國內外海底探測技術調查報告

1、 國內外海底探測技術調查報告摘要：海底探測對人類來說一直是一個巨大的挑戰(zhàn)與機遇，從之前的單一的探測到如今的多元化多方法的高科技探測，都表明各國對海洋的重視，而對于海洋的探測匯集了各個領域最高的技術成果。對于海底探測來講：海底地形探測 海底取樣 海底觀測 遙感技術是比較關鍵的幾個方面，一般先進的海洋地質考察船就是一個綜合的海底探測系統(tǒng)。關鍵字：調查平臺 科學考察船 海底地形探測 海底取樣 海底測量 引言：探索海底有著巨大的誘惑力，只有發(fā)展了海底探測技術，才能以此來從中獲取我們能獲得的利益。人類對海底認識的每一次飛躍，都必然得到新技術和新方法的支持。回聲探測技術對于認識海底打開了新的一扇窗；海洋磁

2、測技術，讓人類終于識別出洋中脊兩側互為鏡像的線性地磁異常帶，為海地擴張找到了證據(jù)；深海鉆探技術集現(xiàn)代石油鉆探之大成，全面證實了板塊學說，保證了地學革命的成功；采用深海鉆探技術和長柱狀巖芯新技術，揭示了海洋沉積物中包含的豐富古海洋環(huán)境信息，導致了新興的交叉學科-古海洋學的形成，成為世紀之交地球科學中最有活力的領域，是“全球變化研究”的重要組成部分。目前，海洋地質調查和技術手段主要有：利用人造衛(wèi)星導航和全球定位系統(tǒng)（GPS），以及無線電導航系統(tǒng)來確定調查船或觀測點在海上的位置；利用回聲測深儀，多波束回聲測深儀及旁測聲納測量水深和探測海底地形地貌；用拖網(wǎng)、抓斗、箱式采樣器、自返式抓斗、柱狀采樣器和鉆

3、探等手段采取海底沉積物、巖石和錳結核等樣品；用淺地層剖面儀測海底未固結淺地層的分布、厚度和結構特征。用地震、重力、磁力及地熱等地球物理辦法，探測海底各種地球物理場特征、地質構造和礦產(chǎn)資源，有的還利用放射性探測技術探查海底砂礦。1 海洋調查船海洋科學調查船有著海上實驗室，與海上調查平臺等多種身份。海洋調查船調查的主要內容有海面與高空氣象、海洋水深與地貌、地球磁場、海流與潮汐、海水物理性質與海底礦物資源（石油、天然氣、礦藏等）、海水的化學成分、生物資源（水產(chǎn)品等）、海底地震等。其中極地考察和大洋調查等活動，為世界各國科學家所矚目。大型海洋調查船可對全球海洋進行綜合調查，有著出色的穩(wěn)定平衡性能。船上

4、的機電設備、導航設備、通訊系統(tǒng)等十分先進，燃料及各種生活用品的裝載量大，能夠長時間堅持在海上進行調查研究。同時，這類船還具有良的操縱性能和定位性能，能夠適應多種海洋復雜環(huán)境的需要。（日本深海探測調查船）（東方紅2號調查船）2 海底地形的探測主要包括聲學測深技術（回聲測深、多波束測深、旁側掃描聲納等技術）和衛(wèi)星遙感測深技術、電磁測深等。利用電磁、激光、遙感、聲學原理，來測量海底深度。在衛(wèi)星遙感方面，我們國家已經(jīng)取得了長足的進步（1）多波束測深技術多波束測深是水聲技術、計算機技術、導航定位技術和數(shù)字化傳感器技術等多種技術的高度集成。其工作原理是通過聲波發(fā)射與接收換能器陣進行聲波廣角度定向發(fā)射、接收

5、，通過各種傳感器（衛(wèi)星定位系統(tǒng)、運動傳感器、電羅經(jīng)、聲速剖面儀等）對各個波束測點的空間位置歸算，從而獲取在與航向垂直的條帶式高密度水深數(shù)據(jù)。多波束測深系統(tǒng)實質上是條帶覆蓋測深系統(tǒng)，他有N條同步波束，構成一個扇面。目前國內尚未有商用化的國產(chǎn)系統(tǒng)，國外的產(chǎn)品場地主要有德國、美國、挪威、丹麥、英國等。（多波束探測原理示意圖）（2）海底電磁探測技術利用相關電磁探測儀器在海底采集海底自然電場數(shù)據(jù)，對海底大地構造與資源進行物理探測。我國擁有世界領先水平的成果和海底電磁探測儀器。（3）回聲測深技術 回聲測深（echo sounding）是根據(jù)超聲波在均勻介質中將勻速直線傳播和在不同介質界面上將產(chǎn)生反射的原理

6、，選擇對水的穿透能力最佳、頻率在1500赫茲附近的超聲波，垂直地向水底發(fā)射聲信號，并記錄從聲波發(fā)射至信號由水底返回的時間間隔，通過模擬法或直接計算而確定水深的工作。利用這一原理設計的回聲測深儀在海洋水深測量和艦船航海中獲得了廣泛的應用。應用同一原理設計的儀器還有多波束測深系統(tǒng)，它可以提高水深測量的效率。20世紀20年代，德國“流星”號考察船在南大西洋首次使用回聲測深儀，才使海底地形測量成為可能。（回聲測深）3 海底探測海地取樣是用采樣器具采集海底沉積物和巖石樣品的工作。是進行海洋研究工作的一種手段，用于采樣的工具有拖網(wǎng)、抓斗、柱狀取樣器和海底淺鉆等。取樣后，在船上及時對樣品的物質成分、結構、構

7、造及顏色進行初步觀測和描述，進行濕度、可塑性、抗壓強度等的簡易試驗，進行孔隙水抽取；并保留部分樣品編號封存。海底地質取樣有多種取樣工具可供使用，在常規(guī)調查中一般使用下列取樣器：1采泥器：用于采取海底表層沉積樣品。按其張口面積的大小分0.025平方米、0.1平方米和0.25平方米等不同規(guī)格。2取樣管：用于采取柱狀（巖心）樣品。主要有重力取樣管和活塞式取樣管兩種類型。取心長度約數(shù)米至20米左右，與沉積物類型有關，通常在泥質沉積區(qū)取心較長，在砂質沉積區(qū)較硬的海底上取心較短。3箱式取樣器：用于采取不受擾動的沉積樣品及其上覆底層海水,樣品可用于沉積物結構構造分析，210Pb測年，沉積物與海水之間的地球化

8、學交換以及錳結核的定量研究等。4深海取樣：19681983年實施的深海鉆探計劃，可在深海洋底鉆穿數(shù)百米厚的沉積層達到玄武巖基底，少數(shù)鉆孔鉆進洋底達1000余米，從而獲得了比較完整的深海巖心剖面。近年來在深海鉆探中進一步采用了液壓活塞取心技術，可取得長200300米的未擾動巖心，為大洋地層學和古海洋學研究提供了極有利條件。此外,為了取得海底錳結核、巖塊及貝殼等樣品,常使用拖網(wǎng)技術。（海底地質取樣）4海底觀測系統(tǒng)海底觀測系統(tǒng)主要有以下幾種工具與方式：1自持式潛水器 即通常所謂的“軟淺”，潛水員背負呼吸瓶下潛到50m范圍內進行海底觀察、采樣、海底攝像等。主要用于考察海底活動的地質體、海底陡崖等。2深

9、潛器 深潛器是指能在4000多米的深海海床上呆上幾個小時的潛水器，包括常壓載人深潛器（ADS）、無人遙控深潛器（ROV）和無人深潛器（AUV）。目前世界上有5臺可用的載人深潛器：日本的“深海6500”號、美國的“阿爾文”號、法國的“鸚鵡螺”號、俄羅斯的“和平”號及“密斯特”號。它們的最大深潛深度只有6500米。我國擁有世界上最先進的載人深潛器蛟龍?zhí)?海下實驗室最早的海下實驗室是美國海軍的“海底實驗室號”，它在64m深度上實施得很成功。美國夏威夷大學海下研究中心（NURC）建有一個夏威夷海下研究室（HURL），該中心的任務是研究太平洋有關生物、地質、礦產(chǎn)和環(huán)境的研究課題?？稍?000m水下操作。

10、（中國南極海洋觀測站）5海底機器人探測技術通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程操控機器人完成海底探測，并傳回了大量寶貴的實時探測圖像和數(shù)據(jù)。德國、加拿大、日本在這方面處于世界領先水平。（圖為海底機器人作業(yè)）6海底攝像技術運用攝像技術與通訊技術，對海底進行實時攝像、監(jiān)測。7 觀測浮標浮標為直徑10m的大型綜合性觀測浮標。該浮標系統(tǒng)可以定點、長期連續(xù)的觀測布放海域的氣象、水文和水質參數(shù)等，所觀測的數(shù)據(jù)通過CDMA、GPRS和“北斗衛(wèi)星”等通信手段，按照預先設置發(fā)送時間間隔向陸基數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)發(fā)送，接收系統(tǒng)可實時接收。（東海海洋科學綜合觀測浮標）5海洋遙感主要是指海洋衛(wèi)星的應用。衛(wèi)星技術在海洋開發(fā)中的應用十分廣泛，但是

11、應用于海洋地質學的遙感技術卻相當有限。當前廣泛應用的是對海水溫度、鹽度、密度、葉綠素、海冰及海洋污染的監(jiān)測；海洋表層環(huán)境因子的測報、漁情測報和災難性海況監(jiān)測等。海洋遙感也將在地質災害預測預報方面發(fā)揮重要作用，將成為研究全球海洋變化的重要手段。（遙感在海洋方面的應用）8 我國海洋探測技術我國海域面積約300萬平方公里，有著豐富的海洋資源，為實現(xiàn)從海洋大國跨入海洋強國的目標，“863”計劃在海洋技術領域分別設置了海洋監(jiān)測技術、海洋生物技術和海洋探查與資源開發(fā)技術3個主題，以期為我國的海洋開發(fā)、海洋利用和海洋保護提供先進的技術和手段。以具有90年代海洋勘測國際先進水平的“海域于形地貌與地質構造探測系統(tǒng)”的開發(fā)和研制為代表的多項選進的海洋控查與資源開發(fā)技術，為我國海洋資源的開發(fā)、利用、保護，維護海洋權益，捍衛(wèi)國家主權提供了高精度的科學依據(jù)。 在“863”計劃的推動下，我國沿海周邊地區(qū)已經(jīng)在全球海洋觀測系統(tǒng)框架下