海洋是生命之源，浩瀚神秘，让人敬畏又向往。海洋也是一个巨大的资源宝库，人类从未停止对海洋的探索。2017年，我国首轮天然气水合物（可燃冰）的试采成功，让我们看到海底蕴藏着巨量的能源资源。没有孙悟空的“火眼金睛”，我们如何找到这些宝贵的资源呢？实际工作中，海洋地质工作者利用了一种基于声学原理的浅地层剖面探测技术，它就像一架穿透黑暗海水、探索海底地下世界的特殊高精度“望远镜”。

系统组成与工作原理

系统组成：浅地层剖面系统就象一个以声波为载体进行工作的听觉灵敏的生物，由“喉咙”——震源系统、“耳朵”——声接收基阵、“大脑”——记录控制单元和辅助系统组成。

工作原理：由震源系统发射的声波，可以穿过海水，并穿透海底面进入地层中，在泥、沙等不同性质的地层变化界面处声波发生反射、透射，声接收基阵将反射波的返回时间、振幅、频率等信息转换为电信号传输给记录系统，辅助系统则记录了测量的位置、环境及船舶的姿态等信息。

声波在海水、地层介质传播过程中，速度、能量衰减特征与其所经过的介质性质密切相关，通过分析反射波的传播时间、振幅等信息可以得到各层介质的厚度、类型等特征。

海洋中的实际应用

浅地层剖面探测技术是海洋地质探测的多面手，在海洋科学研究、海洋工程调查等方面应用广泛，可以分为两大类：一类是海底浅部地层信息探测，为海底浅部物质研究提供沉积物类型及分布、地层结构与构造和沉积环境等信息；另一类是海底浅埋物体调查，能够探测埋藏管线、沉船等的形态和埋藏深度等。

 大洋富钴结壳探测

大洋29航次根据浅地层剖面反射特征，为我国在西北太平洋海山区获得3 000 km²具有专属勘探权、优先开采权的富钴结壳矿区（曹金亮等，2016）。

在该海山区，沉积层较厚区和沉积层连续区，一般不发育富钴结壳或仅发育少量薄层结壳，浅钻未获得结壳；沉积层不连续区可能发育富钴结壳；无明显沉积区有利于富钴结壳发育，浅钻获取到13 cm厚富钴结壳。

 大洋冷泉探测

冷泉是天然气水合物的重要标志之一，活动冷泉间断或持续性溢出大量的CH4和CO2。

冷泉区由于自生碳酸盐岩发育而形成的硬底结构对高频声波有强反射作用，其海底反射明显强于周围海底，并屏蔽了冷泉区地层的内部信息。台湾西南海域冷泉区的浅地层剖面获得明显的上述特征（王冰等，2020）。

航道清淤调查

浅地层剖面探测对淤泥穿透性能很好，在港口与航道清淤拓展工程中常用浅地层剖面仪精细探测岩石基底与沉积物的形态特征。

挪威奥斯陆港航道治理，原计划清理700 000 m³沉积物。经过浅地层剖面调查后，计算出需要清理的淤泥面积0.195 km2、体积仅为330 000-340 000 m³（Lepland A等，2009）。

浅层气、海底砂矿、海底底栖生物调查

浅层气、海底砂矿、海底底栖生物等众多海底资源的探测，都能通过浅地层剖面识别海底沉积物类型、地层厚度信息进行间接判断。

海底浅部地层中富集的浅层气，在浅地层剖面上通常表现为声学空白、声学幕、声学扰动等特殊特征。爱尔兰西南海岸的浅层气反射显示了上述特征（Vc24、Vc25为柱状样）（Jordan，2014）。

海底沉积物粒度、密度、沉积结构等不同，其反射特征不同，如砂层声波穿透深度较小且反射剖面呈散点状。据其反射特征结合浅钻取样，可准确识别沉积物类型。福建福鼎市沙埕镇海底引水管道的浅地层剖面勘查，就据此识别出了海底沉积物类型（谢源，2018）。

海底管线探测

浅地层剖面仪在海底管线或海缆探测中有很好的效果。浅地层剖面仪由管线上方经过时, 声波以管线为绕射点会产生特别的抛物线状绕射弧，根据绕射弧就能确定管线位置并确定其埋深或悬跨。

福建湄洲湾LNG海底管道探测使用浅地层剖面，就识别出了海底管道埋藏、暴露、悬空于海底的不同状态（宋永东等，2020）。

水下考古应用

浅地层剖面探测技术还可用于大范围水下考古调查与研究。与传统的水下考古探测方法（水下拖网和潜水法）相比，浅地层剖面探测法具有探测深度大、作业效率高、对文物无损害等优势。

水下古遗迹以沉船最为常见，有海底全出露、全埋藏或半浅埋等状态。Gron O等（2015）在丹麦近海曾探测到了海底沉船与货物半浅埋于沉积物中1m深处。

结语

浅地层剖面技术应用范围广泛、探测精度高，极大满足了各种海洋地质高精度探测的需求。