海洋是全球甲烷（CH4）循环的一个重要节点。对溶解甲烷进行浓度检测对了解全球甲烷流向能够起到重要作用。随着目前国际对海洋甚至深海探测的重视,对深海可燃冰富集区的勘探、深海生态系统环境特性的研究以及对冷泉、热液区的探索都离不开对溶解CH4浓度的精密检测。目前在海洋原位溶解气体探测技术中,基于膜技术的红外吸收光谱技术具有良好的应用前景,但是该技术仍存在如耗气量高、水气分离时间长的问题,导致在原位检测时得到的气体浓度信息延迟较大,无法实现实时快速的检测,无法满足对海洋中CH4的浓度实时变化的检测需求。因此针对溶解CH4的快速、实时检测的需求,本文提出基于石英增强光声光谱技术（Quartz Enhanced Photoacoustic Spectroscopy,QEPAS）体积小、响应速度快的特点开展对CH4的快速检测研究。将光纤耦合入射光的光路设计与half on-beam共振管结构结合,设计了一个亚毫升级耗气量的光声池,在此基础上搭建了一套基于石英音叉光声光谱技术的CH4快速检测系统。本文首先阐述了红外吸收光谱技术的相关基础理论如Beer-Lambert定律和谱线线型函数,介绍了光声光谱技术中光声效应以及光声信号的产生原理。分析了QEPAS技术相比于光声光谱技术的优势,对音叉的压电特性及等效电路模型进行了分析,介绍了音叉重要的特性参数及相关测量方法。在QEPAS光路设计方面,采用光纤直接耦合入射光的方式替代空间光路,将整体光程缩短到5 mm以内。同时采用单根共轴共振管对声波进行放大,放大效果达到8.4倍,在此基础上设计的光声池耗气量仅300μL。电路方面,设计了一块可同时满足音叉参数校准和光声信号检测的互阻抗前置放大器,将音叉信号进行转换和放大。最后,使用中心波长1654 nm的分布式反馈激光器作为光源,通过Lab VIEW程序对激光器施加扫描和调制信号,并对二次谐波信号进行检测。针对搭建的实验系统,确定了内部参数如光纤与共振管之间距离、共振管长度、系统调制深度和实验中的气体流速等的最优设置。基于QEPAS系统,对不同浓度的CH4气体进行了测试,测得CH4浓度与QEPAS信号幅值之间线性度能够达到0.9989。系统响应时间约1 s。对系统长期稳定性进行Allan方差分析,在1245 s的积分时间内,最小检测限可以达到1.1 ppm。最后利用小型光声池对深海原位检测性能进行了验证实验,以气体自由扩散的方式在150 min的系统检测平衡时间内,测得冷泉喷口附近的溶解CH4浓度为6%,且系统检测气体至浓度平衡的时间仅150 min。验证了本文的设计在原位检测中的可行性。