CN101571599B - 用于探测深海海底热液硫化物的磁探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于探测深海海底热液硫化物的磁探测系统，包括耐压壳体及封装在其内部的探头传感器，所述的探头传感器由三个相互垂直的的磁通门传感器组成，所述的耐压壳体由筒体和用于密封筒体两端的前端盖、后端盖构成。本发明磁探测系统对于海底热液硫化物的磁性反应灵敏，可以有效地探测海底热液蚀变物的磁性强弱，再结合水下定位技术和其它探测手段，可以进一步确定热液蚀变体的空间位置和分布范围，为海底热液硫化物资源勘查提供依据。

Description

用于探测深海海底热液硫化物的磁探测系统

技术领域

本发明涉及一种海底磁探测系统，尤其涉及用于探测深海海底热液硫化物磁性的海底磁探测系统。

背景技术

从20世纪80年代起，世界上几个主要工业国家就制定了勘探和开发海底热液硫化物的国家计划。前苏联早在20世纪60年代中期，就在太平洋获得多金属硫化物样品，并对大洋热液过程的成因进行研究。在20世纪60年代和70年代之间，前苏联在太平洋洋中脊和印度洋进行了一系列的调查，以研究低温金属沉积物和热液结壳的成因。除俄罗斯外，大力进行海底硫化物调查勘探和研究工作的主要国家还有美、法、德、英、日、加和澳大利亚。但它们大都是在1979年首次发现了深海黑烟柱、块状硫化物和热液喷口周围的生物种群以后，才大规模地开始这项调查和研究工作的。目前，葡萄牙和意大利也制定了勘探深海热液硫化物的计划。从20世纪80年代开始，美国、法国、德国和日本对东太平洋、大西洋和印度洋中脊的海底热液作了大量勘查和研究，但工作重点集中在活动性热液体系上，勘查手段主要针对热液扩散流的物理～化学晕(温度、浊度、化学量传感器)，以及导致海底热液活动的火山～地震活动(海底地震、声学传感器)。

研究表明，海底磁场强度的低磁异常和已知热液喷口在空间上完全重合。矿物学和地球化学研究发现，热液与洋壳玄武岩反应，会使铁磁性矿物被蒙脱石、钠长石等非磁性矿物取代，因此导致岩石褪磁。在遭受热液蚀变后，玄武岩的磁场强度比蚀变前可下降1000nT以上。此外，磁测结果不仅能发现正在活动的热液喷口，而且能发现已经停止活动的热液蚀变产物。后者对海底硫化物矿体的勘查更为重要，但其它方法却无能为力。

国内在2000-2001年和2003年国家海洋局第一海洋研究所用磁法开展了C2C欧亚光缆路由调查及埕岛油田平台周边海底管线的探测，并取得了较好的探测效果，但都是在浅海。浅海的探测设备没有特殊的耐压要求，不是专门针对深海探测设计，因而也不能仅仅是简单地把浅海探测设备封装起来用来深海探测。

随着全球资源的日趋紧张，世界各国都把目光转移到海洋上来，开始了对海洋领域资源的大力勘探，由于海洋环境的特殊性，这就对探测系统提出了特殊的要求。但深海海底热液硫化物磁探测系统及其相关技术在国内完全是空白。

发明内容

本发明提供一种全自动记录的高分辨率探测系统，用于探测海底玄武岩因热液蚀变引起的磁性变化，结合水下定位技术和其它探测手段，确定热液蚀变体的空间位置和分布范围，为海底热液硫化物资源勘查提供依据。还可以实现海底磁场的三分量探测和数据保存，并经由上位计算机读取所测数据。

一种用于探测深海海底热液硫化物的磁探测系统，包括耐压壳体及封装在其内部的探头传感器。

所述的探头传感器由三个相互垂直的的磁通门传感器组成，可以探测空间中任意一点磁感应强度的互相垂直的X、Y、Z三个分量，各探头测量最大范围100000nT，最高分辨率1nT。

就单个磁通门传感器而言，其信号的采集和处理可以采用现有技术，本发明采用了三个相互垂直的的磁通门传感器(三个磁通门传感器空间位置相互垂直，三者采集的磁信号亦来自相互垂直的三个空间方位)。

耐压壳体内还设有用于控制探头传感器的三分量电子装置，所述的三分量电子装置包括三组控制单元分别用于控制所述的三个磁通门传感器，每个控制单元均由测量单元和传感器激励单元构成。测量单元和传感器激励单元可以采用现有技术中磁通门传感器的配套电路。

所述的耐压壳体由筒体和用于密封筒体两端的前端盖、后端盖构成。

前端盖及后端盖通过螺钉与筒体的端头固定连接。

耐压壳体的材质采用硬铝2A12，前端盖及后端盖可采用4个M6螺钉与筒体的端头进行紧固，为保证密封效果，前端盖及后端盖与筒体的端头的接触部位采用两道“O”形圈密封。

前端盖及后端盖均带有凸起伸入筒体内，凸起边缘与筒体内壁贴紧。

所述的两道“O”形圈密封分别位于：

筒体内壁与前端盖或后端盖的凸起接触的部位；

以及筒体端面与前端盖或后端盖接触的部位。

这样尤为适于在深海压力较大的场合使用，耐压密封效果更好。

所述的前端盖开有用于引出探头传感器的信号输出线的通孔，该通孔部位采用水密件密封，探头传感器的信号输出线连接到水下控制舱中的主机。

由于本发明磁探测系统的工作环境是在深海中并且接近海底，其所受的海水压力非常大，可以达到几十个MPa，这就对系统的承压和密封性能有很高的要求。

故本发明磁探测系统工作时探头传感器需要放置在耐压壳体内，再固定在无磁性拖体上，入海之前把开关打开即可进行自动采集数据，自动存储数据，系统连续工作可达十二小时。

探头传感器打开工作开关并放置入海底后，并不能确保其一定正常工作，有可能投入海底已出现故障，但却并不能及时检测出来其工作状况，只有把其从海底拉上开之后才能发现其是否正常工作。因此，作为优选，所述的探头传感器与实时在线传输检测系统相连，磁探测系统置入海底，工作人员在母船上可以实时在线检测其工作状态，便于及时应对处理可能出现的意外情况。

本发明磁探测系统使用时需要固定在专用无磁性拖体上，由母船拖曳进行资料采集工作，拖体的无磁性及探头传感器的固定和封装关系到资料采集的可靠及系统本身的安全性。

经过实验及海试证明，本发明磁探测系统对于海底热液硫化物的磁性反应灵敏，可以有效地探测海底热液蚀变物的磁性强弱，再结合水下定位技术和其它探测手段，可以进一步确定热液蚀变体的空间位置和分布范围，为海底热液硫化物资源勘查提供依据。

附图说明

图1是本发明磁探测系统的磁探头传感器结构框图。

图2是本发明磁探测系统的耐压壳体的结构示意图。

具体实施方式

参见图1、2，本发明磁探测系统包括耐压壳体，耐压壳体内部装有探头传感器和用于控制探头传感器的三分量电子装置。

耐压壳体由筒体4和用于密封筒体4两端的前端盖3、后端盖5构成，材料均选用硬铝(2A12)，耐压壳体承受的外压P为40Mpa，耐压壳体内部空腔长度L＝600mm，内径D_i＝80mm。

前端盖3及后端盖5分别采用4个M6螺钉1与筒体4的端头进行紧固，为保证密封效果，前端盖3及后端盖5均带有凸起伸入筒体4内，凸起边缘与筒体4内壁贴紧。前端盖3及后端盖5与筒体4的端头的接触部位采用两道“O”形圈密封，两道“O”形圈密封分别位于：

筒体4内壁与前端盖3或后端盖5的凸起接触的部位；

以及筒体4端面与前端盖3或后端盖5接触的部位。

探头传感器由三个相互垂直的的磁通门传感器X、磁通门传感器Y和磁通门传感器Z组成，可以探测空间中任意一点磁感应强度的互相垂直的X、Y、Z三个分量，各探头测量最大范围100000nT，最高分辨率1nT。

用于控制探头传感器的三分量电子装置包括三组控制单元分别用于控制所述的三个磁通门传感器，每个控制单元均由测量单元和传感器激励单元构成。

前端盖3开有用于引出探头传感器的信号输出线的通孔，该通孔部位采用水密件密封，探头传感器的信号输出线连接到水下控制舱中的主机。

磁通门传感器X、磁通门传感器Y和磁通门传感器Z用于测量地磁场以及干扰磁场在其轴线上投影的“向量”值(即面板上的读数或模拟输出端读数)为磁场强度或磁感应强度的大小，读数的正(负)号表示被测磁场的极性，可测空间任意一点磁感应强度的互相垂直的X、Y、Z三个分量。三分量电子装置可以采集磁通门传感器的信号，通过信号输出线向主机输出。

主机由CPU和分别与CPU相连的信号转换模块、时钟模块、数据存储模块及通讯模块构成，探头传感器采集的信号首先传输至信号转换模块进行模/数转换得到数字信号并存储在数据存储模块中，CPU(采用TI公司的单片机MSP430x149)对数据存储模块中的数据进行处理，处理结果既可以存储在数据存储模块中也可以根据需要通过通讯模块输出。时钟模块可以控制CPU定时开启，间断性的处理信号，不需采样时可以通过使单片机处于低功耗模式，大大减小了功耗。

Claims (1)

1.一种用于探测深海海底热液硫化物的磁探测系统，包括耐压壳体及封装在其内部的探头传感器，其特征在于：所述的探头传感器由三个相互垂直的的磁通门传感器组成，所述的耐压壳体由筒体(4)和用于密封筒体(4)两端的前端盖(3)、后端盖(5)构成；所述的耐压壳体内设有用于控制探头传感器的三分量电子装置，所述的三分量电子装置包括三组控制单元分别用于控制所述的三个磁通门传感器，每个控制单元均由测量单元和传感器激励单元构成；所述的前端盖(3)及后端盖(5)通过螺钉与筒体(4)的端头固定连接；所述的耐压壳体的材质采用硬铝2A12；所述的前端盖(3)及后端盖(5)与筒体(4)的端头的接触部位采用两道“O”形圈密封，前端盖(3)及后端盖(5)均带有凸起伸入筒体(4)内，凸起边缘与筒体(4)内壁贴紧，所述的两道“O”形圈密封分别位于筒体(4)内壁与前端盖(3)或后端盖(5)的凸起接触的部位以及筒体(4)端面与前端盖(3)或后端盖(5)接触的部位；所述的前端盖(3)开有用于引出探头传感器的信号输出线的通孔。

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