基本信息
- 项目名称：
- 气枪震源激发信号对海洋生物的影响分析
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 气枪震源在海底石油勘探中被广泛应用，为研究气枪震源激发信号对海洋生物的影响，本文对18m水深环境下单枪容量为2000in3的气枪震源激发声波信号进行了分析，并通过相应的室内实验，对其对浅海常见的虾姑、石蟹和褐菖鲉这三种特定海洋生物的影响进行了初步研究。
- 详细介绍：
- 气枪震源因其具有绿色环保、可重复性好、可控性强、子波可测等卓越性能而被广泛应用于海底石油勘探。它在激发时产生大量的声波能量，可能对海洋生物产生影响，但目前这方面的研究甚少。气枪震源激发究竟会不会导致周围海洋生物的行为紊乱？有无致命性的危害？这一系列的问题目前尚无权威答案。为研究气枪震源激发信号对海洋生物的影响，本文首先对18m水深环境下单枪容量为2000in3的气枪震源激发声波信号进行了分析，气枪震源沉放深度10m，工作压力10MPa，距离气枪激发点水平距离50m、深8m位置布置水听器（采样率200Hz，频带50Hz-40kHz）记录下其近场子波。根据短时傅立叶变换分析，压力脉冲优势频带集中在50-70Hz，气泡脉冲能量主要集中在10Hz附近。分析出压力脉冲频率较高，持续时间仅约0.1s，而且初动起跳非常陡急，对近场周围海洋生物可能具有较大影响。而气泡脉冲频率较低，对周围海洋生物影响较小。同时我们又结合相应的室内实验，但由于受实验条件限制，我们仅选取与气枪压力脉冲主频相接近的60Hz作为室内实验激发声波的主频，通过调整音量大小控制声强对虾姑，石蟹和褐菖鲉这三种特定海洋生物进行实验观测。从室内实验中得出初步结论，60Hz的信号，只要声强足够则会影响海洋生物的栖息行为。至于在50-70Hz范围内的其他频率有待进一步研究。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 气枪震源因其具有绿色环保、可重复性好、可控性强、子波可测等卓越性能的水中震源而被广泛应用于海洋地震勘探。它在激发时产生大量的声波能量，可能对海洋生物产生影响，但目前这方面的研究甚少。本文对18m水深环境下单枪容量为2000立方英寸的气枪震源激发声波信号进行了分析，并通过相应的室内实验，对其对海洋生物的影响进行了初步研究。
科学性、先进性及独特之处
- 曾有两项研究表明，高强度噪声可以使鱼类内耳的听觉毛细胞受损。而至今为止，已正式发表的关于气枪震源激发声波对鱼类影响的研究仅两项，在这两项研究中，研究者均重点分析气枪震源激发信号对鱼类的影响结果，而尚未从气枪信号本身特征出发加以分析。本文对18m水深环境下单枪容量为2000立方英寸的气枪震源激发声波信号进行了分析，并通过相应的室内实验，对其对海洋生物的影响进行了初步研究。
应用价值和现实意义
- 海洋噪声中除了天然噪声，还有一部分来自于人类活动。人为噪声对鱼类等海洋生物可能具有不同程度的潜在影响。近年来，人为噪声越来越引起科学家和政府部门的重视，尤其是海上石油勘探引发的声波对海洋环境及生物的影响受到了特别关注。近年来海洋石油勘探逐渐改用气枪作为震源。它在激发时产生大量的声波能量，可能对海洋生物产生影响，但目前这方面的研究甚少，本项工作将对此进行初步研究。
学术论文摘要
- 气枪震源在海底石油勘探中被广泛应用，为研究气枪震源激发信号对海洋生物的影响，本文对18m水深环境下单枪容量为2000in3的气枪震源激发声波信号进行了分析，并通过相应的室内实验，对其对浅海常见的虾姑、石蟹和褐菖鲉这三种特定海洋生物的影响进行了初步研究。分析得到气枪震源激发信号的压力脉冲频率较高，持续时间仅约0.1s，而且初动起跳非常陡急，对近场周围海洋生物可能具有较大影响。从室内实验中得出以下结论，60Hz的信号，只要声强足够则会影响海洋生物的栖息行为。
获奖情况
- 本作品已投稿《海洋学研究》（ISSN 1001-909X CN 33-1330/P），等待接收中。
鉴定结果
- 已投稿。
参考文献
- [1] POPPER A N,FEWTRELL J,SMITH M E, et al. Anthropogenic sound: Effects on the behavior and physiology of fishes[J].Mar Technol Soc J,2004,37(4):35-40. [2] WARTZOG D,POPPER A N,GORDON J, et [3]王林昌,邢可军.海洋油气开发对渔业资源的影响及对策研究[J].中国渔业经济,2009,27(3):34-40. [4]周时强,王清池,李文权,等.声波对海洋生物的影响与作用的研究[J].海洋技术, 2001,20(2):9-11. [5]CALVERT A J.Seismic reflection imaging of two megathrust share zones in the northern Cascadia subduction zone [J].Nature,2004,428(69- 79): 163-167. [6]林建民,王宝善,葛洪魁,等.大容量气枪震源子波激发特性分析[J].地球物理学报,2010,53(2):342-349. [7]HASTINGS M C,POPPER A N, FINNERAN J J, et al. Effect of low frequency underwater sound on hair cells of the inner ear and lateral line of the teleost fish Astronotus ocellatus[J].J Acoust Soc Am,1996, 99(3):1759-1766. [8]MCCAULEY R D,FEWTRELL J,POPPER A N.High intensity anthropogenic sound damages fish ears[J]. J Acoust Soc Am,2003,113(1): 638-642.
同类课题研究水平概述
- 近年来，人为噪声越来越引起科学家和政府部门的重视，比如美国科学院国家研究委员会（the National Research Council of the U. S. National Academy of Science）就以人为噪声对海洋生物的潜在影响为主题召集开展了多项专题研究，尤其是海上石油勘探引发的声波对海洋环境及生物的影响受到了特别关注。 长期以来，海洋石油勘探中采用炸药爆破作为震源激发地震波，其爆炸瞬间产生的高温高压气体以及强大的冲击波，对海洋造成大量污染，使大量海洋生物受到影响甚至死亡。中国科学院北海研究站与中国科学院黄海水产研究所合作曾于 1982 年 9 月和1983 年5月至6月, 先后在黄海胶州湾和渤海莱州湾进行了炸药震源对水产资源影响的实验研究，结果表明，炸药震源在爆炸时所产生的声波对海洋生物有一定的影响，如声强级为120至124dB范围内, 在32m的距离上可使虾致死。炸药爆破由于破坏环境，而且作为震源不经济、可重复性差，其产生的声波频率无法得到很好控制等，近年来海洋石油勘探逐渐改用气枪作为震源。 气枪震源自1964年由美国Bolt公司的卡尔米思克发明以来，逐渐被发展成为具有绿色环保、可重复性好、可控性强、子波可测等卓越性能的水中震源而被广泛应用于海洋地震勘探（其中以地下油气、矿藏等资源的局部尺度探测为主）。它在激发时产生大量的声波能量，可能对海洋生物产生影响，但目前这方面的研究甚少。气枪震源激发究竟会不会导致周围海洋生物的行为紊乱？有无致命性的危害？这一系列的问题目前尚无权威答案。 曾有两项研究表明，高强度噪声可以使鱼类内耳的听觉毛细胞受损。而至今为止，已正式发表的关于气枪震源激发声波对鱼类影响的研究仅两项：首先，McCauley等人研究了气枪激发对鱼类生理学上的直接影响，发现气枪长时间连续激发会损伤所选鱼类耳朵的结构，但并没有给出对鱼类听觉的影响；由于鱼类无任何耳朵结构受损时也可能发生听阈变动，因此，Popper等人进一步研究了气枪震源对鱼类听觉的影响。在这两项研究中，研究者均重点分析气枪震源激发信号对鱼类的影响结果，而尚未从气枪信号本身特征出发加以分析。本文对18m水深环境下单枪容量为2000in3的气枪震源激发声波信号进行了分析，并通过相应的室内实验，对其对海洋生物的影响进行了初步研究。
