几种探测方法在海洋地形测绘中的应用_林海文.pdf
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1、第 46 卷 第 6 期2023 年 6 月测绘与空间地理信息GEOMATICS SPATIAL INFOMATION TECHNOLOGYVol 46,No 6Jun,2023收稿日期:20220328作者简介:林海文(1987),男,广东汕头人,工程师,学士,主要从事工程测绘等方面的应用研究工作。几种探测方法在海洋地形测绘中的应用林海文1,蚁群川1,方杰2(1 广东省地质测绘院,广东 广州 510800;2 国家海洋局南海调查技术中心,广东 广州 510800)摘要:为准确掌握海上地形,需要对海洋地质地貌进行勘察测绘,水深测量和物探方法是海洋调查的主要方法。本文综合利用多波束水深测量、侧扫
2、声呐、浅地层剖面和单道地震 4 种探测方法,对海上地形进行勘察测绘,通过多波束水深测量获取测区三维地形图,通过侧扫声呐探测查明了海底地貌特征,通过浅地层剖面探测获得了地质构造分布。结果表明,综合利用多波束水深测量、侧扫声呐、浅地层剖面和单道地震四种探测方法,可有效地增强观测数据的互补性,提高成果资料的可靠性。研究内容为相关工程应用提供了参考。关键词:多波束水深测量;浅地层剖面探测;侧扫声呐探测;单道地震勘探;地形地貌中图分类号:P229 5文献标识码:A文章编号:16725867(2023)06018803Application of Several Detection Methods in
3、MarineTopographic MappingLIN Haiwen1,YI Qunchuan1,FANG Jie2(1 Guangdong Institute of Geological Surveying and Mapping,Guangzhou 510800,China;2 South China Sea Marine Survey and Technology Center,Guangzhou 510800,China)Abstract:In order to accurately grasp the marine topography,it is necessary to con
4、duct surveying and mapping of marine geology andlandforms Water depth measurement and geophysical prospecting methods are the main methods of marine survey In this paper,thefour detection methods of multibeam bathymetry,side scan sonar,shallow formation profile and singlechannel seismic are used tos
5、urvey and map the marine terrain 3D topographic map of the survey area was obtained through multibeam bathymetry,the subma-rine geomorphic features were identified through side scan sonar detection,and the geological structure distribution was obtainedthrough shallow formation profile detection The
6、results show that the comprehensive utilization of the four detection methods of multibeam bathymetry,side scan sonar,shallow formation profile and singlechannel seismic can effectively enhance the complementarityof observation data and improve the reliability of the results The research content pro
7、vides a reference for relevant engineering applica-tionsKey words:multibeam bathymetry;shallow formation profile detection;side scan sonar detection;singlechannel seismic survey;topography and geomorphology0引言随着海洋大开发战略的深入实施,对海上地形地貌的勘察测绘成为一项十分重要的基础性工作12。即通过物探技术、水深测量技术、地形测绘技术等手段35,准确获取被测绘区域的海洋地形地貌信息,为
8、海洋工程建设和海洋资源的利用和保护提供数据支撑。目前,用于海上地形勘察测绘的技术方法多样,如浅地层剖面探测、侧扫声呐探测、单道地震勘探、多波束水深测量等,不同探测方法采用的技术原理不同,应用目的不同,在海洋地形勘察测绘中如何综合应用各类探测方法的技术优势,全面地探测海洋地形地貌,是当前的研究热点68。本文在综合分析各类探测方法的基础上,以实际工程应用为例,分析了 4 种探测方法的技术特点、作业方法、探测内容以及勘测成果,充分展示了几种探测方法的技术特性和应用领域,为海洋地形勘测应用提供参考。1探测技术1 1多波束测深系统多波束测深系统是海洋调查活动中应用最广泛的探测技术之一。其工作原理是利用船
9、基等载体,通过发射换能器阵列向海底发射声波,通过接收换能器基阵对海底回波进行接收,形成对海底地形的照射,再由声速公式计算得到海底水深值,同时结合导航定位系统获得探测点时刻的位置坐标,最终确定海底的三维位置信息。多波束测深系统的接收阵可以同时接收成百上千个特定方向上的回波9,也就是说,一次测量就可以获得成百上千个位置的水深值,具有覆盖范围大、分辨率高、精度高、效率高等特点10。1 2侧扫声呐探测技术侧扫声呐工作原理是利用回声测深原理来探测海底地貌和水下物体,其根据海底表面物质背散射特征的差异来判断目标物的沉积属性或形态特征11。侧扫声呐通常安装在拖体上,其到海底面的距离是可以调节的,作业时向两侧
10、发送宽角度声波波束,可以覆盖海底大面积区域,通常单侧每个条带探测宽度可以达到数十米到数百米,然后接收海底返回的背散射数据对海底进行成像,能直观地提供海底形态的声成像。与多波束水深测量技术相比,侧扫声呐不能准确给出海底的深度,横向分辨率取决于声呐阵的水平角宽12。侧扫声呐适合做大面积测量,多波束水深探测适合于确定对象的精细测量。1 3浅地层剖面探测技术浅地层剖面探测主要应用了地层剖面探测技术。该技术是在回声测深技术的基础上发展起来的,其利用声波在水中和水下沉积物内传播和反射的特性来探测水底地层剖面。声波信号能够通过水体穿透床底后继续向底床更深层穿透,结合地质解释,可以探测到海底以下浅部地层的结构
11、和构造情况13。浅地层剖面探测是地层界面之间声波阻抗的反映,能够直观反映松散层结构特征。由于地层的密度和软硬程度不同,换能器接受的声波反射能力也不同,在浅剖探测图谱上可解译地层的分层情况,结合钻孔资料,可确定声学界面所对应的地质界面,从而划分出不同的地层。浅地层剖面探测在地层分辨率和地层穿透深度方面有较高的性能13,以声学剖面图形反映浅地层组织结构,能够经济高效地探测海底浅地层剖面结构和构造。相对于钻孔资料,浅剖资料具有横向连续性,可以弥补钻孔资料的不足,更能准确反映地层的发育特征。1 4单道地震勘探技术单道地震勘探技术工作原理是利用水声学技术,通过向海底发射不同频率的震源信号获得反射波,根据
12、波阻抗的差异即可定位各声学特征界面,最后再通过数据显示和处理系统输出为能够反映海底各地层声学特征的地震记录剖面。利用单道地震可以探测水下中浅部地层结构和构造14,获得反映海底地层结构的地震记录剖面,为海洋开发利用提供数据支撑。同时结合钻探、重力、磁力等资料,可以分析识别海底地质结构,判断潜在的地质灾害因素。2工程应用实例分析广东湛江某海域新建海上风力发电厂,用海面积在110 km2左右,距离陆地最近距离约 10 km,初步探测海域水深在 2040 m 范围。本次工程勘测内容主要为海域地貌调查、海底地层探测。结合已收集的前期地质资料、地球物理资料及相关工程经验,主要采用侧扫声呐、多波束水深测量、
13、浅地层剖面和单道地震等四种勘测手段进行综合勘测,为风电场规划设计提供翔实的基础支撑数据。首先对调查范围内进行全域的多波束水深测量水深测量和侧扫声呐扫测,以获得整个海域的地形地貌;针对海域地貌的调查,结合浅地层剖面探测和钻探取样成果对侧扫声呐探测资料进行解释,判读海底面状况、分析海底微地貌、识别和定位海底障碍物;最后采用单道地震探测,结合钻探资料并参考浅地层剖面资料对单道地震资料进行解释,获得海底以下不同深度范围内的地层变化情况,确定各层序的地质特征和工程特性;识别滑坡、塌陷、断层、侵蚀沟槽等不良地质现象,并确定其性质、形态、大小及分布范围。2 1多波束水深测量多波束测量使用 eson T50P
14、 型浅水多波束测深系统,多波束换能器固定安装于船左舷中间环境噪声较低且不容易产生气泡位置,罗经姿态传感器安装于船舱内平行于测量船轴线;GPS 天线尽量安装在靠近多波束换能器并且比较开阔的位置。在测区范围内选择地形起伏区域布设 4 条井字形校正测线进行校正。现场调查期间,每天进行早中晚 3 次声速剖面测量,供后续处理动态改正。多波束设备安装完成后,需要对多波束的探头安装姿态进行校正,根据多波束校正的标准程序进行各项指标的校正工作,把所有的姿态修正值输入到多波束系统中去。波束全覆盖测量中,测量船保持 5 km 船速匀速直线航行,测量的同时记录多波束数据采集班报表。本次测量检查线总长度达到全部测线长
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