海底冷泉水体回声反射探测系统研制和使用
2017-08-11 中国地调成果快讯 天然气水合物
中国地质调查局广州海洋地质调查局依托水合物项目研发了一套海底冷泉水体回声反射探测系统，该系统为国内首套专门针对海底冷泉气泡逸出进行声学探测的海洋声学设备。
该系统已在南海北部海域开展海上试验工作，在水深900m处成功发现了海底以上高度约200m、宽度约80m的“羽状流”海底异常特征。
1. 项目概况
“天然气水合物勘查技术研发”子项目，隶属于“海域天然气水合物资源勘查”工程中设置的“南海天然气水合物资源勘查”二级项目，由中国地质调查局广州海洋地质调查局承担。项目周期为2016—2018年。
主要目标任务是针对我国海域天然气水合物的调查研究现状，跟踪国际上天然气水合物调查最新技术，研制适合我国海域天然气水合物特点的地质、地球物理、地球化学及资源评价方法、技术及相关设备，为天然气水合物勘查提供技术支撑。
2014年开始研发一套海底冷泉水体回声反射探测系统，主要用于探测海底冷泉气泡逸出，为海域水合物资源勘查提供有力的技术支撑。
2.成果简介
研发的海底冷泉水体回声反射探测系统（图1、图2）为国内首套专门针对海底冷泉气泡逸出进行声学探测的设备，可以实现快速准确探测海底冷泉，确定海底天然气水合物富集区，进而达到对海底天然气水合物勘查的目的。
图1 主控制系统
图2 换能器
海水中的气泡与海水相比，其声速和密度都比海水小，声学界面是“软界面”，同时气泡的尺寸很小，与声波的波长相比，是一个尺寸可以忽略的反射体，声波可以绕射过去，无直接的反射声波。当声呐工作频率与气泡共振频率相同时将发生共振，共振时的气泡声学目标最大、强度最强，气泡最容易探测到。
本项目研发的海底冷泉水体回声反射探测系统就是利用声学共振原理并结合声呐探测技术，激发气泡周围的海水成为声学振动块，向外辐射共振散射波，换能器基阵接收到的回波信号是振动块的共振散射波，与海底的反射信号不同。采用船底或船舷固定安装的作业方式，对海底浅层气逸出气泡形成的气柱进行快速探测。与水下摄像、深潜器探测等常规的光学冷泉探测方法相比，具有更高的探测速度和更大的探测范围；与浅地层剖面仪、多波束测深仪、侧扫声呐等针对海底“硬界面”探测的声学调查仪器相比，具有更好的探测效果。
海底冷泉水体回声反射探测系统主要技术指标：主频为10~25kHz，最大探测水深2000m，最大发射功率3kW，最大声源级大于190dB。该系统先后经过了3次湖上实验及1次海上试验，验证了设备的各项性能指标及海上作业的适用性和稳定性，发现了声学信号探测海底冷泉逸出气泡的最佳响应频率，并在南海北部海域水深900m处成功发现了海底以上高约200m、宽约80m“羽状流”的异常特征（图3），达到了预期的研究目标，实现了海底冷泉逸出气泡的快速准确探测。
图3 技术人员发现海底冷泉逸出气泡
3.成果意义
海底冷泉已成为指示现代海底发育或尚存天然气水合物最有效的标志之一，海底冷泉声学探测是一种新的、有效的天然气水合物勘查手段。海底冷泉水体回声反射探测系统的研制成功，为天然气水合物勘查增加了一个重要的技术手段，使快速冷泉探测成为可能，极大地提高了海域天然气水合物勘查的准确性。该成果对于打破国际技术封锁，形成具有自主知识产权的天然气水合物目标探测及资源评价技术，实现天然气水合物试开采，做好我国能源的接替工作等具有重要的战略和现实意义。
（中国地质调查局广州海洋地质调查局 温明明供稿）
