[科普中国]-浅地层剖面仪

简介

浅地层剖面探测是一种基于水声学原理的连续走航式探测水下浅部地层结构和构造的地球物理方法。浅地层剖面仪（Sub-bottomProfiler）又称浅地层地震剖面仪，是在超宽频海底剖面仪基础上的改进，是利用声波探测浅地层剖面结构和构造的仪器设备。以声学剖面图形反映浅地层组织结构，具有很高的分辨率，能够经济高效地探测海底浅地层剖面结构和构造。

浅地层剖面仪是在超宽频海底剖面仪基础上改进，对海洋、江河、湖泊底部地层进行剖面显示的设备，结合地质解释，可以探测到水底以下地质构造情况。该仪器在地层分辨率和地层穿透深度方面有较高的性能，并可以任意选择扫频信号组合，现场实时地设计调整工作参量，也可以测量在海上油田钻井中的基岩深度和厚度。因而是一种在海洋地质调查，地球物理勘探和海洋工程，海洋观测、海底资源勘探开发，航道港湾工程，海底管线铺设广泛应用的仪器。

原理浅地层剖面仪是在测深仪基础上发展起来的，只不过其发射频率更低，声波信号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和构造情况。浅地层剖面探测在地层分辨率（一般为数十厘米）和地层穿透深度（一般为近百米）方面有较高的性能，并可以任意选择扫频信号组合，现场实时设计调整工作参量，可以在航道勘测中测量海底浮泥厚度，也可以勘测海上油田钻井平台基岩深度。浅地层剖面仪采用的技术主要包括压电陶瓷式、声参量阵式、电火花式和电磁式4种。其中，压电陶瓷式主要分为固定频率和线性调频（Chirp）两种；电火花式主要利用高电压在海水中的放电产生声音原理；声参量阵式利用差频原理进行水深测量和浅地层剖面勘探；电磁式通常多为各种不同类型的Boomer，穿透深度及分辨率适中。1

剖面仪组成分为水下单元（湿端）、甲板单元（干端）和系统软件。

探测船在走航过程中，设置在船上或其拖曳体上的换能器向水下铅直发射大功率低频脉冲的声波，抵达水底时，部分反射，部分向地层深处传播，由于地层结构复杂，在不同界面上又都有部分声波被反射，这样，依这些反射界面的特性和深度不同，在船上接收到回波信号的时间和强度也不同，通过对回波信号的放大和滤波等处理后，送入记录器，就可以在移动的干式记录纸上显现不同灰度的点组成的线条，清晰地描绘出地层的剖面结构。

影响因素海底底质海底地质构造状况，尤其是海底底质类型特性决定仪器所能勘测的深度范围。海底底质是砂、岩石、珊瑚礁和贝壳等硬质海底严重制约声波穿透深度，限制仪器勘探的深度。例如，浅地层剖面探测深度砂质海底小于30m，泥质海底可达100多m，两者存在巨大的差异。

噪声处于系统带宽范围内的外界声源信号都可能串入造成干扰信号图像，包括低频船只机械噪声和环境噪声等。噪音在浅地层剖面记录上可能都会或多或少地显示出来，降低勘测数据质量，甚至对判读、解译结果产生重大的影响。因此，正确地识别，甚至消除噪声的影响是十分重要的。

船只摆动为获得具有良好效果的浅地层剖面探测数据资料，调查船走航过程中应尽量保持均速慢速稳定行驶，船速和航向不稳定造成船只摇摆，使拖鱼不能保持平稳状态，造成图像效果不佳。同时，涌浪也可使船只摇摆，致使拖鱼不稳定。其他影响因素还包括海气界面，海气界面能将发射声能几乎全部反射，几乎无发射声波触及目标。如果采用船尾拖曳换能器，船的尾流对地层反射信号也能产生干扰，施测过程中应该使换能器尽量避开船的尾流区，通常采取使换能器入水深度加深，或者加长拖缆的方法。另外，海水深度、潮汐作用及海底起伏均对浅地层剖面探测有着直接的影响。1

应用这种仪器是在回声测深仪的基础上发展而成的。探测深度一般为几十米。广泛应用于海洋地质调查、港口建设、航道疏浚、海底管线布设、以及海上石油平台建设等方面。具有操作方便、探测速度快，图像连续的特点。

浅地层剖面探测技术起源于20世纪60年代初期，其后广泛应用于港口建设、航道疏浚、海底管线布设，以及海上石油平台建设等方面。70年代以来，随着近海油气资源的大规模开发和各种近岸水上工程建设项目的不断增加，以及各种地质灾害的频繁发生和发现，浅地层剖面探测的重要性越来越为人们认识。同时，浅地层剖面探测设备呈现多元化的发展趋势。1