海洋探測“四兄弟”

馮京 尉佳 單瑞

單波束測深，“聽”出大海有多深

竹竿測深、水尺測深、鉛錘測深的發展歷程為人類探索海洋提供了最基礎的技術支撐。然而，隨著人類進入深海大洋探測時代，這些方法已經不能滿足人類對探索深海奧秘的需求。

進入工業時代后，測深技術有了革命性的發展。與蝙蝠（它們在飛行時通過口腔發射超聲波、用耳朵接收因遇到障礙物而反射回來的超聲波，來判斷探測目標距離它有多遠）的“回聲定位”相類似，人們利用聲學回聲探測原理的單波束測深技術來實現對海底深度的精確測量。安裝在船底的單波束測深儀通過向海底發射聲波信號，同時接收遇到海底面后反射回來的聲波信號，經過計算機的處理就可以得到海底的水深，也正是利用此項技術我們發現了海底最深的地方——馬里亞納海溝，“聽”出了它的深度。

如今，單波束測深技術已成為一項基礎的水深測量技術，工作時的船速可達20千米/ 時。因此，在海洋探測中屬于高效率的探測手段，目前被廣泛應用于河道、航道測量及海洋科考等領域。

多波束測量，“繪”出海底“素描”

順著船的航跡，把單波束“聽到”的聲波反射的位置點連起來，會形成一條水深測線，為了實現從“線”到全覆蓋的“面”測量，科學家研發出多波束測深技術。

多波束有點像素描，畫家用筆觸營造出不同的線條及橫切關系，把眼睛看到的事物形態直觀地表現出來。多波束探測設備和單波束設備一樣，通常安裝在船底，通過設備發出一簇簇呈“條帶狀”的聲波信號照射到崎嶇的海底，然后再接收海底面反射回來的聲波信號，順著船的航跡，對其進行加工處理，把這些“條帶狀”的地形拼接起來，最后可以得到海底面的三維素描圖，直觀地反映出海底的樣貌。

多波束測深技術始于20世紀70年代，具有高精度、高效率和全覆蓋的特點，隨著計算機技術的發展，它的探測精度持續提高，甚至可以探測海底10厘米目標體的形態特征。目前廣泛應用在海洋工程測量、海洋資源調查、水下考古測量等領域，具有重要的社會效益和經濟效益。

地震勘探，探尋“海底蛋糕”的秘密

測深技術利用的聲波大部分在海底被反射回來，但是一部分聲波具有穿透性，可以穿過海底面，進入海底下一定厚度的地層。利用這個原理，科學家開展了地震勘探。地震勘探與我們平時所說的天然地震不同，它是通過設備發射聲波到海底，聲波經過海底及以下地層的反射后傳到設備的接收裝置，通過計算機技術處理，就可以得到海底結構的掃描圖，看清海底以下的地層結構。

想象一下，在你面前有一個巨大的提拉米蘇蛋糕，一刀切開，會呈現什么景象，一層奶油？一層巧克力？一層冰激凌？如果將海底以下的地層比作一個蛋糕，通過地震探測技術我們就可以知道“海底蛋糕”有幾層，每層有什么。

海洋是一個尚未完全開發的“聚寶盆”，蘊含著豐富的資源。

利用地震勘探技術我們不僅可以分析海洋滄海桑田的的演化歷史，還可以發現更多埋在海底深處的未知寶藏。

利用聲學深拖在海底“放風箏”

走向深海，裝備先行。3～5千米的水深制約了人類對深海海底的高精度探測，為了得到更高精度的海底地形地貌以及海底地層信息，一款深海探測利器應運而生，它就是集成了單波束、多波束、地震探測技術的聲學深拖探測系統。

聲學深拖探測系統的工作狀態像極了我們放風箏。深拖拖體相當于風箏，電纜相當于風箏線，釋放電纜的絞車相當于風箏線盤，電腦主機相當于放風箏的人，不同的是，它是在深海放飛。它可以在距離海底50米的高度對海底信息進行精確探測，因此有一個形象的名字——“深海風箏”。

聲學深拖探測系統主要用于多金屬結核、富鈷結殼、熱液硫化物等海底礦產資源調查和海底光纜等海洋工程調查，同時它還可以進行特定目標搜索，輔助大型潛水器完成水下探測任務。

中國探索海洋的輝煌歷程從“深海進入”到“深海探測”，再到“深海開發”，走出了中國深海戰略“三部曲”。未來我們將繼續用聲音把脈深海大洋，用科學探索深海寶藏。同時也希望更多的人關注海洋、認識海洋，一起揭開更多海洋的秘密，為人類海洋事業貢獻自己的力量。