关键词：P70浅地层剖面仪；南极科考；浅地层测量
1 引言
2016年12月16日，中国地质调查局“海洋六号”船从智利瓦尔帕莱索港出发，正式开启南极首航，此考察航次纳入中国第33次南极考察队序列航次，与“雪龙”船一起，实现双船多站、海陆空一体，开辟了新时期中国南极科学考察格局，具有里程碑式的意义。航次至2017年2月10日返回到瓦尔帕莱索结束，共历时45天。本调查航次首次采用高分辨多道地震调查、地热探测，以及浅地层剖面测量、多波束测深、地质取样等高精度地球物理综[1 投稿日期：2017-09-06
2.第一作者简介 韦成府（1985- ）助理工程师 学士 电子信息工程，现主要从事海洋物探的生产和设备性能改进研究工作；参与执行中国第33次南极科考“海洋六号”航次任务。]合调查，获取了一大批关于南极半岛海域的地质地球物理调查数据；同时，组成陆地地质考察队登陆考察，全面了解南极南大洋地质情况，为研究全球气候变化对南极的影响提供了第一手资料。浅地层剖面测量作为一项重要的调查手段，首次在南极中深海域使用了德国ATLAS公司PARASOUND P70浅地层剖面仪进行作业测量，它与其他调查手段结合，用于综合研究调查区的地形地貌，地质构造及演化过程等。本次调查共完成浅剖测线工作量3900多千米，超额完成了既定任务。
2 P70浅地层剖面仪简介
P70为深水参量浅层剖面仪，该设备固定安装在“海洋六号”船上，工作水深范围10m~11000m，适用于全海域范围海底地质结构的调查分析。它既具备传统的单脉冲发射模式，又有先进的脉冲链发射模式(Pulse Train)和等距发射模式(Quasi-equidistant)，利用连续波(CW)、调频脉冲波(Chirped)、编码脉冲(Barker-coded)等多种脉冲类型选择和参量阵差频技术相结合，使其实现了从浅水到深水全海域范围的测量功能，具有较高的地层分辨率和地层穿透能力，是目前世界上最先进的全海洋海底浅地层剖面调查仪器之一。ATLAS公司浅剖系列设备性能优良，在“海洋六号”船多年大洋科考的应用，取得很好的勘察效果，在马里亚纳海沟近万米水深，依然能实现海底跟踪及地层识别[1]。目前中国地调局广海局“海[
]洋四号”船安装的PARASOUND MD也已投入使用，新造的“海洋地质十号”船，也将安装P70浅层剖面仪，国内的同性质单位新造勘探船也在引进安装。
2.1 设备组成[2]
P70剖面仪主要由换能器，发射/接收电子单元，主控PC及后处理PC组成。其中发射/接收电子单元包括模拟电子单元（AEU）、数字电子单元（DEU）和内部连接单元（ICU）三部分。
辅助设备有数据采集/存储备用工作站、运动传感器（OCTANS）、AML表层声速计、数据分配接口处理器（DIP）、可不间断电源（UPS）、网络交换机、彩色打印机等。在实际应用时，还需要有GPS输入导航定位数据。整套系统结构框图如图2-1所示。
2.2 设备主要技术指标[3]
3 工区及测线概况
工区位于西南极南设得兰群岛的南北两侧，其中北部为正选工区，南部为备选工区，两块工区的中心线距离智利 蓬塔.阿雷纳斯最近约1000公里（图3-1）。正选工区位于位于南极陆缘南设得兰东北部的德雷克海峡，其中一条主测线位于中间，是本次布设的最长的主测线，其已经穿过了德雷克海峡最深处而到了海峡的另一侧。备选调查区大致呈矩形，位于南极陆缘南设德兰群岛东南方位的海峡内。
4 作业参数选择
根据实际作业工区的水深地形情况和作业时船速、海况等环境条件来选择调整作业参数，并在作业前进行测试根据记录剖面的清晰程度来选择最佳的作业参数。
（1）工作模式：
根据作业工区的水深情况，本航次浅剖作业均采用P-SBP/SBES工作模式。
（2）发射模式
本航次工区进行浅剖作业时，工作船速在6节左右（与多道地震同时进行），走航避风速度约12节，根据实施方案的作业目的需求，为了保证剖面的连续性，选择使用单脉冲发射模式（Single Pulse）。
（3）发射频率
本航次浅剖测量使用的发射频率为：PHF 20kHz、SLF 4kHz。
（4）脉冲长度
本航次手动设置脉冲长度1.0ms。
（5）声速校正
本航次作业测量使用平均声速1500m/s和1470m/s，与SVP实测声速数据结合进行声速校正。
（6）吃水深度和GPS校正
设备换能器阵列（Transducer Array）安装于船头船底部位，吃水深度约5.6米，其与GPS天线头不在同一位置，需要进行位置校准。
5 正选区浅地层剖面特征分析
本航次正选区设计浅地层剖面测量主测线12条，联络测线2条，主测线从南到北形成由浅到深地形结构，南边地势较为平坦，西北边为海沟，东北边为海山或海底丘陵地形。图5-1、5-2为完整的一条浅剖实测图，为典型的工区剖面特征。南边地势平坦，大部分调查测线在该区域近海底几乎没有声学透声层，而只有单层波阻抗反射界面，层位约10~20米，初步判断该区域海底沉积稀少，浅层地质非常坚硬。该种地质特征延伸到约1500米水深后，逐渐出现两层或多层波阻抗反射界面，表明在该透声层内存在物性差异，但差异较小。从1500米4000米区域，声学反射中出现较多的双曲线反射现象，表明该区域海底地形较为复杂，地势变化明显，为逐渐向海沟倾斜的海山沟壑和丘陵地形。地质取样多个站位弯管无样或少样结果证实，该工区浅水到南设得兰海沟边缘，大部分底质均非常坚硬。
有两条测线经过海沟，图5-3为其中一条测线经过海沟剖面实测图，从图中可以看出，该海沟存在多层连续的波阻抗反射界面，且分层非常明显，剖面深度超过50米，由此判断出该海沟区域内沉积丰富，沉积物种类存在着不同，有可能为海底洋流运动冲刷使得海沟两侧的海山表层沉积流失，堆积沉淀到海沟中。从地理位置来看，作业区域位于太平洋和大西洋交汇处附近，海底洋流作用明显，底质沉积流失严重。
6 工区外走航测线地质特征分析
走航测线除了正选工区站间走航外，其他主要分布在正选区和南设得兰群岛之间的避风和赴工区走航线上，以及布兰斯菲尔德海峡备选工区上。避风走航测线与正选区南部类似，同属于陆架上，水深100-500米之间，浅剖大多显示只有单层波阻抗反射界面，层位大多小于20米，沉积物稀少，底质坚硬。布兰斯菲尔德海峡备选工区走航测线有8条走行测线，在这些走航测线之间设有地质取样点。海峡内大部分测线测得多层波阻抗反射界面，厚度超过30米，层次较为清晰，如图6-1。往西延伸到欺骗岛,沉积层位逐渐减少，根据该区域的地质取样结果，能得以应证。
7 结论
在第33次南极科考“海洋六号”航次中，浅地层剖面测量作为其中一种重要的调查手段，与多道地震、多波束、海底热流测量，重力测量、地质取样等结合，形成一个综合的工区调查资料，对研究南极南设德兰群岛附近海域的地形地貌，地质演化过程进行综合研究分析。P70首次在该海域使用，填补了中国南极科考该项目该区域的资料空白。初步了解南设德兰群岛附近海域海底浅地层地质特征，由于洋流作用明显，该区域地质整体表面沉积较少，不利于开展柱状取样和海底热流测量。
[1]吕国涛 温明明 PARASOUND P70浅剖在大洋科考中的应用.内江科技.2013（2）104-105
[2]BL-6029-G-002_V9-0_ATLAS-PARASOUND_ProductDescription.pdf
[3]ED-6006-G-212_V4-1_ATLAS-PARASTORE_3-1-0_Operator-Manual.pdf
论文作者:韦成府,, 温明明,,牟泽霖
论文发表刊物:《科技中国》2017年9期
论文发表时间:2018/2/9
标签：南极论文; 剖面论文; 工区论文; 地层论文; 航次论文; 作业论文; 地质论文; 《科技中国》2017年9期论文;