海洋地球物理作业.doc

《海洋地球物理》
读书报告

学院：地球探测科学与技术学院
年级： 2004级
班号： 230401班
学号： 23040115
姓名： 常银辉

海洋地球物理综述
在海洋范围内应用各种地球物理勘探方法研究地质构造和寻找有用矿藏。简称海洋物探。物探是研究海洋地质最基本的调查手段。它以海底岩石和沉积物的密度、磁性、弹性、导热性、导电性和放射性等物理性质的差异为依据，用多种物探方法和仪器，观测并研究各种地球物理场的空间分布和变化规律，进而阐明海洋底的地质构造及其演化，查明各地质年代沉积物的分布，寻找石油和天然气以及固体矿产资源。
　　海洋地球物理勘探所观测的有地球本身固有的地球物理场，如重力、磁力、热流和天然地震，也有用人工方法激发的地球物理场，如人工地震和电法等。由于海洋水体是运动的，上述观测必须采用一系列不同于陆地地球物理勘探的仪器和方法。海洋地球物理勘探在早期阶段，采取多种密封防水、弹性减震以及获取静态观测的措施。现在则充分利用海洋的特点进行动态观测，不仅可以快速和连续作业，而且适于将几种物探设备和导航定位仪器集中在一条工作船上，实现电子计算机控制的综合观测。
　　　　勘探方法 　海洋地球物理勘探主要使用重力、磁力、地震和热流测量 4种方法。电法和放射性测量在海洋地区现仍处于理论探讨和方法试验阶段，没有投入实际应用。
　　海洋重力测量 　将重力仪安放在船上（动态）或经过密封后放置于海底（静态）进行观测，以确定海底地壳各种岩层质量分布的不均匀性。由于海底存在着具有不同密度的地层分界面，这种界面的起伏都会导致海面重力的变化。通过对各种重力异常的解释，其中包括对某些重力异常的分析与延拓，可以取得地球形状、地壳结构以及沉积岩层中某些界面的资料，进而解决大地构造、区域地质方面的任务，为寻找有用矿产提供依据。
　　海洋磁力测量 　利用拖曳于工作船后的质子旋进式磁力仪或磁力梯度仪，对海洋地区的地磁场强度作数据采集，进行海洋磁力观测。将观测值减去正常磁场值并作地磁日变校正后，即得磁异常。对磁异常的分析，有助于阐明区域地质特征，如断裂带的展布、火山岩体的位置等。详细磁力调查的结果，可用于海底地质填图和寻找铁磁性矿物。世界各大洋地区内的磁异常，都呈条带状分布于大洋中脊的两侧，这种条带状磁异常被看成是大洋地壳具有的特征，由此可以研究大洋盆地的形成和演化历史。
　　海底热流测量 　利用海底不同深度上沉积物的温度差，测量海洋底的地温梯度值，并测量沉积物的热传导率，可以求得海底的地热流值。热流量的数值变化及其分布特征，直接反映出地球内部的热状态，为认识区域构造及其形成机制提供依据。地热流资料对于研究石油成熟度具有重要意义，直接关系到盆地含油气的评价。
　　海洋地震测量 　根据震源产生的形式分为天然地震和人工地震两大类。
　　海洋地区的天然地震测量，是通过布设在岛屿上或海底的地震台站，观测天然地震所产生的体波、面波和微震，来研究海洋底部的构造活动、地壳厚度和低速层的展布等。
　　海洋地区的人工地震测量，是利用炸药或非炸药震源激发地震波，观测在不同波阻抗界面上反射，或在不同速度界面上折射的地震波。折射波法主要用来研究地壳深部界面和上地幔的结构，也称为深地震测深。它要求有强大的低频震源（例如使用大炸药量爆炸或使用大容积的空气枪激发），在运动中依次产生地震波，而在相当的距离之外观测地壳深部界面上的折射波和广角反射波（动爆炸点法）。至于浅层折射除利用声呐浮标获取沉积层中速度资料之外，现已很少使用。反射波法在近海油气勘探中获得广泛的应用。
　　现代海洋地震勘探广泛采用组合空气枪作震源，用等浮组合电缆装置在水下接收地震波，通过数字地震仪将地震波记录于磁带上。这样不仅能够在观测船行进中实现快速和高效率的共深点反射的连续观测，而且能够使用电子计算机充分利用所获取的地震信息，精确地查明沉积岩不同层位的产状、构造及其岩性，以阐明沉积盆地及其中的局部构造和沉积环境，甚至给出烃类显示，为直接寻找油气提供依据。而根据反射地震波传播方案，采用高频频段观测的回声测深仪、地层剖面仪和侧扫声呐等，则是现代调查海底地形、地貌、浅层沉积物结构及其工程地质性质的重要手段。
　　海洋物探中的定位 　海洋地球物理测量都必须有船只和导航定位的保证。海洋物探船的发展趋向是专业化和综合化，尽可能在一次航行中同时作多种地球物理观测。任何海洋地球物理资料都必须有精确的位置数据。测量的比例尺愈大，测网或采样间距应愈密，对导航定位的要求也相应愈高。目前在近岸海域内多使用无线电定位系统：工作船接收陆地岸台发射的定位信号，用圆法或双曲线法确定船位。在任何海域内，都可普遍使用卫星定位系统，即通过卫星接收机记录导航卫星经过工作船上空所发射的信号来确定船位，在两个卫星定位点之间，依靠多普勒声呐测定航行中船只对海底的速度变化，由陀螺罗经测定船只的航向，以及岸边无线电定位台站发射的定位信号，来内插船位数据。这些工作都是用电子计算机控制和运算的。
　　工作效果 　在勘探海底油气资源，以及为开发海底油气田的前期工程地质工作中，海洋地球物理工作有了很大的发展。
　　寻找油气 　海底油气勘探用重力、磁力、反射地震和回声测深对沉积盆地作区域性调查，用详细的反射地震面积测量深入研究局部构造及其沉积环境。随着反射地震勘探仪器设备的不断完善，70年代以来，瞬时浮点增益数字地震仪能在宽阔的动态范围 (84～120分贝)内无畸变地记录反射波。应用电子计算机处理反射地震资料，不仅能够获得反映地质构造形态的时间剖面，而且还可以提取各种动力学信息,如振幅、相位、频率等,为研究岩性或沉积环境、直接寻找油气显示开辟了道路。宽线剖面和三维地震的应用，为详细研究复杂构造，发现隐蔽油藏提供手段，对于减少深钻井，提高勘探油气田的经济效益，具有十分重要意义。
　　海底工程地质调查 　亦称海底不稳定性或灾害性调查，是开发海洋的前期工程。通过回声测深、侧扫声呐、地层剖面仪以及高分辨率地震调查，结合海底取样和浅钻，提供基础资料。同样内容的观测和资料，也是海洋沉积、海底地形地貌、第四纪地质和固体矿产调查所需要的。
　　展望 　海洋地球物理勘探存在着几个基本问题：①海洋地球物理探测的深度范围同观测仪器的分辨率成反比，即所研究对象（场源体）的深度愈大，在海面上观测到的场的分辨能力就愈低例如，在反射法地震勘探中，使用的频率范围高，将获得良好的分辨率，而这种观测的勘探深度却很少。为了获得深部的资料，只有使用低频范围,则势必丧失分辨能力。为此,要根据实际课题的具体情况，探讨所应采用的最佳观测技术。②各种海洋地球物理勘探方法的反演问题都具有多解性，即使构成地球物理场的因素是明确的，对场的观测值的解释却可能是多样的。只有综合各种地球物理资料和地质资料，互相补充,互相验证,才能逼近唯一正确的解答。③各种海洋地球物理勘探方法，都是以海底岩层的某一种物理性质的差异为基础，从不同的角度去认识海底的结构和岩性。为了对勘探成果取得较全面的认识，应尽可能利用测区内的钻孔资料和各种地球物理测井资料合理而准确地确定岩石的各种物性参数。由此进一步完善各种勘探仪器、设备和观测技术，继续加强对各种地质、地球物理资料的综合研究，才能不断提高海洋地球物理勘探解决实际问题的能力。
海洋地震探测技术
海洋地震勘探卞要利用地震波在海底地层岩石中的传播规律，来研究海底以下地质构造，推断岩体物性，勘查海底资源。地震勘探法是日前海底探查应用最广、成效最高的地球物理技术。自1936年美国尤因首次在海洋中开展地震探测以来，海洋地震探测经历了近70年的不断发展和进步，具体表现在采集系统的高集约化，采集技术的多样化、探测技术的多元化，以及数据处理解释技术的匕速发展。
采集系统的高集约化采集系统从50年代的光点系统、模拟磁带系统，发展到日前的数字地震系统(朱玄，2002)，动态范围扩大十多倍，采集总道数多达1 000道以上，可记录下地震探测的全部信息，使动力学特征的研究和岩性的判定成为可能。发展了海底地震仪(OBS) ,可接收被高阻抗层或海水层屏蔽的信号，如横波信号等;除采用双船扩展排列剖面地震探测技术外，还推出声纳浮标和遥测数字地震探测技术，可采集大偏移距的反射、折射波信号，以及解决极浅水区和海陆交接区地震数字采集的困难问题等。地震信号激发的非爆炸震源技术日益重要，震源频率一般在5} 500 Hz o 20世纪60年代以来，海上地震探测相继出现了气枪震源( Air Gun电火花震源( Sparker) }II水枪震源( Water Gun)等，为消除一次冲击波，还出现了套筒枪震源( Sleeve Gun)。海洋地震探测信号的接收依赖于组合的检波器(水听器)阵，每个组合为一个地震接收道，若十个地震道构成一条海洋地震拖缆，信号收到后通过电线或光纤传递至采集系统的记录储存部分;实际测量中，‘常使用120道或240道地震拖缆，光缆可以实现200~ 500道地震，超万道的也在投入使用(杨勤勇等，2002);出现不久的海洋数字光缆，在水下己将数字信号滤波、放大等调制完成。拖缆上装有深度传感器和“水鸟”或深度自动控制器(ADCD)。多维地震探测需用多条拖缆，构成多缆多道地震采集技术。20世纪80年代末至今，随着二维、四维、高分辨率和多波多分量地震探测技术的发展，出现了二分量检波器、四分量检波器、涡流检波器、高性能压电检波器等。
采集技术的多样化。随着无线电定位和卫星定位在地震勘探中广泛应用，海洋地震数据的采集也从最初的二船法、双船法发展到日前卞要采用的单船法。同时探测维数也从最初的一维发展到日前的二维地震探测，甚至时移探测，即四维地震探测。水下定位技术(初至波定位系统和声波定位系统)和海底电缆地震采集技术的迅速发展，促成了测量从海面转入海底，为多波多分量的全波场海底地震探测奠定了基础。
探测技术的多元化。海洋地震探测技术从反射探测技术、折射探测技术发展到日前的多波多分量地震探测技术。多波多分量地震探测与通常采用的单一纵波探测技术相比，所能提供的地震属性如时间、速度、振幅、频率、相位、偏振、波阻抗、吸收AVO、复分量等)信息成倍增加，并能衍生出各种组合参数(如差值、比值、乘积、儿何平均值、求取的弹性系数等)。利用这些参数估算地层岩性、孔隙度、裂隙、含气性等比只用单波具有更高的可靠性。
数据处理解释技术的匕速发展。勘探地震数据的处理包括数值计算和对地壳结构的成像;地震数据的解释则趋向于可视化技术的运用。发展较突出的有以下儿方面:( 1)现场处理技术。可及时发现海上探测中出现的现场操作问题，评估探测效果的理想程度，缩短数据处理的周期2）并行计算机处理技术。从70年代开始，地震资料数字处理经历了阵列机时代、向量机时代、大规模并行计算机时代，日前己经发展到高端计算机时代。尽竹如此，还是难以满足处理海量地震数据的要求，对此，有学者提出更好的海量数据处理技术路线，如微机集群并行计算技术，基于T CP/ IP陇议的地震资料网络并行处理方案、基于网络技术的分布式地震数据处理方案、Internet地震数据处理方案，以及可实现远程数据和资源共享的网格计算方案等等。全新发展地震数据体，特别是二维地震数据体解释的途径。在人机交匀_联作的基础上，发展3D可视化解释技术和虚拟现实解释技术。3D可视化技术将把描述物理现象的数据转化为图形图像运用颜色、透视、动画和观察视点实时改变等视觉表现形式建立3D图像，构筑沉浸式虚拟现实系统，使人们能够观察到不可见的对象，洞察事物的内部结构。

南海陆壳洋壳示意图

海洋地球物理技术的发展不仅令人注目，而且.技术所涉内容的面很广。除导航定位技术、海洋重磁测量技术和海底声学探测技术以外，还涉及到海底热流探测技术梅底大地电磁测量技术梅底放射性测量技术，以及海底钻井地球物理观测技术等等。
海洋地球物理的海底探测技术在20世纪里的迅猛发展推动了地球利学的进展。高精度的导航定位技术是实现海底高精度探测的基础。高精度的导航定位包括水而船只和水下探测系统的精确定位。现代水而船只定位依赖以全球卫星定位技术为基础。海洋重力测量系统的技术得到改进，陀螺稳定平台广泛采用光纤陀螺技术，开发出改正交义秘合效应的新技术，系统实现数字化控制，卫星测高技术引入海洋重力测量领域。海洋地磁测量发展出光泵式测量技术、多分量测量技术和梯度测量技术，近年快速发展起来的海底声学探测技术有多波束测深技术、声纳侧扫技术和浅层剖而测量技术等，这此技术已经在、近海底力学研究、海底资源勘查、海洋工程和海洋开发等方而发挥出极其重要的作用。在新的世纪里，海洋地球物理仍然保持着前沿利学的地位。
地球科学20世纪的成就和21世纪的发展前景源自于海洋地球物理技术的飞速发展。海底探测技术的发展促进了许多推动科学进展的贡大科学事件的发生。海底扩张学说的形成便是建立在两个贡大事件的基础上:一是系统的海底形态的测量与数据编绘发现了绵延在全球大洋统一而庞大的海底山系(洋中脊一裂谷系)，它是新洋壳生长的地方;一是详细的海洋地磁测量发现了遍布各大洋的磁条带异常，成为度量洋壳年龄与探索海底扩张过程的重要依据。海底探测技术的发展具有显著的科学意义。与次同时，海底大洋的发现正深刻改变着人类对于地球形成、海洋演化的认识思维，要求对海底矿产形成和地球生命起源等重大理论问题提出新的解释与认识，拓展人类对于地球(海洋)形成演化和地球生命起源认识的新领域.当前这个新世纪中的海洋地球物理探测与研究必将继续促进人类在发展地球系统科学的理论和产生崭新的学说等方面做出突破性的重大贡献。