Z海洋地球物理勘探實習(xí)報告

1、一、 實習(xí)目的與要求海洋地球物理勘探實習(xí)是海洋地球物理勘探教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，通過實習(xí)達(dá)到理論與實踐的目的，讓學(xué)生深刻了解海洋地球物理勘探方法，加深對基礎(chǔ)理論知識的鞏固，并把理論運用于實踐，在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，不斷完善和總結(jié)所學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和綜合分析能力，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。通過實習(xí)要達(dá)到以下要求：1、淺地層剖面儀數(shù)據(jù)采集方法、淺地層剖面儀基本原理、多波速水深調(diào)查基本原理2、熟練掌握淺地層剖面儀數(shù)據(jù)處理和解譯方法3、熟悉多波速水深調(diào)查數(shù)據(jù)采集方法、多波速水深調(diào)查的應(yīng)用領(lǐng)域、淺地層剖面儀的應(yīng)用領(lǐng)域4、掌握多波速水深調(diào)查數(shù)據(jù)處理和解譯方法5、培養(yǎng)良好的團(tuán)隊協(xié)作精神。二、實習(xí)時間、地點與組織

2、時 間內(nèi) 容分 組 情 況2014年12月23日實習(xí)動員全班12月24日室內(nèi)資料調(diào)研全班12月25日有關(guān)海洋地球物理勘探野外工作的講座全班12月26日單波束、多波束實習(xí)共分56組，每組5-6人12月2731日室內(nèi)處理單波束、多波束實習(xí)資料全班2015年1月13日淺地層剖面儀實習(xí)共分56組，每組5-6人1月46日室內(nèi)處理淺地層剖面儀實習(xí)資料全班三、實習(xí)內(nèi)容與成果1、多波束測深儀的認(rèn)識與使用1）連接測深儀和換能器，將GPS接收機、信標(biāo)機連接到測深儀。圖 1 換能器安裝圖圖2 測深儀背部連接端口將換能器置入水中，如水深度控制在0.5m左右，連接安裝完畢后，連接上電源（直流或交流都可），打開主機背面的

3、開關(guān)，系統(tǒng)開始啟動，啟動完畢后自動進(jìn)入測深軟件界面，如圖3為單頻測深時的界面，如圖4為雙頻測深時的界面：圖3 單頻測深界面 圖4 雙頻測深時的界面2）參數(shù)及環(huán)境設(shè)置按“設(shè)置”按鈕出現(xiàn)修改參數(shù)設(shè)置對話框，如圖5：吃水：0 9.9米聲速：1300 1700米/秒，對于淺水測量時可以簡便使用單一聲速來校準(zhǔn)，根據(jù)比對的水深或溫度、鹽度計算聲速（見圖3-12），嚴(yán)密的測量方法要根據(jù)測量規(guī)范的要求進(jìn)行。發(fā)射脈寬用于控制發(fā)射脈沖的寬度，“自動”時將根據(jù)不同檔位使用不同的發(fā)射脈寬。底面坡度選擇用來控制時間門：“普通”的時間門寬度為深度的5%；“陡坡”的時間門寬度為深度的10%；“峭壁”的時間門寬度為深度的15

4、%；發(fā)射功率：自動、高、中、低。自動檔時：當(dāng)水深為010米時，使用“低功率”；當(dāng)水深為1020米時，使用“中功率”；當(dāng)水深為大于20米時，使用“高功率”；信號門檻：抑制小幅度干擾信號的門檻值，分為10檔，最大時為信號滿幅度的60%，淺水可設(shè)大一些，深水要設(shè)小一些。圖5 參數(shù)設(shè)置增益控制：當(dāng)關(guān)閉自動增益時，可調(diào)節(jié)滑動棒來調(diào)節(jié)增益，也可在主界面中調(diào)節(jié)。當(dāng)打開自動增益時，系統(tǒng)根據(jù)自動增益方案，自動控制增益，自動增益方案由“高級”中設(shè)置，如圖6。圖6 增益控制當(dāng)使用“根據(jù)深度”來調(diào)整增益的方案時，右邊的淺水增益和TVG將被采用，調(diào)整好“潛水增益”值有利于2米以內(nèi)的淺水回波跟蹤，不同的底質(zhì)可能要采用不同

5、的值，在淺水時如果回波很淡，可以增大這個值，反之，如果回波一片糊，就要減小這個值，TVG的值是隨著深度的增大，增益增大的快慢，即增益的增加斜率，這個值越大增益增加的越快，它主要決定520米深度的增益狀況，比如在10米水深時，如果回波談，就加大TVG值。圖7 聲速計算 如果你不知道如何去設(shè)置這些參數(shù)，你可以按“恢復(fù)默認(rèn)值”鈕，把所有參數(shù)都恢復(fù)到默認(rèn)值，不過吃水還是要根據(jù)探頭的入水深度由你設(shè)置。按“環(huán)境”按鈕出現(xiàn)如圖8 所示對話框：圖8 環(huán)境設(shè)置深度輸出端口： 中海達(dá)測深儀可以仿真世界上各類測深的數(shù)據(jù)格式，根據(jù)你定位系統(tǒng)的需要，你選擇水深輸出的波特率和數(shù)據(jù)格式，各種數(shù)據(jù)格式的說明請參見后面的章節(jié)，

6、一般單頻可選用Haida-H格式，雙頻可選用Haida-HL格式。輸出數(shù)據(jù)的端口可選用COM1或COM2。工作方式：根據(jù)你的測深儀型號選擇對應(yīng)的工作方式，HD-27單頻測深儀只能在高頻方式下工作，HD-28雙頻測深儀可以雙頻方式也可以工作在低頻方式，在雙頻或低頻方式下工作時，如果需要穿透淤泥和浮泥，還要選擇合適的低頻捕捉方案。定標(biāo)方式：有串口命令、外接定標(biāo)、手動定標(biāo)、自動定時四種定標(biāo)方式可供選擇。 淺水報警：激活淺水報警時，你可以輸入水深限值，當(dāng)水深小于這個限值時，水深窗會顯示“警告”。存儲定標(biāo)點信息到文本文件：一旦打開這個選項，記錄測深時，自動會把定標(biāo)點的信息存儲的與HDS文件相同的問件名而

7、擴(kuò)展名為TXT的文件中，格式為：點號 , 時間 , 水深H , 水深L , 吃水 , 聲速打印機設(shè)置：用于設(shè)置連續(xù)打印時的相關(guān)參數(shù)。見圖9。圖9 打印機設(shè)置其中：色彩可設(shè)置為彩色或黑白輸出，定標(biāo)點水深或深度刻度線可選擇打印，刻度的粗分、細(xì)分選擇可控制打印刻度標(biāo)尺的細(xì)分程度，長度方向的縮放可以控制打印的比例。涌浪儀接口：如果你配有涌浪補償儀的話，可以接到COM1或COM2（避開水深輸出口），如圖10，定義好端口和波特率，根據(jù)涌浪儀的輸出數(shù)據(jù)格式，定義好格式，例如輸出格式為：$-0.23<cr>$為識別頭，涌浪修正值-0.23的起始為“-”在整個字符串的第二位（起始位2），“-0.23

8、”共有5個字符（即長度為5），結(jié)尾為<CR>，單位為“米”。當(dāng)打開“啟用涌浪修正”時，顯示和串口輸出的水深自動進(jìn)行了改正，并且修正值被記錄在原始文件中。圖10 涌浪儀接口3）開始測深（或記錄）按“測深”時，系統(tǒng)開始發(fā)射和接收，并顯示回聲圖像，水深輸出口也有相應(yīng)格式的水深輸出，只測深時不進(jìn)行圖像記錄。如果你不需要圖像記錄的話，這倒是個節(jié)省內(nèi)存空間的好方法，因為進(jìn)行圖像記錄每小時要用去6M左右的內(nèi)存。如果你是正式的成果測量，那么就用“記錄”鈕，進(jìn)入“記錄”時會出現(xiàn)一個文件對話框要求你輸入一個記錄文件名，系統(tǒng)會自動根據(jù)日期，生成一個不重復(fù)的文件名，你只需要點擊確定就可以了。如果你一定要自

9、己輸入文件名，你可以打開中文輸入，并啟動軟鍵盤，也可以接上外接鍵盤輸入。如果你輸入的文件名已存在，會提示你是否“覆蓋”，如選擇“是”，你以前的原始文件就被覆蓋了。建議你每個文件記錄時間不要太長，一個小時左右就夠了，太大的文件無論是拷貝還是打印都將會出現(xiàn)“磁盤滿”或“缺紙”等困惑。注意：經(jīng)常留意你的存儲空間是否足夠，最好每天工作完以后，用USB存儲盤把記錄文件（*.hds）轉(zhuǎn)移到別的電腦或刻錄光盤永久保留，文件轉(zhuǎn)移后記得把測深儀內(nèi)的文件（*.hds）刪除，騰出足夠的空間。在測深時，如果有多次回波或有干擾波，系統(tǒng)能自動識別正確的回波，萬一跟蹤到別的干擾波上去了，可以在瀑布窗口或波形窗口的正確回波上

10、邊的空白處點擊一下就恢復(fù)了。注意：需要人為強制跟蹤時，在正確回波圖像上邊的空白處點擊一下就可以了。4）回放、查找和打印存貯的測深文件（*.hds）你可以隨時調(diào)看，也叫回放，你所看到的回放內(nèi)容和當(dāng)時測深是一樣的，所以你存貯的文件也可以說是“數(shù)字記錄紙”，這也是我們不考慮在測量時實時打印的原因，數(shù)字化時代了，為什么還要去保管一堆堆記錄紙呢？如果要上交資料的話，上交一張光盤不是很方便嗎？你將測深軟件（有配備光盤或上我公司網(wǎng)站下載）安裝到任意電腦上都可以查看你的“數(shù)字記錄紙”。回放時，軟件會彈出對話框，選擇你需要回放的文件，軟件會按正?；胤潘俣确庞?，如果你要加快，可以點擊“快放”鈕，還可以用“快倒”、

11、“暫?！?，也可以按打標(biāo)的點號查詢，直接跳到你要放的位置。圖 11 跳轉(zhuǎn)點號顯示水深如果你確實要記錄紙的話，建議你配上連續(xù)紙打印機，用“打印”按鈕可以打印出像記錄紙一樣的硬拷貝資料。在回放時，如果要人工量取水深的話，先按“暫?！?，在把鼠標(biāo)箭頭指向要量取的地方，水深顯示窗會根據(jù)鼠標(biāo)的位置顯示對應(yīng)的水深值。在測深記錄時，系統(tǒng)會自動生成一個擴(kuò)展名為LST的文件，用于存放搜索查尋用的資料，有了這個文件查詢會很快，所以拷貝文件是也要把這個文件一起拷貝。如果沒有這個文件，在回放時如果點擊查詢，軟件會自動生成這個文件，不過根據(jù)文件的大小需要等待一定的時間。5）水深輸出格式（1）HaiDa-H(高頻輸出)和Ha

12、iDa-L格式(低頻輸出)：DTE#<CR><LF>DT為設(shè)別頭第3位,當(dāng)水深錯誤時為E,正確時為空格第48位為水深值，單位為.<CR>回車<LF>換行（2）HaiDa-HL格式(雙頻輸出)DTE# E#<CR><LF>DT為設(shè)別頭第3位,當(dāng)高頻水深錯誤時為E,正確時為空格第48位為高頻水深值，單位為.（3）ESO 25格式高頻通道：DA#.#<space>m<CR><LF>低頻通道：DB#.#<space>m<CR><LF>D為識別頭A表示高頻通道B

13、表示低頻通道#.#為水深，單位為米<space>代表一位空格m代表單位為米（4）INNERSPACE格式<STX>#<CR><STX>為識別頭，十六進(jìn)制數(shù)02Hex2-6為水深，單位為cmNMEA 173 DBS格式SDDBS,#.#,f,#.#,M,#.#,F<CR><LF>（5）ODOM DSF et格式高頻通道：et#H<CR><LF>低頻通道：et#L<CR><LF>et為識別頭H表示高頻通道L表示低頻通道#為水深，單位為cm6）定標(biāo)控制操作：在“環(huán)境設(shè)置”的界面左下

14、方可以設(shè)置定標(biāo)方式（1）接受串口命令：由海洋測量軟件控制打標(biāo)，定標(biāo)命令根據(jù)選擇的水深輸出格式的不同而不同。Haida_H、Haida_L、Haida_HL的命令為：$MARK，*<CR> 其他定標(biāo)命令和對應(yīng)的格式相一致，請查詢相關(guān)資料。*好代表要插入的打印字符串。（2）外接打標(biāo):把儀器配備的打標(biāo)電纜插到水深輸出串口上，每按一下電纜另一頭的按鈕，會打標(biāo)一下，點號自動累加。（3）手動打標(biāo)按一下屏幕的“定標(biāo)”鈕，會打標(biāo)一下，點號自動累加。（4）自動定時：根據(jù)你設(shè)定的時間間隔（秒），自動定時打標(biāo)，點號自動累加。注意：不管使用何種打標(biāo)方式，必須在“環(huán)境”中設(shè)置對應(yīng)的打標(biāo)方式才會起作用。注意事

15、項 1、盡量使用不帶指甲的手指進(jìn)行觸摸，謹(jǐn)防刮傷觸摸屏造成阻值異常導(dǎo)致無法正常操作。2、注意儀器和人身安全。2、淺地層剖面儀的使用1）方法與步驟1. 緒言淺地層剖面儀又稱淺地層地震剖面儀、淺層剖面儀。是一種走航式探測水下淺部地層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的地球物理方法。其主要特點是探測記錄海底淺地層組織結(jié)構(gòu)，以垂直縱向剖面圖形反映淺地層組織結(jié)構(gòu)，而且具有良好的分辨率，能夠高效率探測海域的海底淺地層組織結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代淺地層剖面儀對水下地層的垂直分辨率可達(dá)0.1米，穿透深度，砂質(zhì)海底可達(dá)10米，泥質(zhì)海底可達(dá)一百多米。該設(shè)備已成為淺剖地質(zhì)探測必備裝備。淺地層剖面技術(shù)起源于21世紀(jì)六十年代初期。七十年代以來，隨著近海油氣

16、資源的大規(guī)模開發(fā)和各種近岸水上工程建設(shè)項目的不斷增加，以及各種地質(zhì)災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象的頻繁發(fā)生和發(fā)現(xiàn)，這種海底探測設(shè)備的重要性越來越為人們認(rèn)識。2. 海底淺地層剖面儀的應(yīng)用領(lǐng)域海底淺地層剖面儀主要應(yīng)用于以下幾個領(lǐng)域：海底石油及礦物勘探；海洋地質(zhì)、地貌調(diào)查研究；海洋工程勘察；海底環(huán)境調(diào)查；3. 海底淺地層剖面儀基本原理3.1 深度測量 海底淺地層剖面儀工作方式與測深儀相似，工作頻率較低，測深儀只能測量換能器到海底的水深，而淺地層剖面儀不僅能測量換能器到海底的水深，還能探測換能器垂直下方的海底一定深度，反映海底地層分層情況和各層地質(zhì)的特征。淺地層剖面儀的換能器按一定時間間隔垂直向下發(fā)射聲脈沖，聲脈沖穿過

17、海水觸及海底以后，部分聲能反射返回?fù)Q能器；另一部分聲能繼續(xù)向地層深層傳播，同時回波陸續(xù)返回，聲波傳播的聲能逐漸損失，直到聲波能量損失耗盡為止。測量地層厚度，實際是測量聲波穿透地層傳播的時間，如T表示地層上下兩個界面之間的時間差，即聲波往返兩次穿過該地層上下兩個界面的時間，C表示該地層的聲速，這樣就可按下式算出該地層厚度：W=1 2CT式中：W：地層厚度（m） C：地層聲速：（m/s） T：聲波往返兩次穿過地層的時間（s）地層聲速隨著不同的沉積物存在不同的聲速，幾種常見沉積物聲速如下表：沉積物類型平均直徑mm組成%沉積物密度 103kg/m3孔隙度n%縱波速度c m/s砂粉砂粘土粗砂0.5301

18、00.02.0338.61836細(xì)砂0.15388.16.37.11.9843.91742粉砂0.09083.913.12.91.9147.41711粘土質(zhì)粉砂0.0066.159.234.81.4375.01535粘土0.00150.620.778.91.4277.51491海底沉積物聲速更詳細(xì)資料可查閱有關(guān)資料3.2 海底分層測量 聲波的海底反射能量大小由反射系數(shù)（R）決定，反射系數(shù)R為： R=反射振幅與入射振幅的比值 反射脈沖振幅=2v2-1v1 2v2+1v1 1 V1，2 V2分別表示一、二層介質(zhì)的密度和聲速，由式可知要得到強反射。必須有大的密度差和大的聲速差，如相鄰兩層有一定的密度

19、和聲速差，其兩層的相鄰界面就會有較強的聲強，在剖面儀終端顯示器上會反映灰度較強的剖面的界面線。V稱為聲阻率，簡單地說，海底相鄰兩層存在一定聲阻率量差，就能在剖面儀顯示器上反映兩相鄰的界面線，并能分別顯示兩層沉積物的性質(zhì)圖像特性差異。4. 海底淺層剖面儀的分辨率海底淺地層分辨率可分為垂直分辨率和水平分辨率。分辨率定義：兩層面之間能分辨的最小間隔，即能分辨為兩個界面的最小間距。4.1 垂直分辨率垂直分辨率與反射脈沖寬度相關(guān)，用下式表示：垂直分辨率=1 2C式中： C：聲速 ：脈沖寬度上式說明垂直分辨率的最小間隔為1 2C ，小于1 2C 就不能分辨。這是由于脈沖的前沿觸及1界面后的反向返回的聲波與

20、脈沖后沿觸及2界面后的反向返回的聲波最小間隔為1 2C 如果小于1 2C，就不能分辨為兩個界面。實際地層的垂直分辨與多種因素有關(guān)，如：地層介質(zhì)對聲波的反射、透射和散射能力有關(guān)，與地層厚度，聲波波束角有關(guān)，與記錄和顯示設(shè)備的分辨率有關(guān)。因此，在實際探測過程中，應(yīng)根據(jù)具體情況，綜合實際因素分析垂直分辨率。以上所說分辨率與發(fā)射脈寬相關(guān)，就是說脈寬要窄，才能得到高分辨率。但是發(fā)射功率與脈寬也有相關(guān)，發(fā)射寬脈沖可得到較大的發(fā)射功率，發(fā)射窄脈沖只能降低發(fā)射功率。發(fā)射功率又與穿透沉積層厚度有關(guān)，發(fā)射功率大，聲波穿透沉積層厚度大；發(fā)射功率小。聲波穿透沉積層厚度小。由以上所述可知，分辨率與穿透深度是矛盾的。線性

21、調(diào)頻技術(shù)（chirp），較好的解決了分辨率與穿透深度的矛盾。通過發(fā)射寬帶，長時間的調(diào)頻脈沖，接收信號經(jīng)過相關(guān)處理（匹配濾波），得到一個比發(fā)射脈寬的寬度窄很多的壓縮脈沖，壓縮后的脈沖寬度與發(fā)射脈沖的寬度無關(guān)，這個壓縮脈沖寬度等于調(diào)頻帶寬的倒數(shù)，表達(dá)式為：P=1/f 式中：P：處理后的脈沖寬度（s） f：調(diào)頻寬度由上式可以理解，發(fā)射較寬的線性調(diào)頻（chirp）脈沖，能夠保證一定穿透深度，同時不會降低垂直分辨率。4.2 水平分辨率聲波以球面波形式從聲源向外傳播，因此，對任何反射界面而言，聲波覆蓋的面積，隨擴(kuò)散時間的增加而增大。聲波觸及反射界面后產(chǎn)生反向反射聲波，剖面儀的檢波器能夠第一時間被接收的反射

22、聲波記錄下來的有限園域，稱為第一菲涅爾帶，水平分辨率很大程度上取決于這個帶的大小。第一菲涅爾帶對水平分辨率影響因素是這個帶的半徑大小，其半徑R可由下式表示：R=1 2v（t f）1 2式中：t：到達(dá)反射體的時間（s） V：聲源與反射體之間介質(zhì)的平均速度（m/s） f: 聲波信號的頻率（Hz）菲涅爾帶是一個圓弧帶，中心距這個帶的邊緣是1/4，R小，剖面聲圖能反映探測反射界面的小隆起和凹陷形態(tài)；R大，剖面聲圖不能反映出所探測反射界面的小隆起和小凹陷地貌形態(tài)。5. 影響海底淺地層剖面儀的環(huán)境因素在海上應(yīng)用聲吶系統(tǒng)都要受到海上各種環(huán)境因素的影響。因此，應(yīng)用聲吶系統(tǒng)在海上工作應(yīng)該注意海上環(huán)境因素，只有正

23、確使用聲吶系統(tǒng)，才能獲得良好的聲圖圖象，才能得到正確的解釋結(jié)果。影響淺地層剖面儀的海上環(huán)境主要因素，有以下幾方面：地質(zhì)條件：海底底質(zhì)是砂、巖石、珊瑚礁和貝殼等類型，嚴(yán)重制約聲波穿透深度。汽水界面：汽水界面能將發(fā)射聲能幾乎全部反射，幾乎無發(fā)射聲波觸及目標(biāo)。船尾的尾流區(qū)域：如果采用船尾拖曳換能器，應(yīng)該使換能器避開船的尾流區(qū)，一般方法是使換能器入水深度加深，或者拖纜加長。噪聲：在系統(tǒng)的帶寬范圍內(nèi)的外界聲源信號都可能串入造成干擾信號圖像，如：電噪聲、水噪聲、船只機械噪聲、沿岸工程噪聲等。船只擺動：拖魚設(shè)計為穩(wěn)定的水平狀態(tài)工作，船速和航向不穩(wěn)定造成船只搖擺，使拖魚不能保持平穩(wěn)狀態(tài)，造成圖像不良。海況：涌

24、浪使船只搖擺，致使拖魚不穩(wěn)定。6. 剖面聲圖包含的圖像類型6.1 干擾圖像6.1.1 后輻射干擾：由于剖面儀開角較大及副瓣作用，有部分聲波直接向水面輻射，導(dǎo)致海底直達(dá)聲波和海面反射多路徑的聲波重疊顯示的干擾圖像。在記錄聲圖上海底界面會出現(xiàn)三條平行等間距（間距等于換能器入水深度）的界面線，易于被認(rèn)為地層的界面線。6.1.2 直達(dá)聲波干擾：由于換能器基陣90度方向的靈敏度較大，發(fā)射換能器發(fā)射聲波會有一部分向水平方向射出，該部分聲波直接被接收換能器接收，形成直達(dá)波記錄。當(dāng)收、發(fā)換能器間距之半小于測區(qū)水深時，直達(dá)波被反映在海底線之上端，呈現(xiàn)細(xì)而均勻的線條與零位線平行，可呈現(xiàn)多條平行線。6.1.3 側(cè)向

25、發(fā)射干擾由于發(fā)射換能器的較大波束角，當(dāng)船駛近岸壁、巨輪、突起暗礁時會有反射面形成側(cè)向反射干擾圖像。這種干擾圖像視干擾物距離遠(yuǎn)近而會出現(xiàn)在海底之上或與海底界面線和地層圖像疊加。其圖像特征是前后不連續(xù)的一段或幾段線段圖像。6.2 多次反射圖像6.3 地層界面線、地層層位圖像6.4 水體圖像。從發(fā)射線至海底之間的水體圖像，有魚群時可在水體圖像中顯示魚群圖像。7剖面聲圖層理特征剖面聲圖的層理特征，是指剖面聲圖顯示具有一定灰度的點狀、塊狀和線狀圖形組成的圖像，反映不同性質(zhì)的海底地層圖像的特征。7.1 簡單層理特征7.1.1 平行簡單層理特征，沉積層界面呈現(xiàn)平行特征，其層位圖像也呈平行特征，表明沉積物平穩(wěn)且較均勻一致的下沉積淀，顯示了在低能量沉積環(huán)境中細(xì)粒沉積物。7.1.2 發(fā)散簡單層理特征，點狀和線狀圖像由密集擴(kuò)散成稀疏圖像，表示沉積物沉積速率的區(qū)域變化。7.2 復(fù)雜層理特征