浅地层剖面探测技术及应用

浅地层剖面技术是应用声学原理高效获取海底面之下浅部地质地球物理信息的探测技术,主要应用于海底浅地层信息探测和海底特殊目标调查等方面.以往研究者主要集中在浅地层剖面的具体应用,未对不同类型的浅剖应用效果进行综合对比分析,本文比较4种不同类型浅地层剖面系统的组成、工作方式和探测技术参数,认为不同尺度的探测目标需要应用不同类...     

全海洋浅地层剖面仪及其应用

全海洋浅地层剖面仪(Topographic Parametric Sonar,TOPAS)PS 018系统是目前世界上最先进的浅地层剖面仪之一。该系统是全海洋宽带非线性差频浅地层剖面仪,可对海底地层进行全方位测量,同时还兼有测量水深的功能,最大地层穿透深度为150 m,最小分辨率为0.3 m。系统多种发射信号(Ricker波、Burst波和Chirp波)的选取方便了操作者使用,从理论上实现了全海洋测量功能。从实测剖面分析,该系统是中、深水地层测量的理想测量系统。     

浅地层剖面仪的测量模拟

为获取声传播环境数据,实验中开展了水文调查和浅地层剖面仪的观测.由于声传播实验发射信号频率与接收船上的浅地层剖面仪信号频率接近,因此声传播实验信号在浅地层剖面仪测量图中产生了斜条纹.利用实验中水听器测量的信号模拟浅地层剖面仪的测量,解释了浅地层剖面仪测量图像中斜条纹的形成,并通过控制声传播实验信号的发射周期和时间模拟条...     

基于浅地层剖面仪的连云港航道地质 稳定性研究

随着声学探测技术的不断提高,浅地层剖面仪具有高效、经济、穿透性强等特点,在海洋工程勘察中得到了广泛应用。基于浅地层剖面仪的工作特点,结合连云港海底航道的实际情况,对获得的浅地层剖面数据和图像进行分析和判读,得到海底航道地质结构的特征、边坡及剖面变形情况,由此判断连云港海底航道的稳定性,并分析影响数据精度的因素,为航道疏浚维护提供依据。     

长江口河口河槽浅地层剖面探测研究

于2010年枯季利用浅地层剖面仪等对长江口自江阴至北港、北槽和南槽口门段河槽浅部地层进行探测.探测结果显示:江阴至徐六泾段落潮流占绝对优势,床沙质以细砂为主,发育有波长约15～25m、波高约0.5～0.8m的沙波;自徐六泾至口门段河槽床面受势力相当的涨、落潮流影响,河槽床面仅偶尔发育有较小尺度的沙波,波长5.0～12m...     

研制海底浅地层剖面仪的某些声学问题

近十年来,探测海底几十米至几百米松散沉积层分层结构的“海底浅地层剖面仪”已逐步发展定型,并广泛用于海底工程施工和海洋地质研究方面。这种浅地层剖面仪主要采用以下几种声源装置：电致伸缩器件、磁致伸缩器件、电磁脉冲声源、电火花放电器以及气枪。 浅层剖面仪实际上是一种以地层为探测目标的主动声纳,本文给出了有关的声纳方程式,它将有助于这类仪器的工程设计和性能预报。 从探层声纳方程式出发,采用电磁脉冲声源研制了浅层剖面仪,获得了穿透地层几十米的较高分辨率的记录。对此,本文也作了简单的介绍。     

黄海、渤海大陆架的浅地层剖面仪测量与浅地层结构的研究

自本世纪60年代以来,浅地层剖面仪测量技术在世界各大陆架海都得到了广泛的应用,专家们取得了大量实际资料,并发表了多篇调査报告和研究成果(赵松龄,1991;秦蕴珊、赵松龄,1991;赵松龄、于洪军,1993),为查明世界各大陆架海的形成过程、地层结构、环境变迁、海面变化、岸线变迁、河道跟踪、以及地貌类型的划分等提供了新的信息,推动了世界大陆架地质学的发展。在应用浅地层剖面仪测量技术所取得的多种成果中,最为突出的研究,莫过于在世界上的若干大陆架区发现了古河道及其沉积,通过古河道的追踪又可以了解大陆架环境的变迁和海面变化的过程。所以,这项大陆架勘察技术问世以来,一直是大陆架地质勘察中不可缺少的手段之一。 我国大约在70年代初期开始研制浅地层剖面仪,并制成了第一批产品,进人80年代以来,又逐渐引进了国外的新产品用于中国大陆架的勘察。近年来中国科学院海洋研究所利用这种勘察仪器,在南黄海和渤海海域已经获得了数千公里的测量记录。浅地层剖面仪测量资料中大量信息的提取是运用这项技术的关键。本文根据作者所获得的测量资料,对晚更新世末期以来的浅地层结构及古环境进行了探讨。     

浅地层剖面仪垂直测量性能分析

针对海道测量中浅地层剖面仪垂直测量指标模糊问题,根据声纳方程,讨论了浅地层剖面仪探测水底沉积层厚度的预报方法。分析了浅剖仪垂直地层分辨率的影响因素,并给出了垂直地层探测误差的改正方法。其结论对浅地层剖面仪实际测量作业具有指导价值。     

浅地层剖面仪噪声特征分析及采集参数优选

浅地层剖面仪具有配置灵活、作业方便、经济高效、分辨率高等优点,在海洋地质研究和海洋工程调查中得到了广泛应用,但易受到噪声干扰。在分析浅地层剖面仪运行时干扰噪声形成机理的基础上,设计噪声采集方案,采集设备运行时的背景噪声和其他声学设备干扰,分析干扰噪声特征,为现场数据采集以及室内数据处理提供依据。通过分析浅地层剖面仪的噪声特征,提出控制激发频率范围,将激发能量集中在优势频带内,并在采集时设置合理滤波参数,滤除其他声学设备干扰噪声。以"向阳红01"科考船浅地层剖面仪为例,设置激发子波频带:1.0～6.0 kHz,脉冲长度设置为10 ms,信号接收时设置滤波门限为1.0-2.0-6.0-10.0 kHz,去除其他声学设备对剖面的干扰,最终取得非常理想的浅地层剖面。     

Chirp技术及其在海底浅层勘探中的应用

Ch irp子波因其宽的频带、长的脉冲延续时间和似白噪音的频率扫描特点,经过子波振幅包络和相关等处理后,具有很高的地层分辨率和资料信噪比,因而在海底浅地层调查中被广泛的采用。文中从Ch irp子波的波形生成开始,逐次讨论它的子波振幅包络和相关处理技术,以及它的分辨率的问题,最后以工程勘查中的实际例子证明Ch irp技术的优越性,同时还讨论了其技术的局限性,以便能对Ch irp技术有个深刻的了解。     

侧扫声纳和浅地层剖面仪在杭州湾海底管线检测中的应用

首先介绍了杭州湾油管检测工程概况,引出了海底油管检测的必要性。其次,介绍了该工程中运用的两种重要仪器——侧扫声纳和浅地层剖面仪的原理及影响因素。最后,通过两种仪器的数据分析、图像判读,提出了综合利用两种仪器可增强两种数据的互补性并提高工程质量。     

基于经验模式分解的希尔伯特变换包络提取在机械故障诊断中的应用

本文采用经验模式分解 (EMD)提取信号的内在模函数 (IMF) ,并利用希尔伯特变换对所得IMF进行包络分析 ,提取机械故障特征。与直接对原信号进行包络分析相比较 ,该方法提取的机械故障特征更明显。数值模拟和对故障轴承振动信号分析表明了该方法的有效性。     

基于GIS的多波束和浅地层剖面数据集成技术研究

依据同一测区地球物理资料的空间地理坐标参照关系,利用 ArcView 对栅格、矢量等多种空间数据格式的支持及内置语言Avenue 强大的二次开发功能,实现了多波束和浅地层剖面数据的集成.主要流程包括多波束测深数据的预处理和浅地层剖面的生成、元数据的获取;ArcView GIS 中编程实现浅地层剖面测线的分段矢量化;运用两个 Avenue 程序实现多波束和浅地层剖面的关联展示等.在此基础上,对多源地球物理数据的集成前景作了进一步的展望.     

基于Chirp数据和Biot-Stoll模型反演南海北部陆坡海底表层沉积物物理性质

浅地层剖面是基于声学信号(频率在几百至几千赫兹)在沉积物中的传播得到可反映沉积地层结构的数据,海底反射系数与沉积物物理性质密切相关。Biot-Stoll声波传播理论模型可以预测海底沉积物的物理性质,构建反射系数等声学参数与物理参数之间的关系,但在不同的海域采用不同的参数所获得的效果不同。为此,本文基于南海北部陆坡海底表层沉积物的实测物理参数,利用BiotStoll模型建立研究区海底反射系数和沉积物物理性质之间的关系,结果表明模型计算值与样品实测值吻合度总体较好,偏差在0.1%～4.9%之间,并建立了频率3.5 kHz时海底反射系数与沉积物孔隙度、密度、平均粒径之间的关系方程,且方程拟合度较高,可决系数R2均大于0.99。在对典型Chirp剖面数据计算其海底反射系数的基础上,反演了海底表层沉积物的孔隙度、密度、颗粒平均粒径等物理性质,其中反演孔隙度、密度、平均粒径与实测孔隙度、密度、平均粒径相对误差均小于5%,结果与实测值基本相符,表明该反演方法在南海北部陆坡区的应用是可行的。     

利用ArcGIS管理和分析海底探测数据

利用G IS可视化工具对海底探测数据进行管理,建立了剖面性数据和面状分布数据间的空间可视关系,为海底科学研究的可视化提供了一条捷径。通过对浅层剖面数据特征与海底地形地貌和沉积物分布之间关系的研究,可进一步挖掘沉积物分布的成因机制和沉积物的来源。采用标准的地理空间数据模型geodatabase对浅层剖面数据、海底地形地貌数据和海洋沉积分布图件进行存储管理,有利于海洋科学数据和研究成果的共享。     

参量阵浅地层剖面的处理方法及在识别浅层天然气水合物中的应用

近年来,参量阵浅地层剖面以其简便的野外采集方式、高分辨率的浅部地层成像能力,迅速发展为海底浅层天然气水合物探测的有效方法。为了更好地获取东海浅层天然气水合物赋存区的地质信息,针对参量阵浅地层剖面数据开展了精细化处理。首先将异常振幅压制和空间振幅均衡等方法有机结合,解决了数据中的各种噪音和能量不均衡等问题,然后利用Hilbert变换提高地层分辨率,最后利用信号增强技术进一步提高同相轴连续性,获得了波组特征更清晰的地震剖面。处理后的参量阵浅地层剖面具有信噪比较高、连续性好、地层结构清晰等特点,可以更好地揭示空白带、气烟囱、亮点和火焰状异常等地震反射特征,为识别浅层天然气水合物赋存区地质信息奠定基础。对精细处理后的数据进一步开展曲率属性、瞬时振幅属性、相干属性等地震属性分析,结果显示,与浅层天然气水合物渗漏相关的声学异常能够被清晰地识别出来。此项研究一方面验证了参量阵浅地层剖面数据处理方法的可行性,另一方面也探索了属性分析技术在海底浅层天然气水合物识别方面的应用。     

非零偏移距声地层剖面多次波的时距分析及压制示例

基于对符合二维观测的模型中非零偏移距全程多次波时距关系的理论分析可知:无论地下反射界面为水平的还是倾斜的,非零偏移距的全程n次多次波的旅行时总是小于相应一次波旅行时的n倍,但非零偏移距与零偏移距全程多次波的时距差异,随偏移距的增大而增大,而随探测深度的增大而减小。基于该理论分析结论,对在零偏移距假设下计算的多次波旅行时先行调整,使其与非零偏移距的多次波旅行时相对应后再进行压制处理,可获得更高质量的声地层剖面。     

Hilbert变换在海浪波高与周期联合分布函数中的应用

Longuet-Higgins(1983)[1]导出了波高与周期的联合分布函数,此分布函数虽然与实际数据符合良好,但存在很大的缺陷,如:由此分布函数得出的波高分布为形式较为复杂的非Rayleigh分布,很难应用于工程计算中。孙孚(1988a)[2]应用射线理论导出了一种波高与周期联合分布,虽然弥补了Longuet-Higgins的一些缺陷,但推导过程过于复杂。本文在窄谱假定下通过应用Hilbert变换方法得出新的分布函数并与前两者比较,表明Hilbert变换的方法不但简便,而且完全克服Longuet-Higgins的不足,可以方便的应用于工程计算中。本文也为Hilbert变换的方法在工程中的应用提供了理论依据。     

南海东部区域的海流状况--Ⅲ.海流的经验模分解和Hibert谱

介绍了经验模分解方法和Hilbert变换，指出这种方法的优越性。并用此方法对南海东部区域的海流资料进行处理。分析了该区域海流的频率结构和波谱性质以及它们随时间的变化，给出了一些特征值。