冷泉研究新突破| 海底冷泉拖曳式快速成像设备研制项目海试成功
2017-11-22 海洋国家实验室
日前，青岛海洋科学与技术国家实验室（以下简称“海洋国家实验室”）海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室“海底冷泉拖曳式快速成像设备研制及应用”海上调查团队返回青岛码头，结束长达2个多月的海上试验和渤海、黄海实地调查工作，外业调查取得初步成果。
该项目隶属于公益性行业科研专项，由青岛海洋地质研究所承担，哈尔滨工程大学和国家海洋技术中心协作实施，总负责人为海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室栾锡武研究员。项目目标是研制、集成一套用于考察船拖曳调查的海底冷泉快速成像系统，在拖曳的条件下能够实现对海底冷泉的快速成像，可以通过图像辨识海底冷泉的位置、冷泉气泡群的宽度、高度与形态。据悉，海底冷泉是一种发育于俯冲带，超高压盆地的断裂带等，以大量气流体由海底喷入上覆水体而形成气泡群为标志特征的海洋地质现象，其与海域油气、水合物勘探、全球气候变化和极端条件下的生物群落等密切相关，特别是对海域油气与水合物勘探意义重大，是目前地球科学领域的研究热点。
该海底冷泉拖曳式快速成像系统是通过分析冷泉气泡的声学特性，建立冷泉气泡群的散射模型，研究声学散射的频率选择特性，计算冷泉气泡散射强度。信号处理中采用带通采样、正交变换获得回波强度声图像，然后通过幅度加权的预成波束形成声学回波图像像素值，通过扇形变换得到声学图像。该系统声源模块由四个不同频率的换能器组阵，可以适应不同水深作业；实时处理成像模块系统集成了数据融合技术，可以对气泡群进行高效成像；同时集成了后期处理软件，可以对气泡进行进一步分析和解释。项目组经过两年的攻关，完成了样机的研发和系统集成。
海底冷泉数据采集系统
经过前期充分的准备，项目组于2017年9-10月份期间，选择水深较大的老铁山水道开展了海试工作。海试使用船载空压机持续产生气泡并通过高压管沉放到海底（水深40m-70m），形成模拟冷泉，拖体穿越冷泉区进行往返观测，观察成像质量。气管经过特殊设计，可以同时形成多个气泡，出气量可以自由控制。经试验，该设备对海底冷泉成像效果良好，可以通过图像辨识海底冷泉的特征参数，可以反应气泡群的波阻抗特征及声学散射特征，达到了预期目标，标志着项目装备研发取得成功，同时海底冷泉探测又多了一个新方法，对冷泉研究具有重要意义。
用于冷泉成像的换能器安装于拖体的底部
根据施工设计，项目组分别对渤海和黄海成山头两个设计靶区进行了冷泉调查。外业组克服了海况较差，设备拖曳难度大等挑战，在工作中不断改进调查设备和工作方法，顺利完成了本次调查任务。
海底冷泉快速成像设备
气量较小时气泡群成像效果图
气量较大时气泡群成像效果图