海底探测技术调研报告书

海底探测技术调研报告

课程名称海洋地质概论

课程学期 12-13第1学期

课程教师广雪徐继尚马妍妍

学生专业 2010级信息与计算科学

学生文波

学生学号 150132010021

2012年 12月 02日

海底探测技术调研报告

文波 150132010021摘要：人类用科学方法进行海洋科学考察已有100余年的历史，而大规模、系统地对世界海洋进行考察则仅有30年左右。海底探测技术汇集了各科领域的最高技术成果，它包括了调查平台、海上定位、海底地形探测、地球物理探测、海底取样、海底观测、遥感技术等几大类。一艘先进的海洋地质考察船实际上是一个综合海底探测系统。本文主要总结现代海底探测技术以及其分类，国外海底探测技术的对比，并进行总结分析。

关键字：调查平台科学考察船海上定位海底地形探测地球物理探测海底取样海底观测遥感技术

0引言

探索海底对人类而言是如此神秘而又诱人，只有发展了海底探测技术，这种渴望才能变成现实。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。回声探测技术的应用导致对海底认识的第一次飞跃；用于反潜作战的磁力仪改装成的海洋磁力仪之后，发展了海洋磁测技术，终于识别出洋中脊两侧互为镜像的线性地磁异常带，为海地扩找到了证据，吹响了地质学革命的号角；集现代石油钻探之大成及海洋定位与船舶稳定性于一体的深海钻探技术，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 调查平台

包括科学考察船、HOV、AUV、ROV 等，这里主要介绍科考船。

海洋科学调查船担负着调查海洋、研究海洋的责任，是利用和开发海洋资源的先锋。它调查的主

要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，它的稳性和

适航性能好，能够经受住大风大浪的袭击。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，这类船还具有优良的操纵性能和定位性能，以适应各种海洋调查作业的需要。

建造专用科学调查船

始于1872年的英国

“挑战者”号，从

1872年起，历经4

年时间环绕航行，观

测资料包括洋流、水温、

天气、海水成分，发现

了4700多种海洋生物，

并首次从太平洋上捞

取了锰结核。我国的

东方红2号（中国海

洋大学）、科学3号；

日本的地球号，“浦岛

号”等，美国也拥有

数量众多的海洋科学调查船。（图为我国的东方红2号、科学3号科考船）

2 海上定位

准确的导航定位对于建立海底地形、沉积物正确的空间关系和准确的动图是必不可少的，目前，常用的方法有下面几种。

1）卫星导航定位系统

欧盟、中国参与合作的伽利略系统是现今为止最先进的当行定位系统，

美国的军民两用的GPS定位系统；俄罗斯

的全球导航卫星系统，中国的北斗2号卫

星系统后。其中，中国的技术较为领先。

在海洋考察方面，主要运用GPS定位系统，

整个GPS系统由空间卫星、地面监控和用

户接收设备三部分组成。船舶上安装GPS

导航定位仪接收GPS空间卫星（全球24颗卫星组成）的发送的信号，经过数据处理，将船舶位置显示出来。这种定位准确而且不受海域和气象条件的限制。

2）无线电导航系统

20世纪60年代以来，中国曾研制30多种导航定位系统，其中无线电导航定位系统占主要位置。到目前为止，以Argo和Maxiran为主的高精度系统基本能覆盖全国近岸350km的海域，精度可达5-10km。

3）海底声学脉冲及海洋雷达浮标定位系统

在远离陆基的小围海域，

可使用海底声学脉冲收发两

用机进行交叉定位；也可以

在浮标上放置雷达应答器，

相对于浮标进行走行定位，

这两种方法可精确的测量相

对位置，但必须有其他方法

确定测量区的的经纬度。（如电影《超级战舰》中在关闭GPS后，就是利用海洋雷达浮标来确定外星战舰的相对位置）

4）水下声学定位系统

包括长基线、短基线、超短基线、组合定位系统化，主要应用于大多海洋工程 ,如海洋油气开发、深海矿藏资源调查、海底光缆管线路由调查与维护等。

3海底地形探测方法

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。卫星

遥感测深技术方面：我

国起步晚，水平低。

1）回声测深技术

通过声脉的发射和接受之间的行程记录，在船航过程中，如果不间断地发声并接受回声，就可绘制出一条海底地形曲线。如果将大量等间距的海底地形曲线组合起来，通过计算处理就可以获得海底立体图像。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。

2）多波束测深技术

多波束测深(multibeam

echo sounder)是20世纪80

年代的高科技产物。多波束

测深仪由探头、处理机和工

作站三部分组成。探头向海

底发射数百束窄波波束，发

射波束与测线方向垂直呈扇

形分布。通过变换声波发射频率，是测量围可从数十米到数千米。利用多个波束声波探测海底深度，经计算机运算得到航迹两旁带状区域海底深度、海底地貌。目前国尚无商用化的国产系统；德国、美国、挪威、丹麦、英国较领先。

3）旁侧扫描声纳

20世纪60年代用于海底地形测量的重要手段。利用超声波在水中传播