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第1篇

關(guān)鍵詞掃描；探測(cè)；；拓?fù)鋱D；自動(dòng)化管理

1引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)不斷提高，需要在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的情況下對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)聽和探測(cè)，從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各個(gè)終端主機(jī)、應(yīng)用系統(tǒng)以及若干關(guān)鍵點(diǎn)收集信息，并分析這些信息，發(fā)現(xiàn)漏洞、缺陷以及潛在的威脅，從而提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)保護(hù)，提高信息安全基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的完整性。

2探測(cè)技術(shù)介紹

2.1常用簡(jiǎn)單的掃描技術(shù)

掃描是一種基于Internet的遠(yuǎn)程檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)的技術(shù)，通過掃描發(fā)現(xiàn)檢測(cè)主機(jī)TCP/IP端口的分配情況、開放的服務(wù)已經(jīng)存在的安全漏洞等信息。主要使用的技術(shù)有Ping掃描、端口掃描以及漏洞掃描等。

Ping掃描是通過發(fā)送ICMP包到目標(biāo)主機(jī)，檢測(cè)是否有返回應(yīng)答來判斷主機(jī)是否處于活動(dòng)狀態(tài)。這種方法具有使用簡(jiǎn)單、方便的優(yōu)點(diǎn)，但是由于ICMP包是不可靠的、非面向連接的協(xié)議，所以這種掃描方法也容易出錯(cuò)，也可能被邊界路由器或防火墻阻塞。

端口掃描技術(shù)就是通過向目標(biāo)主機(jī)的TCP/IP服務(wù)端口發(fā)送探測(cè)數(shù)據(jù)包，并記錄目標(biāo)主機(jī)的響應(yīng)。通過分析響應(yīng)來判斷服務(wù)端口是打開還是關(guān)閉，就可以得知端口提供的服務(wù)或信息。端口掃描也可以通過捕獲本地主機(jī)或服務(wù)器的流入流出IP數(shù)據(jù)包來監(jiān)視本地主機(jī)的運(yùn)行情況，它僅能對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，幫助我們發(fā)現(xiàn)目標(biāo)主機(jī)的某些內(nèi)在的弱點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的安全漏洞，了解系統(tǒng)目前向外界提供了哪些服務(wù)，從而為系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)提供了一種手段。端口掃描主要有TCP全連接、SYN（半連接）掃描等方式。

圖1Sniffer探測(cè)信息矩陣圖示

漏洞掃描技術(shù)主要通過以下兩種方法來檢查目標(biāo)主機(jī)是否存在漏洞：在端口掃描后得知目標(biāo)主機(jī)開啟的端口以及端口上的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，將這些相關(guān)信息與網(wǎng)絡(luò)漏洞掃描系統(tǒng)提供的漏洞庫(kù)進(jìn)行匹配，查看是否有滿足匹配條件的漏洞存在；通過模擬黑客的攻擊手法，對(duì)目標(biāo)主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行攻擊性的安全漏洞掃描，如測(cè)試弱勢(shì)口令等。若模擬攻擊成功，則表明目標(biāo)主機(jī)系統(tǒng)存在安全漏洞。

2.2利用探測(cè)工具

網(wǎng)絡(luò)探測(cè)工具非常多，種類非常繁雜，功能也不盡相同，這里只以網(wǎng)絡(luò)偵聽工具Sniffer和X-scan掃描器為例進(jìn)行闡述。

Sniffer是一種通過網(wǎng)絡(luò)偵聽獲取所有的網(wǎng)絡(luò)信息（包括數(shù)據(jù)包信息，網(wǎng)絡(luò)流量信息、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息、網(wǎng)絡(luò)管理信息等），具有實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)、產(chǎn)生可視化的即時(shí)報(bào)警和通報(bào)信息、基于網(wǎng)絡(luò)特定終端，會(huì)話或任何網(wǎng)絡(luò)部分的詳細(xì)利用情況收集和錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)、保存基線分析的歷史數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤信息等功能。Sniffer還可以根據(jù)抓獲的數(shù)據(jù)包信息動(dòng)態(tài)繪制各主機(jī)直接的通信關(guān)系圖示。

X-scan采用多線程方式對(duì)指定IP地址段(或單機(jī))進(jìn)行安全漏洞檢測(cè)，支持插件功能，提供了圖形界面和命令行兩種操作方式，掃描內(nèi)容包括：遠(yuǎn)程服務(wù)類型、操作系統(tǒng)類型及版本，各種弱口令漏洞、后門、應(yīng)用服務(wù)漏洞、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備漏洞、拒絕服務(wù)漏洞等二十幾個(gè)大類。對(duì)于多數(shù)已知漏洞都給出了相應(yīng)的漏洞描述、解決方案及詳細(xì)描述鏈接。掃描結(jié)束后生成檢測(cè)報(bào)告。

圖2X-scan檢測(cè)報(bào)告圖示現(xiàn)在網(wǎng)上還有其他各類有特色的掃描器，種類繁多，如nMAP、SATAN、iris等，在此不一一介紹。

2.3路由交換設(shè)備的探測(cè)與管理

通過SNMP協(xié)議MIB庫(kù)，可以獲取網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)的交換表和路由器的路由表，實(shí)現(xiàn)流量統(tǒng)計(jì)，速率統(tǒng)計(jì)等功能，繪制出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。通過MIB庫(kù)定義的接口，還可以遠(yuǎn)程控制和修改路由器、交換機(jī)的配置信息。

2.4獲取應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行信息

通過收集網(wǎng)絡(luò)中的防火墻、防病毒軟件以及其他應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行日志，發(fā)現(xiàn)非法入侵或越權(quán)訪問信息，程序運(yùn)行報(bào)警信息等，及時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的安全特性，在遇到攻擊或威脅時(shí)可以進(jìn)一步采取措施，避免造成損失，并有效防止損失的擴(kuò)大化。

2.5部署的探測(cè)技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立一臺(tái)服務(wù)器，安裝服務(wù)程序，在網(wǎng)絡(luò)中需要探測(cè)的計(jì)算機(jī)上安裝客戶端程序，并制定一些特定的協(xié)議，服務(wù)器端定期查詢客戶端的狀態(tài)和日志信息，或者按照服務(wù)器端制定的策略，客戶端定期將自己的狀態(tài)、日志、或應(yīng)用程序運(yùn)行信息發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器端對(duì)這些信息進(jìn)行過濾、分析、整理和審計(jì)，以獲取反映客戶端微機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。如果服務(wù)器端在制定的策略時(shí)間范圍內(nèi)沒有接收到該客戶端的信息，則可以判斷該客戶端處于離線狀態(tài)，或者網(wǎng)絡(luò)線路出現(xiàn)故障。

3探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

應(yīng)用一：掌握和了解系統(tǒng)運(yùn)行情況

通過探測(cè)技術(shù)，獲取計(jì)算機(jī)的在線狀態(tài)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中離線或出現(xiàn)故障的計(jì)算機(jī)，或者發(fā)現(xiàn)哪些計(jì)算機(jī)沒有運(yùn)行本該運(yùn)行的程序和應(yīng)用，還可以通過這些探測(cè)信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存在的漏洞以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行存在的風(fēng)險(xiǎn)，如：入侵檢測(cè)系統(tǒng)。

圖3Cisco交換機(jī)的流量和數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖示

應(yīng)用二：實(shí)時(shí)反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

探測(cè)的結(jié)果還可以用來實(shí)時(shí)反映網(wǎng)絡(luò)的連接結(jié)構(gòu)，為實(shí)時(shí)繪制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，實(shí)時(shí)反映網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)等提供了依據(jù)。如：HPOpenView網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理器，鼠標(biāo)放在某個(gè)節(jié)點(diǎn)上將顯示該節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)信息，示例圖示如下：

圖4HPOpenView繪制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D示

應(yīng)用三：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化管理

通過探測(cè)收集到網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行信息，為網(wǎng)絡(luò)的安全管理依據(jù)和手段，這樣就可以在制定相應(yīng)的策略指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，如給防火墻設(shè)置新的安全規(guī)格，發(fā)現(xiàn)病毒后對(duì)殺毒軟件的病毒庫(kù)進(jìn)行及時(shí)更新等，建立起一套統(tǒng)一、安全、高效的安全檢測(cè)、監(jiān)控、管理體系，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連、互控、互動(dòng)和集中統(tǒng)一防御，從而達(dá)到了自動(dòng)化管理的目標(biāo)。

為了提供自動(dòng)化管理效率和準(zhǔn)確性，可以在管理員的干預(yù)下建立一個(gè)專家數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)提供指導(dǎo)和依據(jù)。

4結(jié)束語

一般來說，在線探測(cè)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)管理的基礎(chǔ)，探測(cè)結(jié)果是實(shí)施下一步安全管理、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等管理手段的依據(jù)，所以保證檢測(cè)結(jié)果的正確性非常必要，因此需要對(duì)探測(cè)收集到的信息需要進(jìn)行驗(yàn)證，以達(dá)到去偽存真的目標(biāo)，提高管理的準(zhǔn)確性和效率。

參考資料

[1]王曦楊健編著.《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與實(shí)務(wù)》，電子工業(yè)出版社，2006

[2]余承行主編,劉親華等副主編.《信息安全技術(shù)》科學(xué)出版社，2005

[3]李石磊.網(wǎng)絡(luò)安全掃描技術(shù)原理及建議，東軟教育在線網(wǎng)站

第2篇

海底熱流探測(cè),記錄的是來自地球內(nèi)部的熱能。當(dāng)兩種不同溫度介質(zhì)接觸時(shí),分子的動(dòng)能會(huì)在兩種介質(zhì)之間傳遞,直至達(dá)到熱平衡。熱流表示由溫差引起的能量傳遞。沉積物熱流以熱傳導(dǎo)為主,在一維穩(wěn)態(tài)純傳導(dǎo)的條件下,地?zé)崃鱭可以用下式描述[1]:

海底地溫梯度是一個(gè)向量,表示地球等溫面法線方向上溫度變化程度及變化方向,因此只要知道深度間距dZ和它們之間的溫差dT即可。

熱導(dǎo)率κ是一個(gè)表征沉積物導(dǎo)熱能力快慢的物理量,沉積物的組成類別及水含量不同熱導(dǎo)率κ也不同。熱導(dǎo)率測(cè)量的理論基礎(chǔ)是從瞬間熱脈沖由無限長(zhǎng)圓拄形金屬探針進(jìn)入無限大介質(zhì)的傳導(dǎo)理論上發(fā)展起來的(Blackwell等,1954;Hyndman等,1979),該理論認(rèn)為[2,3]當(dāng)探針溫度、沉積物溫度與環(huán)境溫度達(dá)到平衡時(shí),熱脈沖使探針溫度升高,高于環(huán)境溫度,在熱脈沖過后的一定時(shí)間內(nèi),地?zé)崽结槂?nèi)的熱敏電阻的溫度T(t)由下式給出:

2海底熱流原位探測(cè)技術(shù)

2.1海底溫度梯度原位測(cè)量

海底沉積物的溫度梯度測(cè)量自20世紀(jì)50年代至今一直沿用兩大方法,即Bullard(布拉德)型探針和Ewing(艾文)型探針。

溫度梯度測(cè)量開始于1948年,首先由美學(xué)者Bullard(布拉德)設(shè)計(jì)了海底熱流計(jì),如圖1所示。它用來測(cè)量海底沉積物的地溫梯度,并利用取樣器將沉積物樣品取回,在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量它的熱導(dǎo)率。經(jīng)過十多年的完善,Bullard型熱流計(jì)也由靈敏度較差的熱電偶改為靈敏度較高的熱敏電阻,同時(shí)確立了海底溫度梯度原位測(cè)量的基本模式。

Bullard型海底熱流計(jì)探針的基本結(jié)構(gòu)尺寸:,長(zhǎng)3～6m,外經(jīng)Φ27mm,內(nèi)經(jīng)Φ11.2mm的鋼管。探針的上、下兩端各安裝一個(gè)熱敏元件,上部有一密封倉(cāng),內(nèi)置記錄系統(tǒng),下部裝一針尖,以便插入海底沉積物時(shí)減小阻力,設(shè)備*自重插入沉積物。上世紀(jì)70年代后期,加拿大實(shí)用微系統(tǒng)公司(AML)研制的TR-12S型Bullard式探針得到了進(jìn)一步改進(jìn),結(jié)構(gòu)尺寸長(zhǎng)3m,直徑Φ16mm,探管內(nèi)有8個(gè)YSI-44032熱敏電阻,從測(cè)量精度到外觀設(shè)計(jì)都有了極大提高。

隨著制造技術(shù)的不斷進(jìn)步,熱流計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)是探針逐漸變細(xì)、變薄、熱敏電阻的數(shù)量也在增加,目的在于探針變細(xì)可進(jìn)一步減少插入沉積物時(shí)帶來得擾動(dòng),變薄可提高熱敏電阻對(duì)沉積物溫度變化的靈敏度,熱敏電阻數(shù)量的增加可以在梯度計(jì)算時(shí)相互驗(yàn)證,并確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。

上世紀(jì)60年代初期,Ewing(艾文)完成了自己設(shè)計(jì)的海底溫度梯度測(cè)量計(jì)[4],即人們通常說的Ewing型熱流計(jì),也稱為拉蒙特型熱流計(jì),是從拉蒙特地質(zhì)觀察所普及開的。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),圖2所示。在柱狀取樣器周圍,相隔一定距離不同方位安裝3～8個(gè)很細(xì)的探針,探針直徑3mm,長(zhǎng)20～24mm,避免了Bullard型熱流計(jì)在設(shè)備插入沉積物時(shí)帶來的攪動(dòng)和測(cè)量時(shí)間過長(zhǎng)等問題,提高了海上測(cè)量的工作效率;但仍沒有解決海底測(cè)量熱導(dǎo)率的問題。

以上兩大類熱流計(jì)在早期的沉積物溫度梯度測(cè)量中,發(fā)揮了積極的作用。隨著社會(huì)的進(jìn)步,設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展,人們不僅對(duì)沉積物熱流原位測(cè)量中的溫度梯度感興趣,而且更加關(guān)注沉積物熱導(dǎo)率的原位測(cè)量問題。

2.2海底沉積物熱導(dǎo)率測(cè)量

熱導(dǎo)率與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、溫度及壓強(qiáng)有關(guān)。海底沉積物熱導(dǎo)率測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,歷經(jīng)幾十年的探索,由原始的水分法、細(xì)針探測(cè)法,逐漸發(fā)展到了原位測(cè)量法。水分法是依據(jù)Ratcliffe(1960)關(guān)于海洋沉積物熱導(dǎo)率與水分的關(guān)系,通過測(cè)定沉積物的水分,不需要特殊的儀器,即可估算熱導(dǎo)率值。細(xì)針探測(cè)法(VonHerzenandMaxwell,1959)是通過均勻的電阻絲,給圓柱小探針連續(xù)加熱,溫升隨時(shí)間增加,逼近一條對(duì)數(shù)漸進(jìn)線,漸進(jìn)線的斜率正比于探針周圍材料的熱阻率。其研究證明,該方法需從海底取回沉積物樣品在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)量,同時(shí)把溫度和壓力修正到沉積物在海底的條件,勢(shì)必造成熱導(dǎo)率和溫度梯度不在同一站位測(cè)定的問題。所以要尋找一種能在同一站位獲得熱導(dǎo)率和溫度梯度兩種參數(shù)的測(cè)量方法,而不必取樣,這正是我們研究的海底原位熱導(dǎo)率測(cè)量方法。

2.2.1連續(xù)加熱線源法

連續(xù)加熱線源法,由Sclater等人于1969年用于海底沉積物的熱導(dǎo)率測(cè)量[5],它把探針理想化為無限長(zhǎng)的完全導(dǎo)熱圓柱,通過恒定電流對(duì)其加熱,探針內(nèi)加熱電阻絲的溫度升高快慢程度與沉積物的熱導(dǎo)率有關(guān),沉積物的導(dǎo)熱性能差,溫度升高快;沉積物的導(dǎo)熱性能好,溫度升高慢。沉積物的熱導(dǎo)率k與探針內(nèi)加熱電阻絲表面的溫升關(guān)系,可以通過求解無限長(zhǎng)圓柱體的導(dǎo)熱微分方程來得到[6],當(dāng)時(shí)間t=0時(shí),探針的溫度為T0;時(shí)間t時(shí)的溫度T為:

其中T1是探針周圍沉積物的平衡溫度。沿圓柱長(zhǎng)度加上一恒定的熱量Q,就可以測(cè)定熱導(dǎo)率κ,假設(shè)開始時(shí)溫度為零,則有(Jaeger,1956[7)]:

(8)式中T1和T0是可求的,所以熱導(dǎo)率κ就可以用最小二乘法對(duì)測(cè)量溫度進(jìn)行擬合。

上世紀(jì)80年代初期,上述方法在美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)得到了進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用,但其致命弱點(diǎn)是,海底沉積物含水量很大,持續(xù)供熱導(dǎo)致探針溫度不斷升高,很容易導(dǎo)致探針周圍的孔隙水發(fā)生對(duì)流,而使根據(jù)熱傳導(dǎo)方程推導(dǎo)的公式帶來很大的誤差;其次海上作業(yè)時(shí)間長(zhǎng),船的漂移難以控制,機(jī)械擾動(dòng)嚴(yán)重以及持續(xù)供熱需要大量的電能等問題,故這種技術(shù)沒有得到廣泛的應(yīng)用。

2.2.2脈沖加熱法

1979年,Liste(r李斯特)在Bullard型熱流計(jì)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了大膽、徹底的革新,首先將Bullard型熱流計(jì)點(diǎn)熱敏元件保留在兩端不動(dòng),在中間插入熱敏元件組。點(diǎn)熱敏元件仍然完成地溫梯度的測(cè)量,熱敏元件組測(cè)量熱脈沖后的平均溫度,用于計(jì)算沉積物的熱導(dǎo)率。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,Liste(r李斯特)在記錄方式上采用了數(shù)字化格式,使其測(cè)量精度得到提升。這樣Liste(r李斯特)在Bullard型熱流計(jì)的基礎(chǔ)上利用“熱線源法”的理論,完成了海底沉積物地溫梯度和沉積物熱導(dǎo)率原位測(cè)量的技術(shù)革新,即海底沉積物熱導(dǎo)率原位測(cè)量技術(shù)[8]。

探針插入海底沉積物,加上熱脈沖后,可以把探針看作是處于沉積物溫度之上的、恒定的初始溫度T0的條件下,假設(shè)沒有接觸電阻(對(duì)于海洋沉積物,這假設(shè)大多正確),那么在時(shí)間t,探針的溫度Tτ為:

式中:k是沉積物的擴(kuò)散系數(shù);a是探針的半徑;c是沉積物的比熱;ρ是沉積物的密度;S是探針單位長(zhǎng)度的熱容;τ定義為探針的熱時(shí)間常數(shù);α是沉積物熱容與探針材料熱容之比的兩倍,J(nX)和Y(nX)分別為是n階貝塞爾函數(shù)的第一項(xiàng)和第二項(xiàng)。

當(dāng)探針的熱時(shí)間常數(shù)τ>1時(shí),Bullard函數(shù)為:

脈沖加熱法是在探針內(nèi)不僅裝有一組熱敏元件,同時(shí)還包括一根加熱電阻絲,當(dāng)儀器倉(cāng)控制電路給電阻絲瞬間加熱后,電阻絲會(huì)使探針溫度突然升高,然后隨時(shí)間緩慢衰減,熱敏元件組記錄溫度隨時(shí)間的變化,最終依據(jù)計(jì)算出熱導(dǎo)率。

通過對(duì)連續(xù)加熱線源法與脈沖加熱法兩種技術(shù)進(jìn)行比較,脈沖加熱法應(yīng)用較為廣泛。

3海底熱流原位測(cè)量技術(shù)需要解決的幾個(gè)問題

3.1提高探針自行插入的能力

一般熱流原位測(cè)量設(shè)備在海上使用的成本較高,由于波浪、海流及風(fēng)的作用,海洋的工作環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜,要求測(cè)量設(shè)備必須插得住,同時(shí)需要在沉積物中保持10～20min才能達(dá)到溫度平衡,此時(shí)船舶可漂移400～500m。表1是三個(gè)航次探針插入沉積物的實(shí)際情況[9,10]。

通過對(duì)三個(gè)航次的測(cè)量結(jié)果分析,地?zé)崽结樀慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須在保證剛度的前提下,對(duì)探針?biāo)械倪\(yùn)動(dòng)特性和插入沉積物瞬間的力學(xué)特性進(jìn)行反復(fù)計(jì)算和演算,用于確定最佳配重和外形設(shè)計(jì)的依據(jù),這樣就會(huì)減少由于測(cè)量設(shè)備帶來的拖倒、拉斷及丟失。

3.2提高海上測(cè)量的準(zhǔn)確度

目前對(duì)同一調(diào)查站位,采用在冬季和夏季進(jìn)行重復(fù)測(cè)量,根據(jù)觀測(cè)資料來確定海水溫度變化對(duì)地殼熱流的影響程度,判定水溫變化隨海底地殼深度衰減的情況。研究發(fā)現(xiàn),直到海底之下6～7m二者方趨于一致,這說明6～7m之下,水溫變化的影響已大幅度減弱。而目前地?zé)崽结橀L(zhǎng)度一般為3.0～4.5m,這樣增加了海上重復(fù)探測(cè)的工作量,為了減少重復(fù),加長(zhǎng)地?zé)崽结?使下插深度增大,以盡可能采用下部熱敏元件的記錄來進(jìn)行資料處理。

3.3常年觀測(cè)系統(tǒng)

研究業(yè)已證明海洋底層水溫變化大,大氣溫度的日變化可影響到海底以下5m左右,氣溫的年變化可影響到海底以下50m。而對(duì)于水體則影響更深,再加上海流、波浪、潮汐的混合作用,氣溫變化的影響可波及到1500～2000m深的水體。而水溫的變化又直接作用于海底沉積物。通過大量的實(shí)測(cè)溫度分析可以看出,溫度隨深度呈非線性變化,特別是海底之下0～5m范圍內(nèi),溫度變化更加復(fù)雜,由此可見,地表因素的影響非常大。但如何從地?zé)豳Y料中消除這些淺層影響,而得出真正來自地下深處的熱信息也是一個(gè)未解的難題。如果在海上作業(yè)中,首先在預(yù)定站位投放一長(zhǎng)期溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備,自動(dòng)記錄沉積物和底層海水的溫度變化。可以通過聲通訊設(shè)備定時(shí)發(fā)送到岸站,可獲得常年的溫度變化記錄,從而設(shè)計(jì)計(jì)算程序,消除淺層因素的影響;同時(shí),也為防災(zāi)減災(zāi)提供原始的連續(xù)資料。

4結(jié)束語

本文分析了海底沉積物熱流探測(cè)技術(shù)的發(fā)展與理論的建立,鑒于我國(guó)目前在該技術(shù)領(lǐng)域的工作開展還比較薄弱,極大的限制了我國(guó)海洋熱流探測(cè)和應(yīng)用。因此,在充分認(rèn)識(shí)和了解海洋熱流探測(cè)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀的情況下,開發(fā)我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海洋熱流原位探測(cè)技術(shù)刻不容緩。

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第3篇

物探——地球物理勘探的簡(jiǎn)稱，它是以地下巖土層（或地質(zhì)體）的物性差異為基礎(chǔ)，通過儀器觀測(cè)自然或人工物理場(chǎng)的變化，確定地下地質(zhì)體的空間展布范圍（大小、形狀、埋深等）并可測(cè)定巖土體的物性參數(shù)，達(dá)到解決地質(zhì)問題的一種物理勘探方法。

按照勘探對(duì)象的不同，物探技術(shù)又分為三大分支，即石油物探、固體礦物探和水工環(huán)物探（簡(jiǎn)稱工程物探），我們使用的為工程物探。

工程物探技術(shù)方法門類眾多，它們依據(jù)的原理和使用的儀器設(shè)備也各有不同，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，物探技術(shù)的發(fā)展日趨成熟，而且新的方法技術(shù)不斷涌現(xiàn)，幾年前還認(rèn)為無法解決的問題，幾年后由于某種新方法、新技術(shù)、新儀器的出現(xiàn)迎刃而解的實(shí)例是常見的。它是地質(zhì)科學(xué)中一門新興的、十分活躍、發(fā)展很快的學(xué)科，它又是城市建設(shè)和水利電力巖土工程勘察的重要方法之一，在某種程度上講，它的應(yīng)用與發(fā)展已成為衡量地質(zhì)勘察現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。

下面介紹兩種實(shí)用的直流電法勘探技術(shù)——三維直流電法探測(cè)技術(shù)和巖土體電阻率測(cè)試技術(shù)，供廣大物探同仁工作時(shí)參考。

2三維直流電法探測(cè)技術(shù)

三維直流電法探測(cè)就是應(yīng)用現(xiàn)有的直流電法儀器和勘探方法，在施工方法上優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)行加密采樣數(shù)據(jù)以取得三維數(shù)據(jù)體，然后采取電阻率層析成像技術(shù)進(jìn)行資料處理和成圖。該方法是傳統(tǒng)直流電法的三維化，可使勘探精度得到很大提高，在原有儀器設(shè)備條件下提高了傳統(tǒng)直流電法勘探的能力，但野外測(cè)試工作量較大，是以“時(shí)間換取空間上的高分辨率”。把它應(yīng)用到工程與環(huán)境地球物理勘探中，不失為一種較理想的方法。三維直流電法勘探施工采取一次布極，多極距測(cè)量技術(shù)，通常采用的裝置形式有兩極裝置、單極——偶極裝置和偶極——偶極裝置等。

本文主要介紹兩極裝置形式，把供電電極B和測(cè)量電極N置于無窮遠(yuǎn)處，在勘探區(qū)域布置m條測(cè)線，每條測(cè)線布置n個(gè)測(cè)點(diǎn)（電極），測(cè)網(wǎng)密度根據(jù)探測(cè)對(duì)象及其探測(cè)深度而定，在城市建設(shè)和水利電力工程勘測(cè)中，一般選取測(cè)線距L=2～10米、測(cè)點(diǎn)距D=2～5米即可滿足勘探要求。外業(yè)工作時(shí)將m×n個(gè)電極一次布置完畢（詳見圖1），其中單一測(cè)點(diǎn)（電極）的編號(hào)為aij（i=1，2，3……m；j=1，2，3……n）。

對(duì)于兩極裝置，理論上OB=∞，ON=∞，視電阻率計(jì)算公式為：

式中：ρs—視電祖率(Ω·m)；rAM—供電電極A與測(cè)量電極M之間的距離(m)；UAM—測(cè)量電極M的觀測(cè)電位(mV)；I—供電電極A的電流強(qiáng)度(mA)。

外業(yè)施工過程為：選擇a11點(diǎn)為供電點(diǎn)，逐點(diǎn)測(cè)量a12，a13，a14，…，a1j，…，a1n各點(diǎn)的電位和供電電流強(qiáng)度，代入(1)式可求得各測(cè)量點(diǎn)的視電阻率值。然后再以a12點(diǎn)為供電點(diǎn)，逐點(diǎn)測(cè)量a13，a14，a15，…，a1j，…，a1n各點(diǎn)的電位和供電電流強(qiáng)度，依此類推，直到供電點(diǎn)移到a1n-1點(diǎn)為止，即完成其中一條測(cè)線a1j的測(cè)試任務(wù)。其它測(cè)線a2j、a3j、a4j……amj的電位和供電電流強(qiáng)度測(cè)試按照上述方法和順序進(jìn)行，便可獲得全測(cè)區(qū)內(nèi)各測(cè)點(diǎn)不同電極距的視電阻率參數(shù)。

資料處理與解釋主要目的是便于研究勘查區(qū)內(nèi)地電異常體的空間賦存規(guī)律和變化特征。一般程序?yàn)椋河赏鈽I(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)分別繪制極距d=D，2D，3D，4D，5D，6D……米的視電阻率水平切片，再把它們按對(duì)應(yīng)的水平位置并依電極距大小疊放在一起便可形成倒梯形的三維視電阻率圖，據(jù)此進(jìn)行推斷解釋。根據(jù)試驗(yàn)研究和工程實(shí)測(cè)結(jié)果得出：該法的勘探深度一般為(0.6～0.8)d。

圖2為文獻(xiàn)⑶在城市工程勘查中的應(yīng)用實(shí)例：該測(cè)區(qū)由于地下人防工程充水、坍塌而呈現(xiàn)低阻電性特征。圖2⑴可以看出NE—SW向有一低阻條帶，根據(jù)本區(qū)地質(zhì)特征和鉆孔資料可知，低阻帶為地下人防工程上部反映，埋深在1.4～1.6m左右，圖右下角的高阻為墻基影響造成；圖2⑵因完全充水，低阻帶電阻率較d=2m時(shí)低，埋深應(yīng)在2.8～3.0m左右；圖2⑶的等值線形態(tài)與圖2⑵基本一致，為人防工程的完全充水部分，深度在4.2～4.4m左右；圖2⑷為人防工程基底反映，深度在5.6～6.0m左右。據(jù)以上分析，人防工程平面位置為圖2⑴虛線圈定區(qū)域，人防工程呈NE—SW走向貫穿勘探區(qū)域，深度在2～6m左右。據(jù)報(bào)道該測(cè)區(qū)解釋成果經(jīng)開挖驗(yàn)證完全符合客觀實(shí)際。

該法較傳統(tǒng)直流電法勘探具有信息量大、精度高的優(yōu)點(diǎn)，在工程勘察中有較好的應(yīng)用效果，同時(shí)又拓展了老式電法儀的應(yīng)用范圍，延長(zhǎng)了老式儀器的經(jīng)濟(jì)使用壽命；但又具有施工量大的缺點(diǎn)，性價(jià)比決定其適合于小區(qū)域的工程勘察。

3巖土體電阻率測(cè)試技術(shù)

對(duì)巖土體電阻率的測(cè)試，可以采用多種方法。下面主要介紹直流電測(cè)深中的溫納裝置在巖土體電阻率測(cè)試中的具體應(yīng)用。根據(jù)試驗(yàn)研究和工程實(shí)測(cè)結(jié)果可知該法具有快速、準(zhǔn)確地測(cè)定巖土體電阻率，并對(duì)不同巖性層劃分做出客觀解釋。

實(shí)際工作中，根據(jù)測(cè)試場(chǎng)地的大小，可選用對(duì)稱四極裝置或三極裝置進(jìn)行測(cè)量。由于溫納裝置是等比裝置，且MN/AB=1/3，所以視電阻率與電位差及電流強(qiáng)度的關(guān)系式為：

式中：ρs—視電祖率(Ω·m)；UMN—測(cè)量電極MN觀測(cè)電位差(mV)；I—供電電極AB之間的電流強(qiáng)度(mA)；k為裝置系數(shù)：

由此可分別得到四極和三極的裝置系數(shù)：

(四極裝置適用)

(三極裝置適用)

在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)過程中，將AB供電極距逐漸加大，以增加勘探深度，可以測(cè)得不同電極距下的視電阻率ρs。實(shí)用的供電極距及測(cè)量極距見表1。

表1供電極距和測(cè)量極距單位：m

AB

1.8

2.4

3.0

4.2

5.7

7.8

10.2

13.2

17.4

22.8

30

42

57

78

102

…

AB/2

0.9

1.2

1.5

2.1

2.85

3.9

5.1

6.6

8.7

11.4

15

21

28.5

39

51

…

MN

0.6

0.8

1.0

1.4

1.9

2.6

3.4

4.4

5.8

7.6

10

14

19

26

34

…

數(shù)據(jù)處理與解釋采用現(xiàn)場(chǎng)作圖的方式，可快速測(cè)定電阻率及劃分巖性層位。以MN為橫坐標(biāo)，計(jì)算MN/ρs，并以MN/ρs為縱坐標(biāo)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制MN/ρs與MN的關(guān)系圖，詳見圖3。對(duì)圖中不同極距的測(cè)試值，找出不同深度、相同斜率的點(diǎn)，對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行連線，使其均勻地分布在直線上或直線兩側(cè)。求直線段斜率的倒數(shù)，可獲得測(cè)點(diǎn)處各層的電阻率ρij。

式中：i為層位序號(hào)(i=1，2，3，…)；j為測(cè)深點(diǎn)編號(hào)(j=1，2，3，…)。對(duì)各測(cè)深點(diǎn)依次作圖解釋，可求得各測(cè)點(diǎn)處分層的電阻率值，對(duì)獲得的各層電阻率值進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，便可獲得地層的平均電阻率值。計(jì)算公式為：

其中：—第i巖性層平均電阻率值；ρij—第j測(cè)深點(diǎn)處第i巖性層計(jì)算電阻率值；n—測(cè)深點(diǎn)數(shù)。

根據(jù)下式確定標(biāo)準(zhǔn)差，以求得第i巖性層電阻率值的變化范圍±si。

物性層位的劃分可以采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算、量板法或其它手工解釋方法，但由于對(duì)解釋結(jié)果的影響因素很多，例如不同時(shí)代不同成因的地層、巖性特征、地層傾角、構(gòu)造特征等，使其垂直方向和水平方向上均存在較為復(fù)雜的變化，地下高阻或低阻屏蔽層的影響，實(shí)際地層的各向異性等等，都將對(duì)巖性層參數(shù)的解釋結(jié)果產(chǎn)生較大影響。由此可知該解釋只能是電性層參數(shù)，而不是所求目的地質(zhì)層參數(shù)。因此地質(zhì)層位的劃分尚需將電性層參數(shù)轉(zhuǎn)化為地質(zhì)層參數(shù)，在實(shí)際工作中，必須進(jìn)行層位厚度校正。具體做法是：首先在已知地層剖面處進(jìn)行電測(cè)深（如鉆孔處），通過已知地層剖面確定校正系數(shù)，即確定AB/2極距與層位深度的關(guān)系。再通過已知地質(zhì)剖面或鉆孔處的電測(cè)深數(shù)據(jù)作視電阻率擬斷面等值線圖，在視電阻率擬斷面等值線圖上劃分地層，用已知地層深度或鉆孔深度h與地質(zhì)層面對(duì)應(yīng)的AB/2對(duì)比，求取不同深度AB/2的校正系數(shù)λi：

(i=1，2，3，…)

實(shí)測(cè)工作時(shí)，可對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，求取深度校正系數(shù)的算術(shù)平均值。如在沒有鉆孔(或已知地層剖面)的測(cè)區(qū)，可采用工程類比法獲得，如采用鄰近地質(zhì)條件相似地區(qū)的深度校正系數(shù)即可滿足工程需要。

據(jù)文獻(xiàn)⑷報(bào)道，他們的研究和工作過的測(cè)區(qū)，其極距與鉆孔對(duì)比的校正系數(shù)為0.66左右。而溫納裝置選取MN/AB=1/3，MN≈0.66(AB/2)，因此，以MN作橫坐標(biāo)，以MN/ρs為縱坐標(biāo)作圖，則不同斜率的直線交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)即為層位頂面的深度(見圖3)。

同樣，在不同的地區(qū)還可以AB/2作橫坐標(biāo)，以(AB/2)/ρs作縱坐標(biāo)，作雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，用不同斜率的直線交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的AB/2乘以校正系數(shù)，求取地質(zhì)層位頂面的埋深。圖4為某變電站場(chǎng)地電阻率及層位劃分實(shí)際解釋應(yīng)用圖(見文獻(xiàn)⑷)。該圖是以AB/2作橫坐標(biāo)，以(AB/2)/ρs為縱坐標(biāo)，作雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖。從圖中可以很好地劃分出4個(gè)層位并計(jì)算直線段斜率的倒數(shù)，獲得各層的電阻率值。依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)該方法對(duì)于電阻率相差不大的相鄰地層的劃分也有較好的地質(zhì)效果。

該方法較傳統(tǒng)的解釋方法具有快速(可由記錄員現(xiàn)場(chǎng)繪圖取得解釋成果)、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的解釋方法而言更適合工程物探在解決地層劃分和電阻率測(cè)試中的應(yīng)用。另外，場(chǎng)地的巖土電阻率是工程設(shè)計(jì)接地裝置的一個(gè)重要參數(shù)。它的確定對(duì)電流盡快地散入大地，達(dá)到足夠小的接地電阻及接地裝置地下部分的合理布局起到十分重要的作用，它沿地層深度的變化規(guī)律是選擇接地裝置型式設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。巖土中含水量和溫度的變化，對(duì)巖土體電阻率的影響較大。溫度降低，巖土電阻率增大；溫度升高，巖土電阻率變小。巖土濕度變小，電阻率增大；巖土濕度變大，電阻率變小。但巖土含水量增加較大時(shí)，巖土電阻率反而增加；另外，水的礦化度不同，對(duì)巖土電阻率的影響也是不一樣的。所以，如果條件允許，應(yīng)在冬天干旱季節(jié)，對(duì)變電站場(chǎng)地的巖土電阻率進(jìn)行測(cè)定，以獲取場(chǎng)地在一年四季中最大的電阻率，供設(shè)計(jì)接地裝置使用。

4結(jié)束語

以上較為詳細(xì)地介紹了三維直流電法探測(cè)技術(shù)、巖土體電阻率測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)施工方法、資料處理及其解釋的技術(shù)路線，由此可以看出，它們?cè)诔鞘薪ㄔO(shè)和水利電力工程勘測(cè)中具有信息量大、準(zhǔn)確、直觀、經(jīng)濟(jì)、快速、便于分析等特點(diǎn)而具有廣泛的應(yīng)用前景。

隨著電子和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，城市建設(shè)和水利電力工程物探技術(shù)也隨之提高和拓寬，許多新技術(shù)、新方法在生產(chǎn)實(shí)踐中顯示出強(qiáng)大的生命力而不斷的發(fā)展完善，應(yīng)用范圍也不斷拓展；如地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、面波勘探技術(shù)、電阻率層析成像和地震(聲波)CT技術(shù)等都在工程實(shí)踐中取得了良好地應(yīng)用效果，發(fā)揮著愈來愈重要的作用；同樣，常規(guī)物探方法的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)也不斷進(jìn)展和創(chuàng)新，在工程建設(shè)和實(shí)踐中發(fā)揮著不可替代的作用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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