海洋地球物理探测存在的问题及未来展望 - 海洋地球物理学

近年来，海洋地球物理探测技术发展迅速，促进了海洋地质、地球物理学等学科的快速发展。与陆地地球物理勘探相似，海洋地球物理探测技术在应用过程中也存在着一些问题。但是，在应用过程中加以探索和修复，海洋地球物理探测技术仍是海洋研究的基本手段，使得海洋科学取得了重大的进展和突破。不管是在过去、现在还是未来，海洋地球物理探测技术都有广泛的应用。

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海洋地球物理探测存在的问题

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海洋地球物理学在海洋研究中不断发展和突破，存在以下几个基本问题:

▋ 1) 海洋地球物理探测的深度范围同观测仪器的分辨率成反比，即所研究对象(场源体) 的深度越大，在海面上观测到的场的分辨能力就越低。例如，在反射法地震勘探中，使用的频率范围高，将获得良好的纵向分辨率，但勘探深度极为有限。为了获得深部的数据，只有使用低频震源，如此势必降低分辨率。为此，要根据研究区域的具体情况，探讨应采用的观测技术。

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▋ 2) 海洋地球物理勘探方法的反演问题都具有多解性，尽管构成地球物理场的因素是明确的，对场的观测值的解释却可能是多样的。只有多种地球物理资料和地质资料综合反演，互相补充，互相验证，才能逼近唯一正确的解答。

▋ 3) 海洋地球物理勘探方法，以海底岩层的某一种物理性质的差异为基础，从不同的角度去认识海底的结构和岩性。为了对勘探成果取得较全面的认识，应尽可能利用测区内的钻孔资料和地球物理测井资料，合理而准确地确定岩石的各种物性参数。由此进一步完善各种勘探仪器、设备和观测技术，继续加强对地质、地球物理资料的综合研究，才能不断提高海洋地球物理勘探解决实际问题的能力。

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海洋地球物理探测技术未来的发展

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海洋地球物理探测技术未来的发展有以下几个方面的趋势:

▋ 1) 海底地球物理探测技术

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我国海洋地球物理探测技术研究开发取得了重要成果。一些技术已经非常成熟，比如高精度远距离差分GPS 技术、海底地形地貌电子数字化成图技术、海底地形地貌人工智能解释技术、水下拖曳式多道伽玛能谱仪、海底大地电磁探测技术、地球化学快速探查技术等，应组织推广转向产品化；一些技术比较成熟，但需要进一步优化，如多波束全覆盖高精度探测技术、海底地震仪及其观测技术、综合地球物理快速探查技术、海上油气区域综合快速评价技术等，可进一步技术集成，提高它们的实用化程度。

目前，国内急需而又无此项技术的有天然气水合物保压取芯技术、海底直视采样技术、海底多参量填图技术等，应适当引进，并组织力量研发。

深海技术随着多学科的综合运用，表现出空中、海面、海底“三位一体” 的综合观测。海面有综合科考船和浮标技术，空中有飞机和卫星遥感技术，水下有深潜器和水声技术等。

如美国正在计划发展的“综合海洋观测系统” 就是一种先进的海洋立体探测系统。该系统由水上、空中和空间的不同探测平台组成，每种平台上传感器收集到的信息将通过海底光纤电缆和卫星传输到陆上进行集中处理，从而形成对全球海洋环境的观测网络，最终达到为海洋环境预报、海洋资源开发、海上交通运输以及国家安全服务的目的。

深海观测系统也由单点的观测向网络化发展，表现为站—链—网络的建设。观测站的特点是区域针对性强，但可承担的任务有限，可观测的要素较少。在站与站之间，增加无线通讯的功能，就构成了观测链，观测链适用于深海区域的长期连续观测，可实现现场数据的“准”实时传输。网络是目前技术含量最高的海底观测系统，可集成多种海底观测装置，功能齐全，观测时间长。随着技术的不断进步，发达国家将建立覆盖地球全海域的立体海洋观测网络。

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▋ 2) 基于深潜技术的海洋地球物理传感器

深海金属矿产资源的开采由多金属结核单一资源开发技术，向多种资源开采公用技术扩展，是当前深海采矿技术研究的一个显著特点，并成为一些工业发达国家的研究热点。海底热液硫化物是当前金属矿产资源勘查的重点。保持深海领域技术优势，扩大海底资源占有量，积极勘查和研究全球海底其他战略性金属资源，是发达国家的海底矿产资源勘查开发技术的总体发展战略。因此改进基于深潜技术的海洋地球物理传感器在未来仍是重点。

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目前拥有探测深度可达6000m 以上的国家，只有美国、日本、俄罗斯、法国和中国。深潜器技术还有很大的发展前景，目前发达国家正在研制多功能和混合型的深潜器。深潜器技术向重量轻、长航程、多功能、高续航、混合型等方向发展。

▋ 3) 预测海洋地质灾害的地球物理监测技术

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近年来，海上钻井勘探引起的地质灾害频发，海洋地球物理探测技术在海洋地质灾害调查方面有着不可替代的作用，前期的地球物理调查可以探查施工海域存在的潜在地质灾害因素，为施工设计及施工进程提供地质依据，保证海上安全施工顺利开展。如何防治海洋地质灾害是对海洋地球物理探勘技术的又一挑战。加强海洋工程地质和海洋地质灾害的调查研究，在海底地质活动活跃区域进行常态海洋地球物理监测是地质灾害实时动态监测与防治的新手段。

▋ 4) 海洋信息大数据时代

近年来互联网产业蓬勃发展，数据量猛增，云计算、大数据等信息技术在时刻影响着我们的工作。在这样的时代背景下，如何借鉴大数据浪潮带来的思维与技术，采取切实可行的措施，加快实现公益性海洋地质调查成果社会共享，挖掘海洋地质数据在未来国民经济和社会发展过程中的应用价值，满足社会各界对海洋地质信息日益增长的需求，是海洋地质信息化建设未来的发展趋势。

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海洋地质信息化建设应摆脱以“单纯数据量” 论成效的价值观，重视数据的信息服务价值，创建数据有效增值模式，实现数据的再利用价值；同时，借鉴大数据思维，探索海洋地质大数据挖掘与可视化技术，提升信息价值洞察力，增强海洋地质信息化软实力，实现数据价值的最大化。

总之，在海洋科学研究和海洋经济发展中，海洋地球物理技术具有巨大的应用前景。随着国内外对海洋的大规模开发，海洋地球物理探测技术必将得到更广泛、更深入的应用。

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海洋地质与地球物理学关心的三大核心问题

本文摘编自《海洋地球物理探测》（吴时国 张健等编著．责任编辑: 周杰．北京: 科学出版社, 2017.6）一书“第1章 绪论”，标题为编者所加。

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ISBN 978-7-03-052449-2

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《海洋地球物理探测》根据多年的教学实践和科研经验, 综合近5 年国内外海洋地球物理探测技术及其应用的最新进展, 重点讲述海洋重、磁、电、震、热和放射性等探测方法的基本概念、基本原理, 系统阐述海洋地球物理探测资料采集、数据处理、综合解释等方面的基本理论和领域前沿技术, 如多波束测深技术、旁侧声呐技术、海底电磁仪技术、垂直缆和海底地震仪等, 以及如何应用这些理论和技术去解决具体的海洋科学问题。同时, 结合海底地质构造与岩性特点、海洋矿产与能源类型、科学研究热点与发展前景,介绍国内外海洋地球物理探测典型案例和最新进展, 为广大读者提供借鉴。

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（本文编辑：刘四旦）

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