揭开海底地形的神秘面纱

　　在海洋科考中，海域深度、海底地形地貌等数据是最基础的数据资料。作为具有世界先进水平的海洋综合地质调查船，“海洋六号”如何在茫茫大海中测深?测深的原理、测深技术的应用及前景怎样?海上科考期间，记者采访了广州海洋地质调查局教授级高级工程师刘方兰。

　　多波束测深技术实现了对海底的条带式测量

　　据刘方兰介绍，多波束测量，是利用声学测深原理测深的。追溯它的发展历史，20世纪30年代回声探测仪问世，取代了传统的测深绳，使海洋测深技术发生重大变革。20世纪70年代出现了多波束测深系统，并随着电子技术、计算机技术、高精度GPS定位技术的发展，多波束技术取得了突破性进展，在世界海洋测量中应用越来越广泛。

　　从测量原理上说，多波束系统与传统的单波束回声测深仪没有本质的区别，都是利用声波脉冲发射到海底，接收回波的时间，然后根据声波的速度，从而计算出海底的深度。不同的是，传统的单波束回声测深仪，是发射一个脉冲获得一个回波，只能获得测量船正下方的水深，获取的数据少，分辨率方面无法满足现代高精度海洋工程对地形测绘的要求;而多波束测深系统工作时换能器可同时向海底发射多个声波束，在垂直于航向的方向上形成一个发射波束扇形声传播区，从而实现对海底的宽幅条带式测量。

　　多波束测深系统使得测量的效率和精度大大提高

　　刘方兰认为，相对于单波束测深仪来说，多波束测深系统的出现是测深史上的又一次技术革命。多波束测深系统弥补了单波束测深仪的缺陷，具有能对海底全覆盖测量、数据采集点密集、工作效率高等无可比拟的优点，在一定程度上为我们揭开了海底神秘世界的面纱。

　　在测量精度方面，多波束系统能够在海底形成密集、细小的“脚印”，从而获得高密度的海底像素，因而提高了测量精度和分辨率。2007年，广州海洋地质调查局开展天然气水合物调查时，打钻前进行了多波束测深，最后测出的水深深度与钻机钻杆到海底的深度基本一致。这次为蛟龙护航，多波束测深同样大显伸手。国际海道组织对国际海道定义了4个测量等级，其中规定，一级海道这类重要海区船舶只能以最小吃水净深航行。一级海道测量要求使用侧扫声呐或多波束测深仪获取100%的海底覆盖，测量时必须保证测深仪器能分辨出1立方米的物体。由此可见，利用多波束测深确定通航尺度的精度已在国际上获得认可。

　　在测量效率方面，原来单波束测深，船走过去只能测得一条线上的水深;现在多波束测深，测的是一个条带的深度，测深的深度与覆盖宽度有一定的倍数关系，以目前“海洋六号”多波束系统为例，测深的宽度一般是水深的3倍~5倍。这次在马里亚纳海沟测深时，由于深度达到了1万米，覆盖的宽度虽然只有3倍，但却达到了30公里宽。

　　多波束测量应用前景广泛

　　多波束测量是海洋调查中一个最基础的调查手段，高精度、全海域、高效率等特点使其具有广泛的应用前景。我国从20世纪90年代引进多波束测深系统，现已应用于航道测量、海洋工程建设测量、海洋资源调查、为特定项目服务的测深、水下搜寻等方面，应用最多的是海洋工程建设。

　　刘方兰说，波束测量主要应用在几个方面:

　　一是航道测量:航道疏浚特别是江河航道的疏浚，应用多波束测量技术可以更精确地、更直观地提供基础图件和数据，大大提高航道疏浚效率。二是海上管线线路调查:多波束系统全覆盖、无遗漏的测量，测得的地形图对复杂地区的地形有清晰明了的显示，对正确设计线路走向有很大帮助。三是为特定项目服务的测深:如本次“海洋六号”多波束测深为蛟龙号深潜器下潜提供了准确的海底地形图。四是为海洋矿产资源调查、评价提供基础图件:比如钴结壳资源调查，多波束测量技术可确定海山的地形地貌，这为钴结壳资源评价提供了基本条件。调查表明，钴结壳的分布与地形有紧密联系，钴结壳资源都是分布在海底平顶山的肩部以及肩部以下的山坡上。

　　此外，多波束测量技术还在海洋测绘、水下搜寻等方面越来越广泛应用。我国第一套多波束设备是广州海洋地调查局于1994年从美国引进的。我们最早的应用是对东海冲绳海槽的调查，是在1996年测出了中国第一张1:50万海底地形图。还有，我们对整个南海海域范围内的深水海域进行了全覆盖的地形测量。