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1、基于光学图像序列的海底热液喷口流场 测量方法研究 摘要 。 _ 一世纪是海洋的t | = 纪，辽阔的海洋蕴藏着中富的资源，世界各同正存围 绕人洋海底矿产资源的调查和开发开展激烈的竞争。海底热液K 域因其蕴藏的大 量的矿产资源和生物资源，已经成为备国海洋调查和硎究的币要方而。海底热液 通过独特结构的烟囱休喷u ，源源小断的将岩浆与海水混合的高泓热流喷发争海 水中使得海底岩石圈和海水之间产生了复杂的热量和化学组分交换过程，这一 交换过程涉t _ _ 乏众多科学问题譬如，热_ 矗输通量和物质输出通地拱I 液成矿作 “j 的成I i r 条什利成矿速率热液区域潮汐作J ； 】、构造作j 】、，浆作用和
2、地震等地 质作川刊热液系统的影响以发热液区域生物旅群与热澈叫、境的关系等，要深入 旧”展返u I ； 】j 究需要被取最基夺、蜮重要的 个参数就魁热被流速流场。 辩底热液流速的删 1 ； = 由热液i i j | 宄的个艰要n ，纤坍J - + p j 。 浦L 速删坩 到删；d 哉| f 【l 流逃I i j 接触安触】的艇腱过n 。- 血流地删川D 浊扶褂的数 州的f l j | 宄价仉和吱f 1 - 价f | l 【I 仃庄的小性jL 删 l 驶什升八热订盘k 域对热液流 场产牛 扰，此外特非的高温年| | 地质环境刊仪器设备使川鸯命删州驯设粜订 i 较 人影响i j ，J 1 鹱的热液
3、流速测城扣要是扯接触一订；! ，也捕j nL ，学 盘术的热 液测琏n 法利批j 光学成像的热液删速仃旺，。虽然通过锝，J 扶取刮J “# 热液洲 J 世的数扒，n l 总f 1 n i l m 刈海幢热流流逑的训宄I 然较少，小史l 绕州 ：| 家从近洳 止_ 深，n 的一1 出略川柏、引刈段丌腱淞底热被州究l 作比l q 外发丛家起班较 晚存筚J 光学成像的商分辨率海底热液流速流场观测订m 尚处J 。w I 的现状 仆展热液喷u 流速流场的图像测遵打法研究为我州刑硅辩底热液能自 输H 通龄 等热液的打关研究提供原始资料和科学依州。 木空舒析r 海底热液喷牧I I f 热液的流体山学性质小据
4、热淑，“牛的机制秆l 其 流体力学的性质构建r 热液喷发模拟1 ：J ：真裂置和热液负发模型的坫l _ ： ll ，构建光 - 成像IJ 矧像采雏系统选戢7 i 凇柑r 种嵌黑作山小踪靴J - 模拟热液，宽成擎体 系统壤啦i t ：铜J 定l 细们t 骑山窠他川似_ P | l 模拟热液舒圳进“ 热液喷霞协趣铍 ：j 九j 质：t 帕模拟热被川剖像序列骑I j Fr 坫L7 # 成像一浊n 沌臆热液流速蛳 铡的可行性。 本文通过对图像测速的常用分析算法分析，介绍了基于灰度的匹配方法、相 似相荚法和时空百相关法的流速测量算法，并应用M A T A B 晤言对上述二二种算法 进行了测速软件实施，使
5、用所开发的测速软件对采集到的图像进行分析处理分 析结果表明基于妖度的匹配方法得到的流速流场与理论流场分布最相似，粥匝j 过 将扶度匹配测速软件对海底热液图像进行分析处理结果表明拢J 堑匹配法的准确 性和实用件较高，更加适用于热液喷口流速流场的图像测逮方法。通过对美嘲 R O V 采集的热液喷口图像视频进行实际分忻，表明本文所提出的方法具有较好的 宴爿j 性。 关键词：海底热液：热液流速流场，图像测速，热液喷发仿真 S t u d yo fM e a s u r e m e n tM e t h o df o rS e a l lo o rH y d r o t h e r m aI V e n
6、 tF I O WF i e I dB a s e do nO p t i c a I I m a g eS e q u e n c e A b s t r a c t T h e2 1s t c e n t u 0 , i st h ec e n t u r yo ft h e o c c a l la n dt h ev a s to c e a ni sr i c hi n v a r i e t i e so fr e s o u r c e sT h es e a l l o o rb y d r o t h e r m a lr e g i o nh a sb e c o m ea
7、 ni m p o r t a n t a s p e c to f o c e a n o g r a p h i cs u r v e ya n dr e s e a r c hi nc o u n t r i e sa r o u n dt h ew o r l db e c a u s eo f i t sp o t e n t i a lm i n e r a la n db i o l o g i c a ll e s o u r c e sS e a f l o o rh y d r o t h e r m a v e n td i s c h a r g e t h et h
8、e r m a lf l u i do fm a g m am i x e dw i t hs e a x v a l e ro fd e e ps e af l o w i n gt h r o u g ht h e s p e c i a ls t r u c t u r co ft h ec h i m n e yc o n s t a n t l y , a n d i t g e n e r a t e st h ec o m p l e xh e a ta n d c h e m i c a lt l u x e sp r o c e s s _ 1 e w e e nl i t
9、h o s p h m ea n ds e a w a t e rw h i c hi n v o l v e san u m b e r o fs c i e m i f i ci s s u e ss u c ha st h eb e a ta n dm a t e r i a lf l u x e sf r o mh y d r o l h e r m a lv e n t h 、d r o t h e r n l a lm h l e r a l i z a t i o ne l l X i r o l l m c n ta n dm i n e r a l i z a t k mr
10、a t e t h ei m p a c to l 、t i d a l t c c t o n i c sm a g m as e i s m i ca n do t h e lg c o l o g i c a Ic f f i ：c t si m p o s e do nt h eh y d r o t h e r m a l s 3s t e ma su e l la 5I h ch y d l o t h m m a le c o s jS t C l l li nh ) d I o t b c r m a lr e g i o n A so n eo f t h e m o s t
11、b a s i cc h a r a c l e r i s t i c so s c a l l o o lh 、d l 1 1 1 cn 1 1c I | s y s t e mt h ea l l l o u n to te n e r 9 3 I l o w st h r o u g ht h e m 【h u st h eo b s er x a t i o no l1 1 、d l o t h cJ m a ln i st b en l o s ti m p o r t a n t a n db a s i cp a r a m c t c l l b ro t h e rs m
12、d i e sc o n l Dc h c n s i xe 1 3a n dd c e p l 3 B e c a u s eo lt h es p e c i a lS t F U C l U I c 川t h es e a l l o mh y d l o t h e ：i n a lc 1 n c y se x t r e m e h i g ht c m p c r a m l ea n dh i g l f l yc 1 r l o s i x c f f l u i di li s d i f f i c u l t yt oo b t a i nl o n gt i m e s
13、 e r i e s f i ns i t u 、+ c l o c i t yd a t ab yc t n 、c i l i t m a l b s c r x a t i o nm e t h o d sI nt h i st h e s i sa m e t h o do l h d l O f l l c r m a l l l u i dn n ui ：i t cl n c a s U l c m c l l 【b a s e dO l lt h el i o n * c o l l t a c t m o n i t o l i n g t e c h l m h l g i s
14、 i n xc s t i g a t e dh cg o a l t i t h i sw k i s t oe x p l o lc t h e i m a g e v e l o c i m e l r yt c c b n o l o g yI b l i ns i t uI l u i dm o l _ _ i t o r i n ga n da n a l y s i so lh y d r o t b e r m a u e n l sw i t hh i g hs p a t i a lr e s o l u t i o na n dt oi m p r o v eo u ru
15、 n d e r s t a n d i n go fs c a f l o o r h y d r o t h e r m a lf l o wv e l o c i t yc h a r a c t e r i s t i c si nC h i n a I nt h en ls th a l lo ft h ep a p e r h y d r o t h e r m a le r u p t k m s i m u l a t o r 、a sc o n s t r u c t e da c c or d i n gt ot h eh 3 + d r o t h e r m a l g
16、 e n e r a t i n gm c d l a n i s ma n dt h e n l tL i r co lt b eI l u i dd y n a m i c sa n dt l o n c o n t a c th i g h s p a t i a l r e s o l u l i o no b s e r v a t i o ns y s t e mb a s e dO l l o p t i c a li n m g i n g i s i m p l e m e n t e d A r o u n dt h em o d e lns c a f l o o lI
17、l y d r o t h c r n m lc n 、i r o m n e n tg t a p b i l ep a l t i c l ea n db l a c k c a F b o Hf i n k ) a l cc h o s e nt 、s i m u k t t eh y d l m h c l m a lt l u i d ap r o t o t ) p c f h y d r o t h e r m a l a n a l o gn l c a s u r L _ t l l C l l n _ I c mi sc o I l S t lu c t c dI nt h
18、 et a t t e rp a l lh n a g es e q u e n c e s 【1 1t h e s i m u l a t i o n1 1 yd l o t h c m a lt l o x xi so b t a i n e de x p e i i m c n t a l l y a n dt h ec a l i b r a t i o nm e t h o d s o fo p t i c a li m a g i n gs y s t e mf o rv e l o c i t yo ff l o wa n df l o wf i e l da r ee s t
19、a b l i s h e dT h e a n a l y s i sr e s u l t ss h o w st h a tm a t c h i n gm e t h o db a s e do ng l a yh a sb e t t e rp e r f o r m a n c e o v e ro t h e r sf o rv e l o c i t yo l - f l o wf i e l da n a l y s i s F i n a l l Ho c e a ns e a f l o o rh y d r o t h e r m a l v i d e oi m a
20、g et a k e nb yR O Vi su s e dt ov e r i f ym a t c h i n gm e t h o db a s e dO Ng r a y T h e r e s u l ts h o w st h a tt h ep r o p o s e dm e t h o dh a st h e p o t e n t i a lv a l u e f o rr e a l w o r l d a p p l i c a t i o n K e y w o r d s ：S e a l I O O rh y dr o t h e r m a I ：F I o w
21、f ie Ido fh y d r o t h e r m a I ：I m a g e v e l o c i m e t r y ：H y d r o t h e r m a l e r u p t i o ns in I H I a t io n 目录 1 绪论1 l1 课题的研究背繁l 1I1 海底热液的成矿作用及地质意义 2 1 I2 海底热液的热通量对全球气候驶环境影响 3 】l3 海底热液的生态系统研究4 1I4 辩底热液流速观测的意义4 l2 热液流速测量研究的发展历程和现状5 I2 I 热渣流速直接测量宵法 5 l12 热液流速非接触测量方法6 1221 罐于声学技术的热液流
22、速测量方法6 1222 琏 = _ 光学成像的热液流速测量方法8 l3 小史f | 宄门柄；9 l4 小文L 璎1 ，作介蜊1 0 2 热液喷发模型及图像采集系统设计1 l 2I 热被喷发的流体力学性质分析l l 22 热液峨垃 6 1 拟系统结构设 l3 13H 像采柴系统i 5 1 计1 4 2 3 If _ f ! ! 川州舒选伊垃订1 4 23ll 夺制采懿模块与存( i 模块15 13l 二数宁= 1 1 机1 6 13 l3 阁像采集卡17 23 二I 科慷秉W 、软什设1 9 133i 统光。# 没1 卜 1 0 133 1 光源选择! ( ) 1332 光学成像系统F 鉴参数介
23、绍1 1 ：333 系统光学参数设定1 3 24 系统集成2 5 14 1 系统耻俐集成2 5 142l 划像采馕仃关参数设定 1 5 25 小 。 1 6 3 基于图像序列的两维速度场分析方法2 8 31H 像川生的j L 小蟓删 1 8 32f “川1 变换洗 1 8 33 时一空梯度法 3 0 34 匹配法3 l 3 , 4I 基于灰度值的匹配方法3 2 3 42 基于特征点匹配的方法3 4 3 43 鼙于模型的匹配方法3 4 3 44 相位相关法 3 4 3 45 相关窗口大小的选取3 5 35 时序相关法 3 7 36 测速算法的选择3 7 37 小结3 8 4 流速场测量实验及测速
24、算法的软件实现3 9 4 1 梭拟热液旧制祷 3 9 4 2 流速场测最实验4 2 42 l 实验乃案4 2 422 实验采集到的图像序列4 3 43 删述竹社、的软实现4 4 43 t 编 _ 【! 语j 的选择4 4 431 像n q 前删处理 4 5 433 扶J f ! ：I 【；配方法的软件实现 4 6 434 q l 位相关法的软件实现 4 6 4 35 时序相关法的软件实眦4 7 44 ，J 、 4 8 5 流速流场测速结果分析与讨论4 9 5l 越蠊。爻删流速数据 4 9 52f 】皋模拟热液结果 5 0 52 l 流速流场分布图5 0 52 l l 扶度匹配方法 5 0 5
25、2 l2 棚位相关法 5 0 52 l3 时序J | = | 关法 5 2 522n 撕删轴线r 备点流速 5 3 522 l 灰度匹配方浊 5 4 52 22 _ f f 似相关法 5 4 5 223 叫序棚荚沾 5 6 53 城! i 2 十# 拟热液结粜 5 6 53 1 流速流场分布图 5 6 5 3 1 I 灰度匹配方法 5 6 5 3 12 相位相关法 5 7 53 l3 时序丰兀关法 5 8 532 喷口轴线上各- _ 流速 5 9 532 1 灰度匹配法 6 0 5322 相位相荚法 6 0 5323H 序相荚法 6 0 5 4 结粜分 斤与讨论 6 2 54 】单点流速溟差分
26、析 6 2 54 1 1 石墨模拟热液 6 2 54 12 发黑模拟热液 6 2 542 结| 与1 0 | 6 4 55 实用性计估 6 5 5 6 小群。 6 6 6 结论与展望6 7 6 I 结论 6 7 62 脞掣 6 8 参考文献6 9 附录：论文中的彩色图片7 5 致谢7 9 个人简历、发表的学术论文8 0 1 绪论 1 1 课题的研究背景 一卜世纪是海洋的世纪阔的海洋蕴藏着丰富的资源，世界备围J E 存n I 绕大洋海底 i r 产资源的调查和肝发”展激烈的竞争。海底热液区域蕴减r 尺城的 矿产资源和! 七物资源潜在科研价值和经济价值难以估计，已经成为各国海洋调 查和研究的重要方
27、而。 海底热液活础足地幔物质向海洋的能量1 ，物质的输送过程，沙发全球环境变 化、地质学、地球化学、矿床学成癣洋生物学等重大科学问题已戚为删协J 重 大前沿热点驯宄。I j | 域之。从l ：t i L 纪6 0 年f 黄崮“发现”号科考船存纠癣A t l a n t i s T i f i j 渊发啦，是5 6 “ C 的热由水；f | | 热液多金属软泥垒今，科学家们存令球L 绛发现 海底热液活动分布M r I 多处主矍分布在洋中脊【；付近，包括东太平 r 汁隆、凡 两洋洋巾脊、印艘汁和北冰汗洋巾脊等：另外在夫两洋洋盆、冲绳海 ，- 业纳辩储、甜漪简、1 2 , 佑儿内、和希肼的浅海海域也
28、发毗r 海底热液溶f l 蚓l 一 m - - d Bn I $ 4 ，“o t k w W 囤卜1 全球热液活动区分布 海底热液活动喷的热液携带r 人 的化学物质喷 B 海底后温度低帕海 水删订台 n 淀川F 多盒膳硫化物和其它扼| i = ! 物这o 物质堆? | ；f 起束会彤戚墚删 样的地质构造，热液堪过这种删嘲的峨LJ 进八浙y r 。返4 # 州嘲状的# d 造- j 吣搬多卟| l I j 的形态，塔尖、i 等n “胜I 世仃微人岫小川从水j 【J L * r m 目f 目“m R 热渡【l m 场目n 法“ 能 米小等1 3 川。喷口的直径大约是00 2 。0l m ，f 喷出
29、的热液的流速相差也很大典型 的流速为O5 - 2 m s ”I 。按照海底热液的矿物成分和热液温度，海底热液可以分为 二种类型：( 1 ) 黑烟囱成分以硫化物为主热液温度为3 2 0 4 0 0 ( 图l - 2 ) ：( 2 ： 门炯幽成分以硫酸盐( 重品z i 、硬石膏) 、非晶质S i O z 和闪锌矿为主热液黼艘 为1 0 0 3 2 0 ( 罔1 3 ) ；( 3 ) 低温喷口，主要为碳酸盐或非晶质S i 0 2 热液的温度 低r 1 0 0 1 6 1o 囤卜2 海底热液一黑烟囱 圈1 - 3 海底热液一白烟囱 潍底热液活动会t j l 起热液喷u 周响辑“和沉积物发生蚀变，改变海
30、底地壳f | 物质g 【成 i l 成分从帕j 】起洋壳J 大洋之f J L 学物质的流通这一i j c 通构成r 仝 球化学L 桑嘏蚪采统的重要环【”。作为种_ | 分匝要的j F 行进于J _ - l ，的戚矿作 川，现代海底热液成件川| | 益受到地质学家的重桃。 方而，现代海底热液 l 戎矿作川足种I r 神- 进行戎作I T J 神：这个天然的实验室内，科学客们J 以椿 八绷敛的研究臌矿n 川的E - _ f , I ，成矿条件、成矿雀。1 1 以及成甜作川f 门小川阶段：J 山l m 海底热液成n 川形成r f | _ i 彩的”仃较凡经济价他们一侥洲! 乜扎多 _ | | l 硫
31、化物( 她1 ；= 【= “ 、I ； q d t 9 ，见制、山讲苫 、疏麟划：( - R - 讪_ l 、唑f lT ) 、辑 # 1 光学目像| 芋r 4 底热箍m I 】m 场“月 “ 氧化物、碳酸盐和硅酸盐等富集的卡要7 E 素有铜、锰、铅、锌、金、银、钡、 砷、宅 = ；、硫等I I 。前人曾经报道在西南太平洋海盆中黑烟囱上发现原生自然金颗 粒”l ，在新西兰海湾的热液喷口还发现天然水银等。海底热液矿体富集程度高、 贵金属含量高、成矿过程快它必将成为人类未来能源资源的重要来源。海底热 液的成矿速率很大程度上取决于热被流速的大小，热液矿体的富集程度也与热液 的流速有关系。因此热液流速
32、的研究是海底热液成矿作用的重要纽成部分，同时 对热液区域矿体的规模的估计提供重鉴的参数。 海底热液活动多发生在地质构造小稳定的区域生洋中脊、弧后盆地、板内 热点等I I 。B u t t e r f i e l d ，J o n a s s o n ，C r o n e ，D a v i s 等人通过建立实验室模型以及间接 帕测量发现海底热液活动是非常币稳定的很容易受潮汐作川、构造作用、岩浆 作J _ J 和地震等作I H 的影响, 12 1 1 1 ”：后来，J u D p P r u ；s 等人通过肚t L 接的测拦和 视觉观测| ! ! 王证H 丁这种影响的存存I 。再种地质作j H 的
33、细微变化那会影响海 底热液活动的变化。【I 此，研究热液洒动的变化特l l J 址流速n 勺变化坦i - J 以埘备种 地雁作用的进行业I l l 细微旧研究。 l12 海坻热液的热通啦对全球L 恢技蚪境喇 州吲 腻热淑活动舟辅人b 的物质的I F J 也仵小H = 【in o j l i i 数，人的热 通毓，槲估引现代海底热澉活动所甘敛的热j | 韭 I 川能仪次JA 埘地球的热辐 射与火t I 所产申的能城类似I H J 物质f | J 通j l | f l l 】- u 与人陆入坶州，氚所肜成的通埘 州j 工州此湘底热液小仅彤响到簿7 r 水体P l r 质的一墅化迂攻悭竹浙 r “境
34、 和L 雠的变化i ”I 特_ _ ；_ J 垃礼伞球蹙j 暖m 凡f t j ； I - 时海l I j 三J l L 液帆2 输的吲究 业牡得尤为艰要。热液活动输出的热通 胃l 物质通：d 1 t J f , + l “绎成山热液活动 l J 究I 时重要内存之。热通龄和物质邋i 世指热液活动许卟忙叫问内输送的能枯发 捍种元素的质量。按照i l ：l 究方眭，川咀分为A 接法和间接珏h 接法赶通过并 个热液| ) ( 域的热液流体的流帚和, F I l 应化并甲化仆秘的热异常和儿隶井常分 j I J 估 H 热通量和物质通封：间接法是通过址他的资料间接得热液T - 劬f | J 通蛀估值。
35、 前，对热液活动的热通艟研究较多l ”I I ”I ，向物质通量甜f 宄爱卡对较少。海底 誊L 被流速足通城竹H个瞄需的参数特川址埘_ r 商接法求随衙L 建数据的排 确利g A 接戈系刮仙钎褂到的通W n 此热液流述是热液沂，山的热通请和物质 地I i ；：f lo IL 0 辈 _ ：| l 和t 蛆参敬， 基t 光学图像序刊m 底热液喷jI 疏场罩方“、m 究 1 l3 海底热液的生态系统研究 1 9 7 7 年，阿尔文弓深潜器在东太平洋加拉帕斯裂谷发现丁人类从未见过的生 物群落，这一发现震惊了整个生物界和地学界。随着大量的研究I ：作的开展，科 学家在多个热液区发现了“热液生物”群体1
36、 2 “。深海热液生物主要包括细菌、 古菌、底栖生物和浮游生物2 “，这些生物司以自由的生活存】0 0 以上的水环境 中数目和种类众多的生物族群在海底热液喷u 群集构成了深海生物圈的一个 重要组成部分。生活在极端的生存环境F 的返些生物具有十分独特的生理生化特 征和能量代谢途径，它们对深海生物地球化学过程有着巨大的影响，对热液活动 的规律性和成矿条件的研究具有参考意义。I i 司时这些生活在极端环境下的生物， 以其独特的生物多样性和极高生存崭眨成为未来宝贵的生物基吲和医药资源， 具有难以估价的生物化学和医学价值，它们的意义可能远远超过J 7 海底热液系统 的地质矿产资源的价值口”。这些生物族群
37、的起源、种属、分布和生活列性与海 底热液括动柏崭切帕= ) 毛系，生物族群种炎和南度受热液1 域n 勺纠域的影响日J 妊， 小H | 旗群划热澉区域f 由滥度和矿物堆秘等条件fJ 近乎苛刻的要求。热液流速刈 热液嵯域的温度和矿物沉积的速度仃决定一阽影响闪此热液流速j 深海热液| x 域 牛物群游的数量和种属分布等研究订，n 要的蓼母意义。 1l4 海底热液流速观测的意义 练上所述，热液流体通过独特结_ | j J 的烟筒体喷口源源小断的将宥浆与海水 濉赍| _ | 勺高温热流喷发晕海水中债搿澌底? _ - l 创和海水之_ = J J 6 乍j | 复杂的热髓和 化学纽分交换过程婴了解这砦变化
38、目啡4 ， 艘就取域举小、城- F 螋的个参数 就足热流流述。譬如，通过热液流速t 4 以H 算热液区域内热1 l 输通射和物质 输通最，为海底热液输出的能量迎娃和物质通量的定斌分析提“ I 多数；热液流 速叫以为热液成矿条件和成矿速率提供匝婪参考加深刈热液成耵作用的研究； 热液流速的变化可以细致的反映潮汐作川、_ | I 遗作用、岩浆作川剐地震等地质作 川对热液系统晌影响，促使这些地质作川的俐究业加钏致和深入：海底热液系统 牛物体组群在热液喷u 区域的分巾订l W 堪的规律，这些+ 物纽群埘热液环境的坩 刘磺水电使得热液的流述其有J q 怂0 意义地过热液流蚀的训究IJ 以肘深海小 物甜【料
39、发其生存环境仃更_ l I 【| 伞的认0 l 。 华T 光学图像J f 刮的r 4 贼j B 被啮洫场删目打浊研宄 1 2 热液流速测量研究的发展历程和现状 海底热液流速的研究作为海底热液研究的一个重要方面，从发现热液喷口至 今的几l 年里，科学家们开展了很多热液流速测量的尝试流速测量技术绎J 打了 由测量单直流速到测量截面流速由接触式向非接触式的发展过程。 12 1 热液流速直接测量方法 单点式的删最力法主要是采雕接触式的测挝仪器，建立在机械能转换理论或 热交换理论的基础上，使用的传感器主要是电感式、压电式和热电式传感器。上 世纪七卜年代美国俄勒冈州人学J o h n BC o r l i
40、 s s 等人在加拉帕戈斯裂谷开展海 底热液喷门酬究时通过存阿尔文q 椿潜器1 安装了一个叶片式的流速仪测得了 热液喷L Jn q 原伯流述数槲0 0 2 01 0 m s 并结台测得的热液温度仙算丁海底热 液区域的热量散火通箭。r 纪八f 年代1 喻佛大学DRC o n v e r s 等人存东太 平洋海降使川个涡轮式流量仪测柑J 浚区域热液流速为o7 24m s I ”】：后来 夏威夷人学，I l 荆u 分位U r s u l a i n s t e r 锋人川样的订法卉拥安德富k i 辞脊测得 J J 热泄流速的数删“J ，到九l j f 刚越术越多的科学家玎展丁热液流速的牛兀 荚研宄卜
41、_ 也偏r tn ，川投流的，圳：i i 剑桥凡+ ，和o # 盛顿凡学帅儿n 料 家使 f I 】个f U 磁牲心流逑洲褂I 仪m qJ 安德人k 海脊驮褂J 睦达4 5 灭的扩散流的流 速数据测甜的流速为0 0 7 015m s t ”】：德G E O M A R 海洋地质研究中心P L i n k e 等人j i | 制r 利- # 敞流删谴仪，它地j t r 们努利原耻，通过计算温度、爪 力、盐艘薯参数北褂流迎数州j ：弛”以哒刮O0 0 0 1 05 0 m s E i 束他们义 将0 改进为仲热墩J U H l 流建涎J q 剑挢人学的AS c J l uJ l z 等人发叫J M
42、 ET ) U S A 装刮”1 它通过 个馈转r 测量热液流的温度和流速转f 的旋转进 度可以通过光学检测得刮馥装截扎人心洋- l - 脊热液区的研究中缺得J 直接的流 速和温度数抓：美蚓加州人学M i c h a e lT r y o n 等人研制r种新型地柄流速测量 仪，墟过训算渗透泉巾化学q i 踪荆的稀释槲J 堑米测柑扩散流的流速( H1 - 4 ) 13 0 l ， 该流速仪l l J 以达到01l l l T ny r 1 5I ny r “数姑级。2 0 0 5 年，法吲的JS a r r a z i n 等 人发叫种热雌浦L 逑仅n 人l 叫洱r I l 丫fL u c k
43、yS t r i k e 热液喷u 区域进行J 7 海试 驯得谚I x 域旧敞流流逑山l1 - 49 m m s 。 熬参 固1 - 4 地栖流连澍量议 这些测量热液流速的方法都扶得了十分宝贵的有关海底热液的流速数据但 是它们都H 能用米测量热液中某点的流速数据的研究价值和实用性受到较大 的限制，而口测最装旨寅接介入待测热液，必然会对热液产生一定的十扰，产乍 测量误差：同时海底热液喷口区域濉艘商、压力大、化学元素溶艘商、矿物0 C 秘 速率快等特殊的地质环境使得这接触式测量设备的使用寿命神I 观测效粜受到 了极大的限制，难以获得海J 氐热液f | j K 叫问连续的流最记录，而l f 前陆地【
44、成熟 的非接触式流体测速设符揶小适川件t 底探测f f q , V f | l J 这些局限性迫使科学家f I J 逐渐开始尝试新的热液流速测奄 力法。 l22 热液流速州妾触洲量方法 1221 幕于声学技术帕热液流述测鞋方法 声学测_ ：I 方法作为种成熟们探洲技术L 绎被广泛应川1 ：地质勘探、渐 ￥探测、川p 利利l I 破H 、撩伤；E | 】_ 、学l 纠析众多领域。棚对T ：U 磁波千| c 圯波i I i J 言声波n 存存水F 传插过程蛳耗小等优 这促使声学测速方法的较4 的J 、V j f J 于流体流速帕研究。声学测速方法蕾要柏叫问差法、射束位移沾、相位幕浊、多 普勒力法等
45、其一I 、泛应用的是多背勒方法，它是基于声学多普勒傲应，通过 存垂直于物体运动方向l 发射合适频率的声被利用运动物体敞射的声波信 号的多昔勒捌移幅度米显弧吲像图像- I 一像豢值与散利体的运动进度分咖1 | _ 对应。*种声学测速方法是基于声学成像挫术，即结合声学、r b 子学和信 息处州等技术获得物体内部结构特点的可址H 像的方法，即r ，以授得小透圯 物体内部J ：，学特悱分m f 由I 划像。p 一成像旧i J | 宄J 始卜 j 纪2 0 j f 术圳午 7 0 年代L 肜成“叭i 乃成熟的打法J ：，戚像一法叫分为常规声成像、捕J ， # T 学目像序刊的海底热渡喷n 流场捌$ 矗吐
46、 成像和声全息等。神：获得系列的声学图像后应用图像测速的相关算法进 行图像处理讣忻可以得到声学图像叶1 特征部位的移动位移再结台声学图像 的宦问分辨率和图像的时间间隔计算出图像中特征部位的移动速度从而推 测出载体即流体的流速。在测量河流和海流的流速方面，通常采用的屉多普 勒超声波技术，H 前很多国外公刊如S o n T e k ，R D I 等都已绎Jr 发出r 尚业产 品。旧内对 l 】I j ；c 羊”浅海海流测速方而的研究是始于L 世纪9 0 年代，巾科院J 5 学所、海洋技术研究所、南京大学等科研院所先后开发出基十声学的流进仪， 枷声学多普勒流速仪( A D C P ) 和声学相关流速
47、仪( A C C P ) 。 I _ l 这些流速测量仪 器H 能用于河流或近海浅层海流的测量，难以直接应用于深海海底热液环境。 H 前幽外开展基于声学技术的热液流速测量研究的机构主要有美尉的罗格 斯大学和华盛顿大学的应用物理实验室，他们研制了一种特殊的多波束声呐( 悖甘 I 一5 ) ，通过设定合适的频率( 约几r ik H z ) 可以扶得垂直十，* 波传播打向的 河流削I f | i 的流逑该矗法可以扶得两维速度场克“ 挺了；! f 流训J l 能洲艟- 簪- _ 流谜们缺j i 该没格已野进行丫多次海试并已戚】J J 铁甜rM o n o l i t h 【I 撕1J f I “ JJ - | 錾| 像I3 。I , l lG r o t t o 喷u 的流述数料。 图卜5 多波束声蚋刹流速 1 日内刊i H 底热液的研究起步较晚凶此刘热液流速测鞋山浊的斜究也1 _ 【| 对渐 托l |