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地球物理探测技术是研究海洋地质最基本的手段，它以海底岩石和沉积物的密度等物理性质的差异为依据，寻找石油和天然气以及固体矿产资源。目前，我们在海洋探测中使用的地球物理探测工具大部分是利用声学原理来工作的，这个原理叫作“听声探海”。  - }7 Z4 u( b5 e% J- R& L
地球物理探测技术是研究海洋地质最基本的手段，它以海底岩石和沉积物的密度等物理性质的差异为依据，寻找石油和天然气以及固体矿产资源。目前，我们在海洋探测中使用的地球物理探测工具大部分是利用声学原理来工作的，这个原理叫作“听声探海”。  7 E+ Z% w) i1 E* V" U
1、独木舟  : L- J6 ~" I; @6 k" ]0 a- w
4、雪龙号   2 M2 w" U% K3 N3 K( L) d
2、挑战者号  % M+ P" b/ R, t; S; d, R& j2 M
3、海洋地质九号
1 `* N/ ^( m, J9 R4 Z$ O 海洋探测“四兄弟” 
6 ~) ~: k" d4 _1 m1 a$ g( T 单波束测深，“听”出大海有多深  / g: E7 t+ m, p& E5 ^; |7 h
竹竿测深、水尺测深、铅锤测深的发展历程为人类探索海洋提供了最基础的技术支撑。然而，随着人类进入深海大洋探测时代，这些方法已经不能满足人类对探索深海奥秘的需求。 8 R6 M( q' b8 F) X( ^
进入工业时代后，测深技术有了革命性的发展。与蝙蝠（它们在飞行时通过口腔发射超声波、用耳朵接收因遇到障碍物而反射回来的超声波，来判断探测目标距离它有多远）的“回声定位”相类似，人们利用声学回声探测原理的单波束测深技术来实现对海底深度的精确测量。安装在船底的单波束测深仪通过向海底发射声波信号，同时接收遇到海底面后反射回来的声波信号，经过计算机的处理就可以得到海底的水深，也正是利用此项技术我们发现了海底最深的地方——马里亚纳海沟，“听”出了它的深度。
* @1 ], u2 o+ Z4 g 如今，单波束测深技术已成为一项基础的水深测量技术，工作时的船速可达20千米/时。因此，在海洋探测中属于高效率的探测手段，目前被广泛应用于河道、航道测量及海洋科考等领域。  * w# y0 E( h' y6 W7 O% m- [
单波束探测技术示意图
5 n) M+ B4 Z; l9 e* `7 A 多波束测深，“绘”出海底“素描” 3 {5 P: a# b* b- }2 `; L; \
顺着船的航迹，把单波束“听到”的声波反射的位置点连起来，会形成一条水深测线，为了实现从“线”到全覆盖的“面”测量，科学家研发出多波束测深技术。 ! }& Y& H4 k) y
多波束有点像素描，画家用笔触营造出不同的线条及横切关系，把眼睛看到的事物形态直观地表现出来。多波束探测设备和单波束设备一样，通常安装在船底，通过设备发出一簇簇呈“条带状”的声波信号照射到崎岖的海底，然后再接收海底面反射回来的声波信号，顺着船的航迹，对其进行加工处理，把这些“条带状”的地形拼接起来，最后可以得到海底面的三维素描图，直观地反映出海底的样貌。 7 q& b5 Z# R9 j/ L& k3 w& o9 b
多波束测深技术始于20世纪70年代，具有高精度、高效率和全覆盖的特点，随着计算机技术的发展，它的探测精度持续提高，甚至可以探测海底10厘米目标体的形态特征。目前广泛应用在海洋工程测量、海洋资源调查、水下考古测量等领域，具有重要的社会效益和经济效益。  ! A g0 q, v1 m. ?, C3 _6 y
多波束探测技术示意图
5 P9 e* `% ~$ H2 M9 a, _3 r, W3 B 地震勘探，探寻“海底蛋糕”的秘密
2 t% `" Y, ?9 Q: Q$ g 测深技术利用的声波大部分在海底被反射回来，但是一部分声波具有穿透性，可以穿过海底面，进入海底下一定厚度的地层。利用这个原理，科学家开展了地震勘探。地震勘探与我们平时所说的天然地震不同，它是通过设备发射声波到海底，声波经过海底及以下地层的反射后传到设备的接收装置，通过计算机技术处理，就可以得到海底结构的扫描图，看清海底以下的地层结构。
3 E( L% t1 {' ^ `+ `7 i 想象一下，在你面前有一个巨大的提拉米苏蛋糕，一刀切开，会呈现什么景象，一层奶油？一层巧克力？一层冰激凌？如果将海底以下的地层比作一个蛋糕，通过地震探测技术我们就可以知道“海底蛋糕”有几层，每层有什么。
1 \; D( Z/ x2 b( L3 y+ m 海洋是一个尚未完全开发的“聚宝盆”，蕴含着丰富的资源。利用地震勘探技术我们不仅可以分析海洋沧海桑田的的演化历史，还可以发现更多埋在海底深处的未知宝藏。 
" O# |1 x% `% n1 }7 ]; k% n3 Y 多道地震勘探工作示意图 * e& Z/ R; k# d" D' E7 }, b) T
利用声学深拖在海底“放风筝 . d$ |) f3 a* E
走向深海，装备先行。3~5千米的水深制约了人类对深海海底的高精度探测，为了得到更高精度的海底地形地貌以及海底地层信息，一款深海探测利器应运而生，它就是集成了单波束、多波束、地震探测技术的声学深拖探测系统。 $ x* ~) F0 p* ^
声学深拖探测系统的工作状态像极了我们放风筝。深拖拖体相当于风筝，电缆相当于风筝线，释放电缆的绞车相当于风筝线盘，电脑主机相当于放风筝的人，不同的是，它是在深海放飞。它可以在距离海底50米的高度对海底信息进行精确探测，因此有一个形象的名字——“深海风筝”。
8 e% i, ~" c: I3 H: g6 k 声学深拖探测系统主要用于多金属结核、富钴结壳、热液硫化物等海底矿产资源调查和海底光缆等海洋工程调查，同时它还可以进行特定目标搜索，辅助大型潜水器完成水下探测任务。 
. N5 A9 Z( V/ D' G 声学深拖工作示意图 3 b: n$ k u9 r* X; M; @, O6 W g5 N$ b
中国探索海洋的辉煌历程从“深海进入”到“深海探测”，再到“深海开发”，走出了中国深海战略“三部曲”。未来我们将继续用声音把脉深海大洋，用科学探索深海宝藏。同时也希望更多的人关注海洋、认识海洋，一起揭开更多海洋的秘密，为人类海洋事业贡献自己的力量。 $ G( W; i6 Q, z/ _/ T* S0 d3 N
中国探索海洋的辉煌历程从“深海进入”到“深海探测”，再到“深海开发”，走出了中国深海战略“三部曲”。未来我们将继续用声音把脉深海大洋，用科学探索深海宝藏。同时也希望更多的人关注海洋、认识海洋，一起揭开更多海洋的秘密，为人类海洋事业贡献自己的力量。
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■文章来源：《知识就是力量》杂志 2021年6月刊，作者：冯京 尉佳 单瑞（中国地质调查局青岛海洋地质研究所）   - P* A, U9 ]6 Y& X/ Y
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