海底探测技术调研报告

课程名称海洋地质概论

课程学期12-13第1学期

课程教师广雪徐继尚马妍妍

学生专业2010级信息与计算科学

学生文波

学生学号 1

2012年12月02日

海底探测技术调研报告

文波1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，而大规模、系统地对世界海洋进行考察则仅有30年左右。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、遥感技术等几大类。一艘先进的海洋地质考察船实际上是一个综合海底探测系统。本文主要总结现代海底探测技术以及其分类，国外海底探测技术的对比，并进行总结分析。

关键字：调查平台科学考察船海上定位海底地形探测地球物理探测海底取样海底观测遥感技术

0引言

探索海底对人类而言是如此神秘而又诱人，只有发展了海底探测技术，这种渴望才能变成现实。人类对海底认识的每一次飞跃，都必然得到新技术和新方法的支持。回声探测技术的应用导致对海底认识的第一次飞跃；用于反潜作战的磁力仪改装成的海洋磁力仪之后，发展了海洋磁测技术，终于识别出洋中脊两侧互为镜像的线性地磁异常带，为海地扩找到了证据，吹响了地质学革命的号角；集现代石油钻探之大成及海洋定位与船舶稳定性于一体的深海钻探技术，全面证实了板块学说，保证了地学革命的成功；采用深海钻探技术和长柱状岩芯新技术，揭示了海洋沉积物中包含的丰富古海洋环境信息，导致了新兴的交叉学科----古海洋学的形成，成为世纪之交地球科学中最有活力的领域，是“全球变化研究”

的重要组成部分。

目前，海洋地质调查和技术手段主要有：利用人造卫星导航和全球定位系统（GPS），以及无线电导航系统来确定调查船或观测点在海上的位置；利用回声测深仪，多波束回声测深仪及旁测声纳测量水深和探测海底地形地貌；用拖网、抓斗、箱式采样器、自返式抓斗、柱状采样器和钻探等手段采取海底沉积物、岩石和锰结核等样品；用浅地层剖面仪测海底未固结浅地层的分布、厚度和结构特征。用地震、重力、磁力及地热等地球物理办法，探测海底各种地球物理场特征、地质构造和矿产资源，有的还利用放射性探测技术探查海底砂矿。

1 调查平台

包括科学考察船、HOV、AUV、ROV等，这里主要介绍科考船。

海洋科学调查船担负着调查海洋、研究海洋的责任，是利用和开发海洋资源的先锋。它调查的主

要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（石油、天然气、矿藏等）、海

水的化学成分、生

物资源（水产品

等）、海底地震等。其中极地考察和大洋调查等活动，为世界各国科学家所瞩目。大型海洋调查船可对全球海洋进行综合调查，它的稳性和适航性能好，能够经受住大风大浪的袭击。船上的机电设

备、导航设备、通讯

系统等十分先进，燃料

及各种生活用品的装载量大，能够长时间坚持在海上进行调

查研究。同时，这类船

还具有优良的操纵性

能和定位性能，以适应

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，从1872年起，历经4年时间环绕航行，观测资料包括洋流、水温、天气、海水成分，发现了4700多种海洋生物，并首次从太平洋上捞取了锰结核。我国的红2号（中国海洋大学）、科学3号；日本的地球号，“浦岛号”等，美国也拥有数量众多的海洋科学调查船。（图为我国的红2号、科学3号科考船）

2 海上定位

准确的导航定位对于建立海底地形、沉积物正确的空间关系和准确的动图是必不可少的，目前，常用的方法有下面几种。

1）卫星导航定位系统

欧盟、中国参与合作的伽利略系统是

现今为止最先进的当行定位系统，美国的

军民两用的GPS定位系统；俄罗斯的全球

导航卫星系统，中国的北斗2号卫星系统

后。其中，中国的技术较为领先。在海洋考察方面，主要运用GPS定位系统，整个GPS系统由空间卫星、地面监控和用户接收设备三部分组成。船舶上安装GPS导航定位仪接收GPS空间卫星（全球24颗卫星组成）的发送的信号，经过数据处理，将船舶位置显示出来。

这种定位准确而且不受海域和气象条件的限制。

2）无线电导航系统

20世纪60年代以来，中国曾研制30多种导航定位系统，其中无线电

导航定位系统占主要位置。到目前为止，以Argo和Maxiran为主的高精度系统基本能覆盖全国近岸350km的海域，精度可达5-10km。

3）海底声学脉冲及海洋雷达浮标定位系统

在远离陆基的小围海

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，相对于浮标进行走行定

位，这两种方法可精确的测量相对位置，但必须有其他方法确定测量区的的经纬度。（如电影《超级战舰》中在关闭GPS后，就是利用海洋雷达浮标来确定外星战舰的相对位置）

4）水下声学定位系统

包括长基线、短基线、超短基线、组合定位系统化，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。3海底地形探测方法

主要包括声学测深技术（回声测深、多波束测深、旁侧扫描声纳等技术）和卫星遥感测深技术、电

磁测深等。利用电磁、激

光、遥感、声学原理，来

测量海底深度。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

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。如果将大量等间距的海底地形曲线组合起来，通过计算处理就可以获得海底立体图像。20世纪20年代，德国“流星”号考察船在南大西洋首次使用回声测深仪，才使海底地形测量成为可能。

2）多波束测深技术

多波束测深(multibeam

echo sounder)是20世纪80

年代的高科技产物。多波束

测深仪由探头、处理机和工

作站三部分组成。探头向海

底发射数百束窄波波束，发射波束与测线方向垂直呈扇形分布。通过变换声波发射频率，是测量围可从数十米到数千米。利用多个波束声波探测海底深度，经计算机运算得到航迹两旁带状区域海底深度、海底地貌。目前国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

20世纪60年代用于海底地形测

量的重要手段。利用超声波在水中传

播和反射的原理，设计制造而成的一

种对水下目标进行深测、定位、以图

像形式显示并记录信号的探测海底地貌的仪器装置。分辨率cm级。（图为旁侧扫描声纳扫描到一艘沉船）

4）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。

4地球物理学方法

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。

1）浅地层剖面测量技术

它与回声测深工作原理相同，

只不过用低频声脉代替高频声脉，

浅底层剖面测量以图解的方式记

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。

旁侧扫描声呐与浅地层剖面联合应用，可获取海底浅部的三维图像。（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

1999年，J.A.Dunbar等装置了一台多频海底回声探测仪，这个探测仪系统包括一个200khz的精确回声探测仪和一套海底剖面多频探测系统，并与GPS相连。它同时发射3个或多个频率的声波，使用假彩色记录不同频率的声波反射图像，通过微机处理，对不同层选择最佳波段记录，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

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，频率100—200khz，可以穿透100—500m的海底，分辨率达5m，这对于浅地层剖面系统不能穿透的深度是有效的的探测手段。

4）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。海洋石油探测所采用的地震系统，是近年来地球物理领域发展最快，最先进的技术。这项技术，美国较领先。

5）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。这个方法由于还不能达到很深的层位，因此在研究岩石圈构造时经常采用人工地震折射测量和天然地震研究。

6）海洋重力测量