海底探测关键技术调研分析报告.doc

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 李广雪 徐继尚 马妍妍 学生专业 级信息与计算科学 学生姓名 刘文波 学生学号 15013021 12月 02日海底探测技术调研报告 刘文波 15013021摘要：人类用科学办法进行海洋科学考察已有100余年历史，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最高技术成果，它涉及了调查平台、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。一艘先进海洋地质考察船事实上是一种综合海底探测系统。本文重要总结当代海底探测技术以及其分类，国内外海底探测技术对比，并进行总结分析。核心字：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引言摸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，这种渴望才干变成现实。人类对海底结识每一次奔腾，都必然得到新技术和新办法支持。回声探测技术应用导致对海底结识第一次奔腾；用于反潜作战磁力仪改装成海洋磁力仪之后，发展了海洋磁测技术，终于辨认出洋中脊两侧互为镜像线性地磁异常带，为海地扩张找到了证据，吹响了地质学革命号角；集当代石油钻探之大成及海洋定位与船舶稳定性于一体深海钻探技术，全面证明了板块学说，保证了地学革命成功；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括丰富古海洋环境信息，导致了新兴交叉学科-古海洋学形成，成为世纪之交地球科学中最有活力领域，是“全球变化研究”重要构成某些。当前，海洋地质调查和技术手段重要有：运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拟定调查船或观测点在海上位置；运用回声测深仪，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用海底沉积物、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分布、厚度和构造特性。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性、地质构造和矿产资源，有还运用放射性探测技术探查海底砂矿。1 调查平台涉及科学考察船、HOV、AUV、ROV等，这里重要简介科考船。海洋科学调查船肩负着调查海洋、研究海洋责任，是运用和开发海洋资源先锋。它调查重要内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，它稳性和适航性能好，可以经受住大风大浪袭击。船上机电设备、导航设备、通讯系统等十分先进，燃料及各种生活用品装载量大，可以长时间坚持在海上进行调查研究。同步，此类船还具备优良操纵性能和定位性能，以适应各种海洋调查作业需要。建造专用科学调查船始于1872年英国“挑战者”号，从1872年起，历经4年时间环绕航行，观测资料涉及洋流、水温、天气、海水成分，发现了4700各种海洋生物，并初次从太平洋上捞取了锰结核。国内东方红2号（中华人民共和国海洋大学）、科学3号；日本地球号，“浦岛号”等，美国也拥有数量众多海洋科学调查船。（图为国内东方红2号、科学3号科考船）2 海上定位精确导航定位对于建立海底地形、沉积物对的空间关系和精确动图是必不可少，当前，惯用办法有下面几种。1） 卫星导航定位系统欧盟、中华人民共和国参加合伙伽利略系统是现今为止最先进当行定位系统，美国军民两用GPS定位系统；俄罗斯全球导航卫星系统，中华人民共和国北斗2号卫星系统后。其中，中华人民共和国技术较为领先。在海洋考察方面，重要运用GPS定位系统，整个GPS系统由空间卫星、地面监控和顾客接受设备三某些构成。船舶上安装GPS导航定位仪接受GPS空间卫星（全球24颗卫星构成）发送信号，通过数据解决，将船舶位置显示出来。这种定位精确并且不受海域和气象条件限制。2） 无线电导航系统20世纪60年代以来，中华人民共和国曾研制30各种导航定位系统，其中无线电导航定位系统占重要位置。到当前为止，以Argo和Maxiran为主高精度系统基本能覆盖全国近岸350km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小范畴海域，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，这两种办法可精准测量相对位置，但必要有其她办法拟定测量区经纬度。（如电影超级战舰中在关闭GPS后，就是运用海洋雷达浮标来拟定外星战舰相对位置）4） 水下声学定位系统涉及长基线、短基线、超短基线、组合定位系统化，重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 海底地形探测办法重要涉及声学测深技术（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。运用电磁、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：国内起步晚，水平低。1） 回声测深技术通过声脉发射和接受之间行程记录，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。如果将大量等间距海底地形曲线组合起来，通过计算解决就可以获得海底立体图像。20世纪代，德国“流星”号考察船在南大西洋初次使用回声测深仪，才使海底地形测量成为也许。2） 多波束测深技术多波束测深(multibeam echo sounder)是20世纪80年代高科技产物。多波束测深仪由探头、解决机和工作站三某些构成。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，是测量范畴可从数十米到数千米。运用各种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。当前国内尚无商用化国产系统；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重要手段。运用超声波在水中传播和反射原理，设计制造而成一种对水下目的进行深测、定位、以图像形式显示并记录信号探测海底地貌仪器装置。辨别率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 运用有关电磁探测仪器在海底采集海底自然电场数据，对海底大地构造与资源进行物理探测。国内拥有世界领先水平成果和海底电磁探测仪器。4 地球物理学办法对海洋底部地球物理场性质测量，应用物理学测量手段，可调查海洋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似，只但是用低频声脉代替高频声脉，浅底层剖面测量以图解方式记录地质剖面，依照这些剖面可以判断沉积层在剖面上分布及特性。旁侧扫描声呐与浅地层剖面联合应用，可获取海底浅部三维图像。（图为德国SES-，世界上第一套便携式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，这个探测仪系统涉及一种200khz精准回声探测仪和一套海底剖面多频探测系统，并与GPS相连。它同步发射3个或各种频率声波，使用假彩色记录不同频率声波反射图像，通过微机解决，对不同层选取最佳波段记录，形成一幅假彩色合成剖面记录，可以通过彩色分割技术精确划分出不同声学反射层，是一种应用前景非常辽阔浅地层剖面探测技术。3） 高辨别率单道模仿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100200khz，可以穿透100500m海底，辨别率达5m，这对于浅地层剖面系统不能穿透深度是有效探测手段。4） 高频多道数字地震系统 这是海洋石油探测重要办法。运用地震波在海底地层中传播规律，来研究在海底如下地质构造。海洋石油探测所采用地震系统，是近年来地球物理领域发展最快，最先进技术。这项技术，美国较领先。5） 地震折射法从一艘迈进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顿检波器，随着震源与接受点距离变动，将信号记录下来。从检波器接受到信号曲线可以显示海底弹性波速度跳跃式增大不持续深度。这个办法由于还不能达到很深层位，因而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） 海洋重力测量最初海洋重力测量只能在潜水艇上进行。随着科学技术发展，重力测试仪不断更新，测量办法从人工记录发展为持续模仿记录。海洋重力测量对研究长短波重力异常、地幔研究都显得特别重要。7） 地磁测量对于海域地磁场测量分为航空测磁和海洋测磁两大类。海洋测磁是应用核子旋进磁力仪和磁力梯度仪进行海上拖拽测量。（图为海洋测磁工作船）8） 海底热流调查应用海底热流计进行海底热调查，全球已经积累了10 000各种数据，这对发展海底构造理论起了重要作用。迄今为止，绝大某些海底热测量集中于不不大于1000m深海，浅海工作区很少。在浅海石油探井可以进行地热梯度测量。5 海底取样1） 表层取样器惯用表层取样器有蚌式取样器和拖网取样器。蚌式取样办法当前仍在广泛使用。而拖网取样所取样品混乱并且受到冲洗，只适合采集锰结核、砾石和岩块。（下图左为蚌式取样器，右为拖网取样器） （ 蚌式取样器） （拖网取样器）2） 柱状岩芯取样管取样管种类诸多，大体可以分为重力取样管、重力活塞取样管、振动活塞取样管、液压活塞取芯系统等。重力取样管以其小巧、灵活操作，是浅海取较短岩芯有效工具。缺陷是无法从致密砂质表面取到沉积物岩芯，因而在陆架大某些地方采用振动活塞取样管，但又容易将岩芯震碎。20世纪70年代，采用液压活塞取样系统，能得到抱负无扰动长柱状岩芯。例如1982年，DSDP92航次运用液压活塞取样获得了575m岩芯。3） 相式取样器 将一种20cm20cm100cm上下开口金属方箱用重锤击入海底，然后用旋转铲刀封箱底并将其提出海面，这是当前获取原状样品最佳办法。但是获得样品不超过1m。4） 电视抓斗 将机械抓斗与电视摄像、照明、传播、遥控装置结合起来，便于海底取样，国内自行研制电视抓斗。（见图）5） 浅海钻探在浅海区由于地层构造复杂，岩性交替变化，因此当前使用柱状岩芯取样管不也许活得长岩芯，因而仍须借助浅海钻探。上海石油海洋地质局成功应用大口径钻杆全孔跟进馆内绳索全取芯技术，已经获得良好效果，是可进一步发展和改进技术。6） 深海钻探深海钻探在技术上有两项核心性难题：一是无法采用锚固定位船舶，使其在整个钻探作业过程中保持位置不变；二是提起钻具更换钻头时如何使钻具重新返回原孔。（右图为日本地球号，可进行深海钻探） 7） 激光拉曼光谱仪海底甲烷探测技术6 海底观测系统亲临海底进行观测是海洋地质学家梦寐以求。1943年创造了自持式自由潜水器并与1950年初次用于解决地质学问题，到当前为止，又发展了深潜器、水下实验室、海底机器人探测技术，同步尚有自动海底观测系统和沉积物捕获器。在对海洋实时监测方面，欧美日本较为领先。欧洲：地中海观测网筹划；美国：东太平洋海底（至地壳深部）-水层“海王星”观测网；日本：西太平洋海底地震观测网；韩国：“21世纪海洋韩国筹划”；济州岛东南，建成全球最大海上观测平台。(见上图)1) 自持式潜水器 即普通所谓“软浅”，潜水员背负呼吸瓶下潜到50m范畴内进行海底观测、采样、海底摄像等。重要用于考察海底活动地质体、海底陡崖等。2) 深潜器 深潜器是指能在4000多米深海海床上呆上几种小时潜水器，涉及常压载人深潜器（ADS）、无人遥控深潜器（ROV）和无人深潜器（AUV）。当前世界上有5台可用载人深潜器：日本“深海6500”号、美国“阿尔文”号、法国“鹦鹉螺”号、俄罗斯“和平”号及“密斯特”号。它们最大深潜深度只有6500米。国内拥有世界上最先进载人深潜器蛟龙号（7000米，实验中，上图）4） 海下实验室最早海下实验室是美国海军“海底实验室号”，它在64m深度上实行得很成功。美国夏威夷大学海下研究中心（NURC）建有一种夏威夷海下研究室（HURL），该中心任务是研究太平洋关于生物、地质、矿产和环境研究课题。可在1000m水下操作。5） 海底机器人探测技术通过互联网进行远程操控机器人完毕海底探测，并传回了大量宝贵实时探测图像和数据。德国、加拿大、日本在这方面处在世界领先水平。（图为海底机器人作业）6） 海底摄像技术 运用摄像技术与通讯技术，对海底进行实时摄像、监测。7） 水下自动观测与沉积物捕获 海底自动观测系统是获取动力学资料和沉积动态资料重要手段。最常使用是海底底流测量、海底底床压力、孔隙水压瞬时变化观测及埋没海底声学应答器以及观测海底沉积物蠕动等。 7 海洋遥感重要是指海洋卫星应用。卫星技术在海洋开发中应用十分广泛，但是应用于海洋地质学遥感技术却相称有限。当前广泛应用是对海水温度、盐度、密度、叶绿素、海冰及海洋污染监测；海洋表层环境因子测报、渔情测报和劫难性海况监测等。地质雷达也开始应用于海底勘测。遥感技术将在国内海洋地质调查及海洋地质灾害预测预报方面发挥重要作用，将成为研究全球海洋变化重要手段。8 国内海洋探测技术 国内海域辽阔，是发展中海洋大国。国内海域面积约300万平方公里，有着丰富海洋资源，为实现从海洋大国跨入海洋强国目的，“863”筹划在海洋技术领域分别设立了海洋监测技术、海洋生物技术和海洋探查与资源开发技术3个主题，以期为国内海洋开发、海洋运用和海洋保护提供先进技术和手段。以具备90年代海洋勘测国际先进水平“海域于形地貌与地质构造探测系统”开发和研制为代表多项选进海洋控查与资源开发技术，为国内海洋资源开发、运用、保护，维护海洋权益，捍卫国家主权提供了高精度科学根据。 在“863”筹划推动下，国内沿海周边地区已经在全球海洋观测系统框架下，初步建立起了从航天、航空、海监船体监测体系，从整体上提高国内海洋环境观测监测和预测预报能力。国家“863”筹划及时增长并大力发展海洋领域高技术，为国内走可持续发展道路起到了积极示范作用。 参照文献：1杨子赓.海洋地质学.山东：山东教诲出版，,1-12田纪伟.海洋监测高技术论坛.北京：海洋出版社，,12-13范时清.海洋地质学.北京：海洋出版社，,11-1附注：教师，您好！我是按照原则论文格式写，因此字体统一为宋体而没有采用其她字体，为了以便教师阅读，并没有按照原则字体大小来写，而是统一将字体变大了，但愿教师理解。谢谢教师！