CN111348148A - 一种可分离式全剖面潜标观测系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可分离式全剖面潜标观测系统及使用方法，包括潜标锚链系统和可分离式海床基两部分。潜标锚链系统的释放装置包括了固定海底声学释放器的卡位盘和下部的立方体配重，用腐蚀螺栓固定在海床基内部，两者实现分离相互不接触。回收时，配重脱钩，卡位盘上浮，将海床基拖拽至海表。通过本发明的技术方案，同时将海床基与潜标链结合在一套观测系统中，布放前结合为一体，布放完成后两部分又可以实现分离，结合了海床基与潜标观测观测系统的优点，并且一次布放便可完成作业，同时满足了海水垂向大剖面观测与海底面边界层的物理化学指标的观测需求，避免潜在同站点先后布放导致的设备损坏问题，避免了极端海况中潜标链对海床基的牵引晃动。

Description

一种可分离式全剖面潜标观测系统及使用方法

技术领域

本发明涉及海底勘探技术领域和海洋工程地质技术领域，具体而言，特别涉及一种可分离式全剖面潜标观测系统及使用方法。

背景技术

南海北部陆坡天然气水合物储量巨大，在自然条件下或人工开采条件下，水合物会发生分解，沿着断层或钻孔等有利路径向上迁移，在海表会形成二次水合物，该类型的水合物对压力、温度条件变化敏感。同时，南海北部又是内波频繁发育的海域，其中的内孤立波作用强度更是居世界之首，其在传播过程中可以影响海床表面压力的变化，并将上层温度高的海水带到深层。因此，南海北部水合物试采区海域的内孤立波是否会影响到海底表面水合物的赋存，这是一个需要解答的问题，因为水合物分解后会使海床力学性能显著降低，可能引起海床变形、沉降，甚至造成海底浊流、滑坡的产生，因此，需要同时监测内孤立波和海底边界层的温度、压力、甲烷浓度、浊度、海床变形或位移情况。

另外，内孤立波不仅可以在作用至海底，还会导致沉积物再悬浮，形成雾状层，甚至还会导致沙波迁移。内孤立波在浅化破碎过程中可以形成雾状层的认识已经得到广泛证实（Mccave, 1986; Lien et al., 2014; Hosegood and Haren, 2004; Reeder et al.,2011），Reeder et al （2011）在东沙海域上陆坡使用多波束观测到内孤立波悬浮海底沉积物，形成高达200 m的底部雾状层。耿明会等（2018）使用多道地震资料在南海北部上陆坡发现，内孤立波在多处侵蚀海底、悬浮沉积物，并形成底部和中部雾状层。此外，南海北部陆架外缘至上陆坡沙波广泛发育，此区域内孤立波十分活跃，这些沙波被认为是由内孤立波造成的（Reeder et al., 2011; 夏华永等, 2009）。Ma et al.（2016）在东沙海域观测到内孤立波作用下沙波的迁移。南海北部下陆坡、深水区广泛发育的沉积物波，也被认为是内孤立波作用的结果（Zhu et al., 2010）。然而目前针对内孤立波对深海海底表面作用的现场观测资料严重匮乏，因此需要一套原位监测系统，可以同步观测到内孤立波与海底边界层指标的动态变化，为进一步了解内孤立波对水合物试采区海底作用以及波-土相互作用等科学问题的研究提供必要的数据支持。

目前观测内波普遍采用潜标，普通的海洋潜标技术较为成熟可靠，一般由浮体（浮球）、观测设备、缆绳、水下声学释放器、配重等组成，可以获得较大剖面范围的温度、盐度和流速数据，但是难以在靠近海底特别是海底界面层进行观测。而针对海底边界层的观测多使用海床基，普通海床基可以观测海底边界层温度、压力、位移等指标，如公开的中国专利CN110254672A实现了海床基的模块化安装，公开的专利CN110262258A实现了海床基触底后的自动扶正，另外中国专利CN206427251U、CN104816805A等都改进了海床基的观测，但是均无法观测到上覆水体温度剖面，同时流速观测的剖面范围也受限于ADCP设备，一般仅有几百米范围，严重影响应用水深。

单独的海床基观测平台虽然稳定，并且可以在海床表面观测，但是其上方的大剖面的海水的流速观测范围受限于设备，尤其是温度剖面更是无法观测；潜标可实现大剖面观测，但是在靠近表面的众多参数无法观测，如果将潜标链直接挂载在海床基上，海床基会受到潜标缆绳的牵引扯动而晃动，海床基上搭载的三轴加速度传感器、高精度压力计等高精度设备会记录错误信号。但是，两者若在同一地点布放，普通作业不仅难以掌握布放距离，而且先后布放有潜标配重砸损海床基或海床基钩绊潜标链的潜在风险。因此，为解决以上的矛盾，我们考虑将海床基与普通潜标有效结合可以同时布放，而潜标系统坐底后可以与海床基系统脱离，从而避免潜标链对海床基的拖拽影响，实现海洋要素全剖面观测系统。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种可分离式全剖面潜标观测系统及使用方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种可分离式全剖面潜标观测系统，包括潜标锚链系统和可分离式海床基，潜标锚链系统包括凯夫拉缆，凯夫拉缆底端连接可分离式海床基，凯夫拉缆顶端安装玻璃浮球，凯夫拉缆自下至上依次安装第一浮子和第二浮子，可分离式海床基与第一浮子之间凯夫拉缆长度为30m并每隔3m布放设置一个温度传感器，第一浮子和第二浮子之间凯夫拉缆长度为500m并每隔20m布放设置一个温度传感器，第二浮子和玻璃浮球之间凯夫拉缆长度为100m每隔20m布放设置一个温度传感器。

可分离式海床基的主体框架为棱台型四脚架，可分离式海床基分为上中下三部分，可分离式海床基的上部上方焊接海床基上部钢圈，可分离式海床基的中部内部四角处顺时针依次安装浊度计、甲烷传感器、高精度三轴加速度传感器和高精度压力计，可分离式海床基的下部固定焊接海床基下部钢圈，海床基下部钢圈直径小于海床基上部钢圈，海床基下部钢圈上对称焊接了个腐蚀螺栓，海床基下部钢圈的下方通过腐蚀螺栓连接卡位盘，卡位盘的内部固定安装两台并联的声学释放器，卡位盘的下方连接配重，卡位盘的上方固定安装圆盘吊环，卡位盘通过圆盘吊环连接凯夫拉缆，可分离式海床基下部连接在4个支撑脚上，支撑脚底端安装弹性脚撑，弹性脚撑外侧安装防倾倒支撑护架。

作为优选方案，可分离式海床基的主体框架的材质为316L不锈钢。

作为优选方案，腐蚀螺栓由A型镁铁合金螺纹环、碳钢螺栓、不锈钢螺纹杆3个部件组成整体，A型镁铁合金螺纹环内壁中间位置设有限位环，不锈钢螺纹杆的顶端焊接在海床基下部钢圈下部，碳钢螺栓一端为螺母，另一端为螺纹，碳钢螺栓的螺母端将卡位盘穿孔固定连接在下部钢圈下方，碳钢螺栓的螺纹端和不锈钢螺纹杆通过A型镁铁合金螺纹环连接。

作为优选方案，卡位盘的上部为圆形不锈钢盘，圆形不锈钢盘边缘加工相互对称的4个钢盘开孔，钢盘开孔的孔径大于腐蚀螺栓的外径，钢盘开孔的位置和距离与腐蚀螺栓对应，圆形不锈钢盘中心设有两个挖孔贯穿并固定海底声学释放器，圆形不锈钢盘的直径大于海床基下部钢圈的直径，卡位盘的下部为椭圆形不锈钢盘，椭圆形不锈钢盘中心挖空同样用于贯穿并固定海底声学释放器，圆形不锈钢盘和椭圆形不锈钢盘之间通过焊接8根固定肋板加固。

作为优选方案，支撑脚端部螺纹连接B型锌铁合金螺纹环，B型锌铁合金螺纹环的底部封闭，弹性脚撑中心固定安装弹簧套桶，弹簧套桶顶端外壁设有螺纹，支撑脚和B型锌铁合金螺纹环通过开孔的C型镁铁合金螺纹环贴合在弹簧套桶中，弹簧套桶内部装有减震弹簧，弹性脚撑还固定安装有支撑护架固定板，防倾倒支撑护架的端部焊接开孔碳钢板，支撑护架固定板通过碳钢螺栓固定安装防倾倒支撑护架端部的开孔碳钢板。

作为优选方案，防倾倒支撑护架呈90°圆弧形，材料为碳钢材。

作为优选方案，第一浮子内部中心安装第二浊度计，第一浮子内部还安装两个第一声学多普勒流速剖面仪，一个向上一个向下，第一声学多普勒流速剖面仪频率为1200kHz，第一浮子上下两端固定安装吊环。

作为优选方案，第二浮子内部中心安装第三浊度计，第二浮子内部还安装两个第二声学多普勒流速剖面仪，一个向上一个向下，第二声学多普勒流速剖面仪频率为75kHz，第二浮子上下两端固定安装吊环。

一种可分离式全剖面潜标观测系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤（1）：弹性支撑脚的组装。首先组装海床基的弹性脚撑，将减震弹簧放入弹簧套桶中，将防倾倒支撑护架开孔一段安装到支撑护架固定板上，使用碳钢螺栓连接紧固；使用科考船的吊车起吊可分离式海床基，在可分离式海床基悬停期间，将C型镁铁合金螺纹环穿过支撑脚，带螺纹的开口向下，然后将B型镁铁合金螺纹环旋入海床基支撑脚端部，拧紧；另防倾倒支撑护架朝向可分离式海床基外侧，抬起弹性脚撑，将其弹簧套筒套进支撑脚端部，并将C型镁铁合金螺纹环与弹簧套筒顶端螺纹对接拧紧，此时减震弹簧便可封装在弹簧套筒内部；吊车将可分离式海床基落在甲板，完成可分离式海床基弹性脚支撑的安装。

步骤（2）：卡位盘的安装。调试好声学释放器后，将2台声学释放器从卡位盘上部的圆形不锈钢盘中间的开孔向下放置进入椭圆形不锈钢盘中间的开孔，并声学释放器卡紧固定。将A型镁铁合金螺纹环一端旋入不锈钢螺杆上，其中不锈钢螺杆另一端是已经焊接在海床基下部钢圈上的，4个不锈钢螺杆位置对称焊接。上抬卡位盘，将腐蚀螺栓的碳钢螺栓部分从卡位盘的钢盘开孔底部插入，固定螺母头在下部，使用工具将螺纹头的一端旋入A型镁铁合金螺纹环另一端，4个螺栓安装完成，通过腐蚀螺栓的固定，完成了卡位盘与可分离式海床基的连接。

步骤（3）：整体组装准备。配重组装：使用科考船吊车将配重块吊装到甲板中部，然后将海床基吊装落到配重块上方；观测设备的安装：将浊度计（CTD-TU-DO-ORP）、甲烷传感器、高精度三轴加速度传感器、高精度压力计设置好观测参数后安装到可分离式海床基上；然后将第一声学多普勒流速剖面仪ADCP和第二浊度计设置好观测参数后，安装到第一浮子上，将第二声学多普勒流速剖面仪和第三浊度计设置好参数后，安装到第二浮子上，并在凯夫拉缆上按照前述距离绑好温度传感器，形成温度传感器链，最后绑定并连接玻璃浮球，完成潜标锚链系统的组装。

步骤（4）：设备的布放。确认观测设备正确设置，将科考船船艏调整为逆流方向，A架吊车按照潜标整体的顺序从上往下吊装入水，先吊装玻璃浮球入水，然后吊装第二浮子、第一浮子，最后吊装可分离式海床基和配重入水，船与整套潜标设备脱离，海床基和配重自由落体沉底。

步骤（5）：海床基与潜标链的分离。可分离式海床基和配重的分离是通过腐蚀螺栓在海水中的腐蚀实现：螺栓中的镁铁材料和碳钢材质的螺杆可与海水中形成原电池，加速腐蚀螺栓腐蚀断开，使得分离式海床基与卡位盘实现脱离。两者脱离后潜标部分与海床基部分不直接接触，凯夫拉缆的来回摆动不再对海床基稳定性产生影响，潜标链来回摆动的最大摆角可达到2α，而卡位盘的摆动在可分离式海床基内部也不受影响，其摆动幅度也可达2α；防倾倒支撑架、减震弹簧、支撑护架固定板、碳钢螺栓为碳钢材料的，一段时间后再海水中会腐蚀殆尽，镁铁合金材质的B型镁铁合金螺纹环和C型镁铁合金螺纹环将会快速腐蚀，这些可以保证海床基再回收之前可以抛弃弹性脚撑，减少不必要的配重甚至陷入沉积物无法回收。

步骤（6）:设备回收。回收时，船上甲板单元发出释放信号，海底声学释放器抛弃配重，而卡位盘的圆形不锈钢盘直径大于海床基下部钢圈的直径，因此可以带着海床基一起离开海底并上浮，玻璃浮球最后实现回收；读取设备数据，更换耗材，准备再次或下一观测地点布放。

本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：

1.本发明同时将海床基与潜标链结合在一套观测系统中，布放前两者结合为一体，布放完成后两部分又可以实现分离，保持相对独立，即潜标链部分的缆绳即使晃动也不会拖拽海床基部分。本设计结合了海床基与潜标观测观测系统的优点，并且一次布放便可完成作业，以较低的研发成本和作业风险，同时满足了海水垂向大剖面观测与海底面边界层的物理化学指标的观测需求。

2.在一套观测系统中，同时实现海水垂向大剖面观测与海底边界层观测，一次性布放，避免潜在同站点先后布放导致的设备损坏问题。避免了极端海况中潜标链对海床基的牵引晃动，为三轴加速度传感器和高精度海底压力计的工作提供了相对稳定的观测平台。

3. 本设计不仅结构简单，而且没有额外增加布放需要的船时，满足海床基与潜标的同时同地点布放的要求，并且降低了设备损坏风险，综合使用成本较低，是目前已有的海洋地质调查设备的重要补充。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为可分离式海床基结构示意图；

图3为海床基外部框架结构示意图；

图4为海床基框架A-A剖面图；

图5为潜标摆动范围效果图；

图6为腐蚀螺栓结构示意图；

图7为腐蚀螺栓整体剖面图；

图8为腐蚀螺栓部分结构示意图；

图9为卡位盘结构示意图；

图10为卡位盘俯视图；

图11为卡位盘仰视图；

图12为弹性脚撑剖面图；

图13为弹性脚撑B-B剖面图；

图14为防倾倒支撑架结构示意图；

图15为支撑腿端安装部剖面图；

图16为A型镁铁合金螺纹环结构示意图；

图17为B型镁铁合金螺纹环结构示意图；

图18为C型镁铁合金螺纹环结构示意图；

图19为第一浮子结构示意图；

图20为第一浮子正面图；

图21为第一浮子俯视图；

其中，图1至图3中附图标记与部件之间的对应关系为：

1-可分离式海床基，2-海床基上部钢圈，3-第一浊度计，4-甲烷传感器，5-高精度三轴加速度传感器，6-高精度压力计，7-海床基下部钢圈，8-腐蚀螺栓，9-支撑脚，10-弹性脚撑，11-防倾倒支撑护架，12-卡位盘，13-声学释放器， 14-配重，15-凯夫拉缆， 16-第一浮子，17-第二浮子，18-玻璃浮球，19-温度传感器，20-A型镁铁合金螺纹环，21-碳钢螺栓，22-不锈钢螺杆，23-圆形不锈钢盘，24-圆盘吊环，25-钢盘开孔，26-椭圆形不锈钢盘，27-固定肋板，28-B型镁铁合金螺纹环，29-弹簧套桶，30-C型镁铁合金螺纹环，31-减震弹簧，32-支撑护架固定板，33-碳钢螺栓，34-第一声学多普勒流速剖面仪，35-第二声学多普勒流速剖面仪，36-吊环，37-第二浊度计，38-第三浊度计。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合图1至图21对本发明的实施例的防倾倒柱状沉积物取样器进行具体说明。

如图1所示，本发明提出了一种可分离式全剖面潜标观测系统，包括潜标锚链系统和可分离式海床基1，潜标锚链系统包括凯夫拉缆15，凯夫拉缆15底端连接可分离式海床基1，凯夫拉缆15顶端安装玻璃浮球18，凯夫拉缆15自下至上依次安装第一浮子16和第二浮子17，可分离式海床基1与第一浮子16之间凯夫拉缆15长度为30m并每隔3m布放设置一个温度传感器19，第一浮子16和第二浮子17之间凯夫拉缆15长度为500m并每隔20m布放设置一个温度传感器19，第二浮子17和玻璃浮球18之间凯夫拉缆15长度为100m每隔20m布放设置一个温度传感器19；

如图2至图5所示，可分离式海床基1的主体框架为棱台型四脚架，可分离式海床基1分为上中下三部分，可分离式海床基1的上部上方焊接海床基上部钢圈2，可分离式海床基1的中部内部四角处顺时针依次安装浊度计3、甲烷传感器4、高精度三轴加速度传感器5和高精度压力计6，可分离式海床基1的下部固定焊接海床基下部钢圈7，海床基下部钢圈7直径小于海床基上部钢圈2，海床基下部钢圈7上对称焊接了4个腐蚀螺栓8，海床基下部钢圈7的下方通过腐蚀螺栓8连接卡位盘12，卡位盘12的内部固定安装两台并联的声学释放器13，卡位盘12的下方连接配重14，卡位盘12的上方固定安装圆盘吊环24，卡位盘12通过圆盘吊环24连接凯夫拉缆15，可分离式海床基1下部连接在4个支撑脚9上，支撑脚9底端安装弹性脚撑10，弹性脚撑10外侧安装防倾倒支撑护架11。

可分离式海床基1的主体框架的材质为316L不锈钢。

如图6至图8所示，腐蚀螺栓8由A型镁铁合金螺纹环20、碳钢螺栓21、不锈钢螺纹杆22的3个部件组成整体，A型镁铁合金螺纹环20的结构如图16所示，A型镁铁合金螺纹环内壁中间位置设有限位环，不锈钢螺纹杆22的顶端焊接在海床基下部钢圈7下部，碳钢螺栓21一端为螺母，另一端为螺纹，碳钢螺栓21的螺母端将卡位盘12穿孔固定连接在下部钢圈7下方，碳钢螺栓21的螺纹端和不锈钢螺纹杆22通过A型镁铁合金螺纹环20连接。

如图9至图11所示，卡位盘12的上部为圆形不锈钢盘23，圆形不锈钢盘23边缘加工相互对称的4个钢盘开孔25，钢盘开孔25的孔径大于腐蚀螺栓8的外径，钢盘开孔25的孔径可容腐蚀螺栓8的螺杆穿过，钢盘开孔25的位置和距离与腐蚀螺栓8对应，圆形不锈钢盘23中心设有两个挖孔贯穿并固定海底声学释放器13，圆形不锈钢盘23的直径大于海床基下部钢圈7的直径，卡位盘12的下部为椭圆形不锈钢盘26，椭圆形不锈钢盘26中心挖空同样用于贯穿并固定海底声学释放器13，圆形不锈钢盘23和椭圆形不锈钢盘26之间通过焊接8根固定肋板27加固，安装完成后该装置整体可以卡在海床基内部。

如图12至图15所示，弹性脚撑10有两个作用，一是为海床基的自由下落提供缓冲：支撑脚9端部螺纹连接B型锌铁合金螺纹环28，B型锌铁合金螺纹环28的结构如图17所示，B型锌铁合金螺纹环28的底部封闭，弹性脚撑10中心固定安装弹簧套桶29，弹簧套桶29顶端外壁设有螺纹，支撑脚9和B型锌铁合金螺纹环28通过开孔的C型镁铁合金螺纹环30贴合在弹簧套桶29中，C型镁铁合金螺纹环30的结构如图18所示，弹簧套桶29内部装有减震弹簧31。第二个作用是固定防倾倒支撑护架11，弹性脚撑10还固定安装有支撑护架固定板32，防倾倒支撑护架11的端部焊接开孔碳钢板，支撑护架固定板32通过碳钢螺栓33固定安装防倾倒支撑护架11端部的开孔碳钢板。

如图14所示，防倾倒支撑护架11呈90°圆弧形，材料为碳钢材。

如图19至图21所示，第一浮子16内部中心安装第二浊度计37，第一浮子16内部还安装两个第一声学多普勒流速剖面仪34，第一声学多普勒流速剖面仪34频率为1200kHz，第一浮子16上下两端固定安装吊环36。第二浮子17内部中心安装第三浊度计38，第二浮子17内部还安装两个第二声学多普勒流速剖面仪35，第二声学多普勒流速剖面仪35频率为75kHz，第二浮子17上下两端固定安装吊环36。第一浮子16和第二浮子17结构设计相同，主体框架为不锈钢，用来测海水剖面流速，其中一个换能器方向向上，另一个换能器方向向下，可以观测近海底界面层海水流速的高精度剖面。

一种可分离式全剖面潜标观测系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（1）：弹性支撑脚的组装。首先组装海床基的弹性脚撑，将减震弹簧31放入弹簧套桶29中，将防倾倒支撑护架11开孔一段安装到支撑护架固定板32上，使用碳钢螺栓33连接紧固；使用科考船的吊车起吊可分离式海床基1，在可分离式海床基1悬停期间，将C型镁铁合金螺纹环30穿过支撑脚9，带螺纹的开口向下，然后将B型镁铁合金螺纹环28旋入海床基支撑脚9端部，拧紧，完成后的相对位置见图13；另防倾倒支撑护架11朝向可分离式海床基1外侧，抬起弹性脚撑10，将其弹簧套筒29套进支撑脚9端部，并将C型镁铁合金螺纹环30与弹簧套筒29顶端螺纹对接拧紧，减震弹簧31便可封装在弹簧套筒29内部；吊车将可分离式海床基1落在甲板，完成可分离式海床基1弹性脚支撑的安装。

步骤（2）：卡位盘12的安装。调试好声学释放器13后，将2台声学释放器13从卡位盘12上部的圆形不锈钢盘23中间的开孔向下放置进入椭圆形不锈钢盘26中间的开孔，并声学释放器13卡紧固定。将A型镁铁合金螺纹环20一端旋入不锈钢螺杆22上，其中不锈钢螺杆22另一端是已经焊接在海床基下部钢圈7上的，4个不锈钢螺杆22位置对称焊接。上抬卡位盘12，将腐蚀螺栓8的碳钢螺栓21部分从卡位盘12的钢盘开孔25底部插入，固定螺母头在下部，使用工具将螺纹头的一端旋入A型镁铁合金螺纹环20另一端，4个螺栓安装完成，通过腐蚀螺栓8的固定，完成了卡位盘12与可分离式海床基1的连接。

步骤（3）：整体组装准备。配重组装：使用科考船吊车将配重块14吊装到甲板中部，然后将海床基吊装落到配重块14上方；观测设备的安装：将浊度计3（CTD-TU-DO-ORP）、甲烷传感器4、高精度三轴加速度传感器5、高精度压力计6设置好观测参数后安装到可分离式海床基1上；然后将第一声学多普勒流速剖面仪34ADCP和第二浊度计37设置好观测参数后，安装到第一浮子16上，将第二声学多普勒流速剖面仪35和第三浊度计38设置好参数后，安装到第二浮子17上，并在凯夫拉缆15上按照前述距离绑好温度传感器19，形成温度传感器链,最后绑定并连接玻璃浮球18，完成潜标锚链系统的组装。

步骤（4）：设备的布放。确认观测设备正确设置，将科考船船艏调整为逆流方向，A架吊车按照潜标整体的顺序从上往下吊装入水，先吊装玻璃浮球18入水，然后吊装第二浮子16、第一浮子17，最后吊装可分离式海床基1和配重入水，船与整套潜标设备脱离，海床基1和配重自由落体沉底。

步骤（5）：海床基与潜标链的分离。可分离式海床基1和配重的分离是通过腐蚀螺栓8在海水中的腐蚀实现：螺栓中的镁铁材料和碳钢材质的螺杆可与海水中形成原电池，加速腐蚀螺栓8腐蚀断开，使得可分离式海床基1与卡位盘12实现脱离。两者脱离后潜标部分与海床基部分不直接接触，而且位置可如图5所示；凯夫拉缆15的来回摆动不再对海床基稳定性产生影响，潜标链来回摆动的最大摆角可达到2α，见图5，而卡位盘12的摆动在可分离式海床基1内部也不受影响，其摆动幅度也可达2α；防倾倒支撑架11、减震弹簧31、支撑护架固定板32、碳钢螺栓33为碳钢材料的，一段时间后再海水中会腐蚀殆尽，镁铁合金材质的B型镁铁合金螺纹环28和C型镁铁合金螺纹环30将会加速腐蚀，这些可以保证海床基再回收之前可以抛弃弹性脚撑10，减少不必要的配重甚至陷入沉积物无法回收。

摆动角度α的计算：

α：潜标凯夫拉缆单方向最大摆动角度α，

H:海床基下部钢圈7至配重底部（海底）的高度，

h:配重14的最大高度（配重14与卡位盘12连接点至配重14底部高度）

Φ₁：海床基下部钢圈7直径。

步骤（6）:设备回收。回收时，船上甲板单元发出释放信号，海底声学释放器13抛弃配重14，而卡位盘12的圆形不锈钢盘23直径大于海床基下部钢圈7的直径，因此可以带着海床基一起离开海底并上浮，玻璃浮球18最后实现回收；读取设备数据，更换耗材，准备再次或下一观测地点布放。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可分离式全剖面潜标观测系统，包括潜标锚链系统和可分离式海床基（1），其特征在于，所述潜标锚链系统包括凯夫拉缆（15），凯夫拉缆（15）底端连接可分离式海床基（1），凯夫拉缆（15）顶端安装玻璃浮球（18），凯夫拉缆（15）自下至上依次安装第一浮子（16）和第二浮子（17），可分离式海床基（1）与第一浮子（16）之间凯夫拉缆（15）长度为30m并每隔3m布放设置一个温度传感器（19），第一浮子（16）和第二浮子（17）之间凯夫拉缆（15）长度为500m并每隔20m布放设置一个温度传感器（19），第二浮子（17）和玻璃浮球（18）之间凯夫拉缆（15）长度为100m每隔20m布放设置一个温度传感器（19）；

所述可分离式海床基（1）的主体框架为棱台型四脚架，可分离式海床基（1）分为上中下三部分，可分离式海床基（1）的上部上方焊接海床基上部钢圈（2），可分离式海床基（1）的中部内部四角处顺时针依次安装浊度计（3）、甲烷传感器（4）、高精度三轴加速度传感器（5）和高精度压力计（6），可分离式海床基（1）的下部固定焊接海床基下部钢圈（7），海床基下部钢圈（7）直径小于海床基上部钢圈（2）,海床基下部钢圈（7）上对称焊接了4个腐蚀螺栓（8），海床基下部钢圈（7）的下方通过腐蚀螺栓（8）连接卡位盘（12），卡位盘（12）的内部固定安装两台并联的声学释放器（13），卡位盘（12）的下方连接配重（14），卡位盘（12）的上方固定安装圆盘吊环（24），卡位盘（12）通过圆盘吊环（24）连接凯夫拉缆（15），可分离式海床基（1）下部连接在4个支撑脚（9）上，支撑脚（9）底端安装弹性脚撑（10），弹性脚撑（10）外侧安装防倾倒支撑护架（11）。

2.根据权利要求1所述的一种可分离式全剖面潜标观测系统，其特征在于，所述可分离式海床基（1）的主体框架的材质为316L不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种可分离式全剖面潜标观测系统，其特征在于，所述腐蚀螺栓（8）由A型镁铁合金螺纹环（20）、碳钢螺栓（21）、不锈钢螺纹杆（22）3个部件组成整体，A型镁铁合金螺纹环（20）内壁中间位置设有限位环，不锈钢螺纹杆（22）的顶端焊接在海床基下部钢圈（7）下部，碳钢螺栓（21）一端为固定螺母，另一端为螺纹，碳钢螺栓（21）的螺母端将卡位盘（12）穿孔固定连接在下部钢圈（7）下方，碳钢螺栓（21）的螺纹端和不锈钢螺纹杆（22）通过A型镁铁合金螺纹环（20）连接。

4.根据权利要求1所述的一种可分离式全剖面潜标观测系统，其特征在于，所述卡位盘（12）的上部为圆形不锈钢盘（23），圆形不锈钢盘（23）边缘加工相互对称的4个钢盘开孔（25），钢盘开孔（25）的孔径大于腐蚀螺栓（8）的外径，钢盘开孔（25）的位置和距离与腐蚀螺栓（8）对应，圆形不锈钢盘（23）中心设有两个挖孔贯穿并固定海底声学释放器（13），圆形不锈钢盘（23）的直径大于海床基下部钢圈（7）的直径，卡位盘（12）的下部为椭圆形不锈钢盘（26），椭圆形不锈钢盘（26）中心挖空同样用于贯穿并固定海底声学释放器（13），圆形不锈钢盘（23）和椭圆形不锈钢盘（26）之间通过焊接8根固定肋板（27）加固。

5.根据权利要求1所述的一种可分离式全剖面潜标观测系统，其特征在于，所述支撑脚（9）端部螺纹连接B型锌铁合金螺纹环（28），B型锌铁合金螺纹环（28）的底部封闭，弹性脚撑（10）中心固定安装弹簧套桶（29），弹簧套桶（29）顶端外壁设有螺纹，支撑脚（9）和B型锌铁合金螺纹环（28）通过开孔的C型镁铁合金螺纹环（30）贴合在弹簧套桶（29）中，弹簧套桶（29）内部装有减震弹簧（31），弹性脚撑（10）还固定安装有支撑护架固定板（32），防倾倒支撑护架（11）的端部焊接开孔碳钢板，支撑护架固定板（32）通过碳钢螺栓（33）固定安装防倾倒支撑护架（11）端部的开孔碳钢板。

6.根据权利要求1或5所述的一种可分离式全剖面潜标观测系统，其特征在于，所述防倾倒支撑护架（11）呈90°圆弧形，材料为碳钢材。

7.根据权利要求1所述的一种可分离式全剖面潜标观测系统，其特征在于，所述第一浮子（16）内部中心安装第二浊度计（37），第一浮子（16）内部还安装两个第一声学多普勒流速剖面仪（34），一个向上一个向下，第一声学多普勒流速剖面仪（34）频率为1200kHz，第一浮子（16）上下两端固定安装吊环（36）。

8.根据权利要求1所述的一种可分离式全剖面潜标观测系统，其特征在于，所述第二浮子（17）内部中心安装第三浊度计（38），第二浮子（17）内部还安装两个第二声学多普勒流速剖面仪（35），一个向上一个向下，第二声学多普勒流速剖面仪（35）频率为75kHz，第二浮子（17）上下两端固定安装吊环（36）。

9.如权利要求1-8所述的一种可分离式全剖面潜标观测系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（1）：弹性支撑脚的组装；首先组装海床基的弹性脚撑，将减震弹簧（31）放入弹簧套桶（29）中，将防倾倒支撑护架（11）开孔一段安装到支撑护架固定板（32）上，使用碳钢螺栓（33）连接紧固；使用科考船的吊车起吊可分离式海床基（1），在可分离式海床基（1）悬停期间，将C型镁铁合金螺纹环（30）穿过支撑脚（9），带螺纹的开口向下，然后将B型镁铁合金螺纹环（28）旋入海床基支撑脚（9）端部，拧紧；另防倾倒支撑护架（11）朝向可分离式海床基（1）外侧，抬起弹性脚撑（10），将其弹簧套筒（29）套进支撑脚（9）端部，并将C型镁铁合金螺纹环（30）与弹簧套筒（29）顶端螺纹对接拧紧；吊车将可分离式海床基（1）落在甲板，完成可分离式海床基（1）弹性脚支撑的安装；

步骤（2）：卡位盘（12）的安装；调试好声学释放器（13）后，将2台声学释放器（13）从卡位盘（12）上部的圆形不锈钢盘（23）中间的开孔向下放置进入椭圆形不锈钢盘（26）中间的开孔，并声学释放器（13）卡紧固定；将A型镁铁合金螺纹环（20）一端旋入不锈钢螺杆（22）上，其中不锈钢螺杆（22）另一端是已经焊接在海床基下部钢圈（7）上的，4个不锈钢螺杆（22）位置对称焊接；上抬卡位盘（12），将腐蚀螺栓（8）的碳钢螺栓（21）部分从卡位盘（12）的钢盘开孔（25）底部插入，固定螺母头在下部，使用工具将螺纹头的一端旋入A型镁铁合金螺纹环（20），4个螺栓安装完成，通过安装腐蚀螺栓（8），完成了卡位盘（12）与可分离式海床基（1）的连接；

步骤（3）：整体组装准备；配重组装：使用科考船吊车将配重块（14）吊装到甲板中部，然后将海床基吊装落到配重块（14）上方；观测设备的安装：将浊度计（3）（CTD-TU-DO-ORP）、甲烷传感器（4）、高精度三轴加速度传感器（5）、高精度压力计（6）设置好观测参数后安装到可分离式海床基（1）上；然后将第一声学多普勒流速剖面仪（34）ADCP和第二浊度计（37）设置好观测参数后，安装到第一浮子（16）上，将第二声学多普勒流速剖面仪（35）和第三浊度计（38）设置好参数后，安装到第二浮子（17）上，并在凯夫拉缆（15）上按照前述距离绑好温度传感器(19)，形成温度传感器链,最后绑定并连接玻璃浮球(18)，完成潜标锚链系统的组装；

步骤（4）：设备的布放；确认观测设备正确设置，将科考船船艏调整为逆流方向，A架吊车按照潜标整体的顺序从上往下吊装入水，先吊装玻璃浮球18入水，然后吊装第二浮子（16）、第一浮子（17），最后吊装可分离式海床基（1）和配重入水，船与整套潜标设备脱离，海床基和配重自由落体沉底；

步骤（5）：海床基与潜标链的分离；可分离式海床基（1）和配重（14）的分离是通过腐蚀螺栓（8）在海水中的腐蚀实现：螺栓中的镁铁材料和碳钢材质的螺杆可海海水中形成原电池，加速腐蚀螺栓（8）腐蚀断开，使得可分离式海床基（1）与卡位盘（12）实现脱离；两者脱离后潜标部分与海床基部分不直接接触，凯夫拉缆（15）的来回摆动不再对海床基稳定性产生影响，潜标链来回摆动的最大摆角可达到2α，而卡位盘（12）的摆动在可分离式海床基（1）内部也不受影响，其摆动幅度也可达2α；防倾倒支撑架（11）、减震弹簧（31）、支撑护架固定板（32）、碳钢螺栓（33）为碳钢材料的，一段时间后再海水中会腐蚀殆尽，镁铁合金材质的B型镁铁合金螺纹环（28）和C型镁铁合金螺纹环（30）将会加速腐蚀，这些可以保证海床基再回收之前可以抛弃弹性脚撑（10），减少不必要的配重甚至陷入沉积物无法回收；

步骤（6）:设备回收；回收时，船上甲板单元发出释放信号，海底声学释放器（13）抛弃配重（14），而卡位盘（12）的圆形不锈钢盘（23）直径大于海床基下部钢圈（7）的直径，因此可以带着海床基一起离开海底并上浮，玻璃浮球（18）最后实现回收；读取设备数据，更换耗材，准备再次或下一观测地点布放。

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