海底构造地球物理研究方法（7）
胡经国（yuanzi16）
五、其它海底构造观测技术
㈠、概述
海洋科学很多重要的突破都是技术发展的直接结果。近几十年来，高度发展的现代科学技术（计算机技术、微电子技术、声学和光学技术及相关的遥感技术）在海洋研究中的应用，建立了一整套从卫星、飞机遥感、海洋各个层次调查、浮标阵、水下潜水器到海底实验室、深海钻探等立体调查系统。从而使海洋科学的调查、观测、资料处理、计算和实验技术发生了深刻变化，是人类认识海洋的能力大为提高。
海洋工程师发明了许多种仪器。海洋学仪器和考察船是研究海洋的工具，可用来观察、取样、与海洋接触。如果没有这些工具，那么我们就不能详细了解海洋环境。
从大陆架到深海大洋，是石油、天然气、水合物、铁锰结核等矿物资源的赋存场所，又是海底扩张、板块构造、古海洋学和全球构造等学说的发源地。
探索海底的重要手段是海洋地质调查，即利用地质、地球物理和地球化学等多种综合手段探测和查明海底地形、地质构造、沉积物、岩石和矿产资源分布状况。海洋地质调查只能借助于海洋地质调查船进行。
海洋地球物理学的发展与调查船只和平台的使用密切相关。它们有效地扩大了调查范围、检测了新的仪器，并且开展了新的实验。20世纪50、60年代，由于政府对海洋调查的大力支持，并且给予了科学家充分的时间开展他们的研究，因而海洋地球物理学在这期间取得了前所未有的进步。
二战后，大洋磁条带、热流和地震构造的发现，对板块构造论的发展起到了重要的作用。到了20世纪60、70年代，为了繁荣经济，发展科学，大量的多学科调查船、大洋钻探船和商用地震勘探船开始执行任务。用于海洋调查的仪器，还用于破冰船、核潜艇、驳船、飞机、载人潜艇和遥控潜水器上。核攻击潜艇运行速度是普通船的2倍以上，而且声学上是安静的，并且不受海况河水况的影响。因此，它们对于基础研究非常有用。
㈡、考察船
最重要的海洋学仪器是考察船。要是没有船，海洋学家就没有能载着他的其它仪器出海使用的基地。
不少海洋考察船是用别的船改装的。虽然这些船原来并不是考察用的，不免有一些限制，但是能够很好地完成任务。
现代海洋考察需要能执行多项考察任务、能载多种仪器、有高度适航性的船。
考察船的几项主要指标：
①、费用：造价、操作和维修费用。
②、机动性：低速和停车时的机动性。
③、适航性：在大风大浪中稳定。
④、续航性：在海上至少能停留1个月。
⑤、实验设备和电子设备：搜集海洋资料电子设备没有干扰。能把仪器下放到深海海底。
⑥生活设备：具有供船员和科学家使用的休息和生活的设施。
此外，考察船还必须满足：
①、能适应新的、专门的仪器和技术。
②、能够带有深潜器、钻机和大型海洋浮标。
③、现代海洋考察船拥有船用计算机系统。
海洋考察船——大洋一号
建造：沪东船厂；
出厂日期；198101；
航速：19.29节；
最大航速：20.6节；
总长：104.137；
型深：6.85；
型宽：13.674；
吃水：4.90；
排水量：3324.35；
总吨位：2579.07；
主机：2台，最高转速220，实际马力52802；
续航天数：30；
续航里程：7000海里；
淡水满载量：397.96；
队员：43；
船员：58。
㈢、潜水器
1、潜水器概述
在人类征服海洋的征程中，潜艇立下了汗马功劳。然而，即使是核潜艇，一般也只能在300～400米的海洋深处活动。面对占地表77%以上面积的、深于3000米的海洋，人类创造潜水器征服了深海。
潜水器是深海科学研究、资源调查必需的深海运载和作业装备，是深海高技术的典型代表，是人类进入占地球表面积71%的海洋内层空间、认识海洋、勘探开发海洋资源必不可少的手段。
潜水器即是探测工具，又是进行水下工程的重要设备。深海潜水器是可以运载各种装置、机械设备、甚至人员到深海特定区域的超常环境中进行特定作业的深潜装置。
1953年，法国人奥古斯特·皮卡德设计建成的“的里雅斯特”号自航式潜水器，1960年1月23日，由奥古斯特·皮卡德的儿子雅克·皮卡德和另一名潜水员美国海军上尉唐纳德·维尔什共同乘坐，闯荡万米深渊——马里亚纳海沟，创下了下潜10916米的世界纪录。
如果说20世纪70年代以前，人们热衷于潜水器去深海底探险，追求下潜的深度，那么70年代以后，人们便热衷于把潜水器作为科学研究和为海洋开发服务。因此，深潜器的商业和科学应用掀起了一个高潮。
目前，潜水器主要用于海洋考察、探索、打捞、水下作业和救生。
1988年，法国研制成功可下潜6000米的深潜器。可载3人，进行摄影、录像，还有两只分别为7个和5个自由度的机械手，用来采集海底样品。
1989年，日本建造了可达水深6500米的深潜器。
20世纪80年代以来，中国也开始了深潜器的研制。第一艘载人深潜器最大下潜深度600米。第一台无人遥控深潜器于1985年底研制成功，潜深为200米。
2、深海潜水器分类
按照习惯分类，深海潜水器可分为：无缆自治潜水器（AUV）、有缆遥控潜水器（ROV）、载人潜水器（HOV）以及其它深海勘查设备等。
3、潜水器的优缺点
⑴、优点
直接观察。能使科学家看到并摄下他想要测量或采集的东西。
不受海面情况影响，能勘查小型地貌。这是用水面船舶不能看到的。潜水器可以在同一位置进行几小时的测量，而无法锚定的船舶则会漂走，离开给定地区。
潜水器能在一定时间以后回到海底的同一个地区，而海面船舶只能靠导航方法来寻找给定的地区。
⑵、缺点
需要依赖海面船舶来拖曳或载运它到潜水的位置。
下放和起吊困难，因而限制了它的应用。
需要足够的强度来克服水压力。潜水器一般都非常小。需要留给仪器和维持生命的设备以足够的空间，观测者工作空间狭窄。
每次下潜所用经费昂贵。
虽然潜水器有这些缺点，但是它仍然不失为海洋地质学家的一种重要研究工具。
㈣、钻探船
钻探船是海洋学研究非常有用的船舶。
通过钻探可以得到地壳深部的样品。第一次在深海成功使用钻探船，是在20世纪60年代早期，企图钻透地壳的莫霍计划的开始阶段。
1965年，地球深层取样计划（JOIDES）在佛罗里达以东大陆架和大陆坡钻了6个钻孔。
1968-1975年，更广泛的深海钻探计划（DSDP）在大西洋、太平洋和印度洋的主要地质结构钻了很多钻孔。
㈤、打捞船
另一种船是海洋调查的打捞船。
“阿尔科海探”号是一条铅船。它的构造类似于钻探船，但是功能不同。它上面有非常先进的仪器组，装在大约2000米长的钻管端放下。
仪器包括水下电视和声呐设备。能够帮助船上找到失落在大洋中的设备。当找到失落在大洋中的设备时，用仪器组下面的大篮子把它提到海面，最多可提200吨重。
㈥、浮标和固定平台
1、漂浮和固定平台
永久性建在海底上的固定平台，也用于测量多种海洋参量，上面装有雷达和导航台、栈桥、气象和灯塔等。
固定平台的两个优点是：比船的费用少，而且能长时期、不间断地进行测量。
2、浮动仪器平台
一种海洋研究工具是竖立船FLIP（浮动仪器平台）。它在竖立状态时，非常稳定。它的上下运动比周围波浪小得多。
由于它的稳定型高，因而特别成功地用于研究波浪运动和声在海洋中的传播。
3、锚定浮标系统
另一种用于海洋学研究的平台是锚定浮标系统。浮标或浮标系统能够布设在海面或海底。通常用1个或更多的浮标布设在海面作标记，并且用来储存浮标缆上的水下传感器获得的资料；这些海面浮标还能记录气象要素、海流和波浪。当保持锚缆很紧以减少系统的水平和垂直运动时，用潜标可以精确测量海流。在潜标内可装电源和其它传感仪器所需的记录器。在靠近海底处的锚缆末端常联有释放机构，用指令使机构动作，可回收浮标系统。在用海面船舶去回收以前，浮标获得的资料在系统内汇总、记录。新的浮标系统能把数据传到岸站或转发到经过的卫星。
2018年5月5日编写于重庆
2018年5月23日修改于重庆
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