Z海洋地球物理勘探实习报告

一、实习目的与要求
海洋地球物理勘探实习是《海洋地球物理勘探》教学中的重要环节，通过实习达到理论与实践的目的，让学生深刻了解海洋地球物理勘探方法，加深对基础理论知识的巩固，并把理论运用于实践，在实践中发现问题，不断完善和总结所学知识，培养学生的实践能力和综合分析能力，提高学生的专业素质。

通过实习要达到以下要求：
1、浅地层剖面仪数据采集方法、浅地层剖面仪基本原理、多波速水深调查基
本原理
2、熟练掌握浅地层剖面仪数据处理和解译方法
3、熟悉多波速水深调查数据采集方法、多波速水深调查的应用领域、浅地层
剖面仪的应用领域
4、掌握多波速水深调查数据处理和解译方法
5、培养良好的团队协作精神。

二、实习时间、地点与组织
时间内容分组情况2014年12月23日实习动员全班12月24日室内资料调研全班
12月25日有关海洋地球物理勘探野外工作的讲座全班
12月26日单波束、多波束实习共分5~6组，每组5-6
人
12月27~31日室内处理单波束、多波束实习资料全班
2015年1月1~3日浅地层剖面仪实习共分5~6组，每组5-6
人
1月4~6日室内处理浅地层剖面仪实习资料全班
三、实习内容与成果
1、多波束测深仪的认识与使用
1）连接测深仪和换能器，将GPS接收机、信标机连接到测深仪。

图 1 换能器安装图
图2 测深仪背部连接端口
将换能器置入水中，如水深度控制在0.5m左右，连接安装完毕后，连接上电源（直流或交流都可），打开主机背面的开关，系统开始启动，启动完毕后自动进入测深软件界面，如图3为单频测深时的界面，如图4为双频测深时的界面：
图3 单频测深界面
图4 双频测深时的界面
2）参数及环境设置
⑴按“设置”按钮出现修改参数设置对话框，如图5：
①吃水：0～9.9米
②声速：1300 ～1700米/秒，对于浅水测量时可以简便使用单一声速来校准，根据比对的水深或温度、盐度计算声速（见图3-12），严密的测量方法要根据《测量规范》的要求进行。

③发射脉宽用于控制发射脉冲的宽度，“自动”时将根据不同档位使用不同的发射脉宽。

④底面坡度选择用来控制时间门：“普通”的时间门宽度为深度的5%；“陡坡”的时间门宽度为深度的10%；“峭壁”的时间门宽度为深度的15%；
⑤发射功率：自动、高、中、低。

自动档时：当水深为0—10米时，使用“低功率”；当水深为10—20米时，使用“中功率”；当水深为大于20米时，使用“高功率”；
⑥信号门槛：
抑制小幅度干扰信号的门槛值，分为10档，最大时为信号满幅度的60%，浅水可设大一些，深水要设小一些。

图5 参数设置
⑦增益控制：
当关闭自动增益时，可调节滑动棒来调节增益，也可在主界面中调节。

当打开自动增益时，系统根据自动增益方案，自动控制增益，自动增益方案由“高级”中设置，如图6。

图6 增益控制
当使用“根据深度”来调整增益的方案时，右边的浅水增益和TVG将被采用，调整好“潜水增益”值有利于2米以内的浅水回波跟踪，不同的底质可能要采用不同的值，在浅水时如果回波很淡，可以增大这个值，反之，如果回波一片糊，就要减小这个值，TVG 的值是随着深度的增大，增益增大的快慢，即增益的增加斜率，这个值越大增益增加的越快，它主要决定5—20米深度的增益状况，比如在10米水深时，如果回波谈，就加大TVG值。

图7 声速计算
如果你不知道如何去设置这些参数，你可以按“恢复默认值”钮，把所有参数都恢复到默认值，不过吃水还是要根据探头的入水深度由你设置。

⑵按“环境”按钮出现如图8 所示对话框：
图8 环境设置
①深度输出端口：
中海达测深仪可以仿真世界上各类测深的数据格式，根据你定位系统的需要，你选择水深输出的波特率和数据格式，各种数据格式的说明请参见后面的章节，一般单频可选用Haida-H格式，双频可选用Haida-HL格式。

输出数据的端口可选用COM1或COM2。

②工作方式：
根据你的测深仪型号选择对应的工作方式，HD-27单频测深仪只能在高频方式下工作，HD-28双频测深仪可以双频方式也可以工作在低频方式，在双频或低频方式下工作时，如果需要穿透淤泥和浮泥，还要选择合适的低频捕捉方案。

③定标方式：
有串口命令、外接定标、手动定标、自动定时四种定标方式可供选择。

④浅水报警：
激活浅水报警时，你可以输入水深限值，当水深小于这个限值时，水深窗会显示“警告”。

⑤存储定标点信息到文本文件：
一旦打开这个选项，记录测深时，自动会把定标点的信息存储的与HDS文件相同的问件名而扩展名为TXT的文件中，格式为：点号, 时间, 水深H , 水深L , 吃水, 声速⑥打印机设置：
用于设置连续打印时的相关参数。

见图9。

图9 打印机设置
其中：色彩可设置为彩色或黑白输出，定标点水深或深度刻度线可选择打印，刻度的粗分、细分选择可控制打印刻度标尺的细分程度，长度方向的缩放可以控制打印的比例。

⑦涌浪仪接口：
如果你配有涌浪补偿仪的话，可以接到COM1或COM2（避开水深输出口），如图10，定义好端口和波特率，根据涌浪仪的输出数据格式，定义好格式，例如输出格式为：$-0.23<cr>
$为识别头，涌浪修正值-0.23的起始为“-”在整个字符串的第二位（起始位2），“-0.23”共有5个字符（即长度为5），结尾为<CR>，单位为“米”。

当打开“启用涌浪修正”时，显示和串口输出的水深自动进行了改正，并且修正值被记录在原始文件中。

图10 涌浪仪接口
3）开始测深（或记录）
按“测深”时，系统开始发射和接收，并显示回声图像，水深输出口也有相应格式的水深输出，只测深时不进行图像记录。

如果你不需要图像记录的话，这倒是个节省内存空间
的好方法，因为进行图像记录每小时要用去6M左右的内存。

如果你是正式的成果测量，那么就用“记录”钮，进入“记录”时会出现一个文件对话框要求你输入一个记录文件名，系统会自动根据日期，生成一个不重复的文件名，你只需要点击确定就可以了。

如果你一定要自己输入文件名，你可以打开中文输入，并启动软键盘，也可以接上外接键盘输入。

如果你输入的文件名已存在，会提示你是否“覆盖”，如选择“是”，你以前的原始文件就被覆盖了。

建议你每个文件记录时间不要太长，一个小时左右就够了，太大的文件无论是拷贝还是打印都将会出现“磁盘满”或“缺纸”等困惑。

注意：经常留意你的存储空间是否足够，最好每天工作完以后，用USB存储盘把记录文件（*.hds）转移到别的电脑或刻录光盘永久保留，文件转移后记得把测深仪内的文件（*.hds）删除，腾出足够的空间。

在测深时，如果有多次回波或有干扰波，系统能自动识别正确的回波，万一跟踪到别的干扰波上去了，可以在瀑布窗口或波形窗口的正确回波上边的空白处点击一下就恢复了。

注意：需要人为强制跟踪时，在正确回波图像上边的空白处点击一下就可以了。

4）回放、查找和打印
存贮的测深文件（*.hds）你可以随时调看，也叫回放，你所看到的回放内容和当时测深是一样的，所以你存贮的文件也可以说是“数字记录纸”，这也是我们不考虑在测量时实时打印的原因，数字化时代了，为什么还要去保管一堆堆记录纸呢？如果要上交资料的话，上交一张光盘不是很方便吗？你将测深软件（有配备光盘或上我公司网站下载）安装到任意电脑上都可以查看你的“数字记录纸”。

回放时，软件会弹出对话框，选择你需要回放的文件，软件会按正常回放速度放映，如果你要加快，可以点击“快放”钮，还可以用“快倒”、“暂停”，也可以按打标的点号查询，直接跳到你要放的位置。

图11 跳转点号显示水深
如果你确实要记录纸的话，建议你配上连续纸打印机，用“打印”按钮可以打印出像记录纸一样的硬拷贝资料。

在回放时，如果要人工量取水深的话，先按“暂停”，在把鼠标箭头指向要量取的地方，水深显示窗会根据鼠标的位置显示对应的水深值。

在测深记录时，系统会自动生成一个扩展名为LST的文件，用于存放搜索查寻用的资料，有了这个文件查询会很快，所以拷贝文件是也要把这个文件一起拷贝。

如果没有这个文件，在回放时如果点击查询，软件会自动生成这个文件，不过根据文件的大小需要等待一定的时间。

5）水深输出格式
（1）HaiDa-H(高频输出)和HaiDa-L格式(低频输出)：
DTE#####<CR><LF>
DT为设别头
第3位,当水深错误时为E,正确时为空格
第4～8位为水深值，单位为㎝.
<CR>回车
<LF>换行
（2）HaiDa-HL格式(双频输出)
DTE##### E#####<CR><LF>
DT为设别头
第3位,当高频水深错误时为E,正确时为空格
第4～8位为高频水深值，单位为㎝.
（3）ESO 25格式
高频通道：
DA#####.##<space>m<CR><LF>
低频通道：
DB#####.##<space>m<CR><LF>
D为识别头
A表示高频通道
B表示低频通道
#####.##为水深，单位为米
<space>代表一位空格
m代表单位为米
（4）INNERSPACE格式
<STX>#####<CR>
<STX>为识别头，十六进制数02Hex
2-6为水深，单位为cm
NMEA 173 DBS格式
SDDBS,####.#,f,####.#,M,###.#,F<CR><LF>
（5）ODOM DSF et格式
高频通道：
et#####H<CR><LF>
低频通道：
et#####L<CR><LF>
et为识别头
H表示高频通道
L表示低频通道
#####为水深，单位为cm
6）定标控制
操作：在“环境设置”的界面左下方可以设置定标方式
（1）接受串口命令：
由海洋测量软件控制打标，定标命令根据选择的水深输出格式的不同而不同。

Haida_H、Haida_L、Haida_HL的命令为：$MARK，*<CR>
其他定标命令和对应的格式相一致，请查询相关资料。

*好代表要插入的打印字符串。

（2）外接打标:
把仪器配备的打标电缆插到水深输出串口上，每按一下电缆另一头的按钮，会打标一下，点号自动累加。

（3）手动打标
按一下屏幕的“定标”钮，会打标一下，点号自动累加。

（4）自动定时：
根据你设定的时间间隔（秒），自动定时打标，点号自动累加。

注意：不管使用何种打标方式，必须在“环境”中设置对应的打标方式才会起作用。

注意事项
1、尽量使用不带指甲的手指进行触摸，谨防刮伤触摸屏造成阻值异常导致无法正常操
作。

2、注意仪器和人身安全。

2、浅地层剖面仪的使用
1）方法与步骤
1.绪言
浅地层剖面仪又称浅地层地震剖面仪、浅层剖面仪。

是一种走航式探测水下浅部地层结构和构造的地球物理方法。

其主要特点是探测记录海底浅地层组织结构，以垂直纵向剖面图形反映浅地层组织结构，而且具有良好的分辨率，能够高效率探测海域的海底浅地层组织结构。

现代浅地层剖面仪对水下地层的垂直分辨率可达0.1米，穿透深度，砂质海底可达10米，泥质海底可达一百多米。

该设备已成为浅剖地质探测必备装备。

浅地层剖面技术起源于21世纪六十年代初期。

七十年代以来，随着近海油气资源的大规模开发和各种近岸水上工程建设项目的不断增加，以及各种地质灾害地质现象的频繁发生和发现，这种海底探测设备的重要性越来越为人们认识。

2.海底浅地层剖面仪的应用领域
海底浅地层剖面仪主要应用于以下几个领域：
海底石油及矿物勘探；
海洋地质、地貌调查研究；
海洋工程勘察；
海底环境调查；
3.海底浅地层剖面仪基本原理
3.1深度测量
海底浅地层剖面仪工作方式与测深仪相似，工作频率较低，测深仪只能测量换能器到海底的水深，而浅地层剖面仪不仅能测量换能器到海底的水深，还能探测换能器垂直下方的海底一定深度，反映海底地层分层情况和各层地质的特征。

浅地层剖面仪的换能器按一定时间间隔垂直向下发射声脉冲，声脉冲穿过海水触及海底以后，部分声能反射返回换能器；另一部分声能继续向地层深层传播，同时回波陆续返回，声波传播的声能逐渐损失，直到声波能量损失耗尽为止。

测量地层厚度，实际是测量声波穿透地层传播的时间，如△T表示地层上下两个界面之间的时间差，即声波往返两次穿过该地层上下两个界面的时间，C表示该地层的声速，这样就可按下式算出该地层厚度：
W=1 2C△T
式中：W：地层厚度（m）
C：地层声速：（m/s）
△T：声波往返两次穿过地层的时间（s）
地层声速随着不同的沉积物存在不同的声速，几种常见沉积物声速如下表：
沉积物类型平均直径mm 组成% 沉积物密度
103kg/m3 孔隙度n% 纵波速度c m/s
砂粉砂粘土
粗砂0.530 100.0 2.03 38.6 1836 细砂0.153 88.1 6.3 7.1 1.98 43.9 1742 粉砂0.090 83.9 13.1 2.9 1.91 47.4 1711 粘土质粉砂0.006 6.1 59.2 34.8 1.43 75.0 1535 粘土0.0015 0.6 20.7 78.9 1.42 77.5 1491
海底沉积物声速更详细资料可查阅有关资料
3.2 海底分层测量
声波的海底反射能量大小由反射系数（R）决定，反射系数R为：
R=反射振幅与入射振幅的比值反射脉冲振幅=ρ2v2-ρ1v1 ρ2v2+ρ1v1 ρ1 V1，ρ2 V2分别表示一、二层介质的密度和声速，由式可知要得到强反射。

必须有
大的密度差和大的声速差，如相邻两层有一定的密度和声速差，其两层的相邻界面就会有较
强的声强，在剖面仪终端显示器上会反映灰度较强的剖面的界面线。

ρV称为声阻率，简单
地说，海底相邻两层存在一定声阻率量差，就能在剖面仪显示器上反映两相邻的界面线，并
能分别显示两层沉积物的性质图像特性差异。

4.海底浅层剖面仪的分辨率
海底浅地层分辨率可分为垂直分辨率和水平分辨率。

分辨率定义：两层面之间能分辨的最小间隔，即能分辨为两个界面的最小间距。

4.1 垂直分辨率
垂直分辨率与反射脉冲宽度相关，用下式表示：
垂直分辨率=1 2Cτ
式中：C：声速
τ：脉冲宽度
上式说明垂直分辨率的最小间隔为1 2Cτ，小于1 2Cτ就不能分辨。

这是由于脉冲的
前沿触及1界面后的反向返回的声波与脉冲后沿触及2界面后的反向返回的声波最小间隔为
1 2Cτ如果小于1 2Cτ，就不能分辨为两个界面。

实际地层的垂直分辨与多种因素有关，
如：地层介质对声波的反射、透射和散射能力有关，与地层厚度，声波波束角有关，与记录
和显示设备的分辨率有关。

因此，在实际探测过程中，应根据具体情况，综合实际因素分析
垂直分辨率。

以上所说分辨率与发射脉宽相关，就是说脉宽要窄，才能得到高分辨率。

但是发射功率与脉
宽也有相关，发射宽脉冲可得到较大的发射功率，发射窄脉冲只能降低发射功率。

发射功率
又与穿透沉积层厚度有关，发射功率大，声波穿透沉积层厚度大；发射功率小。

声波穿透沉
积层厚度小。

由以上所述可知，分辨率与穿透深度是矛盾的。

线性调频技术（chirp），较好的解决了分辨率与穿透深度的矛盾。

通过发射宽带，长时间的
调频脉冲，接收信号经过相关处理（匹配滤波），得到一个比发射脉宽的宽度窄很多的压缩
脉冲，压缩后的脉冲宽度与发射脉冲的宽度无关，这个压缩脉冲宽度等于调频带宽的倒数，
表达式为：
τP=1/Δf
式中：τP：处理后的脉冲宽度（s）
Δf：调频宽度
由上式可以理解，发射较宽的线性调频（chirp）脉冲，能够保证一定穿透深度，同时不会降低垂直分辨率。

4.2 水平分辨率
声波以球面波形式从声源向外传播，因此，对任何反射界面而言，声波覆盖的面积，随扩散时间的增加而增大。

声波触及反射界面后产生反向反射声波，剖面仪的检波器能够第一时间被接收的反射声波记录下来的有限园域，称为第一菲涅尔带，水平分辨率很大程度上取决于这个带的大小。

第一菲涅尔带对水平分辨率影响因素是这个带的半径大小，其半径R可由下式表示：
R=1 2v（t f）1 2
式中：t：到达反射体的时间（s）
V：声源与反射体之间介质的平均速度（m/s）
f: 声波信号的频率（Hz）
菲涅尔带是一个圆弧带，中心距这个带的边缘是1/4λ，R小，剖面声图能反映探测反射界面的小隆起和凹陷形态；R大，剖面声图不能反映出所探测反射界面的小隆起和小凹陷地貌形态。

5.影响海底浅地层剖面仪的环境因素
在海上应用声呐系统都要受到海上各种环境因素的影响。

因此，应用声呐系统在海上工作应该注意海上环境因素，只有正确使用声呐系统，才能获得良好的声图图象，才能得到正确的解释结果。

影响浅地层剖面仪的海上环境主要因素，有以下几方面：
地质条件：海底底质是砂、岩石、珊瑚礁和贝壳等类型，严重制约声波穿透深度。

汽水界面：汽水界面能将发射声能几乎全部反射，几乎无发射声波触及目标。

船尾的尾流区域：如果采用船尾拖曳换能器，应该使换能器避开船的尾流区，一般方法是使换能器入水深度加深，或者拖缆加长。

噪声：在系统的带宽范围内的外界声源信号都可能串入造成干扰信号图像，如：电噪声、水噪声、船只机械噪声、沿岸工程噪声等。

船只摆动：拖鱼设计为稳定的水平状态工作，船速和航向不稳定造成船只摇摆，使拖鱼不能保持平稳状态，造成图像不良。

海况：涌浪使船只摇摆，致使拖鱼不稳定。

6.剖面声图包含的图像类型
6.1 干扰图像
6.1.1 后辐射干扰：由于剖面仪开角较大及副瓣作用，有部分声波直接向水面辐射，导致海底直达声波和海面反射多路径的声波重叠显示的干扰图像。

在记录声图上海底界面会出现三条平行等间距（间距等于换能器入水深度）的界面线，易于被认为地层的界面线。

6.1.2 直达声波干扰：由于换能器基阵90度方向的灵敏度较大，发射换能器发射声波会有一部分向水平方向射出，该部分声波直接被接收换能器接收，形成直达波记录。

当收、发换能器间距之半小于测区水深时，直达波被反映在海底线之上端，呈现细而均匀的线条与零位线平行，可呈现多条平行线。

6.1.3 侧向发射干扰
由于发射换能器的较大波束角，当船驶近岸壁、巨轮、突起暗礁时会有反射面形成侧向反射干扰图像。

这种干扰图像视干扰物距离远近而会出现在海底之上或与海底界面线和地层图像
叠加。

其图像特征是前后不连续的一段或几段线段图像。

6.2 多次反射图像
6.3 地层界面线、地层层位图像
6.4 水体图像。

从发射线至海底之间的水体图像，有鱼群时可在水体图像中显示鱼群图像。

7．剖面声图层理特征
剖面声图的层理特征，是指剖面声图显示具有一定灰度的点状、块状和线状图形组成的图像，反映不同性质的海底地层图像的特征。

7.1 简单层理特征
7.1.1 平行简单层理特征，沉积层界面呈现平行特征，其层位图像也呈平行特征，表明沉积物平稳且较均匀一致的下沉积淀，显示了在低能量沉积环境中细粒沉积物。

7.1.2 发散简单层理特征，点状和线状图像由密集扩散成稀疏图像，表示沉积物沉积速率的区域变化。

7.2 复杂层理特征
7.2.1 复杂斜层理特征：由点状、块状和点线状图形组成的不平行倾斜状图形特征，通常表示河流及河流三角洲，近岸平原沉积物的沉积层图像特征。

7.2.2 S型复杂层理特征：由形成S型的线状或块状组成的图像特征，通常表示三角洲及浅海环境的沉积层图像特征，沉积物的粒度从细到相对粗的粒度。

7.2.3 杂乱层理特征：不连续、不整合的点状、线状图形组合的图像特征，表示相对高能量沉积环境，它有各种不同的沉积速率，沉积后基底瓦解、崩积后残积堆积。

7.3 无声反射带
无声反射带就是声图中不存在具有一定灰度的点装、块状和线状图形，而形成空白的或干扰图像。

产生无声反射带是由于该沉积物中有天然气或泥炭层。

2）图像及其分析
图像分析
根据浅地层剖面仪得到的剖面声图可以看出海底浅地层有最强反射，因此可以断定海底浅地层是砂质构造；还发生了二次反射，除此之外，水下十几米出游噪声干扰，可以不予考虑。

从整图看来，海底地层分层不是非常明显。

3）注意事项
1、使用浅地层剖面仪时当换能器入水后才能工作。

２、注意换能器的入水深度。

四、实习总结与体会
通过这次实习，我对多波束测深仪测深的原理和方法有了进一步的了解。

在测深之前，最重要的就是仪器的连接，有很多的连接线以及接口，很容易就连错了。

其次，我对多波束测深仪测量水深的过程和步骤也初步掌握了。

在实验中也有许多值得注意的地方，首先要注意仪器和人身安全，其次尽量使用不带指甲的手指进行触摸。

谨防刮伤触摸屏造成阻值异常导致无法正常操作。

除此之外，我对浅地层剖面仪也有了初步的了解，浅地层剖面仪的主要特点是探测记录海底浅地层组织结构，以垂直纵向剖面图形反映浅地层组织结构，而且具有良好的分辨率，能够高效率探测海域的海底浅地层组织结构。

地质条件、汽水界面、噪声、船只摆动、海况等环境因素都会影响浅地层剖面仪。

浅地层剖面仪得到的剖面声图包含的图像类型有干扰图像、多次反射图像、地层界面线、地层层位图像、水体图像。

同时得注意在使用浅地层剖面仪时当换能器入水后才能工作；注意换能器的入水深度。