海洋地球物理勘探

[拼音]：haiyang diqiu wuli kantan

[外文]：marine geophysical prospecting

在海洋范围内应用各种地球物理勘探方法研究地质构造和寻找有用矿藏。简称海洋物探。物探是研究海洋地质最基本的调查手段。它以海底岩石和沉积物的密度、磁性、弹性、导热性、导电性和放射性等物理性质的差异为依据，用多种物探方法和仪器，观测并研究各种地球物理场的空间分布和变化规律，进而阐明海洋底的地质构造及其演化，查明各地质年代沉积物的分布，寻找石油和天然气以及固体矿产资源。

海洋地球物理勘探所观测的有地球本身固有的地球物理场，如重力、磁力、热流和天然地震，也有用人工方法激发的地球物理场，如人工地震和电法等。由于海洋水体是运动的，上述观测必须采用一系列不同于陆地地球物理勘探的仪器和方法。海洋地球物理勘探在早期阶段，采取多种密封防水、弹性减震以及获取静态观测的措施。现在则充分利用海洋的特点进行动态观测，不仅可以快速和连续作业，而且适于将几种物探设备和导航定位仪器集中在一条工作船上，实现电子计算机控制的综合观测。

简史

20世纪50年代初期，尤因(W.M.Ewing)等人利用刚出现的精密回声测深仪进行连续水深探测，并绘制海底地形图。1967年希曾(B.C.Heezen)和撒普(M.Tharp)在广泛搜集详细的连续回声测深资料和图件的基础上，编绘出世界海底地形图，揭示出海底的地貌形态有：大陆架、大陆斜坡、深海平原、海沟、洋脊等，还有洋脊脊峰处的裂谷和同洋脊横交的断裂带等。其中，作为全球系统的洋脊及其上的裂谷和横大断裂带的发现，对于当代地球科学的发展具有重要意义。

与此同时，尤因等用双船进行地震折射观测，测定大洋地壳的厚度和构造，发现大洋地壳同大陆地壳有明显的差异。大陆地壳的平均厚度约35公里，而大洋地壳仅5～10公里厚，它们都是从纵波速度约为8.0公里／秒的莫霍间断面开始计算的。在同样测量的基础上，后来又发现在大陆地壳中，上层10～20公里是由纵波速度约6.2公里/秒的花岗岩质层组成，下层是由纵波速度约7.2公里/秒的玄武岩质层组成。还发现较薄的大洋地壳为3层结构：层Ⅰ具有纵波速度约2.0公里/秒的固结和半固结的沉积物；层Ⅱ中速度变化范围很宽，约为4.0～6.0公里／秒，可能属玄武岩熔岩、某些类型的变质岩和石灰岩；层Ⅲ的纵波速度为6.7公里/秒，被认为是辉长岩类。梅纳德 (G.L.Maynard)于1970年证明此层是由两个分层组成的。莫霍间断面以下为上地幔，其中的纵波速度为7.9～8.2公里／秒。

50年代中期质子旋进式磁力仪的出现，不仅使海洋磁力测量成为可能，而且提供了广泛进行连续测量的精密仪器。1958年，梅森（R.G.Mason）在东北太平洋的磁测中发现明显的条带状磁异常分布图案。随后，瓦奎尔(V.Vacquier，1961)、梅森和拉夫(A.D.Raff，1961)等分别证实了条带状磁异常在大洋地区广泛存在，对海底扩张假说给予了强有力的支持。

60年代广泛的国际合作使海洋地球物理调查与深海钻探相结合，对海底扩张说进行了大量的验证。在世界各大洋地区普遍进行了海洋磁测，进行了地震面波、地震震源分布和震源机制、海洋重力以及海底热流的观测和研究。

中国于1960年开始在渤海湾施行以寻找油、气资源为主要目的的海洋地球物理勘探，随后在北部湾、南黄海以及珠江口和东海进行了综合海洋地球物理调查，先后发现渤海、北部湾、南黄海、珠江口、琼东南和东海等6大沉积盆地，并分别查明了一系列局部构造。钻探结果，在南黄海外的各个海底沉积盆地中发现了工业性油、气藏。

勘探方法

海洋地球物理勘探主要使用重力、磁力、地震和热流测量 4种方法。电法和放射性测量在海洋地区现仍处于理论探讨和方法试验阶段，没有投入实际应用。

海洋重力测量

将重力仪安放在船上（动态）或经过密封后放置于海底（静态）进行观测，以确定海底地壳各种岩层质量分布的不均匀性。由于海底存在着具有不同密度的地层分界面，这种界面的起伏都会导致海面重力的变化。通过对各种重力异常的解释，其中包括对某些重力异常的分析与延拓，可以取得地球形状、地壳结构以及沉积岩层中某些界面的资料，进而解决大地构造、区域地质方面的任务，为寻找有用矿产提供依据。

海洋磁力测量

利用拖曳于工作船后的质子旋进式磁力仪或磁力梯度仪，对海洋地区的地磁场强度作数据采集，进行海洋磁力观测。将观测值减去正常磁场值并作地磁日变校正后，即得磁异常。对磁异常的分析，有助于阐明区域地质特征，如断裂带的展布、火山岩体的位置等。详细磁力调查的结果，可用于海底地质填图和寻找铁磁性矿物。世界各大洋地区内的磁异常，都呈条带状分布于大洋中脊的两侧，这种条带状磁异常被看成是大洋地壳具有的特征，由此可以研究大洋盆地的形成和演化历史。

海底热流测量

利用海底不同深度上沉积物的温度差，测量海洋底的地温梯度值，并测量沉积物的热传导率，可以求得海底的地热流值。热流量的数值变化及其分布特征，直接反映出地球内部的热状态，为认识区域构造及其形成机制提供依据。地热流资料对于研究石油成熟度具有重要意义，直接关系到盆地含油气的评价。

海洋地震测量

根据震源产生的形式分为天然地震和人工地震两大类。

海洋地区的天然地震测量，是通过布设在岛屿上或海底的地震台站，观测天然地震所产生的体波、面波和微震，来研究海洋底部的构造活动、地壳厚度和低速层的展布等。

海洋地区的人工地震测量，是利用炸药或非炸药震源激发地震波，观测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。折射波法主要用来研究地壳深部界面和上地幔的结构，也称为深地震测深。它要求有强大的低频震源（例如使用大炸药量爆炸或使用大容积的空气枪激发），在运动中依次产生地震波，而在相当的距离之外观测地壳深部界面上的折射波和广角反射波（动爆炸点法）。至于浅层折射，除利用声呐浮标获取沉积层中速度资料之外，现已很少使用。反射波法在近海油气勘探中获得广泛的应用。

现代海洋地震勘探广泛采用组合空气枪作震源，用等浮组合电缆装置在水下接收地震波，通过数字地震仪将地震波记录于磁带上。这样不仅能够在观测船行进中实现快速和高效率的共深点反射的连续观测，而且能够使用电子计算机充分利用所获取的地震信息，精确地查明沉积岩不同层位的产状、构造及其岩性，以阐明沉积盆地及其中的局部构造和沉积环境，甚至给出烃类显示，为直接寻找油气提供依据。而根据反射地震波传播方案，采用高频频段观测的回声测深仪、地层剖面仪和侧扫声呐等，则是现代调查海底地形、地貌、浅层沉积物结构及其工程地质性质的重要手段。

海洋物探中的定位

海洋地球物理测量都必须有船只和导航定位的保证。海洋物探船的发展趋向是专业化和综合化，尽可能在一次航行中同时作多种地球物理观测。任何海洋地球物理资料都必须有精确的位置数据。测量的比例尺愈大，测网或采样间距应愈密，对导航定位的要求也相应愈高。目前在近岸海域内多使用无线电定位系统：工作船接收陆地岸台发射的定位信号，用圆法或双曲线法确定船位。在任何海域内，都可普遍使用卫星定位系统，即通过卫星接收机记录导航卫星经过工作船上空所发射的信号来确定船位，在两个卫星定位点之间，依靠多普勒声呐测定航行中船只对海底的速度变化，由陀螺罗经测定船只的航向，以及岸边无线电定位台站发射的定位信号，来内插船位数据。这些工作都是用电子计算机控制和运算的。

工作效果

在勘探海底油气资源，以及为开发海底油气田的前期工程地质工作中，海洋地球物理工作有了很大的发展。

寻找油气

海底油气勘探用重力、磁力、反射地震和回声测深对沉积盆地作区域性调查，用详细的反射地震面积测量深入研究局部构造及其沉积环境。随着反射地震勘探仪器设备的不断完善，70年代以来，瞬时浮点增益数字地震仪能在宽阔的动态范围 (84～120分贝)内无畸变地记录反射波。应用电子计算机处理反射地震资料，不仅能够获得反映地质构造形态的时间剖面，而且还可以提取各种动力学信息，如振幅、相位、频率等，为研究岩性或沉积环境、直接寻找油气显示开辟了道路。宽线剖面和三维地震的应用，为详细研究复杂构造，发现隐蔽油藏提供手段，对于减少深钻井，提高勘探油气田的经济效益，具有十分重要意义。

海底工程地质调查

亦称海底不稳定性或灾害性调查，是开发海洋的前期工程。通过回声测深、侧扫声呐、地层剖面仪以及高分辨率地震调查，结合海底取样和浅钻，提供基础资料。同样内容的观测和资料，也是海洋沉积、海底地形地貌、第四纪地质和固体矿产调查所需要的。

展望

海洋地球物理勘探存在着几个基本问题：

（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）的深度愈大，在海面上观测到的场的分辨能力就愈低。例如，在反射法地震勘探中，使用的频率范围高，将获得良好的分辨率，而这种观测的勘探深度却很少。为了获得深部的资料，只有使用低频范围，则势必丧失分辨能力。为此，要根据实际课题的具体情况，探讨所应采用的最佳观测技术。

（2）各种海洋地球物理勘探方法的反演问题都具有多解性，即使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。只有综合各种地球物理资料和地质资料，互相补充，互相验证，才能逼近唯一正确的解答。

（3）各种海洋地球物理勘探方法，都是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各种地球物理测井资料，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，继续加强对各种地质、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。

参考书目

Physics and Geology