CN107505001A - 一种海底沉积物温压原位测量仪及其数据获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底沉积物温压原位测量仪及其数据获取方法。海底沉积物温压原位测量仪包括导流罩、可变重量的配重块、密封电子仓、可变长度的延长杆和针尖型的温压探头，导流罩、配重块、密封电子仓、延长杆和温压探头由上至下依次连接；所述导流罩用于与一位于海面的绞车的承重头连接；所述密封电子仓内设有倾斜计、加速度计、通信模块、数据采集模块和电源，数据采集模块用于将倾斜计、加速度计和温压探头输出的数据通过通信模块传输至所述绞车上的数据处理设备；所述延长杆用于部分或全部贯入所述海底沉积物中。本发明能解决实时性差、无法长时间、无法连续进行温压监测的问题。

Description

一种海底沉积物温压原位测量仪及其数据获取方法

技术领域

本发明涉及海底沉积物测量技术。

背景技术

海底沉积物的温压条件是水合物成藏的关键因素，提取水合物温压场信息，无论是对水合物稳定带研究，还是对水合物前景预测，都有着广范而深远的理论和现实意义。因此，采获准确的的海底沉积物温度和压力数据十分重要，对海底沉积物温压原位测量技术方法研究十分关键。

目前海底沉积物的温压测量技术包括：

1)常规取样+实验室测试地方法,进行相关地温和力学测量；

2)地温梯度探针安装在常规柱状取样器或者钢矛上，只能进行海底站位温度测量；

3)ROV手持式地温梯度探针进行海底站位温度测量；

4)海底静力触探技术进行站位的物理力学测量。

现有的温压测量技术存在以下缺点：

1)常规取样+实验室分析法进行相关地温和力学测量，改变了沉积物的原始沉积环境，不具备原位性，实时性，且每次只能采获一个站位的数据，没有连续性。

2)地温梯度探针测量只能采获温度数据，没有压力数据，不具有实时性，需设备收至甲板后进行读取，不具有连续性，一次收放只能采获一个站位的实验数据。

3)ROV手持式地热梯度探针只能进行温度测量，贯入深度浅，只有0～1m，收放一次的成本极高。

4)海底原位静力触探技术进行站位的物理力学测量，设备体积庞大，收放困难，且只进行物理力学测量。

常规底质取样技术，地温梯度探针测量都是将采获的沉积物样品回收至甲板后，才能进行试验分析和数据收集。沉积物样品在实验室与在海底的存在环境有差异，缺乏现实海底水合物赋存区地层物理力学条件，实验室采获的数据并不能完全真实代表真实海底几百米以下的地层状况及力学性质，无法对真实地对试采活动中的温压数据进行有效评估。时效性差，ROV和海底原位静力触探设备庞大，收放困难，进行一次数据采集，耗时长，成本高。总之，现有的温压测量技术尚未形成综合、有效、符合实际可指导水合物试采环境效应评价的技术方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种海底沉积物温压原位测量仪，其能解决实时性差、无法长时间、连续进行温压监测的问题。

本发明的目的之二在于提供一种海底沉积物的数据获取方法，其能解决实时性差的问题。

本发明的目的之一采用以下技术方案实现：

一种海底沉积物温压原位测量仪，其包括导流罩、可变重量的配重块、密封电子仓、可变长度的延长杆和针尖型的温压探头，导流罩、配重块、密封电子仓、延长杆和温压探头由上至下依次连接；所述导流罩用于与一位于海面的绞车的承重头连接；所述密封电子仓内设有倾斜计、加速度计、通信模块、数据采集模块和电源，数据采集模块用于将倾斜计、加速度计和温压探头输出的数据通过通信模块传输至所述绞车上的数据处理设备，所述电源用于为倾斜计、加速度计、通信模块、数据采集模块提供工作电压；所述延长杆用于部分或全部贯入所述海底沉积物中。

优选的，所述配重块由多个铅块叠放构成。

优选的，导流罩与所述绞车的承重头螺纹连接，导流罩与承重头之间的间隙通过密封胶密封。

优选的，延长杆与密封电子仓螺纹连接，且延长杆与密封电子仓之间安装有密封圈。

优选的，延长杆与温压探头螺纹连接，且延长杆与温压探头之间安装有密封圈。

优选的，温压探头通过数据传输线缆与数据采集模块连接，所述数据传输线缆位于所述延长杆内。

优选的，所述通信模块通过有线或无线方式与数据处理设备通信。

本发明的目的之二采用以下技术方案实现：

一种海底沉积物的数据获取方法，其包括以下步骤：

步骤1、根据贯入海底沉积物所需的深度，对海底沉积物温压原位测量仪的配重块的重量以及延长杆的长度进行调节；

步骤2、绞车将所述海底沉积物温压原位测量仪下放至离海底沉积物一定的高度并快速放缆，以使所述海底沉积物温压原位测量仪以自由落体方式贯入海底沉积物，所述海底沉积物温压原位测量仪静置在所述海底沉积物中时，对海底沉积物的数据进行采集；

采集时间的长短可根据需要进行控制，可实现长时间监测。

其中，所述高度与贯入海底沉积物所需的深度关联。

优选的，步骤2之后还有步骤3：数据采集结束后，将所述海底沉积物温压原位测量仪提离海底一定高度，并随绞车前往下一监测点，并重复步骤2，以实现连续作业；其中，数据处理设备对不同监测点所获得的数据进行标记，以区分不同监测点的数据。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过绞车收放原位测量仪，原位测量仪自由落体进入海底沉积物层，开始采集取样站位(即监测点)的原位温度和压力数据。同时数据实时传回甲板上的数据处理设备，可长时间监测某一站位点，也可以依次连续的监测多个站位点。整个数据采集过程，设备操作简单，贯入深度可根据项目要求进行调节，温压数据原位性好，实时监测，可靠性高，数据采集成本低，可以由点及面的开展水合物研究工作。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的海底沉积物温压原位测量仪的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例的海底沉积物的数据获取方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1所示，本实施例公开了一种海底沉积物温压原位测量仪，其包括导流罩1、可变重量的配重块2、密封电子仓3、可变长度的延长杆4和针尖型的温压探头5，导流罩1、配重块2、密封电子仓3、延长杆4和温压探头5由上至下依次连接。

所述导流罩1用于与一位于海面的绞车的承重头连接。所述绞车位于甲板上。

所述密封电子仓3内设有倾斜计、加速度计、通信模块、数据采集模块和电源，数据采集模块用于将倾斜计、加速度计和温压探头输出的数据通过通信模块传输至所述绞车上的数据处理设备，所述电源用于为倾斜计、加速度计、通信模块、数据采集模块提供工作电压。

所述延长杆4用于部分或全部贯入所述海底沉积物中。延长杆4可以是伸缩杆。

加速度计用于获取海底沉积物温压原位测量仪着底的速度。

倾斜计用于获取海底沉积物温压原位测量仪的姿态。

本实施例的温压探头5的测量范围为-20℃～80℃；孔隙水压力≤35MPa。

本实施例的配重块2由多个铅块叠放构成。根据使用需要，可以调整铅块数量，从而改变配重块2的重量。

导流罩1与所述绞车的承重头螺纹连接，导流罩1与承重头之间的间隙通过密封胶密封。

延长杆4与密封电子仓3螺纹连接，且延长杆4与密封电子仓3之间安装有密封圈。

延长杆4与温压探头5螺纹连接，且延长杆4与温压探头5之间也安装有密封圈。

本实施例的温压探头5通过数据传输线缆与数据采集模块连接，所述数据传输线缆位于所述延长杆4内。

本实施例的通信模块通过有线或无线方式与数据处理设备通信。有线方式可以采用线缆，无线方式可以是水声通讯。

如图2所示，本实施例还公开了一种海底沉积物的数据获取方法，其包括以下步骤：

步骤S1、根据贯入海底沉积物所需的深度，对如图1所示的海底沉积物温压原位测量仪的配重块2的重量以及延长杆4的长度进行调节。本步骤可以在甲板上，由人工完成调节。

步骤S2、绞车将所述海底沉积物温压原位测量仪下放至离海底沉积物一定的高度，静置预设时间后，以保证海底沉积物温压原位测量仪姿态稳定垂直，绞车快速放缆，以使所述海底沉积物温压原位测量仪以自由落体方式贯入海底沉积物，同时观察绞车的缆长和张力参数，保证海底沉积物温压原位测量仪不被拔起。贯入完毕后，所述海底沉积物温压原位测量仪静置在所述海底沉积物中，并对海底沉积物的数据进行采集，海底沉积物温压原位测量仪将采集到的数据实时传输至数据处理设备。采集时间的长短可根据实际需求设置，可实现长期监测。

其中，步骤2中所述的高度与贯入海底沉积物所需的深度关联，即不同的高度获得不同的着底速度，从而使贯入深度不同。

步骤S3、数据采集结束后，将所述海底沉积物温压原位测量仪提离海底一定高度，并随绞车前往下一监测点，并重复步骤S2，以实现连续作业；其中，数据处理设备对不同监测点所获得的数据进行标记，以区分不同监测点的数据。

另外，本实施例的步骤S3还可以替换为：将所述海底沉积物温压原位测量仪回收至甲板。

本实施例的海底沉积物温压原位测量仪与常规的温压测量技术相比，具有以下优点：

1、同时采获海底沉积物原位的温度和压力数据。

2、贯入深度可调节，通过增加配重，延长杆长度以及改变着底速度来改变贯入深度。

3、原位性好，整个监测过程，温压测量仪保持在沉积物中，不会改变海底沉积物原始的温压环境。

4、实时性好，采集的温压数据可实时传回甲板，监测和处理。

5、长时间监测，保持原位温压测量仪垂直贯入海底沉积物中的姿态，可以长时间采获温压数据。

6、连续性好，可一次采集、存储多个站位点的温压数据，由点及面，采获一定范围内的原位温压场数据。

7、经济性好，成本低，收放一次与收放一次常规柱状取样器的成本等同。

8、操作简单，可靠性高，不需要大型的辅助设备，只需要一台同轴缆绞车。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种海底沉积物温压原位测量仪，其特征在于，包括导流罩、可变重量的配重块、密封电子仓、可变长度的延长杆和针尖型的温压探头，导流罩、配重块、密封电子仓、延长杆和温压探头由上至下依次连接；所述导流罩用于与一位于海面的绞车的承重头连接；所述密封电子仓内设有倾斜计、加速度计、通信模块、数据采集模块和电源，数据采集模块用于将倾斜计、加速度计和温压探头输出的数据通过通信模块传输至所述绞车上的数据处理设备，所述电源用于为倾斜计、加速度计、通信模块、数据采集模块提供工作电压；所述延长杆用于部分或全部贯入所述海底沉积物中。

2.如权利要求1所述的海底沉积物温压原位测量仪，其特征在于，所述配重块由多个铅块叠放构成。

3.如权利要求1所述的海底沉积物温压原位测量仪，其特征在于，导流罩与所述绞车的承重头螺纹连接，导流罩与承重头之间的间隙通过密封胶密封。

4.如权利要求1所述的海底沉积物温压原位测量仪，其特征在于，延长杆与密封电子仓螺纹连接，且延长杆与密封电子仓之间安装有密封圈。

5.如权利要求1所述的海底沉积物温压原位测量仪，其特征在于，延长杆与温压探头螺纹连接，且延长杆与温压探头之间安装有密封圈。

6.如权利要求1所述的海底沉积物温压原位测量仪，其特征在于，温压探头通过数据传输线缆与数据采集模块连接，所述数据传输线缆位于所述延长杆内。

7.如权利要求1所述的海底沉积物温压原位测量仪，其特征在于，所述通信模块通过有线或无线方式与数据处理设备通信。

8.一种海底沉积物的数据获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据贯入海底沉积物所需的深度，对如权利要求1-7任意一项所述的海底沉积物温压原位测量仪的配重块的重量以及延长杆的长度进行调节；

步骤2、绞车将所述海底沉积物温压原位测量仪下放至离海底沉积物一定的高度并快速放缆，以使所述海底沉积物温压原位测量仪以自由落体方式贯入海底沉积物，所述海底沉积物温压原位测量仪静置在所述海底沉积物中时，对海底沉积物的数据进行采集；

其中，所述高度与贯入海底沉积物所需的深度关联。

9.如权利要求8所述的数据获取方法，其特征在于，步骤2之后还有步骤3：数据采集结束后，将所述海底沉积物温压原位测量仪提离海底一定高度，并随绞车前往下一监测点，并重复步骤2，以实现连续作业；其中，数据处理设备对不同监测点所获得的数据进行标记，以区分不同监测点的数据。