《海洋地球物理：探测技术与仪器设备》首次基于探测平台的不同将海洋地球物理划分船载地球物理、水中智能巡航和海底原位探测等三种类型，系统介绍海洋地球物理探测技术及其装备，包括多波束测深、地震探测技术、重磁电测量技术、放射性测量技术、海洋地热流探测技术以及地球物理测井技术；结合AUV、HOV 和ROV 等智能探测平台的发展，介绍搭乘智能平台的自主探测技术原理、现状和发展趋势；指出海底OBS、OBN、OBC 探测的问题和难点，以及进一步发展的方向。《海洋地球物理：探测技术与仪器设备》可为我国海洋地球物理学科发展、深水油气探测等提供指导。

第1章 绪论
　　1.1 海洋地球物理探测技术的概念与目标
　　地球物理学是一门研究地球的结构构造、物质组成和成因演化的科学，且与人类生存与生活密切相关。它涉及空间、大气、海洋和固体地球的探测研究，充分运用现代科学技术，基于岩石物性基础和物理学原理对相关目标进行探测、解析，以揭示相互之间及内部的奥秘。地球物理学的研究成果有助于增进人类对栖息的地球与行星空间环境的科学认识，支持着众多国民经济建设中的产业发展和核心科技。地球物理学的研究内容总体上可以分为应用和理论两大类。应用地球物理的研究范围十分广泛，包括能源勘探、金属与非金属勘探、环境空间、国防安全与工程建设探测等，可利用地球物理方法进行有效的找油找矿、环境工程监测和灾害预测监测。这些方法手段包括地震勘探、电法勘探、重力勘探、磁法勘探、地球物理测井和放射性勘探等。理论地球物理研究是对地球本体认识的理论与方法，如地球起源、内部圈层结构、地球年龄、地球自转与形状等，具体包括地震学、地磁学、地电学、地热学和重力学等分支学科。
　　海洋地球物理探测简称“海洋物探”，是通过地球物理原理和方法研究海洋地质过程与资源特性的科学。广义的海洋地球物理探测常用于海洋地质、海洋物理、海洋生物和海洋化学等学科研究中。海洋地球物理探测技术聚焦海洋覆盖地球圈层的结构构造、物质组成和形成演化的技术系列，广泛用于资源探测、科学研究、防灾减灾、国防安全和海上救护等领域。海洋地球物理探测的工作原理和陆地地球物理探测原理基本相同，但因作业场地在海上，增加了海水这一层介质，故对仪器装备和工作方法都有特殊的要求，逐渐形成了一套特殊的技术方法系列。根据搭乘平台的差异，可将海洋地球物理探测技术分为船载地球物理探测技术、海底 /近海底地球物理探测技术和井中地球物理探测技术。
　　当前陆地资源日趋枯竭，生态环境日益恶化，自然灾害事故频发，这些直接威胁着人类的生存与进步，海洋空间开发和资源利用被提上日程，海洋探测成为我国强国战略的重要组成部分。海洋地球物理学家必须投身研究和解决一系列严峻的挑战性问题，为人类社会的可持续发展做出贡献。这需要我们发展海洋地球物理探测技术，解决海洋地球物理学面临的困境和问题，实现伟大的海洋强国梦。
　　1.2 海洋地球物理探测技术的定位
　　1.2.1 海洋资源开发
　　全球海洋油气储备丰富，能源战略意义深远。海洋油气储量约占全球油气资源总量的 1/3。其中，海洋油气资源约 60%分布于大陆架，深水（水深大于 500m）与超深水（水深大于 1500m）占比约 30%。过去十几年间的新增石油储量中，海洋储量占比超过 60%，且多集中于深水区域。据 Wood Mackenzie数据统计， 2020年海域石油产量 12.1亿 t，占全球原油产量的 27.7%，其中浅水占比 70.7%、深水占比 14.5%、超深水占比 14.8%；2020年海域天然气产量 11 997.5亿 m3，占全球天然气产量的 30.9%，其中浅水占比 86.4%、深水占比10.3%、超深水占比 3.3%。石油产量居前的国家包括沙特阿拉伯、巴西、美国、墨西哥、挪威、尼日利亚等，占全球海洋原油总产量的近一半。
　　经济发展需要大量的能源资源，我国目前正处于经济发展转型的关键时期，能源缺口量较大，所以稳定的能源供应十分必要。石油和天然气作为重要的能源资源，在我国的经济发展中有重要的作用，并且在我国的能源结构体系中占据重要的地位，需要稳定油气资源的开采，以满足我国的能源供应需求。根据第三次石油资源评价结果，我国海洋石油资源量为 246亿 t，占全国石油资源总量的 23%。我国海洋石油探明程度为 12%，海洋天然气探明程度为 11%，远低于世界平均水平，处于勘探开发早中期阶段，未来增产潜力大。我国海洋油气资源丰富，大力开发海洋油气资源可以有效地提升油气资源产量，但是现阶段的海洋油气资源开发在核心技术、高端装备等方面还有一定欠缺，海洋油气资源开发，特别是深海油气资源开发尚有很大空间。
　　海洋地球物理有关油气方面的探测对我国能源安全有重要的战略意义，主要体现在以下几个方面：**，我国的陆上油气田虽然油气储量较为丰富，但是经过多年的开采后，石油资源储量明显减少，加之部分油气田资源的环境复杂，开采难度大，而目前的技术还无法应对具体开采，所以陆上采油增量十分有限。换言之，陆上油气田的开采面临枯竭威胁，所以在未来的石油开采中，海洋油气资源必然会成为主力。第二，目前的国际市场上，石油的获取存在较多不确定因素。中东是目前全球石油储量*丰富的区域，也是全球石油产量*大的区域之一，但是这里常年存在争端，不稳定性十分突出。同时，国际关系的变动以及美元地位等的变化使得国际石油的供应存在着更多的不确定性。加强国内海洋石油资源的开发，满足国内石油的供应需要，将进一步降低国际石油变化对我国的影响。第三，海洋石油资源的开发是我国石油安全保障的重要途径。
　　海洋产业已成为推动经济发展的重要动力之一，在提高海洋工程科技对海洋经济增长的贡献率的同时，也需要建立全覆盖、立体化、高精度的海洋综合管控体系，完善海域管理的体制机制，加大海洋执法监察力度，整顿和规范海洋开发利用秩序，但这些都需要强大的海洋装备支撑拓展深海矿产资源（朱心科等，2013；吴时国等，2020）。
　　矿产资源的勘探与开发都需要高分辨率地球物理技术，现今海洋地球物理方法对大陆架地区的砂石料、热液矿床、磷矿，以及含石英、锡、金、铂、钛和锆矿物的砂矿等的勘探调查已经非常成熟（吴时国等， 2020）。近几十年，海洋地球物理方法在深海矿产资源探测的应用上取得了一定的成果，但对于深海固体矿产资源的定量评价研究尚处于探索阶段，还缺少完善的定量评价方法。因此，海洋矿产资源的开采还依赖海洋地球物理探测技术进一步改进。
　　1.2.2 海洋科学研究
　　海洋科学是一门基于观测与发现推动发展的科学，海洋地球物理技术的发展是推动海洋科学发展的原动力。海洋地质研究需要海洋地球物理的验证，因此海洋地质学的进步离不开海洋地球物理技术的发展。海洋地球物理技术的发展促进了当今海洋地质学研究朝着
　　“领域更广、程度更深”的方向发展。 20世纪 50年代，我们对地球的演化史和组成认知主要还是来自对大陆的研究。早在 20世纪初，海洋地质学家认为海洋是很年轻的。在第二次世界大战之后海洋地质学蓬勃发展。全球的规模调查，使得海底平顶山、洋中脊和大洋裂谷等被发现。大规模的海洋地球物理调查提供了大量资料。研究者发现，洋底沉积层极薄，大洋地壳的结构和大陆截然不同，特别是环绕全球大洋的洋中脊体系与条带状磁异常的发现具有深远意义。 1963年，马修斯和瓦因用海底扩张学说解释了海底条带磁异常的成因。 20世纪 60年代末的“莫霍面钻探计划”直接揭示了洋底的年龄，为“海底扩张”提供了证据。1967～1968年，美国普林斯顿大学的摩根、法国的勒皮顺和英国剑桥大学的麦肯齐等提出了板块构造理论，这是海洋地质研究的一大进步，被称为地质学的一场“革命”。
　　美国国家科学基金会（ National Science Foundation，NSF）自 1966年开始实施长达 15年的“深海钻探计划”（Deep-Sea Drilling Project，DSDP）。“格罗玛？挑战者”号深海钻探船*次驶进墨西哥湾，后进军四大洋，获取了多达百万卷的海底钻探数据，现已成为地球科学的宝库。 DSDP成果证实了海底扩张假说，创立了“板块构造学说”，成为 20世纪*伟大的科学发现，为地球科学带来了一场震撼世界的“地学革命”，同时创立了一门研究中生代以来古环境变化的新兴学科“古海洋学”。在 DSDP和 ODP两大国际合作计划中，美国也以其先进的技术处于领导地位。
　　目前，国际上推动的海洋钻探计划有 1985～2003年的“大洋钻探计划”（Ocean Drilling Program，ODP）、2003～2013年的“综合大洋钻探计划”（Integrated Ocean Drilling Program，IODP）以及 2013～2023年的“国际大洋发现计划”（International Ocean Discovery Program，IODP）。这一系列大洋钻探的开展，对研究洋底岩石学结构构造、海洋起源和演化发展等均有极其重要的意义。在技术方法方面，除了深海钻探和取样技术外，潜艇观测、海底地球物理仪器探测、深海仪器拖运装置的发展也促进了海洋地质学的研究，为其提供了很好的数据证据。
　　ODP 1968年始于美国，该计划集中了当时世界各国深海探测的**技术，在几千米的深海底下通过打钻取芯和观测试验，探索国际*前沿的科学问题。它是地球科学中规模*大、历时*久的大型国际合作计划，其成果改变了整个地球科学的发展轨迹。 ODP由美国NSF主导，全球众多研究机构和科学家参与的关于地球结构与深部过程和气候变化的国际科学研究计划。该计划主要通过研究海底岩石和沉淀物所包含的大量地质与环境信息，获得地球的演化过程和变化趋势。中国于 1998年以参与成员国身份加入了该计划。
　　IODP（综合大洋钻探计划）利用大洋钻探船或平台获取的海底沉积物、岩石样品和数据，在地球系统科学思想指导下，探索地球的气候演化、深部生物圈和地球动力学过程等科学问题，同时为深海新资源勘探开发、海底环境监测和防灾减灾等提供服务。 IODP主要成果包括重建地质历史时期气候演化、证实洋壳结构、发现深部生物圈等，这些科学成就不仅让我们更加全面地认识地球的过去与现在，也为预测未来全球变化提供了重要参考。
　　国际大洋发现计划（ IODP 2013 ～2023）通过大洋钻探增进对地球系统科学的了解，推进多学科的国际合作，旨在从长期全球视野的角度促进解决当今*紧迫的环境问题，重点包括四个方面的研究：①气候和海洋的过去、现在与未来演变。海底沉积物岩芯提供了过去气候变化的记录，有助于在时空尺度上更好地了解地球系统过程。海洋沉积物能够确定千年尺度气候变化的空间分布，并且能对陆地、湖体和冰核进行基础观测。通过对海洋钻探数据的整理和同化运用模型，可以预测未来的气候变化。②深部生物圈与生命过程、生物多样性及生态环境问题。生物有机体通过生态系统中竞争捕食，使个体和生态系统不断地随环境的变换而变化。众多生物由于自然选择而被淘汰，但其躯体却有可能保存在深海沉积物中，而深海钻探技术使研究生物多样性、生物圈及其进化成为可能。另外，生物圈在全球循环中也发挥着关键作用。③地球连接，即建立地球深部过程与表层环境之间的关联。地球表面的环境和生命由固体地球、海洋与大气的地球化学反应相互作用调节而形成。各个场所的物质和能量流动均随着地球结构、组成的变化与快速的火山活动而变化。洋壳、俯冲带、构造成因的沉积和火山地层则蕴含了深部地球动力过程的记录，这一过程控制了地球表面的形态和环境。④运动的地球。地球的动态过程，如地震、山崩、飓风和碳循环，造成海洋中热量、溶质和微生物的快速交换。这种活动过程对于地球生态环境至关重要。从 2014年起，中国正式成为“新十年国际大洋发现计划”的“全额成员国”，并在该计划科学咨询机构所有工作组享有代表权，在每个航次拥有两个航行科学家的名额。这显著地提高了中国在大洋钻探领域的参与度，对中国深海资源勘探、深海科技能力建设及海洋强国战略的实现具有重大意义。
　　1.2.3 海洋灾害预防
　　我国是海洋大国，也是世界上严重遭受海洋灾害影响的国家之一，各类海洋灾害给我国带来的经济损失和人员伤亡不容忽视。我国海洋灾害以台风、内波、风暴潮、海浪、海冰和海岸侵蚀等灾害为主，赤潮、绿潮、海平面变化、海水入侵与土壤盐渍化、咸潮入侵等灾害也有不同程度发生，海洋灾害对我国沿海经济社会发展和海洋生态环境造成了许多不利影响。
　　海洋地球物理探测在海洋灾害风险防控体系里能发挥重要作用。统筹考虑海洋灾害风险，全面推动沿海海洋灾害风

目录
第1章绪论1
1.1 海洋地球物理探测技术的概念与目标1
1.2 海洋地球物理探测技术的定位2
1.2.1 海洋资源开发 2
1.2.2 海洋科学研究 3
1.2.3 海洋灾害预防 4
1.2.4 国家海洋安全 5
1.3 海洋地球物理探测技术的现状5
1.3.1 海洋探测平台 6
1.3.2 海洋地球物理设备 12
1.3.3 海洋探测技术 21
1.4 海洋地球物理探测技术历史回顾 22
1.5 我国海洋地球物理探测技术的发展阶段 24
1.5.1 探索引进吸收阶段 25
1.5.2 模仿研制阶段 25
1.5.3 *立研发阶段 25
参考文献 26
第2章海洋地球物理探测方法 28
2.1 水声探测方法 28
2.2 地震探测方法 29
2.3 重力测量方法 29
2.4 地磁测量方法 30
2.5 海底热流探测方法 30
2.6 电磁探测方法 31
2.7 海洋地球物理测井 31
2.8 光纤传感方法 32参考文献 32
海洋地球物理：探测技术与仪器设备
第3章船载地球物理探测技术与设备 33
3.1 多波束测深技术 33
3.1.1 多波束勘探原理 33
3.1.2 多波束测量技术 38
3.1.3 应用实例 57
3.2 侧扫声呐系统 60
3.2.1 侧扫声呐系统的成像原理 61
3.2.2 侧扫声呐系统的结构与组成 62
3.2.3 侧扫声呐系统的工作流程 72
3.2.4 侧扫声呐系统数据与成像 74
3.3 浅地层剖面系统 85
3.3.1 浅地层剖面系统的工作原理 86
3.3.2 浅地层剖面系统的结构与组成 89
3.3.3 浅地层剖面系统的工作流程及数据处理 101
3.3.4 应用实例 104
3.4 多道反射地震系统 113
3.4.1 基本原理 113
3.4.2 海上高精度地震勘探采集装备 115
3.4.3 多道反射地震勘探实例 117
3.5 重力测量系统122
3.5.1 基本概念 122
3.5.2 海洋重力测量的发展历程 129
3.5.3 常用海洋重力仪的性能参数 133
3.5.4 海洋重力测量 136
3.5.5 资料整理 140
3.5.6 超高精度重力测网147
3.6 海洋磁力测量149
3.6.1 海洋磁力测量的基本概念 149
3.6.2 海洋磁力测量的发展历程 156
3.6.3 海洋磁力测量仪器157
3.6.4 海洋磁力测量 161参考文献 170
第4章近海底地球物理探测技术与设备 179
4.1 概述179
4.2 水下运载器180
4.2.1 水下运载器的发展历史180
4.2.2 深拖系统 186
4.2.3 载人潜水器194
4.2.4 无人遥控潜水器 202
4.2.5 无人遥控潜水器 209
4.2.6 遥控/自治复合型潜水器216
4.3 近海底地球物理探测220
4.3.1 近海底重力测量 220
4.3.2 近海底磁力测量 228
4.3.3 近海底声学探测 230
4.4 应用实例254
4.4.1 近海底重力测量应用 254
4.4.2 近海底磁力测量应用 260
4.4.3 近海底声学探测应用 261
参考文献 264
第5章海底地球物理探测技术与设备 270
5.1 海底地震探测技术270
5.1.1 海底地震仪探测技术 271
5.1.2 海底电缆地震探测技术290
5.1.3 海底节点地震探测技术294
5.2 沉积声学探测299
5.2.1 海底沉积物原位测量方法与系统 300
5.2.2 沉积物声学探测流程 303
5.2.3 Biot-Stoll孔隙介质模型 304
5.2.4 沉积物声学探测应用 308
5.3 海底热流探测技术310
5.3.1 常规海底热流探针 311
5.3.2 数据处理方法 314
5.3.3 海底沉积物热导率320
5.4 海洋电磁法（OBEM）324
5.4.1 海洋电磁法探测技术的原理与方法 324
5.4.2 海底大地电磁探测设备327
5.4.3 海底大地电磁探测技术的应用328
参考文献 331
第6章海洋地球物理测井 338
6.1 电缆测井技术339
6.1.1 电法测井 339
6.1.2 声波测井 348
6.1.3 核测井 363
6.2 随钻测井技术370
6.2.1 随钻电法测井 371
6.2.2 随钻声波测井 374
6.2.3 随钻核测井378
参考文献 379
第7章海洋地球物理探测展望 380
7.1 需求分析380
7.2 海洋地球物理发展态势384
7.2.1 智能地球物理探测技术385
7.2.2 海底地球物理观测系统388
7.2.3 海底光纤地震系统390
7.2.4 海底原位监测 391
7.2.5 井筒地球物理测井技术393