海底热液活动声音与温度时序监测技术研究

发布时间：2020-11-15 22:07

　　 海底热液不仅蕴含着丰富的金属硫化物资源、也在向我们展示着极端自然环境下的生物群落,因此海底热液活动的相关研究迅速发展成为前沿热点。声音与温度是海底热液活动的两个重要特点:其一,海底热液活动主要受海底火山、地震潮汐等影响,因此我们可以通过监测海底低频率段噪声来研究热液活动的变化;其二,随着热液活动的变化,热液温度会随之有规律地变化。通过监测海底热液活动温度与声音的变化,可以在声音、温度异常时使用本课题组研制的热液保真采样器进行热液的采集,以便对热液活动的机理进一步研究。根据以上分析,本文主要从以下几个方面展开工作:声音时序监测系统的设计方法。首先,通过查阅相关文献,研究分析海底热液活动声音特性,明确系统声音采集频率范围。其次,对系统信号处理电路,包括滤波模块和放大模块,进行相关设计,确保系统信号被准确地传递至单片机。最后,明确系统噪声计算方法。声音时序监测系统的设计。首先,基于上节对系统的相关分析,结合系统设计要求,完成系统硬件电路的相关设计以及系统噪声的计算分析。其次,对系统软件部分进行设计,其中重点完成放大模块软件设计与数据异常判断算法。最后,对上位机通讯模块进行设计。温度时序监测系统的设计。首先,基于海底热液活动温度特征,明确系统的相关技术指标;其次,结合系统性能需求,利用模块化设计理念,完成系统的硬件电路的设计;最后,分别就系统下位机和上位机部分进行简单分析。试验研究。首先,对声音时序监测系统进行性能测试,并进行水池试验的设计。其次,对温度时序监测系统进行通道标定与系统标定两方面工作,并在此基础上完成水池试验与恒温浴槽试验。最后,对上述试验情况进行总结与分析。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P714
【部分图文】：

现代海底热液活动主要分布在地质构造不稳定的区域，如洋中脊、弧后扩??张盆地以及海底火山口，是岩石圈和大洋之间进行能量和物质交换的过程［７］。??海底热液的形成过程如图１－１所示：（１）在洋中脊地带，由于活跃的地质运??动，造成岩石中产生了断裂和裂缝。冷海水得以通过新形成的地壳裂缝渗入海??底。（２）在岩浆的作用下，海底岩石被加热并与渗入的海水发生剧烈反应。经??过一段时间的接触，海水获得了能量，并从岩石中带走了大量的金属元素。??（３）被加热的海水携带着大量矿物质从裂缝喷薄而出。由于温度的不同，在海??水流出海底时可形成黑烟囱、白烟囱［８］［９］［１（）］［１１］。??１??

??图１－４热液保真采样器在胡安德富卡洋脊热液区和黄石公园热液区采样??三、原位探测技术。原位探测技术是指被放置于热液口附近的原位传感器??直接进行物理与化学量的自主测量与分析的技术。采集的数据可以通过无线或??有线进行实时传输，用于监测热液的连续变化。??美国俄勒冈州立大学等单位研制的“Ｉｓｏｓａｍｐｌｅｒ”采样器能够长期监测热液温??度、流速以及其他热液参数，通过与海底观测网络进行连接，可实现长期的原??位观测ｔ２４］。美国明尼苏达大学近年来研发的原位化学测量设备（如图１－５所??示）利用化学电极对热液区的ｐＨ、Ｈ２Ｓ等化学量进行了原位探测??美国华盛顿大学研制的“Ｌａｒｅｄｏ”采样器（如图１－６所示）可在特定热液喷口长时??间进行原位培养并记录连续的温度数据［２９］。??■■ｎ??图１－５原位化学测量设备?图１－６?“Ｌａｒｅｄｏ”采样器??１．２．２热液活动声音监测技术研究现状??海底热液一般都处于地质活跃板块，因此热液活动经常受海底火山、地震潮??汐等影响。这是海底热液活动区的一大重要特征，使得通过监测海底火山、地??４??

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本文编号：2885262