国产浅地层剖面仪

按照惯例，结论如下：

（1）浅地层剖面仪按照震源分为：压电换能器震源、电磁脉冲震源、电火花震源和 参量阵震源

（2）在国家 863 计划海洋资源开发技术主题的支持下，国产超宽频海底剖面仪的工程样机试验结果还不错。

（3）压电换能器震源的DTA-6000声学深拖系统是我国具有自主知识产权的第一套声学深海拖曳观测系统，其最大工作深度6000ｍ，已成为我国“大洋一号”和“海洋六号”科学考察船上的常规探测设备。

（4）中国科学院东海研究站在上世纪研制了QPY一l和GPY浅地层剖面仪，在国内得到了广泛的应用，我们单位当时就买了3台，均是电磁式的。GPY2000是GPY的升级版，属定制产品，穿透能到100m。

（5）近十年来，中科院声学所东海站承担国家军民用深海剖面仪的研发，研制了单波束型海底管线探测声纳（商用）和相控阵型浅水参量阵（测试研发中，俗称三维浅剖仪），商用浅地层剖面仪有2款，型号分别是PLS-200/300和SPAS100，市场型号是GeoScope（GS-100，GS200和GS300）。从GeoScope浅地层图谱来看，效果还是很不错的，与SES2000相当。

浅地层剖面探测技术及应用_杨国明,2021年

浅地层剖面技术利用声波在不同介质中传播性质不同,  不同介质界面处(声阻抗界面)会发生反射与透射,  透射波在下一个界面处继续产生反射波与透射波,  通过分析接收记录的反射波返回时间、振幅、频率等信息,  获得声波有效穿透地层的特征与性质(图 1),  通常使用的声波频率在几百 Hz 到几十千Hz 之间,  声波频率越高地层垂直分辨率越高,  但同条件下的穿透深度越小。

不同类型震源产生的声波性质差异较大,  压电换能器震源利用压电效应将电能转换为机械振动, 具有声波稳定、可操控性强等特点,  声波通过相位叠加形成良好的指向性,  电磁脉冲震源利用电磁感应使金属片发生连续脉冲震动,  电火花震源则是通过高压放电气化海水产生爆炸声波,  声波能量高,  可穿透几百米地层,  参量阵震源则是向水体发射频率相近的两个高频声波(F1,  F2),  利用差频原理,  产生F1+F2,  F1–F2等多频率声波,  充分利用低频与高频声波综合分析达到较好的探测效果,  在一定程度上缓解了穿透深度与分辨率之间的矛盾。

对电磁式布默震源与线性调频震源在相同位置的浅地层探测剖面(图 4a,  b)进行对比,  可以发现整体上两种方法获得的探测结果具有良好一致性,  但在线性调频震源探测剖面(图 4b)中能够识别更多的浅部地层结构特征。

电火花震源探测剖面(图 5)清晰地展示了峡谷内的沉积物分布形态和泥沙运移情况,  能够清晰识别由泥沙运移形成的结构、底部的不整合界面与块体搬运沉积体系。

TOPAS PS18 声参量阵浅地层剖面探测,  穿透深度可达 100 m,  分辨率约 30 cm。由图 7 中显示的埋藏通道位于多格滩的东北部,  侵蚀特征明显,  宽3 000 m 深 12 m,  是北海湖泄流的突破点,  可以分为上下两部分,  通过模拟计算流速、流量变化,  得出北海湖的泄洪时间与湖泊容量等信息,  侵蚀面上发育沙波、沙丘,  下部为冰积物或侵蚀残留物,  声波难以穿透。

参量阵震源实质上是通过将多个压电换能器按照一定规律进行组合,  再通过相应的控制系统控制每个换能器发出的声波,  利用差频原理,  使两个频率接近的高频声波产生一系列二次频率声波,  既有高频部分,  又有低频部分,  高频声波可用以获得更多水体信息(图 8a),  低频声波具有较好的穿 透 能 力 ,  可 以 有 效 获 取 浅 地 层 剖 面 (图 8b)。

三维浅地层剖面探测能够更精细、更直观的展示出探测区域的三维特征,  从 20 世纪末国外研究者就已经将三维浅地层剖面探测技术应用于冰川沉积物、浅埋沉船等研究,  经过长时间的发展, 国外三维浅地层剖面探测技术较为成熟,  研制出 3D Chrip、Seanap 3D、VHR 3D 等众多三维浅地层剖面设备(表 2),  并应用于实际探测工作中。

国产超宽频海底剖面仪_王福林2006年

国产浅地层剖面仪及其应用_施国全

本研究项目中提出的分频合成技术并结合超宽频深水换能器技术，目前在国外未见到应用，甚至未见到提及，这是世界上首次提出的新概念。
该系统采用国内外的先进技术，发射信号为加权的 Chirp（一种线性调频信号）信号，发射机为多频联合宽带发射，对发射信号进行了频响特性补偿，很好地实现了与宽带换能器组的宽带匹配，其中深水宽带换能器组和深水多频联合宽带发射机是本剖面仪的一大特点，并已获得国家专利。

国产超宽频海底剖面仪的主要技术指标如下：工作频带 700Hz~30k Hz；海底地层穿透深度超过 50m；海底地层分辨率小于 7.5cm。在与国外同类产品 SIS-1000 海底成像系统进行对比试验时，国产剖面仪性能更佳。

2007年3月，浅地层剖面仪在浙江宁波金塘水道进行了100多公里的海上连续测量。对浅地层剖面仪的海底地层穿透深度、地层分辨率和连续工作的可靠性三个指标进行试验考核。

国产浅地层剖面仪在水下地质调查中的应用概况_叶思正1987年

QPY一l浅地层剖面仪是由交通部水运规划设计院和中国科学院东海研究站负责组织、研制成功的。它的各项技术指标均达到了七十年代国际同类产品水平,荣获了中国科学院上海分院颁发的新技术开发一等奖和交通部新技术三等奖,并通过了由中国科学院、国家建委和交通部联合进行的技术鉴定。1984年中科院东海研冤站又进一步开发了GPY新产品,这种新产品是在QPY一1的基础上对声系统和电路做了进一步改进而成的。

1980年为开发珠海特区,茬先洲港进行规划选址时,由于区域内钻孔资料较少,要求查清区域内水下工程地质条件的时间又非常急迫,恰恰又逢台风季节,使用通常的钻探方法进行调查显然不能完成任务,因此采用了浅剖仪探测。全部外业工作仅4天,而且是利用两次台风的间隙时间完成的,共做测线48.7公里。资料中清楚地表现出区域内淤泥、淤泥混砂、砂、亚
粘土及花岗岩体的分布状况,各层的厚度等等。把原计划调查的周期至少缩短了2一3个月,节省了大量钻探费用(图1)。


图5是在浙江省探测的实际资料,图中可真切地观察到海底以下地层的细微结构,并清楚地看到被掩埋在第四纪沉积层以下的山体部分及山体出露于海底的情况。上述资料都可为确定建筑物持力层位置、打桩深度和分析工程地质条件提供宝贵的资料。

DTA-6000声学深拖系统在富钴结壳探测中的应用_曹金亮

DTA-6000声学深拖系统是由中科院声学所自主设计，自主集成，在中国大洋协会支持下，对“十五”国家“８６３”计划原有系统进行适用性改造而成。
该系统是我国具有自主知识产权的第一套声学深海拖曳观测系统，其最大工作深度６０００ｍ。目前，该系统已成为我国“大洋一号”和“海洋六号”科学考察船上的常规探测设备。

国产浅水参量阵型浅地层剖面仪简介_中国科学院声学研究所东海研究站第四研究室_邹彬彬
国内具备全系列参量阵型浅地层剖面仪的研发能力，主要是中国科学院声学研究所东海研究站。（能做非线性当然也能做线性设备）
东海研究站第四研究室于上世纪80~90年代，完成电磁式剖面仪和参量阵剖面仪的研发，其中电磁式剖面仪GPY和QPY在国内外销量出色。

上世纪90年代便开始研发且上市参量阵型非线性剖面仪设备，早于1995年便为澳洲海军交货一套单波束探雷设备，1997年为某部研制530型江河侦查参量阵声呐，20世纪初研发成功江河提防隐患检测声呐（多波束参量阵声呐）。

间断十年后于2012年和2016年分别在上海市科委的支持下，成功研制单波束型海底管线探测声纳和相控阵型浅水参量阵。

目前该实验室承担国家军民用深海剖面仪的研发工作，有2款商用国产浅水参量阵型浅地层剖面仪。

（1）PLS-200/300

PLS-200/300是单波束参量阵系列设备，频率选择丰富。原频频率200KHz/300KHz，差频覆盖10~40KHz，同时提供测深结果和穿透数据。为国内首款走向商业应用的非线性声纳设备。

试验场景

海底浅地层剖面数据（彩色）

海底浅地层剖面数据（黑白）

海底掩埋管线及地层数据（彩色）

（2）SPAS-100

声学原频：90 ~ 120 kHz；声学差频：5 ~ 20kHz；

发射脉冲：0.05 ~ 1ms；

瞬时功率：＞5KW；

原频张角：5 deg；差频张角：5 ~ 6 deg；

原频声源级：>238 dB/uPa，110KHz@ 1m；

差频声源级：>195 dB/uPa ，20KHz@ 1m；

动态范围：>110 dB；

距离分辨率：最大0.04 m；

地层穿透能力：最大40米（取决于海底底质类型和海洋环境噪音）；

作业水深：150米内；

有姿态补偿，可进行Heave的矫正和补偿；

配全中文UI界面（非汉化）的国产导航测量控制软件 ；

现场采集照片

海底浅地层剖面数据（黑白）

小结

      从文中可以看出，国内有深拖的浅地层剖面仪DTA-6000和浅水固定安装的参量阵浅地层剖面仪GeoScope，目前都已经实际应用于科研和生产，效果与国外同类产品性能相当，有兴趣的，可以关注一下。

       至此，国产海洋物探设备最后一块拼图终于拼上了。