国内外海底探测技术调查报告

国内外海底探测技术调查报告
摘要：海底探测对人类来说一直是一个巨大的挑战与机遇，从之前的单一的探测到如今的多元化多方法的高科技探测，都表明各国对海洋的重视，而对于海洋的探测汇集了各个领域最高的技术成果。

对于海底探测来讲：海底地形探测海底取样海底观测遥感技术是比较关键的几个方面，一般先进的海洋地质考察船就是一个综合的海底探测系统。

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引言：探索海底有着巨大的诱惑力，只有发展了海底探测技术，才能以此来从中获取我们能获得的利益。

人类对海底认识的每一次飞跃，都必然得到新技术和新方法的支持。

回声探测技术对于认识海底打开了新的一扇窗；海洋磁测技术，让人类终于识别出洋中脊两侧互为镜像的线性地磁异常带，为海地扩张找到了证据；深海钻探技术集现代石油钻探之大成，全面证实了板块学说，保证了地学革命的成功；采用深海钻探技术和长柱状岩芯新技术，揭示了海洋沉积物中包含的丰富古海洋环境信息，导致了新兴的交叉学科----古海洋学的形成，成为世纪之交地球科学中最有活力的领域，是“全球变化研究”的重要组成部分。

目前，海洋地质调查和技术手段主要有：利用人造卫星导航和全球定位系统（GPS），以及无线电导航系统来确定调查船或观测点在海上的位置；利用回声测深仪，多波束回声测深仪及旁测声纳测量水深和探测海底地形地貌；用拖网、抓斗、箱式采样器、自返式抓斗、柱状采样器和钻探等手段采取海底沉积物、岩石和锰结核等样品；用浅地层剖面仪测海底未固结浅地层的分布、厚度和结构特征。

用地震、重力、磁力及地热等地球物理办法，探测海底各种地球物理场特征、地质构造和矿产资源，有的还利用放射性探测技术探查海底砂矿。

1 海洋调查船
海洋科学调查船有着海上实验室，与海上调查平台等多种身份。

海洋调查船调查的主要内容有海面与高空气象、海洋水深与地貌、地球磁场、海流与潮汐、
海水物理性质与海底矿物资源（石油、天然气、矿藏等）、海水的化学成分、生物资源（水产品等）、海底地震等。

其中极地考察和大洋调查等活动，为世界各国科学家所瞩目。

大型海洋调查船可对全球海洋进行综合调查，有着出色的稳定平衡性能。

船上的机电设备、导航设备、通讯系统等十分先进，燃料及各种生活用品的装载量大，能够长时间坚持在海上进行调查研究。

同时，这类船还具有良的操纵性能和定位性能，能够适应多种海洋复杂环境的需要。

（日本深海探测调查船）（东方红2号调查船）
2 海底地形的探测
主要包括声学测深技术（回声测深、多波束测深、旁侧扫描声纳等技术）和卫星遥感测深技术、电磁测深等。

利用电磁、激光、遥感、声学原理，来测量海底深度。

在卫星遥感方面，我们国家已经取得了长足的进步
（1）多波束测深技术
多波束测深是水声技术、计算机技术、导航定位技术和数字化传感器技术等多种技术的高度集成。

其工作原理是通过声波发射与接收换能器阵进行声波广角度定向发射、接收，通过各种传感器（卫星定位系统、运动传感器、电罗经、声速剖面仪等）对各个波束测点的空间位置归算，从而获取在与航向垂直的条带式高密度水深数据。

多波束测深系统实质上是条带覆盖测深系统，他有N条同步波束，构成一个扇面。

目前国内尚未有商用化的国产系统，国外的产品场地主要有德国、美国、挪威、丹麦、英国等。

（多波束探测原理示意图）
（2）海底电磁探测技术
利用相关电磁探测仪器在海底采集海底自然电场数据，对海底大地构造与资源进行物理探测。

我国拥有世界领先水平的成果和海底电磁探测仪器。

（3）回声测深技术
回声测深（echo sounding）是根据超声波在均匀介质中将匀速直线传播和在不同介质界面上将产生反射的原理，选择对水的穿透能力最佳、频率在1500赫兹附近的超声波，垂直地向水底发射声信号，并记录从声波发射至信号由水底返回的时间间隔，通过模拟法或直接计算而确定水深的工作。

利用这一原理设计的回声测深仪在海洋水深测量和舰船航海中获得了广泛的应用。

应用同一原理设计的仪器还有多波束测深系统，它可以提高水深测量的效率。

20世纪20年代，德国“流星”号考察船在南大西洋首次使用回声
测深仪，才使海底地形测量成为可能。

（回声测深）
3海底探测
海地取样是用采样器具采集海底沉积物和岩石样品的工作。

是进行海洋研究工作的一种手段，用于采样的工具有拖网、抓斗、柱状取样器和海底浅钻等。

取样后，在船上及时对样品的物质成分、结构、构造及颜色进行初步观测和描述，进行湿度、可塑性、抗压强度等的简易试验，进行孔隙水抽取；并保留部分样品编号封存。

海底地质取样有多种取样工具可供使用，在常规调查中一般使用下列取样器：
1采泥器：用于采取海底表层沉积样品。

按其张口面积的大小分0.025平方米、0.1平方米和0.25平方米等不同规格。

2取样管：用于采取柱状（岩心）样品。

主要有重力取样管和活塞式取样管两种类型。

取心长度约数米至20米左右，与沉积物类型有关，通常在泥质沉积区取心较长，在砂质沉积区较硬的海底上取心较短。

3箱式取样器：用于采取不受扰动的沉积样品及其上覆底层海水,样品可用于沉积物结构构造分析，210Pb测年，沉积物与海水之间的地球化学交换以及锰结核的定量研究等。

4深海取样：1968～1983年实施的深海钻探计划，可在深海洋底钻穿数百米厚的沉积层达到玄武岩基底，少数钻孔钻进洋底达1000余米，从而获得了比较完整的深海岩心剖面。

近年来在深海钻探中进一步采用了液压活塞取心技术，可取得长200～300米的未扰动岩心，为大洋地层学和古海洋学研究提供了极有利条件。

此外,为了取得海底锰结核、岩块及贝壳等样品,常使用拖网技术。

（海底地质取样）
4海底观测系统
海底观测系统主要有以下几种工具与方式：
1自持式潜水器
即通常所谓的“软浅”，潜水员背负呼吸瓶下潜到50m范围内进行海底观察、采样、海底摄像等。

主要用于考察海底活动的地质体、海底陡崖等。

2深潜器
深潜器是指能在4000多米的深海海床上呆上几个小时的潜水器，包括常压载人深潜器（ADS）、无人遥控深潜器（ROV）和无人深潜器（AUV）。

目前世界上有5台可用的载人深潜器：日本的“深海6500”号、美国的“阿尔文”
号、法国的“鹦鹉螺”号、俄罗斯的“和平”号及“密斯特”号。

它们的最大深潜深度只有6500米。

我国拥有世界上最先进的载人深潜器蛟龙号
3海下实验室
最早的海下实验室是美国海军的“海底实验室Ⅱ号”，它在64m深度上实施得很成功。

美国夏威夷大学海下研究中心（NURC）建有一个夏威夷海下研究室（HURL），该中心的任务是研究太平洋有关生物、地质、矿产和环境的
研究课题。

可在1000m水下操作。

（中国南极海洋观测站）
5海底机器人探测技术
通过互联网进行远程操控机器人完成海底探测，并传回了大量宝贵的实时探测图像和数据。

德国、加拿大、日本在这方面处于世界领先水平。

（图为海底机器人作业）
6海底摄像技术
运用摄像技术与通讯技术，对海底进行实时摄像、监测。

7 观测浮标
浮标为直径10m的大型综合性观测浮标。

该浮标系统可以定点、长期连续的观测布放海域的气象、水文和水质参数等，所观测的数据通过CDMA、GPRS和“北斗卫星”等通信手段，按照预先设置发送时间间隔向陆基数据接收系统发送，接收系统可实时接收。

（东海海洋科学综合观测浮标）
5海洋遥感
主要是指海洋卫星的应用。

卫星技术在海洋开发中的应用十分广泛，但是应用于海洋地质学的遥感技术却相当有限。

当前广泛应用的是对海水温度、盐度、密度、叶绿素、海冰及海洋污染的监测；海洋表层环境因子的测报、渔情测报和灾难性海况监测等。

海洋遥感也将在地质灾害预测预报方面发挥重要作用，将成
为研究全球海洋变化的重要手段。

（遥感在海洋方面的应用）
8 我国海洋探测技术
我国海域面积约300万平方公里，有着丰富的海洋资源，为实现从海洋大国跨入海洋强国的目标，“863”计划在海洋技术领域分别设置了海洋监测技术、海洋生物技术和海洋探查与资源开发技术3个主题，以期为我国的海洋开发、海洋利用和海洋保护提供先进的技术和手段。

以具有90年代海洋勘测国际先进水平的“海域于形地貌与地质构造探测系统”的开发和研制为代表的多项选进的海洋控查与资源开发技术，为我国海洋资源的开发、利用、保护，维护海洋权益，捍卫国家主权提供了高精度的科学依据。

在“863”计划的推动下，我国沿海周边地区已经在全球海洋观测系统框架下，初步建立起了从航天、航空、海监船体监测体系，从整体上提高我国海洋环境观测监测和预测预报能力。

国家“863”计划及时增加并大力发展海洋领域的高技术，为我国走可持续发展道路起到了积极的示范作用。

参考文献
海洋遥感特征及其发展趋势作者：李四海刘百桥
机载SAR海洋环境探测方法研究作者：孔毅赵现斌
海洋地质学作者：杨子赓.。