海底地质勘测技术 -探测海底地层中的地质的仪器

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海洋经济是国民经济的重要组成部分，对沿海地区的社会经济发展和产业结构调整具有重要作用。海洋调查是海洋经济报道的重要组成部分。海洋工程调查的经济状况和趋势也反映了海洋经济的发展变化。目前，我国海洋勘探与工程市场准入管理制度已经规范。因此，规范海洋工程研究的市场秩序，对于保证勘察工程的质量和水平，促进人民的经济健康发展具有十分重要的作用。本文分析了海洋工程勘察资源管理中存在的问题，并希望对其进行研究。这将有助于管理和审查海洋工程研究标准。

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“海洋石油707”船，图片来自网络

一、海洋工程勘察定义和应用面

海洋工程勘察是必要而可靠的海底地形的结果，通过测量、试验、勘探、模拟、分析等方法对海底岩石和海洋环境特征进行了海洋施工。海洋工程技术勘测包括海洋测量、海洋岩石勘探和海洋工程技术环境研究三个专业。

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⒈海洋勘测概述

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海洋工程测量包括海底地形测量、侧扫和海底稳定性分析；海洋岩石勘探特别包括海底表面附近沉积岩结构的探测、海底岩石的工程（物理、力学）性能等。海洋工程技术环境研究包括物理、动力和防腐环境的研究。其中包括海水温度、盐度、海冰、气象学、悬浮泥沙和水流、沉积物的导热性；能量环境包括波浪、潮汐、洋流和潮汐的一般和极端条件；防腐环境包括海洋化学元素、污染生物和沉积物的导电性。

⒉海洋工程科考综合科技特点

海洋工程测量应具备海洋导航、海洋测绘数据采集、数据处理、水声和地磁测量侧向拖网等方面的知识，地图绘制等。海洋岩石勘探包括研究各种地层剖面（特别是更复杂的多数字地震仪设备）、海底取样和钻井，并对土体的各种物理力学性能进行了研究；海洋工程环境研究包括海洋水文、海洋生态、污染生物等方面的知识。

⒊海洋工程勘测设备

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海洋工程测量仪器包括水下导航定位设备、多波束水文测量仪器，地貌设备、磁性装置等。海岩勘探勘探设备包括表层地层测量设备、中间地层设备，多级地震设备，重力设备，原位检查设备，土壤取样设备（重力取样、箱式或抓斗式取样）、海洋工程装置、室内土体试验设备、海底温度计、常规沉积物化学分析设备等。海洋工程环境研究设备包括热盐深系统（CTD）、声多普勒测流仪（ADCP）、海浪观测系统、海浪流体、水表、海流剖面仪、自记水表、浮标系统、水下信标系统（声学排放），气象仪器、普通海水水质化学分析设备、普通海洋环境放射化学试验设备，普通海洋生态、污染研究设备等。

CTD仪器（温盐深探仪），来自《知识就是力量》杂志

海洋工程勘察所能获得的海洋数据，基本上涵盖了从深海构造到表层沉积的所有海洋要素，从海底地形到海浪流动，污染生物IT，因此，广泛应用于跨海大桥、码头、沿海核（火力）电站、水下通信电缆、电缆路由等。海上石油管道和海上石油平台航线上的海上设施正在建设中。

二、海洋工程勘察行业在国民经济中的分类位置

“海洋经济”是指从事海洋开发和保护以及相关海洋利用的各种行业的集合。根据这一定义，海洋经济通常分为三个层次。第一层是海洋经济的中心层，即主要的海洋产业。第二层是支援海洋经济，即海洋科学研究及教育管理处。第三层是海洋经济的外围，即与海洋有关的产业。海洋工程科考产业处于海洋经济支撑区，涵盖和整合海洋科学研究、海洋地质调查、海事技术服务及海事资讯服务，以及所有主要海事行业，需要海洋工程考察，并且依赖海洋经济的主要部门，包括公共服务或公用事业，工业或商业服务。

三、深水工程物探技术研究现状

⒈海底表层声学探测方法

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该技术可利用高分辨率声学系统，以不同的频率和幅度对海底表层进行勘探。该技术涉及单波束、多波束和小尺度剖面等不同类型的技术。

⑴声成像技术

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在声像领域，侧扫技术至关重要，通常用于深海勘测。在进行深海拖曳作业时，拖曳高度和海底高度直接影响海底地形地貌。通常高度应在50～100米范围内调节。潜航器的铺设高度控制不太困难，可与海底保持50米以内的距离。最近，侧扫技术显示了以下技术特点：

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①高分辨率合成孔径技术的科技发展，在不改变距离的情况下横向分辨率可以达到声阵长度的50%。②结合声纳高速侧扫技术，深入优化多脉冲、多波束声纳技术。③应重视有效分析深海的形状和深度，结合三维测深方法获取准确数据。

⑵水下声学定位技术

水下声学定位可以通过水声设备实现，精确测量位置、距离、位于水下的设备等，实现了较高的水下定位精度。在海底勘探工作中，通常使用声波脉冲来确定声学背景或声学块的位置，例如，作为超短、短或长基线定位系统，较短基线的优点是成本低，操作复杂，需要转换器较少，但测量精度较高。短基线的优点是价格合理，操作方便，转换器面积少，安装方便。长基线系统的优点表现为定位精度高、换能器体积小、安装方便。我们的声学定位已经到了成熟阶段，但在远距离定位中也有更广阔的机动空间。

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水下超短基线定位，图片来自网络

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四、深水工程地质调查技术研究现状

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随着深水工程地质调查技术的发展，深水工程地质调查技术为深水工程的建设和发展提供了保障。作为技术人员，在研究深水工程地质勘察技术的过程中，应结合具体的工程实践，科学制定更完善的勘察技术方案，保证勘测工作的质量，为深水工程工作的开展打下良好的基础。

⒈深水钻孔取样

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⑴深海海底技术钻探技术。目前，我国在深海钻探技术的发展上取得了很大的进步，在国外深海钻探的钻机，最常见的是从两根管子和钢丝绳中取样，但在操作能力上有一些差异。其中，日本装备能在6000米深度工作，欧美装备能在2000米至3000米深度工作。国产钻机深度可达3000米。钻井步入了高度的自动化和其他特点。

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⑵浮船式深水钻探技术。利用浮船法进行地质钻探仍可作为目前深海勘探的常规方法，一般从较深的地层中提取海底沉积物。国外船上深海地质取样技术起步相对较早，技术水平比较成熟，具备30多年来积累了实践经验，可进行3000米以下深度的勘探。钻井浮船的水文地质设备需要使用门市双塔钻井平台，还需要安装大通径定驱装置，以有效提高钻井效率.我国落后于该技术的研究进度，目前正在研究钻井深度达3000米的“海洋石油708船”。

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⒉深海浅表层取样与原位测试技术

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⑴原位测试技术。该技术应用于根据岩石的初始位置，检测岩石在其初始状态和应力下的性质。通常可以通过原位测试等方法有效地避免取样过程中应力释放的影响，主要是对载荷和波速试验，在影响范围更广泛、更典型的特征。缺点主要表现在可能影响初始测试结果因素复杂。国际原位测试技术已发展到成熟程度，结合水下不同深度，应用相应的试验设备，我国这项技术的研制和发展存在滞后现象。

⑵长管取样法。这项技术通常应用于海底的浅表取样工作，并可从长管柱中提取样品。结合不同的接触底法，还可分为重力圆柱试样和重力活塞两类设备。前者由重锤和取样管组成，后者由释放器、重锤系统等组成。在操作过程中，取样器管必须用缆索放置在水下，取样器以自由落体的形式放置。通过缆绳将内置活塞拉向采样器顶部，海床上的沉积物将随着活塞上升进入采样设备。

中科海开拓沉积物柱状取样系统，来自《海洋科学进展》

五、海洋工程勘察行业现存问题

⒈缺乏先进的侦察设备

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海上工程勘察不仅需要专业合格的人员，还需要专门的地球物理勘探船和地球物理设备，但我们的海洋技术目前还落后于发达国家。大部分勘探设备都需要借用国外的技术，因为发达国家为了保持其在不平等贸易中的优势，对一些关键技术的封锁使我们进口的基础设备和高科技设备更少，而且即使允许某些类型的设备出口到我国，也必须以较低的精确度来处理。目前，只有单波束测深仪和水面定位设备的引进速度更快，而距离其他高质量仪器的差距并不小。

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⒉技术水平还需提升

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海洋工程考察，其中大部分是国有企业，其业务是在考虑到国家基础性、公益性的情况下进行的勘察。由于各国的决策权逐渐消失，相反，它们被用作投标项目，国家伙伴之间的竞争日益激烈。同时，在商业远征中，竞争越来越激烈，特别是加入世贸组织后，外国公司也参与了斗争，而且威胁越来越明显。国产海洋工程科考在能力和人才、装备上都略低于许多外国公司。国内产业要努力提高技术质量，提高适应各种困难和调查类型，运用战略，基于成本优势，在保证技术质量的基础上，能够逐步完善技术，通过与外国公司竞争，提高管理效率和竞争力。

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⒊缺乏海洋科学专业技术人员

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在进行海洋工程勘测时，必须正确使用海洋学仪器设备，准确处理海洋勘测数据，提供科学合理的设计和施工项目。因此，他们专业化的复杂性决定了海洋工程勘测的开发者必须是一个由专家组成的复合群体，具有海洋专业知识和工程研究要素。但目前国内海洋科学专业人才短缺，教学科研机构相对较少，无法适应实际需要，而目前从事海洋研究的研究人员大多还处于研究的过渡阶段，缺乏深入处理勘探数据的能力。

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六、深水工程勘察技术的发展方向

目前，我国深海探测技术已进入高速发展，其功能性、准确性逐渐提升，对我国海洋战略具有重要意义。高精度多波束技术已经在各种搜索作业中得到应用，有效提高了物理搜索的效率，同时提供更准确的海底地形测量，深海灾害是油气田勘探中的主要危险因素，国际上已达成共识，应积极努力整合油气田勘探相关技术。

工程勘察可以对地质灾害做出准确的评价，今后可以在若干行业广泛采用先进的技术手段，如工程侦察和探测。无人潜艇的体积将逐渐缩小，兼容性更高，具有较高的航程和持续优化的定位精度。此外，采用分辨率较高的二维系统进行三维地震采集等技术的应用，允许直接提取土体特征数据，并通过系统优化作业可靠性，基于海底模型的工程钻井，在不久的将来，它可能成为在1500米以上的深度进行作业钻探的主要取样工具，同时也是技术手段，最初用于电缆测井和钻探测井，但在深海地质和水钻井中更为常见。

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七、结语

我国深海油气勘探处于起步阶段，我国拥有广阔的海洋石油资源，开发深海设备，海洋权益的维护已经刻不容缓，有了我们第一次适应3000米深海石油工程，即海洋石油981深海钻井平台、海洋石油681深海工程船、海洋石油720深海勘探船。海上石油201深海铺管船投入使用。我国目前从事深海勘探技术和配备，只能在海洋浅水区高达500米的工程勘察，在100米左右的深度钻井。为适应我国未来的深海海洋工程勘察，也为拓展世界深海勘测市场，要在现有搜索手段和技术能力的基础上，全力发展深海探矿设备和作业能力，结合当前世界海洋装备和技术水平的发展，进一步提高国际竞争力，实现深海勘探开发，维护我国海洋利益，促进国民经济持续发展。

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【作者简介】文/叶纪超，来自中石化石油工程设计有限公司。文章来自《石油石化物资采购》（2022年第7期），参考文献略，用于学习与交流，版权归作者及出版社共同拥有，文中图片均系我平台加载，编发时有删减，转载请备注由“溪流之海洋人生”微信公众平台编辑与整理。

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