海洋地球物理测量

对海洋底部地球物理场性质的测量

海洋地球物理测量（marine geophysical survey），对海洋底部地球物理场性质的测量，应用物理学的测量手段，可调查海洋的地质构造和矿产分布。

简介

海洋地球物理测量（marine geophysical survey），对海洋底部地球物理场性质的测量。应用物理学的测量手段，可调查海洋的地质构造和矿产分布。第二次世界大战以后，它的成果为创建和验证海底扩张说和板块构造说提供了依据。应用各种物理学方法和仪器，测量洋底地球物理场的性质及其变化特征，从而得出海洋底的地质构造和矿产分布的重要调查方法。

海洋地球物理测量在推进海洋地质学的发展上占有突出地位。它的成果不仅有助于获得海底地质构造的特征和展布，而且为探明海底油气等矿产资源以及海底工程地质条件提供必需的基础资料。第二次世界大战以来，海洋地球物理测量获得的丰硕成果，还为创建和验证海底扩张说和板块构造说提供了依据。

研究简史

海洋地球物理测量的发展大致可分三个阶段：第一阶段，从20世纪30年代至50年代中期，几种主要地球物理测量方法从陆上向海上移植。海洋地震测量的发展和用于海洋重力测量的海洋摆仪等测量仪器的试验，精密回声测深仪的问世，双船地震折射的观测等都是这阶段的成果，尤其是用回声测深数据绘制海底地形图，揭示了海底的各种地貌形态。1955年用双折射地震法成功地获得大洋地壳结构的资料，证明大洋地壳结构与大陆地壳有明显的不同，这是另一重要成果。第二阶段，1957～1970年，国际上组织了“国际地球物理年”（1957～1958）、“国际印度洋考察”（1959～1965）、“上地幔计划”（1962～1970）等多学科的科学考察活动，促使海洋地球物理测量迅速发展，并取得了大量地球物理场资料和重要成果。如大洋中条带状磁异常的发现及其成因的解释，为海底扩张说提供强有力的证据；多道地震大剖面揭示了大洋地壳层向大陆下俯冲的现象；对岛弧海沟系地震震源机制的观测研究，加深了对俯冲带的认识。第三阶段，70年代以来，电子技术和计算机技术广泛应用于海洋地球物理测量中，仪器设备、测量方法和资料处理等迅速发展。同时，与深海钻探等手段相结合，为验证与发展板块构造学说，为了解洋底深部构造，为勘探开发海底矿产资源提供了更多的地球物理资料。

测量方法

海洋地球物理测量使用最广的有海洋地震测量、海洋重力测量、海洋磁力测量和海底热流测量4 种主要方法，海洋电法测量和海底放射性测量尚处于试验阶段。以上几种方法是根据海底岩石和沉积物的弹性、密度、磁性、导热性、导电性和放射性等地球固有的物理性质的差异为基础，用不同的物理方法和仪器观测并研究天然的或人工激发的地球物理场，查清场的分布特征和变化规律。

海洋地震测量

通过布设在海洋底的地震仪观测天然地震所产生的体波和微震，直接研究海洋底的构造运动；而根据纵横体波的传播速度以及面波的频散曲线，可以研究地球的结构、地壳厚度和低速层的展布等。利用人工震源激发的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，可以直接查明界面的深度、产状和地层物质属性。其中地震折射波法主要用来研究地壳深部与上地幔的结构，地震反射波法主要用来探查海底沉积盆地及其中的局部构造，在有利条件下还可以直接显示油气的聚集。

海洋重力测量

以万有引力定律为理论基础，以洋底岩石密度差异为前提，用重力仪在船上或海底进行观测，以确定各种岩层质量分布的不均匀性。通过对重力异常的分析可以用来研究地球形状、莫霍面起伏、计算异常地质体及其密度界面的产状和埋藏深度，还可用来研究区域的地壳均衡现象，了解地球内部的动力作用。

海洋磁力测量

分析自然界岩石和矿石的磁性差异所产生的磁异常场可以阐明区域地质特征，如结晶基底的起伏、盆地的沉积厚度、大型断裂的展布和火山岩体的范围等。详细调查结果可用于海底地质填图和找铁磁性矿物。海上磁力仪一般可测得海底面以下约20公里（居里点以上的地壳）的地质构造。

海底热流测量

热流是地球内部的热经地表流出的流量，热流值等于岩石的热导率和地温梯度的乘积。测量海洋底的地温梯度值及表层疏松沉积物的热传导率，即可求得海底地热流值。它反映地球内部的热状态，为认识区域构造及其形成机制提供依据。

海洋电法测量

利用地球本身的电场，特别是用人工激发的电磁场来研究海底的电性结构。目前这种方法还处于研究试验阶段。

海洋放射性测量

寻找放射性及其伴生矿床的直接手段。这一方法陆地上已普遍使用。但由于海水对电磁辐射有强烈的吸收作用，造成海上使用放射性探测器的困难。目前仅通过采集海底砂泥样品进行实验室的放射性测定。

此外，还可利用回声测深仪和旁测声呐等手段测量海底地形。

特点和工作方法

由于海洋水体的存在，所以必须采用一系列有别于陆上地球物理调查的测量仪器和观测方法；但另一方面，利用航船则利于快速而连续的观测和几种方法的综合测量，达到一船多用，提高效益。

海洋地球物理测量一般采用路线测量（剖面测量）和面积测量两种基本方式。路线测量是为了解海区的地质构造概况和地球物理场基本特征而布置的；面积测量是按调查任务所规定的成图比例尺，在调查海区内布置一定间距的测线网。比例尺愈大，测网的密度相应地愈高，对场的了解也越细。

海上地球物理测量，除海底热流、海底重力外，都采用走航式测量。同一调查船上多种测量方法同时进行，既提高效益，又利于各种资料的综合分析和相互对比。

在海上进行地球物理测量中，调查船及其导航定位是两项基本保证条件。不同的方法对导航定位的要求不同，目前广泛使用无线电定位系统、卫星导航定位系统（见海上导航定位）。而对不同的调查任务和不同的海区，选用不同吨位和装备的综合调查船或专业工作船。

应用及存在问题

海洋地球物理测量在海洋地质领域中，有着广泛的应用。①海洋地球物理测量结果是现代大洋地壳研究最重要的资料来源。综合研究各种海区内的地球物理场资料，可以了解海洋底地质构造的展布，探讨大洋盆地的形成和演化，从而丰富了人们对大洋底的认识。②在海底油气资源的勘查和评价中，广泛采用各种海洋地球物理方法。如对沉积盆地的研究，主要是综合分析重力、磁力和人工反射地震的资料；而对油气圈闭的研究，则根据反射地震记录中的运动学和动力学信息，作构造和岩性分析，包括直接寻找烃类指示。只有在这些研究的基础上，才能进行海洋钻探，验证并发现油气。③海洋地球物理测量能够通过回声测深仪、地震剖面仪（单道地震）、侧扫声呐和高分辨率反射地震，结合柱状取样或浅钻，对海底地形、疏松沉积及其基底进行详尽的研究，为环境地质、海底工程地质、滨海砂矿勘探等提供基础资料。

海洋地球物理测量在海洋地质学中正在发挥着重要作用，但也存在着一些问题：①各种地球物理资料解释的多解性；②探测深度范围和分辨能力成反比，即场源深度越大，观测场越弱，越难以分辨；③海底岩石物性研究得很少，这也是难以克服多解性的重要原因。

意义

海洋地球物理以物理学的思维与方法研究占地球三分之二面积的海洋系统。20世纪地球科学迅猛发展，它的重大进展是海底扩张说与板块构造说的出现和海底大洋的发现，以及前者所引发的地球科学思想革命，从固定论向活动论的思维转变。海底研究对于20世纪地球科学发展的贡献极为巨大，而海洋地球物理是推动海底科学研究的重要原动力。海洋地球物理在20世纪地球科学的发展中有过辉煌的成就，占有十分重要的地位；在新的21世纪里，海洋地球物理研究仍然保持着前沿科学的地位，继续推动着地球科学的进展。目前的海底探测主要还是依赖于声学探测技术。水下声学定位技术是实现水下探测系统精确定位和海底高精度探测的基础。传统性的海洋地震探测技术是研究海底构造与海洋岩石圈深部结构和寻找海底矿产的主力技术，它近年来无论在海上采集技术还是数据处理技术方面都发展得很快。多波束测深、侧扫声呐测图和海底地层剖面测量等则是近数十年快速发展起来探测海底浅部结构信息的技术。这些技术已经在当代海底科学研究、海底资源勘查、海洋工程和海洋开发，以及海洋军事活动等方面发挥出极其重要的作用。

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