水下气体逸出的声学观测方法研究

发布时间：2020-05-07 09:25

【摘要】：水下气体逸出现象广泛存在于自然界与工业环境中,在海洋中尤为常见,海底冷泉活动则是其中的研究热点。水下气体逸出现象往往标志着海底油气矿藏的存在,对它进行调查研究有助于相关资源的有效勘探,并且在海洋油气资源的开发与输运等后续环节之中也普遍存在着气体逸出,因而对水下气体逸出现象的研究具有重要的科研与应用价值。声学方法是水下气体逸出现象调查研究中的重要手段,其中声呐可视化观测是一种直观高效的调查方式,其作业方式主要包括走航式观测与原位式观测两种。水下气体逸出的声学观测主要利用了逸出气体在水体中形成的气泡羽流,气泡羽流的声散射特性使得它可以被声呐设备探测与记录。本文首先阐述了水下气体逸出现象的声学观测机理,针对水下气体逸出现象的主要声学观测特征--气泡羽流,讨论了气泡与气泡群的声散射、目标强度等特性,对羽流中气泡群的分布进行了仿真,并模拟了羽流的声呐观测效果,总结了气泡羽流的声呐观测特征。在水下气体逸出声学观测理论的基础上,总结了在水下气体逸出现象走航式与原位式声学调查中常用的声呐设备,对各自工作方式及适用情况进行了分析。之后进行了单波束声呐走航式与多波束声呐原位式水下逸出气泡羽流的声呐观测实验。针对羽流声图的特点对实验数据进行了图像增强、海底线检测、图像分割等处理,并对观测效果进行了分析,之后基于原位式观测的数据,处理得到了气泡羽流的立体声学影像。本论文将理论与实验相结合,为水下气体逸出现象声学观测的实际应用提供了理论与技术支持。
【图文】：

冷泉,海洋,热点,人类

的天然气资源主要以水合物与浅层气形式蕴藏于海洋底部[1]。由这些天然气会发生喷发渗漏，释放到海洋与大气中，形成显著的出气体主要有两个来源，即甲烷水合物的分解与海底浅层气的渗燃冰，是海底的甲烷气体在高压低温环境下与水分子聚合而成的甲烷水合物可以分解出超过一百六十倍体积的气体，其分解的气甲烷气体[2]，具有极高的能源价值；海底浅层气是囤积于海床一成因类似于石油，主要由远古有机物沉积形成，可以分为生物成体成分的 98%以上为甲烷[3]，，具有显著的开发前景。由于地壳运气受到挤压，从而通过海底板块的孔隙或断层以气体渗漏或者伴]喷发的形式释放到海洋中，形成水下气体逸出，产生气泡羽流，与喷发等环节则被概括为海洋冷泉系统。水下气体逸出现象是海气矿藏的信标，对它的探测调查有助于对冷泉系统与海洋天然气湾、墨西哥湾等多处的大型海底浅层气与甲烷水合物矿藏的勘探象为先导[5]，因此，对于水下气体逸出现象观测技术的研究具有的研究价值。

海洋油气资源,泄漏事故,天然气管道,珠海

图 1.2 2011 年珠海横琴天然气管道泄漏事故的海洋油气资源进行开采与输运的过程中也普遍会发生气体油气工业的快速发展，油气开采逐渐向远海、深海延伸，管主要途径，油气输运管道犹如海洋油气工业的动脉一般密布暴露于恶劣的海洋环境之中，由于海水的腐蚀性与海洋环境复杂的工作载荷、环境载荷与意外风险，面临着极高的泄漏严重的经济损失与环境破坏。2005 年，墨西哥湾百余条油气生大面积泄漏；2012 年，法国一处海洋油气平台发生管道泄3/天；2011 年我国珠海横琴天然气管线发生泄漏，泄漏量高大的经济损失与环境危害[7]。对于海底油气管线泄漏所产生，有助于事故的及时发现与处理，具有显而易见的应用价值体逸出现象研究现状与工业的发展，人类探索的足迹与工业化脚步逐渐向海洋发的研究则随着海洋能源产业的发展而逐渐深入。目前，水下
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB56

【参考文献】