海洋电法概述

海洋电法测量是怎样的？~

海洋电法测量是利用地球电场和人工电磁场研究海底的电性结构。

　　海洋能利用-正文
　　利用一定的方式方法、设备装置把各种海洋能转换成为电能或其他可利用形式的能。它是人类利用自然能源的重要方面。
　　海洋能的种类 海洋能是海水运动过程中产生的可再生能，主要包括温差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、盐差能等。潮汐能和潮流能源自月球、太阳和其他星球引力，其他海洋能均源自太阳辐射。
　　海水温差能是一种热能。低纬度的海面水温较高，与深层水形成温度差，可产生热交换。其能量与温差的大小和热交换水量成正比。潮汐能、潮流能、海流能、波浪能都是机械能。潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比。波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。在河口水域还存在海水盐差能（又称海水化学能），入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差,若隔以半透膜,淡水向海水一侧渗透，可产生渗透压力，其能量与压力差和渗透能量成正比。
　　海洋能的特点 ①蕴藏量大，并且可以再生不绝。估计地球上海水温差能可用功率达1010千瓦数量级；潮汐能、波浪能、海流能、海水盐差能等可再生功率都达109 千瓦数量级。②能流的分布不均、密度低。大洋表面层与500～1000米深层之间的较大温差仅20°C左右,沿岸较大潮差约 7～10米，而近海较大潮流、海流的流速也只有4～7节。③能量多变、不稳定。其中海水温差能、海流能和盐差能的变化较为缓慢，潮汐和潮流能则呈短时周期规律变化，波浪能有显著的随机性。
　　海洋能利用的技术和设施 海洋能利用的关键环节是能量转换，不同形式的海洋能，其转换技术原理和装置也不同。

　　海水温差能的利用是将热能转为机械能后，再转换为电能。热能转换为机械能采取热力循环法，通常的流程有两种（图1）:①闭路循环（又称中间介质法），采用由蒸发器、汽轮发电机、冷凝器和工质泵组成的系统，蒸发器里通过海洋表层热水，冷凝器里通过海洋深层冷水，工质泵把液态氨或其他工质作为中间介质从冷凝器泵入蒸发器，液态氨因热水作用变为高压氨气，驱动汽轮机发电；而从汽轮机出来的低压气态氨回到冷凝器又重新冷却成液态氧，如此形成闭路循环。②开路循环（又称闪蒸法或扩容法），把热海水在部分真空的蒸发器（闪蒸器）内蒸发成蒸汽，驱动汽轮机发电；使用过的低压蒸汽再进入冷凝器中冷却，冷凝的脱盐水或回收，或排入海洋。早期的实验装置多采取开路循环流程，由于设备易受腐蚀，60年代后改用闭路循环流程。海水温差发电实际利用的热效率很低，往往只有2％左右,所处理的冷、热水量较多，故相应的各种部件尺寸都很庞大，伸向海底深水层的长冷水管技术难度较大。
　　潮汐、波浪、潮流和海流能的利用仅需将机械能转换为电能，一般分为三步：第一步是接受能量，如建造潮汐水库，用以接受、蓄贮潮汐能；采用转轮(水车)以吸收海流、潮流动能;用水柱-气室、随波浪升降或摇摆的浮子、可压缩气袋等接受波浪能。第二步是传输，通常用机械、液力、气动等方法，传输终端一般设置水轮机或气轮机。潮汐电站采用适应低水位差的灯泡贯流式水轮机组或全贯流式水轮机组(图2)；而波能的传输近年来采用对称翼型空气涡轮机，在波浪作用下能做单方向旋转。第三步是转换成电力或其他动力。通常通过发电机转换成电力。由于海洋能不稳定，所以在整个转换过程中一般还需备有贮能设施，如水库、气罐、蓄电池和飞轮等。

　　海水盐差能利用的转换方法近年来才开始研究。如有一种设想是在河口入海处建造两座堤坝，中间为缓冲水库，在缓冲水库与外海的通道内设置半透膜。缓冲水库内的淡水通过半透膜渗出，其渗透压力导致缓冲库的水位降低，利用缓冲库与河流的水位差可以发电。这种方法由于进出水量相当大，故所需的工程规模也很大。
　　利用海洋能的工程设施，按其设置位置一般分为海滨式和海上式两类。前者是以滨海陆地或浅海水域为基地，后者是在深水海域设置浮式结构。海滨式和离岸近的海上式设施，可用海底电缆或压力管道将动力传输上岸；离岸远的海上设施，只能就地利用动力，如制氨或生产海水化工产品。
　　海洋能利用的经济效益 海洋能的利用目前还很昂贵，以法国的朗斯潮汐电站为例，其单位千瓦装机投资合1500美元（1980年价格），高出常规火电站。但在海洋能利用的过程中，还能获得其他综合效益。如潮汐电站的水库能兼顾水产养殖、交通运输；海洋热能转换装置获得的富含营养盐深层海水，可用于发展渔业；开路循环系统能淡化海水和提取含有用元素的卤水；大型波力发电装置可同时起到消波防浪，保护海港、海岸、海上建筑物和水产养殖场等的效果。目前在严重缺乏能源的沿海地区（包括岛屿），把海洋能作为一种补充能源加以利用还是可取的。

　　发展概况 海洋能利用最早是从利用潮汐能开始的。11世纪就出现了潮汐磨坊。1966年法国建成朗斯潮汐电站，装机容量24万千瓦，是目前世界上规模最大的潮汐能发电站（见彩图）。1981年中国江厦潮汐试验电站（见彩图）第一台 500千瓦机组正式投产。世界第一个波能转换装置的专利是法国于1779年取得的。1965年，日本研制用于航标灯的波力发电装置获得成功。现在日本、英国、挪威和中国等国家正在进行多种波力发电试验研究，其中较大型的是日本等 5国在日本海试验的“海明号”波力发电船,第一期试验年发电量19万度,并初步成功地把电力输送到了岸上。日本还建立了岸式波力发电试验站。中国研制出采用对称翼型空气涡轮机的新型波力发电装置，装在南海海域航标灯浮上试用（图3）。1881年法国人首先提出海水温差能利用的原理。20世纪70年代以来，美国用在研究海洋热能转换的经费在世界上占居首位。1979年，美国在夏威夷岛海域驳船上进行了50千瓦装机容量海水温差发电试验。其后，日本在瑙鲁岛建立岸式试验性海水温差电站，装机容量100千瓦。
　　随着世界能源需求的日益增长和海洋能利用技术的提高，预期20世纪内，有可能在潮差较大的河口海岸处兴建10万至 100万千瓦级的潮汐电站；并会出现中、小型实用的波力发电装置和试验的海水温差发电装置。从长远看，海洋能的利用将成为世界新能源的重要方面

为一种新型海洋发电方法,目前主要实施国家为英国.
发电机为橡胶制"浮蛇",250KW原型机,长108米,直径3米,其橡胶机体可有效减小海洋波浪对传统海洋能发电机的损害,"浮蛇"一端为发电机储电电池,其余部分通过接受波浪能量发电,现已投产.具有良好效果.
本书为刘光鼎院士主编的地球物理系列教材之一。全书由四篇组成。第一篇地电场，在全面阐述岩、矿石主要电磁性质基础上，分别对天然地电场和人工地电场的场源性质及其在均匀和非均匀地电条件下电场、电磁场之解析解进行了讨论，并于本篇最后对常用的几种物理模拟和数值模拟方法作了介绍。在第二篇主动源电法勘探方法(电阻率法、激发极化法、充电法、电磁法)和第三篇被动源电法勘探方法(自然电场法、大地电磁测深法、甚低频电磁法)中，分别对每种方法在不同地电条件下的异常规律，定性、定量解释方法和实际应用中的方法技术要求等问题作了较全面系统地阐述，并给出了它们的应用实例。第四篇其他电法勘探方法，则主要是对航空电磁法、可控源音频大地电磁法、探地雷达法、海洋电法和震电法等五种方法的方法特点及应用、发展概况，作了扼要介绍和讨论。
本书可作为固体地球物理、地球物理工程、环境与工程地球物理、地球探测与信息技术等专业本科生的教科书或教学参考书使用，也可供研究生和从事这方面工作的科研、工程技术人员参考。
前言
地电场系指大地中天然存在或由人工建立的电场及电磁场。在天然地电场中，各种全球性或区域性变化的电场、电磁场称为大地电场或大地电磁场，而局部性的稳定电场称为自然电场。在人工地电场中，通过接地建立的稳定、不稳定电流场称为直流电场，通过接地或不接地建立的变化电场、电磁场，称为交流电场或交变电磁场。
电法勘探则是根据地壳中不同岩层之间、岩石和矿石之间存在的电磁性质差异，通过观测天然存在的或由人工建立的电场、电磁场分布，来研究地质构造、寻找有用矿产资源，解决工程、环境、灾害等地质问题的一类地球物理勘探方法。
可见，地电场与电法勘探有着紧密联系。了解各种地电场的性质，研究它们在不同地电条件下的分布规律，是电法勘探的重要基础。
电法勘探利用的主要物性有：导电性、介电性、导磁性、激发极化性、自然极化性、压电性和震电性等。当地下地质构造或岩层与矿体之间的电性分布沿水平或垂直方向发生变化时，则在地面、空中或海洋观测到的电场、电磁场空间分布也将发生相应变化，于是便出现了所谓的异常。通过对异常进行定性、定量解释，便可推断出地下的地质构造特征和矿体位置、埋深、形状、大小等的赋存状态。
电法勘探的方法种类很多，分类方法也不尽相同。在以往的教科书中，有的将其分成直流电法和交流电法两大类；有的则将其分成传导类电法和感应类电法两大类；也有的又不分类。本书从人工场源和天然场源的角度出发，将其分为主动源电法和被动源电法两大类。按此方法分类时，则在主动源电法方面的常用方法有：电阻率法、激发极化法、充电法和电磁法等；在被动源电法方面的常用方法有：自然电场法、大地电磁测深法和甚低频电磁法等。其中甚低频电磁法是利用海军潜艇的通信电台作为场源的，虽不属于天然场源，但它属于被动源。在电法勘探工作中，当观测空问不同时，又有地面电法、航空电法和海洋电法之分。当勘查目标不同时，又有金属电法、石油电法、煤田电法、水工环电法、灾害电法、考古电法以及医疗电法和军事电法等的称谓。说明电法的应用范围十分广泛。
电法勘探的发展历史并不长，真正利用地电场进行电法勘探的时间，大致始于19世纪末和20世纪初。其中，在天然场源方面：1835年英国学者福克斯(R．w．Fox)首先用自然电场法发现了一个硫化矿床；20世纪初开始将大地电流法用于矿产资源勘探；20世纪50年代前苏联学者吉洪诺夫(A．H．THXOHOB)和法国学者卡尼亚(L．Caniard)建立了探测地球深部电性结构的大地电磁测深法。在人工场源方面：19世纪末提出的电阻率法到20世纪初已趋成熟；1920年由法国学者施伦贝尔热(c．Schlumbel’ger)发现的激电效应，后经各国学者的深入研究于20世纪50年代形成了激发极化法，其中加拿大学者塞吉尔(H．O．Segel)、皮尔顿(w．H．：Pelton)、前苏联学者柯马罗夫(B．A．KoMapOB)和美国学者宗吉(K．L Zonge)等，做出了重要贡献；电磁剖面法始于1917年，于1925年首次获得找矿效果；20世纪80年代以来，随着经济建设的迅猛发展和科学技术的不断进步，人工源频率测深法和瞬变测深法在前苏联学者考夫曼(A．A．Kofman)和美国学者凯乐(G．V．Keller)共同建立的理论基础上发展较快，与此同时由加拿大学者D．w．strangway和M．A．Goldstein提出的可控源音频大地电磁法以及由德国最早提出的探地雷达法和由日本率先实现的高密度电阻率法等方法，在资源、工程、环境等方面都得到了迅速发展与应用。此外，由前苏联于20世纪70一80年代研究提出的压电法和震电法，近年来已取得一定进展，有望能用于矿产资源勘查和地质灾害的预报中。
我国的电法勘探工作，始于20世纪30年代末和40年代初，当时由于条件限制，顾功叙先生和丁毅、王子昌等人仅在几个金属矿区做过一些少量电法勘探的试验研究工作；1949年中华人民共和国成立以后，随着各项经济建设事业的蓬勃兴起，电法勘探工作和其他地球物理方法一样才得到了迅速发展。半个多世纪以来的实践结果证明，我国的电法勘探工作，虽然起步比较晚，但在政府主管部门的大力支持和早期来华讲学的克维亚特柯夫斯基(E．M．KBnn-TKOBCKl4)等前苏联电法专家的帮助下得到了很快发展，并作为应用地球物理的一个重要分支方法，以它适应性强、应用范围广的特点，在各类地质勘查领域中取得了许多有价值、有意义的理论与应用成果，已经和正在发挥着重要作用。
目前，国内在仪器方面，由我国自主研制生产的电法仪器已有多种，如直流电法仪、高密度电阻率仪、直流激电仪、交流激电仪、双频激电仪、频率测深仪、瞬变测深仪等，均具有很好的工作性能。另外，近年来国内不少单位还从国外引进了多种类型的先进电法仪器，如大地电磁测深仪、多功能电法仪、探地雷达仪等；在方法理论和方法技术方面，随着电子计算技术的飞速发展，数值模拟和数字解释技术已逐步被多数人所掌握，资料处理和异常定性、定量解释水平正在不断提高。但应指出，由于客观实际的复杂性和地电条件的千变万化，因此在许多情况下，单靠电法一种方法往往不能对观测结果作出正确的地质解释，经验证明只有充分利用各种地质、物探、化探资料对异常进行综合解释才能取得好的效果，达到预期目的。

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