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海洋地球物理測量

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海洋地球物理測量是應用各種物理學方法和儀器,測量洋底地球物理場的性質及其變化特徵,從而得出海洋底的地質構造和礦產分佈的重要調查方法。

1 海洋地球物理測量 -海洋地球物理測量


  海洋地球物理測量在推進海洋地質學的發展上佔有突出地位。它的成果不僅有助於獲得海底地質構造的特徵和展布,而且為探明海底油氣等礦產資源以及海底工程地質條件提供必需的基礎資料。第二次世界大戰以來,海洋地球物理測量獲得的豐碩成果,還為創建和驗證海底擴張說和板塊構造說提供了依據。
  研究簡史  海洋地球物理測量的發展大致可分三個階段:第一階段,從20世紀30年代至50年代中期,幾種主要地球物理測量方法從陸上向海上移植。海洋地震測量的發展和用于海洋重力測量的海洋擺儀等測量儀器的試驗,精密回聲測深儀的問世,雙船地震折射的觀測等都是這階段的成果,尤其是用回聲測深數據繪製海底地形圖,揭示了海底的各種地貌形態。1955年用雙折射地震法成功地獲得大洋地殼結構的資料,證明大洋地殼結構與大陸地殼有明顯的不同,這是另一重要成果。第二階段,1957~1970年,國際上組織了「國際地球物理年」(1957~1958)、「國際印度洋考察」(1959~1965)、「上地幔計劃」(1962~1970)等多學科的科學考察活動,促使海洋地球物理測量迅速發展,並取得了大量地球物理場資料和重要成果。如大洋中條帶狀磁異常的發現及其成因的解釋,為海底擴張說提供強有力的證據;多道地震大剖面揭示了大洋地殼層向大陸下俯衝的現象;對島弧海溝系地震震源機制的觀測研究,加深了對俯衝帶的認識。第三階段,70年代以來,電子技術和計算機技術廣泛應用于海洋地球物理測量中,儀器設備、測量方法和資料處理等迅速發展。同時,與深海鑽探等手段相結合,為驗證與發展板塊構造學說,為了解洋底深部構造,為勘探開發海底礦產資源提供了更多的地球物理資料。
  測量方法  海洋地球物理測量使用最廣的有海洋地震測量、海洋重力測量、海洋磁力測量和海底熱流測量4 種主要方法,海洋電法測量和海底放射性測量尚處於試驗階段。以上幾種方法是根據海底岩石和沉積物的彈性、密度、磁性、導熱性、導電性和放射性等地球固有的物理性質的差異為基礎,用不同的物理方法和儀器觀測並研究天然的或人工激發的地球物理場,查清場的分佈特徵和變化規律。
  海洋地震測量  通過布設在海洋底的地震儀觀測天然地震所產生的體波和微震,直接研究海洋底的構造運動;而根據縱橫體波的傳播速度以及面波的頻散曲線,可以研究地球的結構、地殼厚度和低速層的展布等。利用人工震源激發的地震波觀測在不同波阻抗界面上反射或在不同速度界面上折射的地震波,可以直接查明界面的深度、產狀和地層物質屬性。其中地震折射波法主要用來研究地殼深部與上地幔的結構,地震反射波法主要用來探查海底沉積盆地及其中的局部構造,在有利條件下還可以直接顯示油氣的聚集。
  海洋重力測量  以萬有引力定律為理論基礎,以洋底岩石密度差異為前提,用重力儀在船上或海底進行觀測,以確定各種岩層質量分佈的不均勻性。通過對重力異常的分析可以用來研究地球形狀、莫霍面起伏、計算異常地質體及其密度界面的產狀和埋藏深度,還可用來研究區域的地殼均衡現象,了解地球內部的動力作用。
  海洋磁力測量  分析自然界岩石和礦石的磁性差異所產生的磁異常場可以闡明區域地質特徵,如結晶基底的起伏、盆地的沉積厚度、大型斷裂的展布和火山岩體的範圍等。詳細調查結果可用於海底地質填圖和找鐵磁性礦物。海上磁力儀一般可測得海底面以下約20公里(居里點以上的地殼)的地質構造。
  海底熱流測量  熱流是地球內部的熱經地表流出的流量,熱流值等於岩石的熱導率和地溫梯度的乘積。測量海洋底的地溫梯度值及表層疏鬆沉積物的熱傳導率,即可求得海底地熱流值。它反映地球內部的熱狀態,為認識區域構造及其形成機制提供依據。
  海洋電法測量  利用地球本身的電場,特別是用人工激發的電磁場來研究海底的電性結構。目前這種方法還處於研究試驗階段。
  海洋放射性測量  尋找放射性及其伴生礦床的直接手段。這一方法陸地上已普遍使用。但由於海水對電磁輻射有強烈的吸收作用,造成海上使用放射性探測器的困難。目前僅通過採集海底砂泥樣品進行實驗室的放射性測定。
  此外,還可利用回聲測深儀和旁測聲吶等手段測量海底地形。
  特點和工作方法  由於海洋水體的存在,所以必須採用一系列有別於陸上地球物理調查的測量儀器和觀測方法;但另一方面,利用航船則利於快速而連續的觀測和幾種方法的綜合測量,達到一船多用,提高效益。
  海洋地球物理測量一般採用路線測量(剖面測量)和面積測量兩種基本方式。路線測量是為了解海區的地質構造概況和地球物理場基本特徵而布置的;面積測量是按調查任務所規定的成圖比例尺,在調查海區內布置一定間距的測線網。比例尺愈大,測網的密度相應地愈高,對場的了解也越細。
  海上地球物理測量,除海底熱流、海底重力外,都採用走航式測量。同一調查船上多種測量方法同時進行,既提高效益,又利於各種資料的綜合分析和相互對比。
  在海上進行地球物理測量中,調查船及其導航定位是兩項基本保證條件。不同的方法對導航定位的要求不同,目前廣泛使用無線電定位系統、衛星導航定位系統(見海上導航定位)。而對不同的調查任務和不同的海區,選用不同噸位和裝備的綜合調查船或專業工作船。
  應用及存在問題  海洋地球物理測量在海洋地質領域中,有著廣泛的應用。①海洋地球物理測量結果是現代大洋地殼研究最重要的資料來源。綜合研究各種海區內的地球物理場資料,可以了解海洋底地質構造的展布,探討大洋盆地的形成和演化,從而豐富了人們對大洋底的認識。②在海底油氣資源的勘查和評價中,廣泛採用各種海洋地球物理方法。如對沉積盆地的研究,主要是綜合分析重力、磁力和人工反射地震的資料;而對油氣圈閉的研究,則根據反射地震記錄中的運動學和動力學信息,作構造和岩性分析,包括直接尋找烴類指示。只有在這些研究的基礎上,才能進行海洋鑽探,驗證並發現油氣。③海洋地球物理測量能夠通過回聲測深儀、地震剖面儀(單道地震)、側掃聲吶和高解析度反射地震,結合柱狀取樣或淺鑽,對海底地形、疏鬆沉積及其基底進行詳盡的研究,為環境地質、海底工程地質、濱海砂礦勘探等提供基礎資料。
  海洋地球物理測量在海洋地質學中正在發揮著重要作用,但也存在著一些問題:①各種地球物理資料解釋的多解性;②探測深度範圍和分辨能力成反比,即場源深度越大,觀測場越弱,越難以分辨;③海底岩石物性研究得很少,這也是難以克服多解性的重要原因。
  參考書目
 劉光鼎編著:《海洋地球物理勘探》,地質出版社,北京,1978。

 

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