國內外深海資源探測技術應用綜述及展望

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深海探測技術的重要性

隨著人類對資源的需求不斷增加，陸地上的資源供給越來越乏力，一些國家和國際礦業公司正以極大的關注和熱情瞄準深海礦產資源的開採。除了我們熟悉的石油和天然氣，深海的資源還有：多金屬結核、富鈷結核、海底熱硫化物、天然氣水合物和生物基因資源等。

1982年通過的《聯合國海洋法公約》中規定：國際海底區域（國家管轄範圍以外的大洋底部）及其資源是人類共同繼承的財產。由於規定是本著誰有能力開採就是誰開採的原則，所以，在深海資源探測方面較為先進的國家就開始了對於海底採礦權的爭奪。

行業巨頭、加拿大多倫多的鸚鵡螺礦業公司，15年前就已宣稱對巴布亞紐幾內亞約2000平方英裏海床擁有開採權，但它並不急於進入實際開採階段。這些年來，它一直專註於擴大自己的「地盤」，在太平洋數百個地點進行勘探，確定了幾十個潛在開採對象。2011年，鸚鵡螺礦業公司贏得太平洋西南部俾斯麥海域一片礦山的20年開採權，並獲得巴布亞紐幾內亞政府頒發的世界第一個深海多金屬硫化物資源採礦租約，計劃於今年進行試開採。中國五礦也已經獲得了一片深海海底的採礦權。

所以，未來誰的探測技術好，誰就擁有海底寶藏的獲得權。這使得各國都非常重視深海探測技術。

深海探測技術簡介

從技術類型上分，深海探測技術主要分為：

激光探測技術、聲納探測技術、地磁探測技術和地震探測技術。

分別用於深海原位化學探測、深海地形探測、礦產勘探和油氣勘探等方面。是現今深海探測的有力武器

圖片：DORISS II拉曼光譜儀

激光探測技術

深海探測的激光技術主要是深海拉曼光譜儀，拉曼光譜儀是根據印度科學家拉曼發現的拉曼效應及其原理髮明的光譜儀器，廣泛應用在很多領域，如：石油、食品、農牧、化學、高分子、製藥、醫學、刑偵、寶行業、古玩鑒定和地質行業等。美國和中國都研製了自己的深海光譜儀，分別是深海拉曼原位光譜儀（DORISS）和深海集成化自容式拉曼光譜儀（DOCARS）。

深海拉曼光譜儀主要是在原位監測海底化學物質的變化，主要用在熱硫化物出口等化學物質聚集區，即時探測化學成分的改變，為人們研究海底資源提供數據支持。

聲納探測技術

聲納探測技術也是一種很常用的海洋探測手段，分為軍用和民用兩大類。深海探測聲納技術主要是多波束測深技術、側掃聲納技術和合成孔徑聲納技術。

多波束測深技術

與傳統的單波束測深系統每次測量只能獲得測量船垂直下方一個海底測量深度值相比，多波束探測能獲得一個條帶覆蓋區域內多個測量點的海底深度值，實現了從「點—線」測量到「線—面」測量的跨越。系統是一種多感測器的複雜組合系統,是現代信號處理技術、高性能計算機技術、高分辨顯示技術、高精度導航定位技術、數字化感測器技術及其他相關高新技術等多種技術的高度集成。

測深時，載有多波束測深系統的船，每發射一個聲脈衝，不僅可以獲得船下方的垂直深度，而且可以同時獲得與船的航跡相垂直的面內的多個水深值，一次測量即可覆蓋一個寬扇面。

多波束測深系統一般由窄波束回聲測深設備（換能器、測量船搖擺的感測裝置、收發機等）和回聲處理設備（計算機、數字磁帶機、數字印表機、橫向深度剖面顯示器、實時等深線數字繪圖儀、系統控制鍵盤等）兩大部分組成。自70年代問世以來，多波束測深系統就一直以系統龐大、結構複雜和技術含量高著稱，世界上主要有美國、加拿大、德國、挪威等國家在生產。

圖片：側掃聲納

側掃聲納

側掃聲納，是水下搜索、水下考察等一項重要的有力的工具，每邊旁掃通過向水底發射聲納，反射後被拖魚接收形成聲納影象來發現水下物體。接收到的信號通過拖纜傳到甲板上的顯示單元，該系統非常適合尋找水下小型的或者怕碰的目標，可以用於尋找古董、殘骸、航海日誌、溺水人員等目標，也可以用來尋找大型的目標沉船，也應用在深海測量領域。

合成孔徑聲納

合成孔徑聲納的靈感來自於合成孔徑雷達，合成孔徑成像在雷達領域取得的成功，推動了合成孔徑聲納技術的發展。由於合成孔徑成像的相似性，聲納可借鑒雷達中的技術成果，雷達中的成像演算法可用在聲納中。

受雷達成功的鼓舞，一些國家自80年代以來進行了較多的水聲環境和合成孔徑聲納成像試驗，並開始研製原理樣機。90年代以來，澳洲、歐洲、北美國家先後研製出合成孔徑聲納實驗樣機，並且性能在不斷提高。一些S聲納系統的作用距離從原來的幾十米、幾百米到十幾公里，甚至更遠；解析度也從米、分米到厘米量級。美國在該領域處於領先地位。

圖片：海洋磁力儀

地磁探測技術

磁力儀通常被船隻用拖拽的形式運行，由於金屬會改變地磁的特性，磁力儀在有色金屬探測方面有很大用途。海洋磁力儀就是測量地球磁力場強度的一款精度很高的測量設備，能夠勘測出任何會使磁力場發生改變的物體。美國Geometrics，Inc.的G882銫光泵磁力儀，加拿大Marine Magnetics Corp.的SeaSPY系列和加拿大GEM Systems Inc.公司的GSM系列是現在性能較好的深海磁力儀品牌。

圖片：地震勘測儀

地震探測技術

地震勘探-地震勘探,指利用地下介質彈性和密度的差異,通過觀測和分析大地對人工激發地震波的響應,推斷地下岩層的性質和形態的地球物理勘探方法。

在地表以人工方法激發地震波，在向地下傳播時，遇有介質性質不同的岩層分界面，地震波將發生反射與折射，在地表或井中用檢波器接收這種地震波。收到的地震波信號與震源特性、檢波點的位置、地震波經過的地下岩層的性質和結構有關。通過對地震波記錄進行處理和解釋，可以推斷地下岩層的性質和形態。地震勘探在分層的詳細程度和勘查的精度上，都優於其他地球物理勘探方法。地震勘探的深度一般從數十米到數十千米。

爆炸震源是地震勘探中廣泛採用的非人工震源。已發展了一系列地面震源，如重鎚、連續震動源、氣動震源等，但陸地地震勘探經常採用的重要震源仍為炸藥。海上地震勘探除採用炸藥震源之外，還廣泛採用空氣槍、蒸汽槍及電火花引爆氣體等方法。