海洋地球物理勘探（海洋地球物理勘探）

正文

在海洋范圍內(nèi)應(yīng)用各種地球物理勘探方法研究地質(zhì)構(gòu)造和尋找有用礦藏。簡稱海洋物探。物探是研究海洋地質(zhì)最基本的調(diào)查手段。它以海底巖石和沉積物的密度、磁性、彈性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和放射性等物理性質(zhì)的差異為依據(jù)，用多種物探方法和儀器，觀測并研究各種地球物理場的空間分布和變化規(guī)律，進(jìn)而闡明海洋底的地質(zhì)構(gòu)造及其演化，查明各地質(zhì)年代沉積物的分布，尋找石油和天然氣以及固體礦產(chǎn)資源。

海洋地球物理勘探所觀測的有地球本身固有的地球物理場，如重力、磁力、熱流和天然地震，也有用人工方法激發(fā)的地球物理場，如人工地震和電法等。由于海洋水體是運(yùn)動(dòng)的，上述觀測必須采用一系列不同于陸地地球物理勘探的儀器和方法。海洋地球物理勘探在早期階段，采取多種密封防水、彈性減震以及獲取靜態(tài)觀測的措施。現(xiàn)在則充分利用海洋的特點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測，不僅可以快速和連續(xù)作業(yè)，而且適于將幾種物探設(shè)備和導(dǎo)航定位儀器集中在一條工作船上，實(shí)現(xiàn)電子計(jì)算機(jī)控制的綜合觀測。

簡史?　20世紀(jì)50年代初期，尤因(W.M.Ewing)等人利用剛出現(xiàn)的精密回聲測深儀進(jìn)行連續(xù)水深探測，并繪制海底地形圖。1967年希曾(B.C.Heezen)和撒普(M.Tharp)在廣泛搜集詳細(xì)的連續(xù)回聲測深資料和圖件的基礎(chǔ)上，編繪出世界海底地形圖，揭示出海底的地貌形態(tài)有：大陸架、大陸斜坡、深海平原、海溝、洋脊等，還有洋脊脊峰處的裂谷和同洋脊橫交的斷裂帶等。其中，作為全球系統(tǒng)的洋脊及其上的裂谷和橫大斷裂帶的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于當(dāng)代地球科學(xué)的發(fā)展具有重要意義。

與此同時(shí)，尤因等用雙船進(jìn)行地震折射觀測，測定大洋地殼的厚度和構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)大洋地殼同大陸地殼有明顯的差異。大陸地殼的平均厚度約35公里，而大洋地殼僅5～10公里厚，它們都是從縱波速度約為8.0公里／秒的莫霍間斷面開始計(jì)算的。在同樣測量的基礎(chǔ)上，后來又發(fā)現(xiàn)在大陸地殼中，上層10～20公里是由縱波速度約6.2公里/秒的花崗巖質(zhì)層組成，下層是由縱波速度約7.2公里/秒的玄武巖質(zhì)層組成。還發(fā)現(xiàn)較薄的大洋地殼為3層結(jié)構(gòu)：層Ⅰ具有縱波速度約2.0公里/秒的固結(jié)和半固結(jié)的沉積物；層Ⅱ中速度變化范圍很寬，約為4.0～6.0公里／秒，可能屬玄武巖熔巖、某些類型的變質(zhì)巖和石灰?guī)r；層Ⅲ的縱波速度為6.7公里/秒，被認(rèn)為是輝長巖類。梅納德 (G.L.Maynard)于1970年證明此層是由兩個(gè)分層組成的。莫霍間斷面以下為上地幔，其中的縱波速度為7.9～8.2公里／秒。

50年代中期質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀的出現(xiàn)，不僅使海洋磁力測量成為可能，而且提供了廣泛進(jìn)行連續(xù)測量的精密儀器。1958年，梅森（R.G.Mason）在東北太平洋的磁測中發(fā)現(xiàn)明顯的條帶狀磁異常分布圖案。隨后，瓦奎爾(V.Vacquier,1961)、梅森和拉夫(A.D.Raff,1961)等分別證實(shí)了條帶狀磁異常在大洋地區(qū)廣泛存在，對(duì)海底擴(kuò)張假說給予了強(qiáng)有力的支持。

60年代廣泛的國際合作使海洋地球物理調(diào)查與深海鉆探相結(jié)合，對(duì)海底擴(kuò)張說進(jìn)行了大量的驗(yàn)證。在世界各大洋地區(qū)普遍進(jìn)行了海洋磁測，進(jìn)行了地震面波、地震震源分布和震源機(jī)制、海洋重力以及海底熱流的觀測和研究。

中國于1960年開始在渤海灣施行以尋找油、氣資源為主要目的的海洋地球物理勘探，隨后在北部灣、南黃海以及珠江口和東海進(jìn)行了綜合海洋地球物理調(diào)查，先后發(fā)現(xiàn)渤海、北部灣、南黃海、珠江口、瓊東南和東海等6大沉積盆地，并分別查明了一系列局部構(gòu)造。鉆探結(jié)果，在南黃海外的各個(gè)海底沉積盆地中發(fā)現(xiàn)了工業(yè)性油、氣藏。

勘探方法?　海洋地球物理勘探主要使用重力、磁力、地震和熱流測量 4種方法。電法和放射性測量在海洋地區(qū)現(xiàn)仍處于理論探討和方法試驗(yàn)階段，沒有投入實(shí)際應(yīng)用。

海洋重力測量　將重力儀安放在船上（動(dòng)態(tài)）或經(jīng)過密封后放置于海底（靜態(tài)）進(jìn)行觀測，以確定海底地殼各種巖層質(zhì)量分布的不均勻性。由于海底存在著具有不同密度的地層分界面，這種界面的起伏都會(huì)導(dǎo)致海面重力的變化。通過對(duì)各種重力異常的解釋，其中包括對(duì)某些重力異常的分析與延拓，可以取得地球形狀、地殼結(jié)構(gòu)以及沉積巖層中某些界面的資料，進(jìn)而解決大地構(gòu)造、區(qū)域地質(zhì)方面的任務(wù)，為尋找有用礦產(chǎn)提供依據(jù)。

海洋磁力測量

海底熱流測量　利用海底不同深度上沉積物的溫度差，測量海洋底的地溫梯度值，并測量沉積物的熱傳導(dǎo)率，可以求得海底的地?zé)崃髦?。熱流量的?shù)值變化及其分布特征，直接反映出地球內(nèi)部的熱狀態(tài)，為認(rèn)識(shí)區(qū)域構(gòu)造及其形成機(jī)制提供依據(jù)。地?zé)崃髻Y料對(duì)于研究石油成熟度具有重要意義，直接關(guān)系到盆地含油氣的評(píng)價(jià)。

海洋地震測量　根據(jù)震源產(chǎn)生的形式分為天然地震和人工地震兩大類。

海洋地區(qū)的天然地震測量，是通過布設(shè)在島嶼上或海底的地震臺(tái)站，觀測天然地震所產(chǎn)生的體波、面波和微震，來研究海洋底部的構(gòu)造活動(dòng)、地殼厚度和低速層的展布等。

海洋地區(qū)的人工地震測量，是利用炸藥或非炸藥震源激發(fā)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。折射波法主要用來研究地殼深部界面和上地幔的結(jié)構(gòu)，也稱為深地震測深。它要求有強(qiáng)大的低頻震源（例如使用大炸藥量爆炸或使用大容積的空氣槍激發(fā)），在運(yùn)動(dòng)中依次產(chǎn)生地震波，而在相當(dāng)?shù)木嚯x之外觀測地殼深部界面上的折射波和廣角反射波（動(dòng)爆炸點(diǎn)法）。至于淺層折射，除利用聲吶浮標(biāo)獲取沉積層中速度資料之外，現(xiàn)已很少使用。反射波法在近海油氣勘探中獲得廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)代海洋地震勘探廣泛采用組合空氣槍作震源，用等浮組合電纜裝置在水下接收地震波，通過數(shù)字地震儀將地震波記錄于磁帶上。這樣不僅能夠在觀測船行進(jìn)中實(shí)現(xiàn)快速和高效率的共深點(diǎn)反射的連續(xù)觀測，而且能夠使用電子計(jì)算機(jī)充分利用所獲取的地震信息，精確地查明沉積巖不同層位的產(chǎn)狀、構(gòu)造及其巖性，以闡明沉積盆地及其中的局部構(gòu)造和沉積環(huán)境，甚至給出烴類顯示，為直接尋找油氣提供依據(jù)。而根據(jù)反射地震波傳播方案，采用高頻頻段觀測的回聲測深儀、地層剖面儀和側(cè)掃聲吶等，則是現(xiàn)代調(diào)查海底地形、地貌、淺層沉積物結(jié)構(gòu)及其工程地質(zhì)性質(zhì)的重要手段。

海洋物探中的定位

工作效果?　在勘探海底油氣資源，以及為開發(fā)海底油氣田的前期工程地質(zhì)工作中，海洋地球物理工作有了很大的發(fā)展。

尋找油氣

海底工程地質(zhì)調(diào)查

展望?　海洋地球物理勘探存在著幾個(gè)基本問題：①海洋地球物理探測的深度范圍同觀測儀器的分辨率成反比，即所研究對(duì)象（場源體）的深度愈大，在海面上觀測到的場的分辨能力就愈低。例如，在反射法地震勘探中，使用的頻率范圍高，將獲得良好的分辨率，而這種觀測的勘探深度卻很少。為了獲得深部的資料，只有使用低頻范圍，則勢(shì)必喪失分辨能力。為此，要根據(jù)實(shí)際課題的具體情況，探討所應(yīng)采用的最佳觀測技術(shù)。②各種海洋地球物理勘探方法的反演問題都具有多解性，即使構(gòu)成地球物理場的因素是明確的，對(duì)場的觀測值的解釋卻可能是多樣的。只有綜合各種地球物理資料和地質(zhì)資料，互相補(bǔ)充，互相驗(yàn)證，才能逼近唯一正確的解答。③各種海洋地球物理勘探方法，都是以海底巖層的某一種物理性質(zhì)的差異為基礎(chǔ)，從不同的角度去認(rèn)識(shí)海底的結(jié)構(gòu)和巖性。為了對(duì)勘探成果取得較全面的認(rèn)識(shí)，應(yīng)盡可能利用測區(qū)內(nèi)的鉆孔資料和各種地球物理測井資料，合理而準(zhǔn)確地確定巖石的各種物性參數(shù)。由此進(jìn)一步完善各種勘探儀器、設(shè)備和觀測技術(shù)，繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)各種地質(zhì)、地球物理資料的綜合研究，才能不斷提高海洋地球物理勘探解決實(shí)際問題的能力。

參考書目

劉光鼎：《海洋地球物理勘探》，地質(zhì)出版社，北京，1978。

J.A.Jacobs, R.D.Russell and J.T.Wilson,Physics and Geology,2nd ed.,McGraw-Hill,New York,1974.