CN110531441A - 一种利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法及处理终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法及处理终端，所述方法包括如下步骤：步骤1：获取水体声学资料，处理得到羽状流数据；步骤2：提取羽状流数据中的中轴线数据；步骤3：计算出Δt时间内的海水水平流速V_xy；步骤4：计算出海流流向，用角度α表示。本发明具有快速计算海洋流场的优点，节省工作量和时间成本。还能通过获取多个冷泉渗漏点数据并进行计算，获得整个冷泉区域场内的流体流向及流速信息，切实提高了海洋调查的工作效率并节约了大量调查成本。

Description

一种利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法及处理终端

技术领域

本发明涉及海洋流场计算技术领域，具体是一种利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法及处理终端。

背景技术

海洋流场的测量计算无论是在海洋工程建设，还是在海洋地质调查方面都非常重要。海流影响着海洋活动的方方面面，如海底地形地貌(沙波、冲沟等结构)、海洋生物迁徙等，同时对海洋工程(如石油钻井)也有着不可忽视的重要影响。因此，无论是科学研究还是实际的工程建设，调查清楚及计算出海洋某一区域的海洋流场，也即是计算出海流流向、流速都非常有必要。目前国内外已有多种调查海流流向和流速的仪器，应用最普遍的是超声多普勒流速流向仪，它主要是应用声学多普勒效应原理形成的测流仪，利用超声波探测流速。在海洋流场测量过程中一般有走航式和锚定式两种方法，但这两种方法，通常都存在着观测时间长，且人力、船体耗费成本高等局限性。

冷泉气体是指来自海底地层之下的气体或流体以喷溢或渗漏的形式进入海底，主要是甲烷气体从海底喷逸进入水体，这是冷泉区最常见的一种现象。大量甲烷气泡持续喷逸，并在水体中持续向上运动，这种现象可以通过地球物理手段(如多波束测深仪)进行探测和记录，并进而将得到与周围海水物理性质相异的羽状、柱状、鞭状等各种形状的水体异常图像。我们称这种由于甲烷渗漏而形成声学特征异常的各种形状的水体称之为水体羽状流。也即，水体羽状流是甲烷气体流动而产生的轨迹形状。水体羽状流的不同形态通常代表着海水的流动，而形状大小的变化则代表着海流流速大小的不同。近些年来随着全球海洋调查区域范围的扩大，海洋仪器的不断应用和革新，越来越多的地区都发现了大量的冷泉羽状流。

水体羽状流的相关文献如下：

[1]Judd,A.A.G.,and Hovland,M.,2007,Seabed fluid flow:the impact ofgeology,biology and the marine environment,Cambridge University Press.

[2]Klaucke,I.,Sahling,H.,Weinrebe,W.,Blinova,V.,Bürk,D.,Lursmanashvili,N.,and Bohrmann,G.,2006,Acoustic investigation of cold seepsoffshore Georgia,eastern Black Sea:Marine Geology,v.231,no.1,p.51-67.

[3]M.,Sahling,H.,Pape,T.,Bahr,A.,Feseker,T.,Wintersteller,P.,and Bohrmann,G.,2012,Geological control and magnitude of methane ebullitionfrom a high-flux seep area in the Black Sea—the Kerch seep area:MarineGeology,v.319–322,no.0,p.57-74.

[4]Solomon,E.A.,Kastner,M.,MacDonald,I.R.,and Leifer,I.,2009,Considerable methane fluxes to the atmosphere from hydrocarbon seeps in theGulf of Mexico:Nature Geosci,v.2,no.8,p.561-565。

但目前并没有利用冷泉气体渗漏来计算海洋流场的方法，以解决对海洋流通的观测时间长、且人力和船体耗费成本高的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一提供一种利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法，其能够解决快速计算海洋流场的问题；

本发明的目的之二提供一种处理终端，其能够解决快速计算海洋流场的问题。

实现本发明的目的之一的技术方案为：一种利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法，包括如下步骤：

步骤1：获取包括冷泉气体渗漏的水体声学资料，并对水体声学资料进行处理得到羽状流数据；

步骤2：提取羽状流数据中的中轴线数据，中轴线数据表征冷泉气体气泡运动轨迹；

步骤3：根据中轴线数据，并按公式(1)计算出某一Δt时间内的海水水平流速V_xy：

式中，Δz表示气泡在Δt时间内垂直向上运动的位移，Δx和Δy分别表示气泡在Δt时间内沿X轴方向和Y轴方向水平运动的位移，V_z表示对应的气泡在垂直方向的运动速度；

步骤4：按公式(2)计算出海流流向，海流流向用角度α表示：

进一步地，V_z＝20cm/s。

实现本发明的目的之二的技术方案为：一种处理终端，其包括，

存储器，用于存储程序指令；

处理器，用于运行所述程序指令，以执行所述利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法的步骤。

本发明的有益效果为：本发明具有快速计算海洋流场的优点，节省工作量和时间成本。还能通过获取多个冷泉渗漏点数据并进行计算，获得整个冷泉区域场内的流体流向及流速信息，切实提高了海洋调查的工作效率并节约了大量调查成本。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为羽状流、中轴线提取及海流数值计算示意图；

图3为本发明的处理终端示意图。

具体实施方案

下面，结合附图以及具体实施方案，对本发明做进一步描述：

实施例一

如图1和图2所示，一种利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法，包括如下步骤：

步骤1：通过地球物理勘探获得包括冷泉气体渗漏的水体声学资料，并对水体声学资料进行处理得到羽状流数据。优选为，处理得到三维单一的羽状流数据，三维单一是指每一个冷泉气体渗漏的运动轨迹对应一个羽状流数据，且包括了水平方向(X、Y方向)和垂直方向信息。将水体声学资料进行处理得到羽状流数据，可以采用现有的fledermaus、caris等软件直接进行处理得到。地球物理勘探包括，例如，通过多波束测深仪进行多波束系统测量来获得包括冷泉气体渗漏的水体声学资料。这里的冷泉气体渗漏主要是指，位于冷泉区的甲烷气体从海底喷逸进入水体，也即是甲烷渗漏，并且称这种由于甲烷渗漏而形成的声学特征异常为水体羽状流。

步骤2：提取羽状流数据中的中轴线数据，中轴线数据表征了冷泉气体气泡运动轨迹，使得每一个羽状流在三维空间中对应一条线，成像后显示为一条线，如图2，羽状流的中间线即为中轴线。相应的，线上的每一个点代表一个深度，也即每一个深度有且仅有一个点。

步骤3：根据时间一致性原理，可以得到公式(1)，因此，可按公式(1)计算出某一Δt时间内的海水水平流速V_xy：

式中，Δz表示中轴线数据中气泡的垂直方向的运动距离，也即是中轴线线上某一点在Δt时间内垂直向上运动的位移，Δx和Δy分别表示中轴线数据中气泡在Δt时间内的水平方向(X方向、Y方向)的运动距离，也即是分别中轴线线上某一点在Δt时间内沿X轴方向和Y轴方向水平运动的位移，V_z表示对应的气泡在垂直方向的运动速度，V_z是经验值，根据目前的研究表明，冷泉区域的甲烷等气体渗漏进入水体后的垂直向上的运动速率(即上升速率)一般为20cm/s左右，因此，本实施例中，V_z取20cm/s，V_xy表示气泡在海水中的水平方向的运动速度，也即是代表海流水平流速。

Δz和可以直接从中轴线数据中提取出来，因为可以从中轴线数据上识别出气泡运动轨迹，因此，可以计算出Δz和

步骤4：按公式(2)计算出海流流向，海流流向用角度α表示：

式中的角度α即表示海流的水平流向，也即是海流流向。

冷泉区通常赋存大量的天然气水合物，是一种未来潜在能源赋存的潜在区域，因此冷泉气体羽状流是当今科学界和工业界研究的热点之一，对它的研究主要针对评估气泡流速和甲烷释放量。而对于海水流速和流向的测量一直是海洋调查中工作时间长，调查区域覆盖范围较小的一项工作。本实施例将自然界存在的自然泄漏的甲烷气体形成的水体羽状流与海流流向、流速工作结合起来，利用自然界存在的冷泉羽状流计算流体流速的一个大胆且从未有过的尝试。

目前，海流的测量耗时较长，采用如多波束的地球勘探物理手段得到的地球物理数据是无法提供海流信息的，如果分开测量，相当于需要双倍时间，且即使分开单独测量海流，仍然工作量很大。

本方法采用原本与海流没有直接相关联的数据计算出海流流场，在节省工作量、节省时间成本的同时，还能通过对多个冷泉渗漏点数据的研究，获得整个冷泉区域场内的流体流向及流速信息，切实提高了海洋调查的工作效率并节约了大量调查成本。

实施例二

如图3所示，本发明还涉及一种实现以上方法的实体装置的处理终端100，其包括，

存储器101，用于存储程序指令；

处理器102，用于运行所述程序指令，以执行所述实施例一方法中的步骤。

本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：获取包括冷泉气体渗漏的水体声学资料，并对水体声学资料进行处理得到羽状流数据；

步骤2：提取羽状流数据中的中轴线数据，中轴线数据表征冷泉气体气泡运动轨迹；

步骤3：根据中轴线数据，并按公式(1)计算出某一Δt时间内的海水水平流速V_xy：

式中，Δz表示气泡在Δt时间内垂直向上运动的位移，Δx和Δy分别表示气泡在Δt时间内沿X轴方向和Y轴方向水平运动的位移，V_z表示对应的气泡在垂直方向的运动速度；

步骤4：按公式(2)计算出海流流向，海流流向用角度α表示：

2.根据权利要求1所述的利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法，其特征在于，V_z＝20cm/s。

3.一种处理终端，其包括，

存储器，用于存储程序指令；

处理器，用于运行所述程序指令，以执行如权利要求1或2所述利用冷泉气体渗漏计算海洋流场的方法的步骤。