海底探测技术重点

1、平均海平面：一段时间里水位高度观测结果平均值的平静的理想海面，为水深0米的基面。

大地水准面：与平均海水面相合的特殊重力等位面。可被想象成延伸至陆地且在任何地方皆与重力线方向垂直。

深度基准面：又称为高程基准面。是地面点高程或海底点水深的统一起算面，通常以大地水准面作为高程基准面。对于一个国家来说，一般根据一个验潮站的潮汐资料所求得的平均海水面作为国家高程基准面。我国是使用青岛验潮站多年潮汐资料推求的平均海水面，作为中国高程基准面。优点是：陆地——近岸，测绘基面统一，测绘图中。地形相对高差与真实地形一致。缺点是：实际水深受潮汐、风浪等因素的影响，图示水深仅能作为航船参考使用。

理论深度基准面：为适应航海的需要，用于海图的深度基准面，是当地的理论最低潮面，短周期平均海平面。比国家高程基准低约2.4米。缺点：不能真实地反映地形高差；无法与陆地地形衔接

85国家高程基准：根据青岛验潮站1952年－1979年（28年）间19年的潮汐资料推求的平均海水面，作为新的中国高程基准面。水准原点高程：72.260米

海洋地质调查：海洋地貌、海洋沉积和海底构造调查的统称

海洋调查技术分类：

海上定位、表层取样和柱状取样、海底钻探，

水下电视和摄影、深潜装置观测，

测深、旁侧声纳扫描、浅地层剖面测量，

海洋重磁测量、海洋地震电缆测量和海底地热流测量等

海洋调查平台的种类：调查船、AUV、ROV、浮标、潜标

地质调查（geological survey）

泛指一切以地质现象（岩石、地层、构造、矿产、水文地质、地貌等）为对象，以地质学及其相关科学为指导，以观察研究为基础的调查工作。

海底地质调查

底质取样技术：海底表层取样、海底浅表取样、海底钻探取样

原位测试技术：从获取的方式来看，包括重力测量、地热测量、放射性测量

海底监测技术

海底探测技术：重力测量、磁力测量、电法勘探、地震勘探（海底声学探测）、地热测量、放射性测量

地震勘探技术：利用机械波在介质中传播性质的变化（速度、方向、强度）探知介质结构和性质的方法

声波勘探技术：利用声波在介质中传播性质的变化（速度、方向、强度）探知介质结构和性质的方法

反射系数：反射波振幅与入射波振幅的比值，

R>0 －－－介质2的声阻抗>介质1的声阻抗

入射波与反射波的相位相同R<0 －－－介质2的声阻抗<介质1的声阻抗

入射波与反射波的相位相反声波的扩散反射：

2211

2211

Ar RAi

V V R

V V

ρρ

ρρ

=

-

=

+

介质的声阻抗：机械波在介质中传播时，运动着的介质质点产生单位速度所需的 扰动力，其反映了介质对动量传递的抵抗能力。

波的吸收现象：声波在传播过程中，震动能量转化为热能被介质吸收的现象。在同一均匀介质中传播的波，每一波长被吸收的能量为一常数。在相同地质条件下，频率越低的波波能被吸收的较少。

时距曲线：在反射波法中，反射波的传播时间t 与观测点到震源之间距离x （偏移距）的关系曲线。

时距方程： 122

1()4t x h x V =+h 表示介质的垂直厚度，x 表示接受器距离震源的水平距离

震源及类型及特点

震源：能发出探测所需信号的装置。

(1)、压电换能器：原理——根据某些矿物晶体（锆钛酸铝、陶瓷、石英等）具有压电效应 体积小——携带方便，便于组合；频率高——2kHz 以上、分辩率高；缺点：能量小，穿透小——几十焦耳，产生的声能较小探测地层的深度(一般30m 以浅）。解决方法：换能器组合——增大发射能量；降低发射频率——差频技术（参量阵）

（2）电磁脉冲震源：原理——电磁效应，具体是脉冲电流通过处于磁场中的线圈时，将使作为线圈负荷的金属板产生相对位移，从而引起周围介质产生振荡而成为震源。 特点

体积相对较小，但不易组合；产生的声波频率范围大——几百Hz －几千Hz ；能量小——最大几百焦耳，穿透深度100米以内。

（3）电火花震源：原理——高压放电，即利用高压电在水中放电，导致电极周围水体在极短时间里分解成气体，产生脉冲振动。

特点：体积小，便于组合；声波频率范围大——几十Hz －几十千Hz ；能量相对较大－可达几万焦耳，探测深度可达1000米；缺点——电极需经常更换

(4)气枪震源：原理——压缩空气（或其它气体）在水中瞬间释放，形成气泡，产生振动。 特点：体积大，可多枪组合；频率低——几十Hz －几百Hz ；能量大 ——由压缩气体的体积决定，探测深度可达10000米。

(5)、其它震源：水枪震源、蒸汽枪震源、组合枪震源、炸药等

单频：震源发射的声波频率范围极小近于单一频率，如3.5kHz ；

双频：震源发射的声波是由两个近于单一频率声波信号组成的，如3.5kHz 、12kHz ； 多频：震源发射的声波是由3个以上单频声波信号组成的，如3.5kHz 、12kHz 、33kHz ；

宽频：震源发射的声波是由一定频率范围的声波信号组成，如300Hz ～10kHz ，且每次发射频率范围，各频率声波占有比例都一样；

CHIRP ：震源发射的声波是由一定频率范围的声波信号组成，如3kHz ～14kHz ，且每次发射频率范围，各频率声波占有比例都是随机的，理论上每次所发射的声波信号都不相同样。

A 、每次脉冲都是随机振动频率组合,是唯一的

B 、每次脉冲的随机振动频率组合都暂存于计算机内存中作为样本

C 、接受到的反射波信号根据内存中的样本进行比对滤波等处理，分离开叠加的信号，从而将反射界面探测出来。

参量阵震源及特点：利用声波在介质中传播的非线性效应，使两个发射频率相近的压电换能器组合沿同一方向传播两个高频初始波，获得差频、和频等声波的声发射装置。 优点：①较传统震源具有较高的激发率；

②压电震源可产生小于3kHz 频率的声波，相对于其他同频率震源体积小、耗能低。 ③发射波束角小，具有较高的分辨率且较传统震源具有较深的穿透；

缺点：①当换能器发射声波在介质中传播时，在换能器的发射方向会产生一系列二次频率，如f1，f2，(f1+f2)，(f1-f2)，2f1，2f2的声波信号；

②能量转换效率低，（解决办法：制造更小的波束角）

③需要波束稳定技术支持——增加了外围设备、技术难度和成本较高

④只能船舶固定安装。

水听器：通过 振动传感器 将介质的质点振动（位移、加速度的变化）转化成电信号，输出的系统，称为检波器。在水中使用的检波器，由多个压电元件串连或串并结合连接。 信噪比及其降低：

S n N （S:有效信号的振幅,N:噪音的振幅，n 压电元件的个数）

记录仪：记录回波强度和时间的设备。记录规则：接收一直在接收，每激发一炮记录仪计时重新归零。记录内容：沿测线炮点的位置、在每一炮点上声波自发射至接收到反射波的时间、反射波的强度（灰度表示）

单波束测深仪：同时只能获得1个水底水深数据的声学测量设备。依据海底反射波的强度，即反射波振幅大小——称之为振幅检测

多波束系统：可同时探测水底多个位置不同点水深值的探测系统

横摇：

纵倾：

首偏：多波束换能器轴向与电罗经轴向的夹角。

侧扫声呐：通过向侧方发射声波来探知水体、海面、海底（包括上部地层）声学结构和介质性质的仪器设备。

浅地层剖面仪：探知介质垂向结构和性质的声学设备

地震层序：是沉积层序在地震剖面图上的反映。在地震剖面图上找出两个相邻的反映地层不整合接触的界面，则两个界面之间的地层叫做一个地震层序。

地震相：在一个地震层序中，具有相似地震特征参数的地质单元称为地震相。它是能反映由岩相因素（岩相组合和沉积特征）引起的反射几何特征和波形特征的总和。

2、设备的基本构成和工作程序

单波束：震源和接收（测深仪换能器）、记录仪（包括数字记录和模拟记录）

水深测量的工作程序（第五章ppt ）