还存留有古生代地层,这对于南黄海前第三系含油气前景的评价具有重要意义.试验结果也证明了海底大地电磁测深技术在研究古生代残留盆地方面的问题可以发挥相当好的作用.     

中国海洋深地震探测与研究进展

对中国（大陆）的海洋深地震探测工作进行了回顾,重点讨论了南海北部边缘OBS探测的几条剖面及动力学意义。介绍了近期在海底地震仪设备研制和引进方面的进展及近期的海洋地壳深地震探测的计划。     

海洋电磁法研究的现状和进展

海洋电磁法是研究海洋特别是海底的重要手段之一，我国对海洋（海底）资源的开发利用，和科学研究址分重视，已将海洋电磁法研究列入国这“８６３”计划。最近通过了专属经济区和大陆架的有关法规，笔者在广泛收集迄今为止国内外大量资料的基础上，经编，译，整理，撰写了本文，力求全面地介绍这一领域的历史，现状和进展，各种海洋电磁法的基本原理，海洋（海底）电磁法操作的要求和特点，以及应用实例，以推时我国海洋电磁法研究的     

基于二次场的海洋可控源电磁法三维有限元正演

根据库伦规范势的定义,推导出关于磁矢量势和电标量势的偏微分方程,为了克服由电流源引起的奇异性和数值模拟计算困难,将电磁总场分解为一次场和二次场,一次场由基于Schelkunoff势函数的一维正演算法得到,二次场由有限元法计算得到,实现了海洋可控源电磁法三维有限元正演算法。通过一维数值模拟实例,验证该算法的计算精度。然后,利用该算法对带海底地形的三层储层模型进行正演,分析了海底地形对海洋控源电磁场各分量产生的影响。      

洋壳、海水、大气间的相互作用——关于厄尼诺成因的探讨

本文通过海底火山和海底水热活动对海温影响实例,指出海水温度不仅受大气状态的影响,而且还受海洋地壳热力状态的影响。在对海温变化的研究中,除考虑海气间的相互作用外,洋壳对海温的影响也是不可忽视的。对全球气候有重大影响的厄尼诺事件可能是洋壳、海水、大气相互作用的结果。     

我国海底大地电磁探测技术研究的进展

几年以前 ,我国尚未独立开展过海洋电磁探测 ,没有获取海洋岩石层电性资料的技术手段。然而 ,地下岩层的电性参数较之其他物性参数能更好地反映岩石的性质以及岩石所处的物理状态 ,因此迫切需要发展海底大地电磁探测技术。海底大地电磁探测是把仪器布置在海底 ,采集海底大地电磁场数据 ,从而研究海底以下不同深度上介质导电性的分布规律 ,达到了解地下不同深度地质情况的目的。经过两年的努力 ,我们已基本实现了海底大地电磁探测技术的研究目标     

海洋里的问题

每个人可能在小时候都折过纸船,并小心翼翼地把它放在小河里,幻想着它能乘着微风飘荡到远方的大海,还天真地许下心愿。小小的纸船载着童真的问题：海底是否有大怪兽？海洋会不会消失？海底是否埋有宝藏？会不会遭遇台风？会不会漂到荒岛或极地去？其实,这艘载着人类最初疑问的小纸船同样载着科学最原始的冲动。     

海洋物探技术在海南岛西南陆架灾害地质调查中的应用

随着勘探技术的发展和海洋油气勘探开发工作的不断进行,对海底尤其是陆架地区灾害地质情况调查势在必行。本文介绍了以海南岛西南陆架区域为研究区,利用海洋物探技术对海底灾害地质做的调查和研究。     

近三十年来海洋地震观测的发展

海底地震观测是观测地震学的一个重要组成部分,文章介绍了近三十年来国际海洋地震观测的发展,阐述了海底地震观测系统的类型,沉浮式海底地震仪、海底井下地震仪、海底电缆式地震仪的基本结构、性能,及其主要指标。     

海底定向技术:原理、结构与应用

海底定向测量技术可为海底观测、原位探测和沉积物取样等海洋地质与地球物理调查提供高精度姿态方位信息,进而拓展海洋科学与工程研究领域.本文系统介绍了自主研发海底磁方位仪的工作原理、技术方法.系统误差分析表明,海底磁方位仪的定向精度与其安装环境中的软磁材料对测点位置地球磁场干扰的情况密切相关.本文针对性的提出一套可行的磁补偿试验方法,有效地消除安装环境中软磁材料对整机定向精度的影响.实际案例和典型应用的分析研究表明,在无电器设备的情况下,整机系统定向精度小于1°.而有电器的设备环境中,定向精度在3~5°范围左右,可满足目前海洋地学调查中对方位信息的测量需求.