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基本信息

項目名稱：
氣槍震源激發(fā)信號對海洋生物的影響分析
小類：
能源化工
簡介：
氣槍震源在海底石油勘探中被廣泛應(yīng)用，為研究氣槍震源激發(fā)信號對海洋生物的影響，本文對18m水深環(huán)境下單槍容量為2000in3的氣槍震源激發(fā)聲波信號進(jìn)行了分析，并通過相應(yīng)的室內(nèi)實驗，對其對淺海常見的蝦姑、石蟹和褐菖鲉這三種特定海洋生物的影響進(jìn)行了初步研究。
詳細(xì)介紹：
氣槍震源因其具有綠色環(huán)保、可重復(fù)性好、可控性強(qiáng)、子波可測等卓越性能而被廣泛應(yīng)用于海底石油勘探。它在激發(fā)時產(chǎn)生大量的聲波能量，可能對海洋生物產(chǎn)生影響，但目前這方面的研究甚少。氣槍震源激發(fā)究竟會不會導(dǎo)致周圍海洋生物的行為紊亂？有無致命性的危害？這一系列的問題目前尚無權(quán)威答案。為研究氣槍震源激發(fā)信號對海洋生物的影響，本文首先對18m水深環(huán)境下單槍容量為2000in3的氣槍震源激發(fā)聲波信號進(jìn)行了分析，氣槍震源沉放深度10m，工作壓力10MPa，距離氣槍激發(fā)點水平距離50m、深8m位置布置水聽器（采樣率200Hz，頻帶50Hz-40kHz）記錄下其近場子波。根據(jù)短時傅立葉變換分析，壓力脈沖優(yōu)勢頻帶集中在50-70Hz，氣泡脈沖能量主要集中在10Hz附近。分析出壓力脈沖頻率較高，持續(xù)時間僅約0.1s，而且初動起跳非常陡急，對近場周圍海洋生物可能具有較大影響。而氣泡脈沖頻率較低，對周圍海洋生物影響較小。同時我們又結(jié)合相應(yīng)的室內(nèi)實驗，但由于受實驗條件限制，我們僅選取與氣槍壓力脈沖主頻相接近的60Hz作為室內(nèi)實驗激發(fā)聲波的主頻，通過調(diào)整音量大小控制聲強(qiáng)對蝦姑，石蟹和褐菖鲉這三種特定海洋生物進(jìn)行實驗觀測。從室內(nèi)實驗中得出初步結(jié)論，60Hz的信號，只要聲強(qiáng)足夠則會影響海洋生物的棲息行為。至于在50-70Hz范圍內(nèi)的其他頻率有待進(jìn)一步研究。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

氣槍震源因其具有綠色環(huán)保、可重復(fù)性好、可控性強(qiáng)、子波可測等卓越性能的水中震源而被廣泛應(yīng)用于海洋地震勘探。它在激發(fā)時產(chǎn)生大量的聲波能量，可能對海洋生物產(chǎn)生影響，但目前這方面的研究甚少。本文對18m水深環(huán)境下單槍容量為2000立方英寸的氣槍震源激發(fā)聲波信號進(jìn)行了分析，并通過相應(yīng)的室內(nèi)實驗，對其對海洋生物的影響進(jìn)行了初步研究。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處

曾有兩項研究表明，高強(qiáng)度噪聲可以使魚類內(nèi)耳的聽覺毛細(xì)胞受損。而至今為止，已正式發(fā)表的關(guān)于氣槍震源激發(fā)聲波對魚類影響的研究僅兩項，在這兩項研究中，研究者均重點分析氣槍震源激發(fā)信號對魚類的影響結(jié)果，而尚未從氣槍信號本身特征出發(fā)加以分析。本文對18m水深環(huán)境下單槍容量為2000立方英寸的氣槍震源激發(fā)聲波信號進(jìn)行了分析，并通過相應(yīng)的室內(nèi)實驗，對其對海洋生物的影響進(jìn)行了初步研究。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

海洋噪聲中除了天然噪聲，還有一部分來自于人類活動。人為噪聲對魚類等海洋生物可能具有不同程度的潛在影響。近年來，人為噪聲越來越引起科學(xué)家和政府部門的重視，尤其是海上石油勘探引發(fā)的聲波對海洋環(huán)境及生物的影響受到了特別關(guān)注。近年來海洋石油勘探逐漸改用氣槍作為震源。它在激發(fā)時產(chǎn)生大量的聲波能量，可能對海洋生物產(chǎn)生影響，但目前這方面的研究甚少，本項工作將對此進(jìn)行初步研究。

學(xué)術(shù)論文摘要

氣槍震源在海底石油勘探中被廣泛應(yīng)用，為研究氣槍震源激發(fā)信號對海洋生物的影響，本文對18m水深環(huán)境下單槍容量為2000in3的氣槍震源激發(fā)聲波信號進(jìn)行了分析，并通過相應(yīng)的室內(nèi)實驗，對其對淺海常見的蝦姑、石蟹和褐菖鲉這三種特定海洋生物的影響進(jìn)行了初步研究。分析得到氣槍震源激發(fā)信號的壓力脈沖頻率較高，持續(xù)時間僅約0.1s，而且初動起跳非常陡急，對近場周圍海洋生物可能具有較大影響。從室內(nèi)實驗中得出以下結(jié)論，60Hz的信號，只要聲強(qiáng)足夠則會影響海洋生物的棲息行為。

獲獎情況

本作品已投稿《海洋學(xué)研究》（ISSN 1001-909X CN 33-1330/P），等待接收中。

鑒定結(jié)果

已投稿。

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

近年來，人為噪聲越來越引起科學(xué)家和政府部門的重視，比如美國科學(xué)院國家研究委員會（the National Research Council of the U. S. National Academy of Science）就以人為噪聲對海洋生物的潛在影響為主題召集開展了多項專題研究，尤其是海上石油勘探引發(fā)的聲波對海洋環(huán)境及生物的影響受到了特別關(guān)注。 長期以來，海洋石油勘探中采用炸藥爆破作為震源激發(fā)地震波，其爆炸瞬間產(chǎn)生的高溫高壓氣體以及強(qiáng)大的沖擊波，對海洋造成大量污染，使大量海洋生物受到影響甚至死亡。中國科學(xué)院北海研究站與中國科學(xué)院黃海水產(chǎn)研究所合作曾于 1982 年 9 月和1983 年5月至6月, 先后在黃海膠州灣和渤海萊州灣進(jìn)行了炸藥震源對水產(chǎn)資源影響的實驗研究，結(jié)果表明，炸藥震源在爆炸時所產(chǎn)生的聲波對海洋生物有一定的影響，如聲強(qiáng)級為120至124dB范圍內(nèi), 在32m的距離上可使蝦致死。炸藥爆破由于破壞環(huán)境，而且作為震源不經(jīng)濟(jì)、可重復(fù)性差，其產(chǎn)生的聲波頻率無法得到很好控制等，近年來海洋石油勘探逐漸改用氣槍作為震源。 氣槍震源自1964年由美國Bolt公司的卡爾米思克發(fā)明以來，逐漸被發(fā)展成為具有綠色環(huán)保、可重復(fù)性好、可控性強(qiáng)、子波可測等卓越性能的水中震源而被廣泛應(yīng)用于海洋地震勘探（其中以地下油氣、礦藏等資源的局部尺度探測為主）。它在激發(fā)時產(chǎn)生大量的聲波能量，可能對海洋生物產(chǎn)生影響，但目前這方面的研究甚少。氣槍震源激發(fā)究竟會不會導(dǎo)致周圍海洋生物的行為紊亂？有無致命性的危害？這一系列的問題目前尚無權(quán)威答案。 曾有兩項研究表明，高強(qiáng)度噪聲可以使魚類內(nèi)耳的聽覺毛細(xì)胞受損。而至今為止，已正式發(fā)表的關(guān)于氣槍震源激發(fā)聲波對魚類影響的研究僅兩項：首先，McCauley等人研究了氣槍激發(fā)對魚類生理學(xué)上的直接影響，發(fā)現(xiàn)氣槍長時間連續(xù)激發(fā)會損傷所選魚類耳朵的結(jié)構(gòu)，但并沒有給出對魚類聽覺的影響；由于魚類無任何耳朵結(jié)構(gòu)受損時也可能發(fā)生聽閾變動，因此，Popper等人進(jìn)一步研究了氣槍震源對魚類聽覺的影響。在這兩項研究中，研究者均重點分析氣槍震源激發(fā)信號對魚類的影響結(jié)果，而尚未從氣槍信號本身特征出發(fā)加以分析。本文對18m水深環(huán)境下單槍容量為2000in3的氣槍震源激發(fā)聲波信號進(jìn)行了分析，并通過相應(yīng)的室內(nèi)實驗，對其對海洋生物的影響進(jìn)行了初步研究。
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