电化学原位监测获取的海洋底水溶解甲烷浓度变化影响因素和检测方法改进方案

For the hot marine scientific researching of the marine energy resources' prospecting and exploiting, marine environmental monitoring, geological disaster prevention and marine hydrothermal vents investigation, the key is the high precision acquisition and distribution change investigations of in-situ methane concentration data in marine bottom water. We still have a considerable gap in marine bottom water for in-situ methane detectors, and many key technical aspects are also put us in a restricted position. Based on our good original results, this application aim at solving the key scientific problems: the influence and the variation of seawater environment on the physical properties of gas sensors under water with the long-term continuous testing; the influence and the variation of the residual gases and the test mode on the base of methane in the long-term measurement of non standard gas calibration; the geochemical characteristics and the correction methods of the measured data in the comprehensive test of marine bottom water. The implementation of this project will establish the scientific methods and improvements of the high precision monitoring technology for in-situ dissolved methane index in marine bottom water from the design of detector structure, the sensitive material formula, the key node parameters and the test mode setting, etc. It will realize the continuous, real-time collection and correction of the in-situ methane concentration data in the seawater, and provide technical supports for prospecting and exploiting of marine gas hydrate resources and marine environmental monitoring.

海洋能源勘探开发、海洋环境监测、地质灾害防治和大洋热液喷口调查等热点海洋科学问题中，对海洋底水中原位甲烷浓度数据的高精度获取及分布变化规律研究是关键。我国在海洋底水原位甲烷探测器研制方面与国外产品还有相当的差距，关键技术等方面还受制于人。本申请拟在原有良好的研发基础上对以下关键科学问题进行攻关：水下长期连续测试中，海水环境对敏感探头物理性能的影响及变化规律；无标准气体校准长期测量过程中，残余累积气体和测试方式对甲烷本底的影响及变化规律；海洋底水综合测试条件下实测数据结果的地球化学特征及校正方法。本项目的实施将从传感器结构设计、敏感材料配方、关键节点参数和测试方式设置等方面，建立“海洋底水原位溶解气甲烷指标高精度监测技术”的科学方法和改进方案，实现海水中原位溶解甲烷浓度数据的连续、实时采集和数据校正，为海洋能源勘探开发、海洋环境监测、全球气候变化与碳循环等科学问题研究提供技术支撑。

本项目采用还原底水测试过程物理模拟的实验手段进行原位底水连续监测，研究了海水环境对敏感探头物理性能的影响机理及变化规律，残余累积气体和测试方式对甲烷本底的影响及变化规律，海洋底水综合测试条件下实测甲烷浓度地球化学特征、物理参数特征等科学问题。从传感器结构设计、敏感材料配方、关键节点参数和测试方式设置、传感装置烧结标准和针对各种干扰因素的数据处理和校正方法等方面，建立起完善的“海洋底水原位溶解气甲烷等指标高精度监测技术”检测方法和改进方案，为海洋底水原位高精度真实甲烷测试数据的获取和装备的研发提供理论依据和技术支撑。. 项目组按照基金项目计划执行和实施，取得了以下几方面的成果：. （1）通过甲烷纳米敏感复合材料研制实验，进行海水环境下敏感材料性能变化的物理化学机理研究，筛选出了基于纳米敏感材料的抗干扰、高寿命的CH4复合配方；按照不同制作标准，制作出了不同型号不同敏感材料比例配方和不同烧结工艺和标准的传感器探头系列。. （2）基于纳米复合材料配方的甲烷敏感探头的研制和装置工艺制作方法确定后，根据标准气和已知典型区域的样品测试的实验对比研究，初步建立了每种探头的特性（材料配方、制作工艺、测试参数、使用规范）方法和制作规范，确保所有制作或者筛选出的探头性能上达到一致性。. （3）按照还原海洋底水测试条件和测试方式，进行了不同深度、不同地质条件下海水中溶解甲烷浓度的测试响应及影响因子和参数变化规律研究，统计计算了影响因素种类和权重，初步建立了甲烷浓度的测试响应函数和数据校正方法。. （4）利用原位海洋测试传感器和海水环境模拟装置实物，进行模拟地质条件下海洋底水溶解气甲烷浓度长期测试过程正演模拟实验，进行甲烷浓度数值测试。. （5）研究成果获授权发明专利3项，申请发明专利1项；发表SCI收录论文15篇；培养青年教师4名，形成了一个在海水中甲烷气体敏感材料和器件领域中有一定影响的研究团队。