海洋区域地质调查技术方法进展

胡荣 陶哲

江苏省有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院 南京市

210007

摘要:国家对海洋资源的重视使得近些年来我国在对海洋勘探方面的技术发展较快，其中海洋地质调查作为海洋勘探的一个重点范畴，其技术也有了很多重要的突破，在国际上也处于领先地位。但是不可否认的是，对于一些尖端技术，由于受到设备或者技术条件的限制，依然处于较低的发展水平。因此，要实现我国海洋开发的进一步提高，就必须积极对相关技术加强重视。从事海洋区域地质调查，要采用不同于陆地的技术手段、技术方法，大体上分为两大类：一是地质调查技术方法；二是地球物理调查技术方法。

关键词：海洋区域；地质调查；技术方法

海洋区域地质调查内容主要包括地形地貌、海底底质、海底浅层地质、地质构造、海洋环境和海底矿产资源评价等。海洋区域地质调查目的在于运用海洋调查新技术方法手段，系统地采集海洋地质基础数据，查明或基本查明测区地质特征及矿产资源分布，为国家提交基础地质图件和相应调查报告；为海洋经济建设与可持续发展提供区域性科学依据；为国土资源开发利用、管理规划及资源保护服务；对海洋新能源开发，海洋地质灾害预防，维护国家海洋权益等，都有重要的调查意义。

1 海洋区域地质探测技术

1.1 海洋地质表层取样技术

现阶段在进行海洋表层地质取样过程中采用的装备和方法较为多样。针对不同的习性地貌可以选择蚌式抓斗取样器、地质拖网以及箱式取样器等。采用的取样方法一般是传统的采集表层地质结构的方法。通过这些方法可以有效的对海底表层地质形貌存在的物种以及各种不同地质特征分布规律进行探查。近些年来各种海洋地质表层的取样技术不断进步，现阶段在很多情况下已经可以实现可视化取样，同时对取样器的控制能力以及动力系统都进行了一定的优化，使得取样效率和取样准确率都有了较大程度的提升。

1.2 柱状地质取样

柱状地质取样采用重力活塞取样器、大型重力活塞取样器、振动活塞取样器等方法取样，上述 3 种采样方式为传统活塞式取样，其目的为了解表层沉积物的类型、物理化学特征和分布规律等。传统的重力活塞受自重和下落高度的影响，取样长度一般较短，且重锤回收在舷边作业，危险性较高；马达动力、海流等因素影响限制了常规振动取样器的使用。因此，针对常规柱状取样器的局限性，新型触探杆触发的重力活塞取样器节省了安装与拆重锤等繁琐步骤，在生产以及安全操作上相比原先的重力活塞取样器具有很大优势。新型的液动冲击海底取样器具有取样速度快、取样质量高、取样深度大等优点，针对重点研究的目标层，能多次获取样品。

1.3 海底地质钻探

海底地质钻探主要采用海底浅层岩芯钻取机、液动海底冲击式勘探器、回转式海底取样器等方法来获得海底浅部地层岩芯。海底地质钻探目的在于了解沉积物类型、分布特征、地层厚度和沉积结构及沉积环境等。海底地质浅层钻探为海洋区域地质调查获取大量的实物样品信息，既是对地球物理手段揭示地层特征的验证，也是其补充。我国海底地质浅钻机于 2003 年研制成功，2004 年在“大洋一号”科考船上成功采集了大量海底沉积物样品。海底地质钻探技术发展趋势逐渐向自动化、数字化方向发展。相比于国外的海底定点取样技术，我国还未能实现该技术全部国产化。

2 海洋区域地球物理调查技术的研究进展分析

现阶段对海洋地球物理研究的主要目的是对海底的地质特征、地形地貌以及地貌分布情况等进行研究。通过这种方法可以实现对海洋中矿产资源的种类、分布以及储量等进行评估，为海洋开发提供有利依据。

2.1 海洋深度调查

海洋深度调查是实现对海底地貌调查的基础。通过对海水深度变化的调查可以有效的实现对海底地形地貌的勘探。现阶段对海洋深度的调查方法主要有单一声波测量和多束波测量。单一声波测量采用的时单一频率或双频率的声波探测仪，实际工作频率一般小于 200 赫兹，其监测的精度受到水深变化的影响较大。在一些地形较为复杂的区域会受到地貌影响。多束波测量同单—波束测量相比其优点是测量范围大，测量精度高，同时测量效率也较高。这种装备发出的声波一般在 400 赫兹的范围内变化，通过进行等角、等距离以及高密度测量，可以获得不同测量点的信息。现阶段在多束波的探测下，当前技术已经可以实现对整个海域的深度测量，对于一些深度较小的区域其精密度高达 1 厘米。但是由于当前海洋地质结构的分析模型和成图技术发展程度较低，因此在后续的发展中，实现高精度的水深测量技术是当前的研究热点。

2.2 水深测量

水深测量是了解水深变化和海底地形、地貌特征的主要技术手段。水深测量方法包括单波束测深与多波束测深。单波束根据频率可分为单频测深仪和双频测深仪，其主要工作频率约在10～200kHz 变化范围，测量精度受限于水深变化和相应的频率。我国1∶100 万海洋区域地质调查已实现单波束同步测深全覆盖。多波束测深较单波束测深具有测量范围大、高精度、高密度和高效率的特点。多波束测深主要工作频率在10～400kHz 范围内，测量方式分为等角、等距和高密度模式，不同测量方式下，获得的测深点数不同。多波束测深系统已实现全海域水深测量，其中浅水多波束系统测量精度达1cm 。水深测量技术的发展受限于传统结构模型、成图方法理念的落后以及波束角与水深变化等因素，因此，大力发展精密水深测量技术是未来海洋区域地质调查的必然趋势。

2.4 浅地层剖面测量

浅地层剖面测量是利用声波穿过不同的地层时存在界面反射特性来反映沉积物地质属性，对查明海底浅部地层结构、沉积环境、浅部潜在地质灾害因素等具有重要作用。前几年应用比较广泛的 SES 系列、SBP 系列，如 SES-96 参量阵浅地层剖面仪，主频 100kHz; 差 频 4kHz、5kHz、6kHz、8kHz、10kHz、12kHz； 工作范围 1 ～ 400m；穿透深度最大可达 50m；分辨率最高可达5cm。在“海洋地质九号”调查船设备测试中搭载的 ParasoundP70 全海深浅剖测量系统，其测量工作水深达 12000m；穿透深度达 200m；最高距离分辨率达 6cm。随着海洋地质调查工作的持续进行，对浅地层剖面测量的震源能量、发射频率、穿透深度及分辨率等技术要求也不断提高，未来浅地层剖面测量技术的发展趋势主要以参量阵技术和超宽频浅层剖面系统技术为发展目标，把高精度，低能耗作为研究方向。

2.3 海洋磁力测量

海洋磁力测量对研究地磁场及其变化、地质构造和海底矿产探测等具有重要意义。海洋磁力测量方式主要包括：海洋船载磁力测量、海洋航空磁力测量和海洋卫星磁力测量。就当前的技术测量精度而言，一般认为船载磁力测量最高，航空磁力测量次之，卫星磁力测量最低。海洋船载磁力测量仪器，如 Sea SPY 海洋磁力仪﹐具有高灵敏度﹐高精度﹐全方向探测等优点，可在全球工作﹐没有温度漂移，工作温度在一 45℃ ~60℃。近年来海洋船载磁力测量技术由传统的磁通门式传感器更新为绝光泵式传感器﹐该技术大幅度提高了传感器的灵敏度和精度﹐并且由单一探头升级为多探头同时工作，减小了测区内的测量误差，提高了测量数据质量 。航空磁力测量与国外的差距在于全轴梯度测量和三分量测量技术的成熟运用，并且国内对动态噪声的压制还未达到国际水平。

3结语：

随着我国海洋探测技术的快速发展，国外高精尖仪器的引进，以及相关技术人员的培养等，相信在不久的将来 , 在很大程度上能够实现近海海域动态监测和测量，在远洋的地质勘探中能够进行详细的地质科学研究。

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