《深海熱液/冷泉遠距離探測和定位機理研究》是依託杭州電子科技大學，由秦華偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深海熱液/冷泉遠距離探測和定位機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：秦華偉
- 依託單位：杭州電子科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
深海熱液和冷泉溢出氣體成分主要包括H2S、CH4和CO2等。目前深海熱液和冷泉的近距離接觸式探測方法的探測距離不超過幾米。本項目研究並在海洋研究領域首次提出相襯聲波成像技術(Phase Contrast Sonic imaging，PCSI)和差分反射雷射雷達拉曼技術(Differential Reflection Lidar Raman，DIRLIR)聲學-光電組合探測技術，利用聲波探測、反射光相位和偏振改變、以及拉曼識別，對海水中氣泡進行遠距離探測，從而實現對深海熱液和冷泉的遠距離探測和定位，最大探測距離達1km；同時，該技術還可對氣泡內的氣體成分進行識別，從而判斷這些氣泡是由深海熱液/冷泉溢出，還是源於其他與甲烷資源無關的氣體源。此外，本技術還可用於探測液體中包含氣體成分的其他場合，如血液中的氣泡、由於船舶和潛器運動造成的海水湍流尾跡、海洋石油/天然氣勘探、海底石油管道泄漏等。
結題摘要
目前，海洋熱液/冷泉探測研究已經成為海洋研究的熱點。根據海洋熱液/冷泉活動區噴口都有氣泡溢出這一物理特徵，本項目簡化研究思路，將海洋熱液/冷泉的探測轉化為水下氣泡的探測研究。項目主要研究內容包括： （一）氣泡聲學探測技術研究 1、通過水聲探測實驗驗證了水下氣泡的共振頻率，總結了水下氣泡的反演模型、反射截面和反射強度等特點；分析了水下氣泡群的聲學信號特性及散射特性； 2、結合理論計算結果，設計搭建了氣泡光學探測實驗平台； 3、採用聲波透射方法，對水下氣泡進行了透射聲波實驗，得到了聲波的透射聲壓幅值和氣泡流量的關係式，實現了水下氣泡流量計算；採用信號互相關分析方法，實現了氣泡上升速度計算，為熱液/冷泉區氣泡流量、流速的探測提供了新的方法和思路； 4、採用最小二乘法定位原理，對水下目標進行了聲學探測定向/定位研究；依據水下目標回波亮點模型，建立了剛性小球的三維散點聲圖像和柔性氣球的二維輪廓圖，重構出了水下剛性和柔性目標的特徵；實驗結果表明，目標回波亮點模型可以為聲納目標識別等方面的研究提供支持。 （二）氣泡光學探測技術研究 1、基於Mie散射理論，通過matlab編程計算，獲得單個氣泡的光學效率因子以及散射光強度的分布，從理論上證明了通過探測氣泡後向散射光的方法來探測氣泡的可行性； 2、結合理論計算結果設計搭建實驗平台。通過開孔反光鏡的設計和黑色吸光布的布置，最大可能地減少光線的干擾，最佳化實驗效果； 3、改變探測距離，得出散射光強度與探測距離之間的關係；根據光散射角度分布的理論計算結果,對臨界角附近的散射光進行探測，確定臨界角的位置。 通過氣泡聲學探測和光學探測技術研究，實現了對水下氣泡的遠距離識別，進而實現對熱液和冷泉的遠距離識別。此外，本技術還可用於探測液體中包含氣體成分的其他場合，如血液中的氣泡、由於船舶和潛器運動造成的海水湍流尾跡、海洋石油/天然氣勘探、海底石油管道泄漏等。
