海洋地球物理探测技术及其在近海工程中的应用.pdf

第 23 卷第 3 期 海洋科学进展 Vol . 23 　No . 3 2005 年 7 月 ADV AN C ES IN MA R IN E SCIEN C E J uly ,2005 海洋地球物理探测技术 及其在近海工程中的应用 1 , 2 1 1 , 2 1 , 2 1 1 刘保华 ,丁继胜 ,裴彦良 ,李西双 ,高俊国 , 吕京福 1. 国家海洋局 第一海洋研究所 ,山东 青岛 26606 1 ;2 . 海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室 , 山东 青岛 26606 1 摘 　要 :介绍了多波束测深 、侧扫声纳测深 、浅地层剖面测量 、高分辨率地震测量和海洋磁力测量等五项海洋地球 物理探测技术的最新进展和简单工作原理 ,给出了目前国内外广泛使用的主要技术产品型号以及主要参数和性能 和展示了这些技术近年来在近海工程 ,例如海缆 海底光缆 、电缆和管线等 路由调查 、跨海大桥和海底隧道工程地 质环境评价 、工程灾害因素分析 、海底 目标物寻找和水下考古等方面的应用实例 。 关键词 :海洋地球物理探测 ;多波束测深 ;侧扫声纳 ;浅地层剖面仪 ;高分辨率地震测量 ;海洋磁力测量 中图分类号 :P63 1 文献标识码 :A 文章编号 :167 16647 2005 0座机电话号码 近海是人类开发利用海洋活动最早 、最频繁的地带 。我国是一个海洋大国 ,拥有 18 000 km 大陆海岸线 和 300 ×104 km2 管辖的蓝色国土 ,海岸线地区人口稠密 ,经济发达 ,油气资源丰富 ,这里又有丰富的海上交 通资源和旅游资源 ,在国民经济建设中具有举足轻重的地位 。因此 ,合理开发利用近海资源和保护海洋环境 已成为我国可持续发展特别关注的领域 。近海工程是人们开发利用海洋活动的具体体现 ,需要解决的工程 问题包括海洋工程环境勘查 、监测和评价 ,海底地震 、浅层气和不稳定性致灾的检测和评价 ,海洋环境考古调 查以及军事海洋学应用等 。 近年来 ,随着电子 、材料和计算机科学的发展 ,海洋地球物理探测技术取得了长足的进步 ,仪器灵敏度和 探测精度不断提高 ,海洋地球物理探测技术在近海工程中得到了新的应用 ,取得了一些成功的经验 。本文简 单介绍了多波束测深 、侧扫声纳 、浅地层剖面 、高分辨率地震和海洋磁力等 5 项海洋地球物理探测技术的工 作原理 ,给出了目前国内外广泛使用的主要技术产品型号以及主要参数和性能 。介绍了这些技术近年来在 近海工程 ,例如海缆 海底光缆 、电缆和管线等 路由调查 、跨海大桥和海底隧道工程地质环境评价 、工程灾害 因素分析 、目标物寻找和考古等方面的应用实例 。 1 　多波束测深技术 多波束测深技术是在回声测深技术的基础上于 20 世纪 70 年代发展起来的。20 世纪 80 - 90 年代 , 随 着技术的成熟 ,先后出现了产品化的浅 、中、深水多波束系统 。顾名思义 ,多波束测深系统在与航迹垂直的平 面内一次能够给出几十个甚至上百个深度 ,获得一定宽度的全覆盖水深条带 ,所以它能精确快速地测出沿航 线一定宽度水下目标的大小 、形状和高低变化 ,从而比较可靠的描绘出海底地形地貌的精细特征 。与单波束 回声测深仪相比,多波束测深系统具有测量范围大 、速度快 、精度和效率高 、记录数字化和实时自动绘图等优 点 。 1 . 1 　多波束系统工作原理简介 多波束系统以一定的频率发射沿航迹方向开角窄 θ 而垂直航迹方向开角宽的波束 ,形成一个扇形声 T 收稿 日期 :座机电话号码 作者简介 :刘保华 1960 ,男 , 山东嘉祥人 ,研究员 ,博士 ,博士生导师 ,现主要从事海洋地球物理调查与研究工作 。 武建平 　编辑 3 期 刘保华 ,等 :海洋地球物理探测技术及其在近海工程中的应用 375 传播区。多个接收波束横跨与船龙骨垂直的发射扇区 ,接收波束垂直航迹方向窄 θ ,而沿航迹方向的波束 R 宽度取决于使用的纵摇稳定方法 。单个发射波束与接收波束的交叉区域称为足印 Footp rint 。一个发射 和接收循环通常称为一个声脉冲 Pin g 。一个 Pin g 获得的所有足印的覆盖宽度称为一个测幅 Swat h ,每 个 Ping 中包含数十个波束 ,这些波束对应测量点的水深值就组成了垂直于航迹的水深条带 Swat h 。条带 中每个波束测点位置的计算原理如图 1 所示 。将波束的实际传播路径进行微分 ,则波束脚印在船体坐标系 下的点位 x , y , z 可表达为 : θ z z 0 + C z co s z dz ∫ θ x x 0 + C z sin z dz ∫ y 0 式中 , x 和 y 为位