2024年3月19日发(作者：穰曼岚)
PARASOUND P70浅剖在大洋科考中的应用
吕国涛;温明明;吴衡;李永航
【摘 要】本文简单介绍了浅地层剖面仪工作原理和ATLAS Parasound P70浅剖,
分析了P70浅剖在大洋科考中取得的成果,为以后浅剖在海洋调查中的应用提供了
参考依据.
【期刊名称】《内江科技》
【年(卷),期】2013(000)002
【总页数】2页(P104-105)
【关键词】反射系数;参量阵;浅地层测量
【作 者】吕国涛;温明明;吴衡;李永航
【作者单位】广州海洋地质调查局 510760广州;广州海洋地质调查局 510760广
州;广州海洋地质调查局 510760广州;广州海洋地质调查局 510760广州
【正文语种】中 文
随着《联合国海洋法公约》的生效和200海里专属经济区制度的建立，处于大洋
深处而属于全人类共同继承财产的国际海底区域，正以其广阔的空间、丰富的资源
和特殊的政治地位日益成为各国关注的重要战略区域。开展大洋科考，在深海大洋
的国际海底区域找矿，既是替自己找矿，也是替全人类找矿。继2001年在东太平
洋获得7.5万平方公里多金属结核资源勘探合同区后，我国于2011年再次在国际
海底获得第二块享有专属勘探权和优先商业开采权的矿区。
大洋科考需要对海底沉积物的结构和属性进行探测，对于海底沉积物的结构探测和
属性识别最为常用有效的方法是声学探测与识别。浅地层剖面测量技术是利用声波
在海水和海底沉积物中的传播和反射特性对海底沉积物分层结构进行连续探测，从
而获得直观的浅地层剖面的一种海底声学探测技术。
Parasound P70浅剖是由德国ATLAS公司生产的全海域参量浅层剖面仪，该设备
采用了差频技术，具有波束窄、穿透强和分辨率高等特点，其换能器固定安装于海
洋六号船底，在中国大洋第23航次、27航次科学考察中进行浅地层测量数千公
里，取得了良好的效果。
1 基本原理介绍
图1 浅地层剖面仪工作原理图
图2 PARASOUND P70浅剖系统组成图
（1）浅地层剖面仪工作原理。在不同的介质中，声波的传播速度不同。声波传播
的速度主要与介质的密度、压强等有关。把海底看作一个层状的模型 [1]（如图1
所示），海水层作为第一种介质，它的密度为声波在其中传播的速度为海底下的沉
积物因物质成分不同，也存在多个界面，它们的密度和速度分别是其中海底为第一
界面，当声波向下传播时，一部分在分界面处发生反射，另一部分沿法线方向继续
传播，在下一分界面处发生反射和透射，衡量反射的强度称为反射系数。一个界面、
两种介质的反射系数的数学表达式为：
式中：为反射系数；为第一种介质的密度和声波在其中的传播速度；为第二种介质
的密度和声波在其中的传播速度。
从公式（1）可以看出，获得反射声波的强弱取决于界面两侧物质的差异。当的值
较大，即界面两侧物质差异较大时，接收到的反射信号就比较强，反之则比较弱。
因此，接收到的反射信号，携带了水下地层的大量有用的地质信息。通过观测记录
并分析海底沉积物对于声波的反射特性，可以了解沉积物的地质属性，并可以直观
地描述地层的地质构造。
（2）参量阵原理。声参量阵是利用声波在介质中传播的非线性特性，使用两个沿
同一方向传播的高频初始波在远场中获得差频及和频波的声发射装置[ 2]。参量阵
声纳在高压下同时向水底发射2个频率接近的高频声波信号（f1，f2）作为主频，
声波在水介质中传播时由于水的非线性效应而形成差频波，改变2个主频频率就
可控制差频波的频率，当换能器发射声波作用于水体时，在换能器以下会产生一系
列二次频率，如 f 1、f2、（ f1+ f 2）、（f1-f 2）、2f1、2f2声 波信号，因f1，
f的2频率非常接近，所以差频（f1-f 2）的频率很低，具有很强的沉积层穿透能
力，并且依然保持高频时的波束角不变，可以用来探测海底浅地层结构，反射的主
频声波信号主要用于精确的水深测量。
2 PARASOUND P70浅剖设备介绍
（1）设备组成。ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪主要由换能器、发
射/接收电子单元、主控制工作站组成。辅助设备有分布接口处理器、TSSDMS05
三维运动传感器、AML表层声速计、彩色打印机等。系统连接如图2所示。
（2）主要技术指标。ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪的主要技术指
标如表1所示。
表1 ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪主要技术指标?
3 PARASOUND P70浅剖在大洋科考中的应用效果分析
（1）工作参数设置。声速设置为1500m/s，同时使用SVP声速剖面和表层声速
计数据进行声速改正，三维运动补偿数据由涌浪补偿仪实时输入系统主机，采用参
量单波束浅剖（PSBP/SBES）的工作模式，发射频率主高频（PHF）设置为
20kHz，二次低频为（SLF）4kHz，根据测量海域的海底地形情况以及海况影响选
择等距发射模式（Quasi-equidistant）或单脉冲发射模式（Single Pulse）。
（2）应用效果分析。海洋六号船在中国大洋23航次、27航次中已成功应用
ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪进行浅地层剖面测量数千公里，获得
了太平洋相关国际海底区域大量的浅地层剖面资料，为在大洋科考中进行取样、浅
钻提供了丰富的海底底质、浅地层资料。
在水深较浅、海底沉积较好的区域，沉积层最大穿透深度可达100m，反射界面层
次清晰可见、易于进行连续追踪[ 3]，可获得较好的海底浅地层资料（图3）。图
中水深约为1750米，沉积层穿透深度为70到100米，沉积层较厚，适合做长柱
状取样。
在海况较好、船速适当（4~6节）时，选择等距发射模式（Quasi-equidistant），
将发射脉冲长度设置为0.50ms，可获得很好的海底浅地层资料（图4）。由图4
可见，尽管海底地形有一定的起伏，但海底浅地层层次结构清晰可见，易于追踪，
海底的精细层次和微地貌都能一一反应出来，图中海山基岩清晰可辨，沉积层厚度
5到70米不等，层次细密清晰，适合做箱式、多管和柱状取样，沉积层最薄处约
为4到5米，适合进行浅钻作业。能取得这样精致的资料也反映了
ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪优异的性能。
图3 Parasound P70浅剖获取海底剖面图
图4 Parasound P70浅剖获取海底剖面图
当海况较差时，为了容易跟踪海底，只能选择单脉冲发射模式（Single Pulse），
并且要根据需要调整发射脉冲长度，这时获取的地层资料分辨率会受到一定的影响
（图5），图中水深为4450米，尽管分辨率有所降低，但仍能大体反映出海底的
浅地层情况，为海底取样提供参考依据。
在通过马里亚纳海沟时，为了进一步验证ATLASParasound P70浅剖的性能，我
们开机进行了短时间的浅层剖面测量工作，获得的海底剖面资料如图6所示，由
图可见当时水深接近10000米，剖面上噪声稍大，偶尔会追踪不到海底，但整体
上仍可获得较好的海底浅地层剖面资料，相信经过后处理后，能获得较为满意的效
果。这也充分证实了Parasound P70参量浅层剖面仪的全海域覆盖性能。能胜任
地球上任何海域的浅层剖面测量工作。
图5 Parasound P70浅剖获取海底剖面图
图6 Parasound P70浅剖获取海底剖面图
4 结论
本文首先简单介绍了参量阵浅地层剖面仪的工作原理，然后给出了
ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪的设备组成及技术指标，通过
Parasound P70浅剖在大洋科考中获取的浅地层资料着重分析了其在海洋科考中
的应用情况，对其具体性能进行了进一步的验证，为以后海洋浅地层调查提供了科
学依据。
参考文献
[1]吕国涛,胡长青.阿曼湾浅地层调查资料的处理研究.声学技术,2010(2):162-166
[2]褚宏宪,赵铁虎,史慧杰,等.参量阵浅地层剖面测量技术在近岸海洋工程的应用效
果.物探与化探,2005,29(6):526-529
[3]ty,,and .A side-scan sonar and high-resolution
Chirp sub-bottom profile study of the natural and anthropogenic
sedimentary record of Lower Lough Erne,northwestern Ireland[J].Journalof
ArchaeologicalScience,2006,33(6):756-766
2024年3月19日发(作者：穰曼岚)
PARASOUND P70浅剖在大洋科考中的应用
吕国涛;温明明;吴衡;李永航
【摘 要】本文简单介绍了浅地层剖面仪工作原理和ATLAS Parasound P70浅剖,
分析了P70浅剖在大洋科考中取得的成果,为以后浅剖在海洋调查中的应用提供了
参考依据.
【期刊名称】《内江科技》
【年(卷),期】2013(000)002
【总页数】2页(P104-105)
【关键词】反射系数;参量阵;浅地层测量
【作 者】吕国涛;温明明;吴衡;李永航
【作者单位】广州海洋地质调查局 510760广州;广州海洋地质调查局 510760广
州;广州海洋地质调查局 510760广州;广州海洋地质调查局 510760广州
【正文语种】中 文
随着《联合国海洋法公约》的生效和200海里专属经济区制度的建立，处于大洋
深处而属于全人类共同继承财产的国际海底区域，正以其广阔的空间、丰富的资源
和特殊的政治地位日益成为各国关注的重要战略区域。开展大洋科考，在深海大洋
的国际海底区域找矿，既是替自己找矿，也是替全人类找矿。继2001年在东太平
洋获得7.5万平方公里多金属结核资源勘探合同区后，我国于2011年再次在国际
海底获得第二块享有专属勘探权和优先商业开采权的矿区。
大洋科考需要对海底沉积物的结构和属性进行探测，对于海底沉积物的结构探测和
属性识别最为常用有效的方法是声学探测与识别。浅地层剖面测量技术是利用声波
在海水和海底沉积物中的传播和反射特性对海底沉积物分层结构进行连续探测，从
而获得直观的浅地层剖面的一种海底声学探测技术。
Parasound P70浅剖是由德国ATLAS公司生产的全海域参量浅层剖面仪，该设备
采用了差频技术，具有波束窄、穿透强和分辨率高等特点，其换能器固定安装于海
洋六号船底，在中国大洋第23航次、27航次科学考察中进行浅地层测量数千公
里，取得了良好的效果。
1 基本原理介绍
图1 浅地层剖面仪工作原理图
图2 PARASOUND P70浅剖系统组成图
（1）浅地层剖面仪工作原理。在不同的介质中，声波的传播速度不同。声波传播
的速度主要与介质的密度、压强等有关。把海底看作一个层状的模型 [1]（如图1
所示），海水层作为第一种介质，它的密度为声波在其中传播的速度为海底下的沉
积物因物质成分不同，也存在多个界面，它们的密度和速度分别是其中海底为第一
界面，当声波向下传播时，一部分在分界面处发生反射，另一部分沿法线方向继续
传播，在下一分界面处发生反射和透射，衡量反射的强度称为反射系数。一个界面、
两种介质的反射系数的数学表达式为：
式中：为反射系数；为第一种介质的密度和声波在其中的传播速度；为第二种介质
的密度和声波在其中的传播速度。
从公式（1）可以看出，获得反射声波的强弱取决于界面两侧物质的差异。当的值
较大，即界面两侧物质差异较大时，接收到的反射信号就比较强，反之则比较弱。
因此，接收到的反射信号，携带了水下地层的大量有用的地质信息。通过观测记录
并分析海底沉积物对于声波的反射特性，可以了解沉积物的地质属性，并可以直观
地描述地层的地质构造。
（2）参量阵原理。声参量阵是利用声波在介质中传播的非线性特性，使用两个沿
同一方向传播的高频初始波在远场中获得差频及和频波的声发射装置[ 2]。参量阵
声纳在高压下同时向水底发射2个频率接近的高频声波信号（f1，f2）作为主频，
声波在水介质中传播时由于水的非线性效应而形成差频波，改变2个主频频率就
可控制差频波的频率，当换能器发射声波作用于水体时，在换能器以下会产生一系
列二次频率，如 f 1、f2、（ f1+ f 2）、（f1-f 2）、2f1、2f2声 波信号，因f1，
f的2频率非常接近，所以差频（f1-f 2）的频率很低，具有很强的沉积层穿透能
力，并且依然保持高频时的波束角不变，可以用来探测海底浅地层结构，反射的主
频声波信号主要用于精确的水深测量。
2 PARASOUND P70浅剖设备介绍
（1）设备组成。ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪主要由换能器、发
射/接收电子单元、主控制工作站组成。辅助设备有分布接口处理器、TSSDMS05
三维运动传感器、AML表层声速计、彩色打印机等。系统连接如图2所示。
（2）主要技术指标。ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪的主要技术指
标如表1所示。
表1 ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪主要技术指标?
3 PARASOUND P70浅剖在大洋科考中的应用效果分析
（1）工作参数设置。声速设置为1500m/s，同时使用SVP声速剖面和表层声速
计数据进行声速改正，三维运动补偿数据由涌浪补偿仪实时输入系统主机，采用参
量单波束浅剖（PSBP/SBES）的工作模式，发射频率主高频（PHF）设置为
20kHz，二次低频为（SLF）4kHz，根据测量海域的海底地形情况以及海况影响选
择等距发射模式（Quasi-equidistant）或单脉冲发射模式（Single Pulse）。
（2）应用效果分析。海洋六号船在中国大洋23航次、27航次中已成功应用
ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪进行浅地层剖面测量数千公里，获得
了太平洋相关国际海底区域大量的浅地层剖面资料，为在大洋科考中进行取样、浅
钻提供了丰富的海底底质、浅地层资料。
在水深较浅、海底沉积较好的区域，沉积层最大穿透深度可达100m，反射界面层
次清晰可见、易于进行连续追踪[ 3]，可获得较好的海底浅地层资料（图3）。图
中水深约为1750米，沉积层穿透深度为70到100米，沉积层较厚，适合做长柱
状取样。
在海况较好、船速适当（4~6节）时，选择等距发射模式（Quasi-equidistant），
将发射脉冲长度设置为0.50ms，可获得很好的海底浅地层资料（图4）。由图4
可见，尽管海底地形有一定的起伏，但海底浅地层层次结构清晰可见，易于追踪，
海底的精细层次和微地貌都能一一反应出来，图中海山基岩清晰可辨，沉积层厚度
5到70米不等，层次细密清晰，适合做箱式、多管和柱状取样，沉积层最薄处约
为4到5米，适合进行浅钻作业。能取得这样精致的资料也反映了
ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪优异的性能。
图3 Parasound P70浅剖获取海底剖面图
图4 Parasound P70浅剖获取海底剖面图
当海况较差时，为了容易跟踪海底，只能选择单脉冲发射模式（Single Pulse），
并且要根据需要调整发射脉冲长度，这时获取的地层资料分辨率会受到一定的影响
（图5），图中水深为4450米，尽管分辨率有所降低，但仍能大体反映出海底的
浅地层情况，为海底取样提供参考依据。
在通过马里亚纳海沟时，为了进一步验证ATLASParasound P70浅剖的性能，我
们开机进行了短时间的浅层剖面测量工作，获得的海底剖面资料如图6所示，由
图可见当时水深接近10000米，剖面上噪声稍大，偶尔会追踪不到海底，但整体
上仍可获得较好的海底浅地层剖面资料，相信经过后处理后，能获得较为满意的效
果。这也充分证实了Parasound P70参量浅层剖面仪的全海域覆盖性能。能胜任
地球上任何海域的浅层剖面测量工作。
图5 Parasound P70浅剖获取海底剖面图
图6 Parasound P70浅剖获取海底剖面图
4 结论
本文首先简单介绍了参量阵浅地层剖面仪的工作原理，然后给出了
ATLASParasound P70参量阵浅地层剖面仪的设备组成及技术指标，通过
Parasound P70浅剖在大洋科考中获取的浅地层资料着重分析了其在海洋科考中
的应用情况，对其具体性能进行了进一步的验证，为以后海洋浅地层调查提供了科
学依据。
参考文献
[1]吕国涛,胡长青.阿曼湾浅地层调查资料的处理研究.声学技术,2010(2):162-166
[2]褚宏宪,赵铁虎,史慧杰,等.参量阵浅地层剖面测量技术在近岸海洋工程的应用效
果.物探与化探,2005,29(6):526-529
[3]ty,,and .A side-scan sonar and high-resolution
Chirp sub-bottom profile study of the natural and anthropogenic
sedimentary record of Lower Lough Erne,northwestern Ireland[J].Journalof
ArchaeologicalScience,2006,33(6):756-766