海底沉积物并行式电阻率探测技术研究.pdfVIP

海底沉积物并行式电阻率探测技术研究 海底沉积物并行式电阻率探测技术研究 郑彦鹏1梁瑞才1毛锋2韩国忠1李西双1 (1．国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛，266061；2．清华大学，北京100084) 【摘 要】本文基于高分辨率地球物理探测技术和海底沉积物类型多参量判识技术的研究，提出了一种 海底沉积物并行式电阻率探测方法，通过对该设备的研制和开发，可以定量了解海底不同深度沉积物的视 电阻率、孔隙度等物理参数赋值及其变化规律，弥补传统的声学探测方法和地质取样技术在近海海洋工程 勘查或浅层气、古河道等埋藏灾害地质因素评价中的不足，为海洋工程安全保障提供定量依据。 【关键词】海底沉积物视电阻率孔隙度 1 技术研究要解决的主要问题 近海海域作为人类经济开发活动日益频繁的地带，海洋工程建设逐步增多，迫切要求对 底质沉积物稳定性作出快速评价，而底质的稳定性与动力地貌特征和沉积物的物性参数，如 沉积物类型、孔隙度、压缩性和密度等密切相关，如何快速地获取这些参数也就成为当前海 洋经济发展和海洋工程安全评价首先需要解决的问题之一。 近年来广泛运用的高分辨率地球物理探测技术主要是利用声学原理对海底地形、地貌和 海底以下几十米的地层进行探测，进行地质地球物理研究或工程地质和环境评价，是对海底 沉积物进行“形态学”的探测和研究，因此，不可避免地存在一些问题：如单一声学探测的 多解性、进行底质分类缺少限制参数等。近几年来，随着技术发展和工程应用的需要，海底 地球物理探测必须结合“定性化(底质沉积物的地质属性分类)”和“定量化(沉积物的声 学和其它物理参数估测)”探测是必然的发展趋势，在这种趋势下，利用电磁探测(EM)原 理进行海底沉积物的电阻率探测对于海洋工程调查和科学研究具有广泛的应用前景和市场 潜力。 2国内外研究现状 目前世界上将海底沉积物电阻率探测技术应用于海底沉积物物理性质和特征研究的国 家主要有加拿大和美国，主要应用于大陆架及边缘海地区埋藏古河道或～些复杂沉积体的研 究…，或作为高分辨率声学探测方法的一种辅助探测技术来使用，至今国、内外尚未生产出 商品化的仪器设备。 从上世纪九十年代开始，国外的一些海洋调查和研究机构，如加拿大地质探测中心、美 国伍兹霍尔海洋研究所等陆续开展了海底沉积物电阻率探测系统的设备开发和应用研究。 Mosher(1996)在加拿大BritishColumbia海岸进行了高分辨率海洋声学地震剖面和海底 —．460—． 我国近海油气勘探开发高技术发展研讨会文集 沉积物电阻率探测系统同步测量瞳1，并利用声学地震剖面和视电阻率剖面开展了综合分析， 由于研究区为一个复杂的后冰期沉积海底，沙质沉积与其下的冰期粉砂和粘土沉积、冰碛物、 基岩呈不整合接触关系，由于声学信号发生散射、信号衰减或相干干涉等原因，造成声学地 震剖面，然而，海底沉积物电阻率探测系统则为不同地震相之间提供了定量关系，并为地震 信号模糊的区域提供了视电阻率数据，经过视电阻率数据的反演计算后获得了一些特殊位置 的视孔隙度一深度对应剖面。Evans(1999，2000)利用了海底沉积物电阻率探测系统对加 利福尼亚的Eel三角洲和新泽西的埋藏古三角洲的海底浅层沉积物视电阻率和视孔隙度进 行了研究口’41，并结合高分辨率三维地震探测剖面，对后冰期古环境演变提供了新的证据。 此外，对于一些具有砂一砾沉积结构或低孔隙度沉积物覆盖区，重力取样和活塞取样均 比较困难，而且声学探测方法的穿透能力极其有限，但海底沉积物电阻率探测系统能够通过 测量地层因数参量(视孔隙度)，快速获得探测剖面，因此，海底沉积物电阻率探测系统不 但在海洋工程基础稳定性评价方面应用较好，在滨海砂矿资源的勘察和评价方面也具有良好 的应用前景。 3主要研究内容和拟解决的技术难点 3．1主要研究内容 海底沉积物并行式电阻率探测系统由一个压载单元、一个发射单元和多个接收单元组成 拖体，通过传输电缆连接后沿海底拖曳，它以剖面记录的方式快速测量海底沉积物的电导率 值。该系统采用时间域电磁法原理，通过对电磁信号的并行式采集、高速处理、自动成图以 及数据反演模型的建立，获得海底沉积物的视电阻率参数，从而定量计算海底沉积物视孔隙 度和压缩性等物性特征，为进行近海海洋工程勘查、海底底质稳定性评价和动力地貌研究提 供依据。系统总体设计结构如图l所示，可分为实时采集子系统、数据处理子系统和资料解 释子系统三个