海底底質探測

簡介

海底表層一般由陸源物質沉積物、火山沉積物、生物沉積物或暴露的基岩組成在淺水海域可用采泥器或水佗進行底質探測，在較深海域，普遍使用淺底層剖面儀底質探測一般與水深測量同時進行底質點的密度，要根據需要和海底表層底質狀況來確定。在一般海圖上，以縮寫註記的方法表示底質，也可編製成底質專題海圖底質資料是艦船錨泊、潛艇坐底、水中武器發射以及海底地殼構造和運動等的重要參考資料。

探測對象

海底底質探測主要是針對海底表面及淺層沉積物性質進行的測量。

探測工作及方法

探測工作是採用專門的底質取樣器具進行的，可以由挖泥機、蚌式取樣機、底質取樣管等來實施。這些方法可在船隻航行或停泊時，採集海底不同深度的底質，也能夠採集海底碎屑沉積物、大塊岩石、液態底質等。其中，用於深水取樣的底質採樣管有索取樣管和無索取樣管兩種。

探測特點

海底底質探測也可以採用測深儀記錄的曲線顏色來判明底質的特徵。為了探測沉積物的厚度和底質的變化特徵，採用淺地層剖面儀、聲吶探測器等，淺水區還可以採用海上鑽井取樣。在所有的海底底質探測手段中，基於聲學設備通過獲取海底底質聲吶圖像反映海床底質、地貌的方法具有簡單、有效等特點。

海底淺層剖面儀

藉助波束回波強度與海底底質之間的關係，根據側掃聲吶系統所獲得的海底地貌圖像，可以實現對海底沉積物表層質底屬性的判斷。若要對海底沉積物表層以下深度底質進行探測，還需要藉助海底淺層剖面儀，如圖所示。海底淺層剖面儀又稱次海底剖面儀，它是研究海底各層形態構造和其厚度的有效工具，其工作原理與回聲測深儀相同。人們很早就發現，在用回聲測深儀測深時，聲音有時穿透底質層，在測深圖上記錄了海底沉積層及其構造。

海底底質分類

按照測量儀器獲得的海底聲吶圖像的不同，海底分類常採用的方法有如下幾種：

剖面聲吶、測深儀法

對用剖面聲吶、測深儀法提取的聲學特徵進行海底底質分類時，需進行下列5個方面的計算和統計分析，即

①反射係數；

②累積能量歸一曲線（取決於沉積物衰減係數）；

③反射信號的時域波形特徵（幅度分布統計、直方圖等）；

④反射信號的頻域特徵；

⑤回波的屏間相關統計。

側掃法

對用側掃法提取的聲學參數進行海底底質分類時，需進行下列3個方面的計算和統計分析，即

①回波強度的統計量（分位點）；

②紋理特徵提取；

③斜人射反向散射強度與人射角的關係。

多波束方法

對利用多波束方法提取的聲學特徵進行海底底質分類時，需進行下列8種方法的計算和統計分析，即：均值、分位數、標準偏差、對比度、頻譜、回波幅度的直方圖等、分形錐法和神經網路法。

底質分類的能力和效果不僅取決於所使用的聲吶手段，還取決於分類算法。剖面聲吶和測深聲吶使用的都是正人射信號，回波中能更多地攜帶地層信息，能以較高的置信度推測沉積物的物理性質，其中寬頻剖面聲吶所得到的分類和特徵估計的效果要好於普通測深儀所得到的效果，但由於普通的低頻寬頻剖面聲吶換能器的開角非常大，因此，當海水略深時，回波中底表面和內部的散射信號將會混淆。兩種聲吶共同的缺點是所測得的信息只是換能器正下方的單點信息。多波束和側掃聲吶系統除了可以得到近垂直人射的聲波外，還可以得到多角度散射信號，信息量大，尤其是它可以得到較大面積海底表層沉積物的信息，工作頻率高，在海底地形全覆蓋測量方面套用前景十分廣闊。