海洋地质与环境重点实验室知识库

海洋中蕴藏着大量以油、气为主的矿产资源。近年来，随着海洋经济的飞速
发展，增加了人类探索海洋的热情，开展深海矿产资源勘探、开发大规模深海油
气工程已经成为大势所趋。然而，开展深海油气工程的区域往往地形、动力环境
复杂，易受地质灾害等影响，若发生破坏对环境、安全、经济等各方面产生不良
影响，因此迫切需要开展新型深海油气工程的勘探技术研究。提高作业位置精准
度与水下信息分辨率，实现多源声光同步勘探，支撑水下决策，是未来海洋石油
工程建设和维护的发展方向。
为解决深海油气工程探测的技术难题，本研究从深海油气工程探测所需要的
技术出发，展开综合探测技术研究和声光集成探测技术研究。在综合探测技术研
究方面，利用多波束测深系统、浅地层剖面系统、侧扫声呐等各类声学探测技术，
结合表层沉积物取样技术、重力探测等多种探测手段，成功采集了黑石岛海域、
莱州湾人工鱼礁海域、Mussau 海域的多源数据，并利用这些数据开展综合分析。
在研究的过程中，系统总结了仪器安装、数据采集、数据处理、数据分析等方法，
为声光集成探测技术在深海油气工程的实际应用提供了数据支撑和技术支持。在
声光集成探测技术研究方面，开展了基于 ROV 的近海底声光集成探测技术研究，
并在海洋石油工程中的区域性小尺度空间上实现了应用，获取了声光立体探测数
据，在工程应用中取得了良好应用效果。声光集成探测技术促进了多学科数据的
有效集成与应用，对海洋科学研究、海洋工程建设具有一定意义。未来有望将声
光集成探测技术推广至深海油气工程探测中，适应复杂的地形和多变的深海环境，
为深海油气增产提供先进技术保障。
论文的主要研究进展及取得的认识如下：
(1) 开展基于 ROV 的声光集成探测技术研究，实现了深海高精度综合探测。
由于声光学设备同步运行对光纤传输具有非常大的需求，而 ROV 系统本身用于
数据传输的光纤数量有限，可以采用光纤多路复用技术来解决这个问题。光纤复
用技术可以将时分多路复用器（TDM, Time Division Multiplexer）和波分复用器（WDM, Wave Division Multiplexer）这两种复用技术单独或一起使用，仅需一路光纤 ROV 就可外接多种设备并且传输数据。运用超短基线和惯性导航系统实现ROV 的水下导航定位，利用光纤复用技术有选择地搭载多波束测深系统、浅地
层剖面系统、侧扫声呐系统、水下三维激光和水下高清摄像系统等设备构成了基于 ROV 的声光集成探测技术，实现了近海底的声光同步探测。
(2) 运用综合探测手段实现对目标靶区海域的地质环境调查，并对调查数据
展开综合分析。利用多波束测深系统、单波束测深系统、相位差测深声呐、浅地
层剖面系统、重力探测、表层沉积物取样、沉积物粒度测试等综合探测技术，分
别对黑石岛海域、莱州湾人工鱼礁海域、Mussua 系统海域开展综合地质环境调
查。从研究区水深地形特征、浅地层结构特征、表层沉积物分布特征、自由空间
重力异常等多个角度揭示了研究区的环境特征，解决了实际工程问题。
(3) 将基于 ROV 的声光集成探测技术成功应用于深海油气工程中。分别在
海上钻井平台桩腿坑探测、深海管线悬空调查、深海采油树激光探测三个应用场
景下展开初步的应用探索。结果表明，基于 ROV 的声光集成探测技术不仅可以
有效解决单一数据的多解性问题，还能够提高探测效率，节约探测成本，未来有
望在深海油气工程探测中得到应用和推广。

第 1 章 绪论 ........................................................................................1
1.1 选题背景与意义 ............................................................................................ 1
1.2 研究现状........................................................................................................ 2
1.2.1 多波束测深系统的研究现状 .................................................................. 3
1.2.2 浅地层剖面系统的研究现状 .................................................................. 4
1.2.3 侧扫声呐的研究现状.............................................................................. 5
1.2.4 水下高清影像系统的研究现状 .............................................................. 8
1.2.5 水下三维激光的研究现状...................................................................... 9
1.2.6 小结........................................................................................................10
1.3 主要研究内容与章节安排............................................................................11
1.3.1 主要研究内容 ........................................................................................11
1.3.2 章节安排................................................................................................14
第 2 章 基于 ROV 的声光集成探测技术及其搭载过程..................17
2.1 前言 ..............................................................................................................17
2.1.1 背景及意义............................................................................................17
2.1.2 系统简介................................................................................................17
2.2 系统原理.......................................................................................................19
2.3 搭载过程.......................................................................................................20
2.3.1 多波束测深系统的搭载.........................................................................21
2.3.2 浅地层及侧扫声呐的搭载.....................................................................23
2.3.3 三维激光的搭载.....................................................................................25
2.4 小结...............................................................................................................26
第 3 章 综合探测手段在海洋工程中的初步应用............................29
3.1 前言...............................................................................................................29
3.2 综合探测手段在黑石岛海域的应用.............................................................30
3.2.1 地质概况................................................................................................30
3.2.2 技术方法................................................................................................30
3.2.3 调查结果................................................................................................32
3.3 综合探测技术在莱州湾鱼礁探测中的应用.................................................35
3.3.1 地质概况................................................................................................35
3.3.2 技术方法................................................................................................37
3.3.3 调查结果................................................................................................37
3.4 综合探测技术在 Mussau 海域中的应用 ......................................................40
声光集成探测技术在深海油气工程中的应用
3.4.1 地质概况................................................................................................40
3.4.2 数据来源................................................................................................42
3.4.3 调查结果................................................................................................42
3.5 小结...............................................................................................................46
第 4 章 基于 ROV 的声光集成探测技术在深海油气工程中的应用
...............................................................................................................47
4.1 前言...............................................................................................................47
4.2 海上钻井平台桩腿坑处探测........................................................................48
4.2.1 工程简介................................................................................................48
4.2.2 集成方案................................................................................................48
4.2.3 调查结果................................................................................................49
4.3 深海管线悬空调查 .......................................................................................51
4.3.1 工程简介................................................................................................51
4.3.2 集成方案................................................................................................53
4.3.3 调查结果................................................................................................54
4.4 深海采油树激光探测....................................................................................55
4.4.1 工程简介................................................................................................55
4.4.2 集成方案................................................................................................56
4.4.3 调查结果................................................................................................57
4.5 小结...............................................................................................................57
第 5 章 结论与展望...........................................................................59
5.1 结论...............................................................................................................59
5.2 展望...............................................................................................................60
参考文献...............................................................................................61
致谢.......................................................................................................71
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果......73