海底浅层剖面仪：海洋调查技术应用

2023-11-29 理论教育版权反馈

【摘要】：海底浅层剖面仪的探测深度与工作频率有关。其中，EdgeTech 2000C是一种经济、适用于近海的组合式侧扫声呐/浅地层剖面仪系统。图5-24某油田浅地层剖面图

5.8　海底浅层剖面仪

海底浅层剖面仪又称次海底剖面仪，它是研究海底各层形态构造和其厚度的有效工具，其工作原理与回声测深仪相同。

浅地层剖面仪由发射机、接收机、换能器、记录器、电源等组成。发射机受记录器的控制，发射换能器周期性地向海底发射低频超声波脉冲，当声波遇到海底及其以下地层界面时，产生反射，返回信号，经接收换能器接收，接收机放大，最后输给记录器，并自动绘制出海底及海底以下几十米的地层剖面。

海底浅层剖面仪的探测深度与工作频率有关。为满足生产的要求经常应用的工作频率为3.5 kHz和12 kHz两种，前者探测地层深度为100 m，后者约为20 m。频率增高，声波吸收衰减加大，探测深度减小，频率低，探测深度大，但是，剖面仪的分辨率差。

海底沉积层中声波的吸收衰减是根据大量的取样在勘测船上或在实验室中测定的。沉积层中除了泥、砂、石灰石外，还夹杂着水，其构造比较松散，对于这种介质而言，其吸收衰减主要取决于声波传播过程中质点所引起的摩擦损耗。损耗与沉积物的孔隙度n有关，孔隙度n表示沉积物体积中海水所占的百分数。表5-2列出了每千赫频率吸收系数β与孔隙度n的关系。

表5-2　每千赫频率吸收系数β与孔隙度n的关系

海底沉积层的结构是分层的，剖面仪测量的是地层界面反射信号的到达时间，若地层的声速是未知的，就无法正确判定各地层的实际厚度。但是，人们知道随着沉积层的厚度增加，沉积物质的密度就增大，沉积层中的声速将随着深度的增加而增加。因此，可假设沉积层中的声速在深度剖面内按梯度增加，其关系式如下:

　　　　　　　　　c(t)= c₀+ k(t)　　　　　　　(5-43)

式中:c₀为沉积层表面声速;k为沉积层声速梯度;t为声波在沉积层中单程传播时间。

利用地层界面回波的单程传播时间t，求得沉积层中的平均声速为:

由于海域不同，沉积层的地质构造不同，式(5-44)中的c₀和k不是常数，一般根据钻孔取样所测得的数据确定不同海域中c₀和k的经验值。由取样数据分析认为，c₀在1200～1800 m/s;k在900～3900 m/s²范围取值为宜。(www.chuimin.cn)

根据沉积层中的声速和吸收系数与孔隙度之间的关系，建立海底沉积层的声学模型，通过遥测海底声学参数来判断和分析沉积物的物理特性。

有的文献按海底浅层剖面仪探测的最大深度将其分为四级:零级探测深度为几十厘米，其分辨率较高，适用于有输油管线、运输管线以及海底隧道的大陆架海域测量，I级探测深度达70 m，Ⅱ级达200 m，Ⅲ级超过200 m。

图5-22为EdgeTech 2000C(左图)和EdgeTech 3100P(中图)两种浅地层剖面仪系统和AAE SBP地层剖面仪(右图)。其中，EdgeTech 2000C是一种经济、适用于近海的组合式侧扫声呐/浅地层剖面仪系统。侧扫声呐换能器的频率为100 kHz/400 kHz;浅地层剖面仪有两种拖鱼可选，型号为670C(标准配置)和512C，频率分别为2～16kHz和500Hz～12 kHz。侧扫声呐单侧最大量程为500 m，在泥质海底的理想情况下，浅剖的最大穿透为80 m(670C拖鱼)和200 m(512C拖鱼)，拖鱼最大工作深度为300 m。EdgeTech 3100P是一种高分辨率宽带调频(FM)便携式浅地层剖面仪系统。系统便携式数据采集计算机和声呐处理器之间采用无线通讯加备份网络连接的方式，使便携式数据采集计算机可以灵活地放置于操作方便的地方。3100P系统可以选2-16S(2～16kHz)拖鱼或5-24S(4～24kHz)拖鱼。在泥质海底的理想情况下，最大穿透分别为80m和40m。垂直分辨率(和选择的脉冲有关)分别为6～10cm、5～8cm，最大工作水深为300 m，主要应用于工程勘察、底质调查、管线探测、沉积物分类等。

图5-22　EdgeTech 2000C和EdgeTech 3100P浅地层剖面仪系统以及AAE SBP地层剖面仪

浅地层剖面图是反映海底浅地层底质性质的断面图或图像，根据浅地层剖面仪探测的海底回波的强度，可以绘制出浅地层剖面图。通常绘制纵向比例尺为1:500、横向为1:5000，也可根据实际需要确定。横向位置是剖面线横向编号，过钻孔时应把此钻孔的点号标上以便比对。纵向为地层厚度，零点通常采用当地理论深度基准面。对钻孔资料，主要利用测得的浅地层剖面图像特征，来区分浮泥、黏土、亚黏土、粉细砂、粗砾沙、淤泥、泥、岩石等地层性质。图5-23给出了某水库的浅地层剖面图像。图5-23(a)中，浅地层剖面图通过三种不同的颜色清楚地表明了存在三类不同地质的介质层，即异常流层、淤泥层和硬河底;图5-23(b)中，浅地层剖面图通过颜色不同和颜色的分界清楚地表明了淤泥覆盖的坝体以及坝前淤泥层的分布和层厚度;图5-23(c)中清楚地呈现出了河底、根石层及其厚度。

图5-23　某水库浅地层剖面图

图5-24(a)中，浅地层剖面图清楚地表明了地质断层;图5-24(b)中，浅地层剖面图清楚地表明了古河道的位置;图5-24(c)中清楚地呈现出了断层、浅层气的情况。

图5-24　某油田浅地层剖面图

海底浅层剖面仪：海洋调查技术应用

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