国外水文物探技术的新进展概论
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新技术在地下水资源勘查中的应用摘要:本文对我国目前的水文水井勘探技术现状进行了分析,对优质高效勘探新技术进行了综述,特别是对最新的遥感技术、地球物理技术、航空电磁法技术、液动锤钻探技术等,并对这些技术的应用情况进行了归纳总结,同时分析展望了上述新技术在地下水勘查与开发中广阔的应用前景。
关键词:遥感技术;地理物理技术;航空物探法技术;液动锤钻探技术abstract: in this paper, the current situation of water well exploration technology in our country are analyzed, and the quality and efficient exploration new technologies were summarized, especially for the latest remote sensing technology, geophysical technology, aem technology, hydraulic hammer drilling technology and so on, and has carried on the induction summary to these, the application of the technology, at the same time analysis discussed the new techniques in groundwater exploration and development in the broad application prospect.key words: remote sensing technology; geophysical techniques; aerogeophysical technique; hydraulic hammer drilling technology.中图分类号:s273.4文献标识码:a文章编号:2095-2104(2013)地下水是水资源的重要组成部分,对人类社会经济发展具有重要意义。
工程与环境物探在国内外的发展工程与环境物探技术包括方法和仪器两方面。
方法是物探工作的基础,包括探测的基本原理、观测方式、资料处理方法及解释原理。
仪器是物探数据采集设备系统,包括发射、接收、模数转换、存储和处理等单元。
在工程与环境物探技术的发展中方法起主导作用,在很大程度上物探方法带动仪器的发展。
在这里从方法和仪器两个方面,回顾一下国内外工程与环境物探技术的发展现状。
在目前国内外的物探领域应用的地球物理技术从原理上分三类,即波动场方法、感应场方法和谐和场方法。
因对探测的可靠性和分辨率的要求高,所以目前工程与环境物探领域主要使用波动类方法,配合少量的感应场方法和谐和类方法。
波动类方法包括弹性波方法和电磁波方法。
波动类方法是以波的传播速度、时间、传播规律等信息作为探测基础的,确定目标的位置、大小、和性质。
目前的工程与环境物探中使用的波动类方法包括弹性波方法和电磁波方法,前者包括地震波、声波、超声波,后者主要指雷达波。
工程与环境物探领域习惯上将电磁波和电磁感应和静电场等方法归在一起,称为电磁方法。
近年来超声波技术进展很快,发展起相控阵超声成像和超声导波检测技术。
工程病害诊断技术要求分辨率高、可靠性好,常使用地震CT、声波CT、电磁波CT和高密度电法。
有些方法可以在不同用途中选用,没有明显的界限。
现分别进行评述。
1. 工程与环境物探中的弹性波方法及其发展现状弹性波方法是目前工程与环境物探技术的主体,包含地震波、声波和超声等方法。
它们之间没有本质差别,都是利用弹性波的传播规律进行探测,差异仅在于使用的振动频率、传播距离、分辨率不同。
频率低于200HZ的弹性波为地震波,200HZ和20KHZ之间的为声波,高于20KHZ的为超声波。
因此,在这里可以对三种波一并分析。
弹性波探测的理论基础是弹性波的传播规律,最基本的规律是反射、散射、折射定律。
弹性波有代表压缩变形的纵波和剪切变形的横波,两种波在遇到界面时要发生相互转换,在有自由界面存在的条件下产生表面波。
国内外海底探测技术调研报告摘要:21世纪是海洋开发和利用的时代。
各国均加大了对海洋的关注和投资,深海探测技术得到迅速发展。
空中的定位系统,海上的调查平台,各类探测仪器和设备领域取得一系列重大进展和新发现。
本文将主要从大众关注的定位系统、海洋调查船、测深技术、钻探技术、深潜技术阐述,并对比国内外的发展状况。
关键词:深海探测技术;定位系统;海洋调查船;钻探技术;测深技术;深潜技术1.海上定位系统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。
现今全球四大核心卫星导航系统分别是美国的GPS系统、欧洲的伽利略系统、俄罗斯的格洛纳斯系统以及中国的北斗导航系统。
美国的全球定位系统(Global Positioning System)简称GPS,是由美国陆海空三军于二十世纪七十年代联合研制的定位系统。
它由24颗卫星组成(图1),军民两用。
民用精度约为10米,军用精度为1米。
不论任何时间,任何地点,至少有 4 颗以上的卫星出现在我们的上空。
4颗卫星可以确定三维坐标,三颗卫星可以确定平面坐标。
俄罗斯的“格洛纳斯”系统,目前有24颗卫星正常工作,军民两用,组网时间比GPS 更早,由于苏联解体建设进度大大减慢。
如今精度在10米左右,“格洛纳斯”系统完成全部卫星的部署后,其卫星导航范围可覆盖整个地球表面和近地空间,定位精度将达到1.5米以内。
欧洲的“伽利略”系统,中国于2003年参与投资研制。
有30颗卫星组成,定位误差不超过1米,主要为民用。
预计将会于2014年开始运作,但由于欧盟内部分歧与资金问题,完工时间尚不能确定。
中国的“北斗”系统,是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS),是继美全球定位系统(GPS)和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。
由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成(图2)。
“北斗一号”精确度在10米之内,而“北斗二号”可以精确到“厘米”之内。
2011年12月27日起,开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。
近年来国外水文地质研究综述作者:高昀程彦培倪增石刘方珍白雄飞蒋凤峰来源:《南水北调与水利科技》2008年第06期摘要:水文地质学在资源、环境等问题中发挥着重要作用。
经过对近年来水文地质论文的统计与研究,介绍了国外水文地质的研究动态,论述了水文地质研究趋势。
水文地质学在很多方面都有所发展,现重点综述了水文地质学在地质学中地位和重要性,其中的新生长点有环境地质、区域水文地质学等。
并总结了以地下水资源评价和保护为目的的新技术和方法研究趋势。
关键词:水文地质;趋势;新学科生长点中图分类号:P337文献标识码:A文章编号:1672-1683(2008)06-0075-03Review of Overseas Studies on Hydrogeology in Recent YearsGAO Yun,CHENG Yan-pei,NI Zeng-shi,LIU Fang-zhen,BAI Xiong-fei,JIANG Feng-feng (Institute of Hydrogeology and Environmental Geology,Shijiazhuang 050061,China )Abstract: Hydrogeology plays a main role in solving many resource and environment problems.Through analyzing the different data from hydrogeology papers,this paper simply introduces main trends and important contents of hydrogeology researches all over the world,shows the status and importance of hydrogeology which have many growing points of new disciplines,for example the environmental geology,regional hydrogeology and so on.Many new ways and techniques for groundwater resources evaluation and protection have been summarized.Key words: hydrogeology;trend;growing points of new disciplines1 水文地质的产生及其重要性水文地质学是一门年轻的学科,它是基于地下水在地质单元内运移时所发生的物理和化学变化而发展起来的,水文地质学是研究地下水的数量和质量随空间和时间变化的规律,以及合理利用地下水或防治其危害的学科[1]。
水文地质专业的现状与发展方向【摘要】我国的水文地质专业是在建国初期逐步建立发展起来的。
70年代以来,吸收了欧美国家的一些新理论、新技术,业务领域不断拓展,技术和理论水平明显提高,为国家建设和城市发展做出了重大贡献。
但是,在当前社会主义市场经济大潮的冲击下,专业的发展正面临严重困难和挑战。
本文介绍了我国目前水文地质专业市场与技术发展的现状,并根据国内外水文地质的发展趋势,提出了发展方向,同时对科技人员的思想方法和技术准备工作也提出了认识和看法。
【关键词】水文;地质;专业市;场现状;趋势我国人民在四千年前的龙山文化时期就已经凿井开发利用地下水了,但直到建国前,从事水文地质工作的人员极少,也没有什么设备,只能零星地进行一些地下水调查工作。
建国40多年来,水文地质事业得到了较大发展。
由于对地下水资源的大量开发利用,又缺乏合理规划,某些地区过量开采地下水,已造成地下水位大幅度下降,出现了水源枯竭、水井报废、地面沉陷等危害。
同时,由于工业“三废”的不合理排放,加之农田施用化肥、农药等因素,地下水已遭受到不同程度的污染,使原已不足的水源更加紧张。
如何做到合理规划、开采、评价地下水资源,已成为近几年来水文地质研究的重要课题。
1 水文地质研究现状1.1 地下水资源的基本概念地质部门把地下水资源分为天然资源和开采资源。
前者是指天然条件下地下水各项补给量的总和或排泄量的总和;后者是指除上述天然补给量外,还包括在一定的开采技术条件下,扩大的一部分补给量。
1.2 水文地质市场的现状建国前,水文地质工作基本上属于空白,新中国成立以后,为适应大规模基本建设的需要,各部门、各行业纷纷建立了不同规模的水文地质勘探队伍,当时主要面临的是区域性水文地质普查和为工矿、企业、城市寻找供水水源的任务,因而队伍规模还不算很大,甚至为加快普查进程,国家还专门成立了基建工程兵水文地质部队。
能源、交通等由于是国家目前的重点投资行业,水文地质市场很大,该行业内的水文地质队伍境况较好,专业处于黄金时期。
物探技术现状与发展方向摘要:当今,地球物理勘探技术呈现出新趋势,在经济建设、资源勘探、环境保护、交通运输等方面发挥着越来越重要的作用。
中国已成为世界上重要的石油、天然气生产国,拥有丰富的资源。
本文主要针对国内物探技术现状和未来发展方向展开研究,以期为我国物探技术在多种领域的应用提供一些参考。
关键词:物探技术;现状;发展方向引言我国是石油、天然气生产大国和消费国,在这一领域也有举足轻重的地位。
与石油、天然气等石油和天然气资源不同,地球物理勘探技术相对于其他勘探技术而言还处于初级阶段。
而地球物理勘探技术作为一种勘探技术手段,已经从初级走向高级阶段,并且正在朝着“高精度、高性能”的方向发展。
一、我国地球物理勘探技术现状(一)物理勘探技术我国的物理勘探技术主要包括地震勘测及反演技术、地球物理测量技术和地球物理探矿技术等[1]。
在地震勘探中,使用最广泛的地球物理探测技术是电磁勘探技术。
地震勘探主要包括地震探测、震源控制等技术。
根据地震波形可分为电法(以电阻率为例)、磁法(BT)等两种方法。
电法勘探技术是用电磁波在地下传播,实现探井勘探井开发目标的地球物理技术[2]。
它包括电磁勘探和地震勘探技术。
电磁勘探是将地球电信号通过电磁波传播介质进行采集的勘探技术,它具有很强的探测能力;如可以实现实时勘测目标地质现象。
其可以通过对地质现象进行分析与解释,得到矿产资源分布状况及分布信息,进而为地质勘探活动提供依据。
因此,地震勘探具有无电磁干扰强、高速度成像、高分辨率、地质剖面、成像技术等优势[3]。
(二)国内地震仪制造技术与国外相比,我国地震仪的制造技术与水平还存在较大差距,能基本满足国内地震勘探现场需要。
其中,震源测控、数据处理与可视化软件系统等部分产品已达到国际先进水平。
目前,国内仪器制造厂家对地震仪的研制和生产都较为重视,并且对相关技术有所发展。
如地震仪在研制中涉及四个阶段,即从传感器到计算机的设计研发阶段;从仪器的生产制造到产品检测、试验研究;从检测数据再到软件开发阶段;对其关键部位进行检测监测。
水文监测技术的创新与发展趋势分析水是生命之源,也是人类社会发展不可或缺的重要资源。
而水文监测作为获取水文信息、掌握水情变化的重要手段,对于水资源的合理开发利用、水灾害的有效防治以及生态环境的保护都具有极其重要的意义。
随着科学技术的不断进步,水文监测技术也在不断创新和发展,为我们更好地了解和管理水资源提供了有力的支持。
一、传统水文监测技术及其局限性在过去,传统的水文监测主要依赖于人工观测和简单的仪器测量。
例如,通过雨量筒测量降雨量、使用流速仪测量河流流速、利用水位尺观测水位等。
这些方法虽然在一定时期内发挥了重要作用,但也存在着明显的局限性。
首先,人工观测的方式不仅效率低下,而且容易受到观测人员经验、环境条件等因素的影响,导致数据的准确性和可靠性存在一定的偏差。
其次,传统仪器的测量精度和频率往往有限,难以满足对水文信息实时、精确监测的需求。
此外,传统监测手段覆盖的范围相对较小,对于一些偏远地区或复杂的水文环境,监测难度较大。
二、水文监测技术的创新(一)传感器技术的应用随着传感器技术的不断发展,各种高精度、高灵敏度的水文传感器应运而生。
例如,压力式水位传感器能够实时、准确地测量水位的变化;声学多普勒流速仪可以更精确地测量水流速度和流量;翻斗式雨量传感器能够自动记录降雨量,大大提高了数据采集的效率和精度。
(二)卫星遥感技术卫星遥感技术的出现为水文监测带来了新的突破。
通过卫星搭载的各种传感器,可以获取大范围的地表水体信息,包括水域面积、水位变化、土壤湿度等。
同时,遥感技术还能够监测冰川、积雪的变化,为水资源的评估和预测提供重要的数据支持。
(三)无线通信技术无线通信技术的发展使得水文数据的传输更加便捷和高效。
GPRS、CDMA 等无线通信方式能够实现水文监测数据的实时传输,使监测人员能够及时掌握水情变化,做出快速响应。
(四)自动化监测系统自动化监测系统将传感器、数据采集设备、通信设备和计算机技术集成在一起,实现了水文监测的自动化和智能化。
水文现代化与水文新技术的发展现状与趋势概述说明1. 引言1.1 概述随着科技的进步和社会经济的发展,水文现代化已成为当今社会发展的重要任务之一。
水文现代化是指利用现代科技手段和新技术来改善对水资源的监测、预报、管理和保护能力,以实现对水资源合理利用和可持续发展的目标。
因此,了解水文现代化与新技术在水文领域中的发展现状及趋势是非常必要的。
本文旨在探讨当前水文现代化面临的背景和挑战,并介绍了涉及远程感知技术、大数据与人工智能、无人机等方面的最新水文新技术应用领域。
同时,还将分析这些新技术在未来几年内可能出现的发展趋势,并对区域尺度气象与水文耦合模型、新一代水量遥感技术以及数据共享与协同平台构建方向进行展望。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行讨论和阐述。
除了引言部分外,第二部分将重点探讨水文现代化背景和意义,其中包括对水文现代化概念的定义、水文现代化对社会经济发展的作用以及水文现代化面临的关键问题和挑战。
第三部分将介绍目前水文领域中新技术的发展现状和应用领域,包括远程感知技术在水文监测中的应用、大数据与人工智能在水文预报中的应用以及无人机技术在水资源管理中的应用。
第四部分将展望未来水文新技术的发展趋势,具体涉及区域尺度气象与水文耦合模型发展趋势、新一代水量遥感技术发展前景以及数据共享与协同平台构建方向。
最后,第五部分对全文进行总结,并提出进一步拓展研究方向。
1.3 目的本文旨在全面了解当前水文现代化背景下新技术的发展现状和应用领域,并通过对未来几年内这些新技术可能出现的趋势进行分析,为科学家、政策制定者和工程师提供参考,使其能更好地利用和推广这些新技术以实现对水资源更有效地管理和保护。
通过本次研究,我们可以深入了解水文现代化与新技术的关系,为未来水文领域的发展奠定基础。
在全球气候变化和水资源短缺的背景下,本文将有助于推动水利行业实现可持续发展,并促进人类社会的繁荣和进步。
2. 水文现代化的背景和意义:2.1 水文现代化的定义和概念:水文现代化是指利用先进的技术手段和管理方法,对水资源进行科学的监测、预报、评估和管理,以实现水资源合理利用与可持续发展。
水下电场探测国内外研究概况和发展趋势分析摘要:本文介绍了水下电场探测的概念和内涵。
论述了国内外研究概况、水平和发展趋势。
对水下电场探测的国内外研究差距进行了比较分析。
关键词:水下目标物;电场探测;水下电场;研究水平;发展趋势0引言海洋环境复杂而多变,海水流动迁移、生物运动、地球磁场的变化、船舶及海底金属矿体的氧化还原反应等因素均能在海洋环境中产生电场。
一般水面舰船或者水下航行器主要采用金属材质制成,由于金属表面受到海水电解质的作用形成原电池腐蚀,使得金属和海水电解质之间存在电位差。
现代舰船和水下航行体为防止水下部分被腐蚀,大都采用外加电流保护法和牺牲阳极保护法,其目的是使整个船体或者航行器都变成为阴极,这就使得舰船或水下航行器周围存在电势差和电场。
另一方面,在舰船和水下航行器的推进轴系部分,因为由不同材料组成,在推进轴高速度旋转时,会产生低频的电磁场幅射。
不同的舰船和水下航行器形成的电场存在不同,因此可将舰船和水下航行器电场作为目标识别的重要参数。
目前声场、磁场、水压场相关技术已经趋于成熟,但或多或少存在缺陷,美国、苏联、加拿大等国家在水下电场测量、目标识别上已经开展了大量卓有成效的工作,而我国在水下电场测量方面还趋于空白。
我国海域辽阔,海洋资源是人类急待开发的宝贵资源。
目前国际形势严峻,我国的海洋防御能力急需加强。
传统的水下声场、磁场、水压场技术已逐渐走向成熟,但是还是存在或多或少的缺陷。
水上舰船、水中潜艇、水下航行器均会产生电场,水下电场在水中目标识别、水下航行器导航方面有重要应用。
1国外研究概况、水平和发展趋势在各国对海洋电场探测的情况下,一系列海洋电场传感器如雨后春笋般出现。
美国海军研究生学院20世纪70年代的一篇国防报告中曾针对海洋电场探测传感器研究了不同材料在海水中的直流电阻、低频(0.1Hz~1.0 Hz)阻抗和信号接收阻抗,选择了银、铝、碳纤维、铜、铂、钛、锌、钨、铅、锡、镍、不锈钢、铂/铂黑电极和银/氯化银电极进行实验测试,并结合电极的工作面积、腐蚀和极化情况来分析测量结果,结果表明银/氯化银电极、铂/铂黑电极和碳纤维电极的耐蚀性能好、接收阻抗低,较其它材料更适合作为海洋电场探测电极,其粗糙多孔的表面状态可以增大电极有效工作面积,从而降低电极的信号接收阻抗。
国外水下导航技术发展现状及趋势水下导航技术是一项非常重要的技术,已经广泛应用于海洋资源勘探、海洋环境监测、水下管道检测等领域。
在当今社会中,随着科技的不断发展,水下导航技术也在不断进步和发展。
本文将对国外的水下导航技术发展现状及趋势进行探讨。
一、水下导航技术发展现状1.传统水下导航技术传统的水下导航技术主要包括声纳导航、磁导航和加速度计导航。
声纳导航技术是一种通过利用声波在水中的传播来确定目标位置的技术,精度较高。
磁导航技术则是利用地球磁场的变化来确定目标位置,但在实际应用中受到了周围环境的干扰,导致其准确度较低。
加速度计导航技术则是利用加速度计来测量目标所受的加速度和角速度,计算出目标的位置和速度。
2.激光测距导航技术激光测距导航技术是一种新兴的技术,它利用激光线扫描水下物体来获取其三维坐标。
相比传统的水下导航技术,激光测距导航技术具有更高的精度和分辨率,但是其受到环境因素的影响较大。
3.惯性导航技术惯性导航技术是通过测量物体的加速度和角速度,计算物体的位置和速度。
惯性导航技术具有精度高、靠谱等特点,但是安装复杂,成本高昂,一般应用于高要求的领域。
二、水下导航技术发展趋势1.深海水下导航技术的发展随着深海工程的不断发展,深海水下导航技术得到了广泛的应用和发展,同时也面临一些挑战。
传统的水下导航技术在深海环境下受到水压、温度等因素的影响,导致其准确性有所下降。
因此,深海水下导航技术的发展趋势是发展能够适应深海环境的新型水下导航技术,例如光学导航技术、惯性导航技术等。
2.智能水下导航技术的发展智能水下导航技术是近年来水下导航技术的一个发展趋势。
它主要指通过应用深度学习、人工智能等技术来实现水下目标的自主导航和定位,减少了人类干预,大大提高了水下导航的效率和准确性。
3.多传感器水下导航技术的发展多传感器水下导航技术使用多个不同类型的传感器,如声学、激光、磁力计等,同时对目标进行检测和定位,将其结果进行融合,最终得到更加准确的水下导航位置。
采空区及积水范围探测方法的研究现状及趋势一、采空区及积水范围探测方法的研究现状采空区及其积水情况的探测,目前国内外主要是以采矿情况调查、工程钻探、地球物理勘探为主,辅以变形观测、水文试验等。
其中,美国等西方发达国家以物探方法为主,而我国目前以钻探为主,物探为辅。
在美国,采空区等地下空洞探测技术全面,电法、电磁法、微重力法、地震法等都有很高的水平。
其中,高密度电阻率法、高分辨率地震勘探技术尤为突出,且近年来在地震CT技术方面也发展迅速。
日本的工程物探技术在国外同行业中处于领先地位,应用最广泛的是地震波法,此外,电法、电磁法及地球物理测井等方法也应用得比较多,特别是日本VIC公司80年代开发研制的“GR-810”型佐藤式全自动地下勘察机,在采空区、岩溶等空洞探测中效果良好,且后续推出的一系列产品都处于国际领先水平。
欧洲等国家工程物探技术也较全面,在采空区的探测上,俄罗斯多采用电法、瞬变电磁法、地震反射波法、井间电磁波透射、射气测量技术等,英、法等国家以地质雷达方法应用较好,微重力法、浅层地震法也有使用。
国内近年来在利用地球物理勘探技术查明地下采空区及其积水情况方面作了大量的工作,采空区及其积水情况的探测成了工程地球物理的热点和难点问题,引起了地球物理学者的广泛关注,投入了各种各样的方法和技术,在各种物探方法中,根据其所研究地球物理场的不同,通常可分为以下几大类:①以地下介质密度差异为基础,研究重力场变化的方法称为重力勘探;②以介质磁性差异为基础,研究地磁场变化规律的方法称为磁法勘探;③以介质电性差异为基础,研究天然或人工电场(或电磁场)的变化规律的方法称为电法勘探(或电磁法勘探);④以介质弹性差异为基础,研究波场变化规律的方法称为地震勘探;⑤以介质放射性差异为基础,研究辐射场变化特征的方法称为放射性勘探;⑥以地下热能分布和介质导热性为基础,研究地温场变化的方法称为地热测量等。
1、重力勘探方法重力勘探方法是利用地下地质体质量亏损或盈余,在地表观测他们引起的重力异常,从而确定地下地质体的分布、大小、边界等。
海底观测网的研究进展与发展趋势中国网/中国发展门户网讯传统的海洋观测主要是以调查船、潜浮标为主的海基观测或以卫星遥感、航空观测为基础的天基观测。
由于海洋环境的复杂性和独特性,已有海洋观测数据存在的短暂、不连续等问题一直制约着海洋科学的发展。
源自冷战时期美国海军水声监视系统的海底观测网是人类建立的第三种海洋科学观测平台。
在现代传感器、水下机器人、海底光纤电缆、物联网、大数据等新型技术的推动下,海底观测网融合物理海洋、海洋化学、海洋地球物理、海洋生态等学科,解决深海、极端环境下高分辨率和实时获取海洋观测数据的技术难题,可以深入到海洋内部观测和认识海洋,实现从海底到海面全天候、长期、连续、综合、实时、原位观测。
美国、日本、加拿大以及欧洲各国的著名海洋研究机构一直引领海洋科学与技术的发展,凭借在海洋观测领域的先发优势,纷纷投入巨资开展海底观测网络关键技术研究,建设海底观测网络。
我国在“十一五”“十二五”期间,陆续开展海底观测网试验节点关键技术的攻关,以及海底观测网试验系统的研究和建设工作(表1)。
鉴于当前海洋科技发展,在国务院2013 年出台的《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012—2030 年)》中指出,将优先安排包括海底科学观测网在内的 16 项重大科技基础设施建设,为资源与能源开发、环境监测和灾害预警预报、国家海洋安全等研究提供支撑。
海底观测网系统建设现状美国海底观测网美国国家科学基金会在 2016 年宣布,历时 10 年、耗资 3.86 亿美元的“海洋观测网”(OOI)计划正式启动运行。
OOI 是一个长期的科学观测系统,由区域网(RSN)、近岸网(CSN)和全球网(GSN)三大部分构成(图1)。
850 个观测仪器分布式布放在大西洋和太平洋的观测系统中,包括 1 个由 880 km 海缆连接 7 个海底主节点(每个节点可提供 8 kW 能量和 10 Gb 带宽双向通讯)的区域观测系统、2 个近岸观测阵列以及4个全球观测阵列(由锚系、深海实验平台和移动观测平台构成)。
海洋物探技术在水下考古中的应用综述作者:***来源:《文物鉴定与鉴赏》2021年第16期摘要:海洋物探技術在水下考古中的应用,是指以声呐、磁力仪、潜水器等为代表的先进设备与技术在水下考古调查和发掘过程中的发展与综合应用。
在山东威海湾定远舰遗址水下考古调查过程中,海洋物探技术得到了充分应用。
在大幅度降低遗址发现与定位的难度、提高工作速度方面,物探技术发挥了不可替代的重要作用。
物探调查与人工潜水调查相结合,使水下考古在效率、准确度、安全性等多个方面实现了最佳匹配,可以说是目前水下考古物探调查的最佳实施方案。
充分发挥海洋物探技术的“助力”作用,对于我国水下考古事业的发展而言大有裨益,具有十分重要的现实意义。
关键词:物探技术;水下考古;定远舰遗址19世纪末,清政府于内忧外患之际,于1888年建立了中国第一支近代意义上的海军舰队—北洋海军。
这支舰队成军时,综合实力居亚洲之首。
其旗舰“定远”号(图1)购自德国,是一艘采用钢铁装甲和蒸汽动力的一等铁甲舰,排水量达7430吨,在当时堪称“亚洲第一巨舰”。
1894年,中日甲午战争爆发。
黄海海战中,北洋舰队遭受重创。
翌年,北洋舰队全军覆没于威海卫,包括旗舰“定远”在内的数艘北洋海军舰船折戟沉沙于威海湾内。
这些沉舰在战后遭到日方成系统破拆,仅剩部分舰体残骸。
这些舰船的遗骸已成为珍贵的历史文化遗产,采用海洋物探技术探明这些舰船的遗存情况,有针对性地开展水下考古与保护工作,具有重要的历史意义和现实意义。
1 海洋物探技术与设备简介海洋物探技术在水下考古中的应用,本质上是部分地球物理勘探技术在现代水下考古中的应用。
海洋环境的复杂性和危险性,使水下考古调查工作在很大程度上要依靠水下物探技术和相关设备才能完成。
其典型技术与应用主要有三类(图2)。
1.1 磁法探测通过测定地球磁场强度的地域变化,探测水下铁磁体,如铁壳沉船等能够引起地磁场强度变化的物体。
磁力仪作为磁法探测的代表性设备,是开展水下考古调查重要设备之一,主要用于铁磁体的探测。
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。
关键字:调查平台科学考察船海底地形探测海底取样海底测量引言: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。
国外水文物探技术的新进展总体上来说,水文物探技术基本上是从石油物探移植的,但是一般需要针对浅层的特点在技术上作一些必要的改进。
由于物探技术能提供多种描述地质材料的物理参数并具有速度快、成本低和不破坏地质环境的优点,在水文勘查的历史上已经得到了广泛的应用。
近年来,水文物探取得的主要进步有以下两个方面,一是开发成功核磁共振找水仪器和技术并在世界范围内取得较好的应用效果,它标志着物探技术已开始从间接找水向直接找水过渡,是一次技术上的飞跃;二是物探技术的应用已从单一的找水、定井扩大到为地下水管理提供资料。
在试验和应用研究中,逐步形成了一批新的技术方法系列。
水文物探技术和应用的范围较广,长期以来国内刊物(或书籍)已对国外有关的发展做过一些介绍。
为避免重复,本文介绍的重点将置于1999年后地震、电法、探地雷达发展的某些主要方面。
一地震勘探技术地震方法是目前我国用于水文地质调查的主要物探方法。
它通过研究人工激发和接收的地震波的运动学和动力学特征来调查地质问题。
地震勘探的方法有近十种,以下仅对主要的方法—反射地震、折射地震、垂直地震剖面、三维地震予以介绍。
(一)反射地震目前,反射地震是浅层勘查中得到最多应用的地震方法。
虽然80年代它才在水工环地质调查中得到应用,但是在90年代初却已经形成比较完整的浅层反射地震技术系列。
1 资料采集技术的改进(1)地震共中心点迭加(CMP)的野外资料采集中,需要大量的劳力埋置检波器。
为了提高效率,降低成本,国外研究出了一种陆地检波器拖缆,使用万向接头,可以自动确定方向。
在瑞士两个试验场地的应用成果说明,该设备在技术上解决了检波器与大地间的藕合问题,只二、三人作业,即可完成过去10余人的工作,并且能取得与原来一样好的效果。
(2)九分量地震数据地震行业正在考虑应该记录多少数据分量才能以最低的价格提供岩石/流体信息。
为了取得地下目标的最佳图像,必须首先把地震波分离成几个分量,以便使P波、Sv 和Sh波三种图像中的任何一个,尽量少受其它两个波形的影响。
可以根据P、Sh和Sv 波速度的差异分离波场;但是,利用P、Sh和Sv波质点位移矢量的差别分离波场更有效。
将后一种分离波场的方法称做为“地震矢量波场成像”。
P、Sh或Sv波的质点位移形成一个正交坐标系。
多分量地震成像要求必须使用正交三分量检波器记录,以便识别出P、Sh和Sv质点的移动。
在陆上的地震工作中,多分量地震成像可以利用能相继产生三种波场的三个定向矢量震源。
各种震源产生的波场均包含了P波、Sh波和Sv波分量。
但是,垂直震源产生的P波分量最强,而其它两种水平震源产生的极化横波分量最强。
若在野外用三分量检波器分别记录下三种波场,结果就能得到九分量(9C)地震数据。
每个质点位移矢量(P、Sh和Sv波)都以不同方式反映了岩石的性质,因此也就提供了有关岩石系统、孔隙流体和地下目标的不同信息。
通过进一步开发P、Sh和Sv 波的成像技术,就可以得到有关地下地质、地层关系、岩性分布和孔隙流体性质的更多信息。
2资料处理技术研究(1)地震偏移技术地震偏移技术是地震资料处理的一种重要技术,它的提出和应用已经有二十多年的历史。
早期的主要偏移方法有基尔霍夫偏移、F—K偏移和有限差分法偏移。
时至今日,以提高空间正确归位为目标的地震偏移技术已经取得了长足的发展。
作为提高空间分辨能力的主要手段,就要采用特定的方法实现反射界面正确的空间归位,即是要实现地震剖面上同相轴与实际反射面在位置、长度和倾角等方面的一致性。
实现这一目标的技术关键是要确保能够实现地震记录上的共反射点道集记录的同相迭加(当然首先要求取得合理偏移速度)。
目前,通常将偏移看作逆传播过程。
按维数有二维偏移和三维偏移;按偏移与迭加的次序有迭前偏移和迭后偏移;按对速度的适应能力有时间偏移和深度偏移;按算法有积分法、有限差分法、频率波数域法等。
上述各项的不同组合有二维迭前深度偏移和三维迭后时间偏移等。
根据不同的地质条件,选择适当的偏移方法能取得较好的效果。
一般来说,简单地层情况应选用迭后时间偏移;上覆地层横向速度变化大,应选择深度偏移;出现倾斜同相轴交叉及与复杂表层构造有关的非双曲线时距曲线同相轴,应选择迭前偏移;二维偏移不能消除明显的空间效应,应利用三维偏移。
(2)地震资料处理技术的发展六十年代地震技术的重大突破,在于与采用共中心点(CMP)方法有关的多次覆盖反射剖面在反射成像和反演方面取得的成功。
该技术的目标是从相关和非相关(多次波)干扰最小的多次覆盖数据模拟一次反射波的零偏移距剖面。
通常将这样模拟的零偏移距剖面称作CMP迭加剖面。
它的结构包括按一种“宏观-速度-模型-独立”方法运行的、以相关性为基础的正常时差(NMO)速度分析。
NMO速度(也被称作CMP迭加速度)不但可以用于构组最佳的CMP迭加剖面,而且从根本上来讲,也可以用于确定当今被称做宏观速度的模型。
一般认为对地震软件技术的另一个具有历史性影响的发展发生在八十年代。
这即是引入“宏观-速度-模型-独立”的倾角时差(DMO)算子,用于改进从地震多次覆盖反射资料模拟零偏移距剖面。
这样就产生了当前通常被称作“NMO/DMO/迭加剖面”的零偏移剖面的模拟。
为了改进宏观速度模型和NMO/DMO/迭加剖面,它的最佳结构一般需要几种迭代的更新程序。
NMO/DMO/迭加的大多数应用成果(通常假设为一维的)被认为是它对宏观速度模拟不敏感所致。
利用这样简单的假设使NMO/DMO/迭加剖面易发生畸变,必然造成横向较强的非均匀性。
大多数的地震工作者考虑使用(特别是在横向非均匀条件下)宏观速度来模拟零偏移剖面,这样做不但非常困难,而且也不自然。
实际上,可以设计出多种新型的零偏移模拟,并且能完全成功地得到实现。
它们与过去传统的CMP迭加相似,在某种意义上,它们完全是按“宏观-模型-独立”的和专用的“以时差和相关性为基础”的方法在运行。
宏观-模型-独立的反射图像是基础,这是主要的技术战略思想。
1999年在德国召开的“宏观模型独立的地震剖面图像”专题讨论会上,一些作者指出,在二维横向非均匀沉积盆地(近地表地层速度稳定)内,利用在分析空间时差路线(或多次覆盖反射资料中的时差面)中使用的某些系统的相关分析,完全可以自动地得到多达三种可用的“运动波场特征”。
时差路线(或面)的这三种运动特征不但能帮助确定最佳迭加面和路线,而且还能直接得到良好模拟的宏观-速度-模型-独立的零偏移剖面。
它们还能为随后的反演或深度偏移确定宏观速度模型和其它地质特征。
这里须指出的是,该专题讨论会论文虽然只处理二维问题,但是没有将理论推广到三维的限制,可以从三维地震多次覆盖反射资料确定8个运动波场特征。
目前,地震学术界对该专题讨论会上研究的问题知之甚少,而将主要注意力集中在迭前和迭后偏移处理上。
该会议的资料将为地震研究和应用提供一个令人神往的资料处理、成像和反演方法。
3 仪器发展趋势上世纪80年代,发达国家浅层地震仪器的道数只有24道或更少;仪器动态范围通常为60db或更少;另外,只能同时对一、二组同相轴成像,只记录单分量信息,并且通常只能用一种方式分析纵波。
目前,仪器有了较大地发展,如2000年Schlumber公司宣布,开发成功Q—Land(陆上Q技术)系统。
该系统的第一个特点是记录单个检波器(而不是传统的组合检波器)接收地表波场,具有30000个数据道的采集能力(是以前通用系统的10倍)。
Q—Land包括能用于上述这样多数据的硬件和能改进多个检波器信号实时处理的资料处理软件。
该系统的另一个特点是具有对多个单数据道进行灵活的数字组合成型(DGF)。
因此,Q—Land系统克服了常规地震采集中大量线状或面状分布检波器组合造成的波数响应;改善时、空域内分辨率、获取更强的信号及压制干扰的效果。
该系统1999年通过验证,2000年在中东作业。
Q—Land系统适合后勤供应困难、信噪比较差、地滚波干扰严重、有静电干扰和地形起伏大的地区使用。
该系统还可以用于诸如三维多分量地震、高分辨率成像等特殊情况。
(二)折射地震技术折射地震是最早用于水工环地质调查的地震方法。
由于野外施工需要大排列和强震源以及自身的灵敏度和分辨率不高等技术缺点,其应用的主导地位已逐渐被反射地震法取代。
目前,对传统方法的改革和创新虽然不十分活跃,但也有了一些起色。
折射地震仍不失为一种主要的物探方法。
(三)垂直地震剖面技术的进展垂直地震剖面(VSP)技术是前苏联在70年代首先研究成功的一项技术,后来为世界地球物理学界采用。
在地质复杂地区,记录垂直地震剖面可提供钻孔外的详细、高分辨率图像。
新一代的井下排列,可提供高保真度四分量数据。
发展到今天,VSP的应用已经不只限于提供地震波速度和标定层位,而是可以以钻孔为中心,沿地面呈放射状布置放炮,进行面积三维VSP观测。
采用高分辨率处理VSP资料,其分辨率可达到米级。
应用多波VSP获得的横波资料可对地层的各向异性和裂隙分布进行评估。
研究开发出了利用钻头振动为震源的随钻VSP技术,可对钻井进行动态监测和对钻头下方地层预测。
(四)三维(3D)地震过去十年中,浅层高分辨率地震已逐渐成为浅层勘查的重要工具。
虽然单独利用2D资料也可以对简单连续地质特征填图,但是提供复杂反射体的大小和形状就比较困难。
从近年国外推出的3D地震勘探的实例可以看到,3D资料具有这方面能力。
现将有关的主要技术简介于下。
1 在规划3D地震勘探时,要准确定义勘查的主要目标。
预计目标的最大和最小深度,横向范围要求的空间分辨率,探测线、深部特征所需的最少迭加次数;最浅目标成图所需的炮-检距,浅、深部反射速度可靠分析所需要的最大偏移距和方位角范围;尽力收集目标区的地质及以往的地震资料(如最佳震源能量和频率,检波器的大地藕合特征等)。
2 因为三维地震的复杂性及采集资料的数量巨大,所以不管其勘探规模如何,事前均需做以计算机为基础的设计。
三维勘查的几何结构模拟使分配关键参数(如迭加次数,最大最小偏移、在单个CMP面积元内分配方位角和偏移距等)成为可能。
3 根据设计的要求确定勘查参数。
Frank Buker等在3D地震试验中推荐了一种选择勘查参数的方法(勘查的目标深度都在50m以内),选择的内容包括检波距、炮点距、CMP面积元、平均覆盖次数、每一面元中小于20m偏移距的道数和方位角。
4资料采集方式。
三维地震资料的采集方式根据对实施项目的估计来设计,一般包括互相平行的数条接受测线,检波器道数及间隔和线距根据估算确定;另外,需布置与接收线垂直,并互相平行的震源线。
然后利用设置的检波器网接收每一震源的信号。
为了使大多数的CMP面积元内有较多的小偏移距的纪录道,并能够对极浅(小于50ms)地层做可靠的成像和确定均方根速度,Frank等在最近试验中,在上述主采方式的基础上,又布置了第二采集方式予以补充。