一種海底熱流長期觀測的數(shù)據(jù)采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海底探測方法，具體涉及一種海底熱流長期觀測的數(shù)據(jù)采集方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大地?zé)崃魇堑厍騼?nèi)部熱過程在海底的直接顯示，不僅是了解地球熱散失速率的關(guān)鍵參數(shù)，而且是開展地球動力學(xué)研宄與重建沉積盆地演化、油氣與水合物資源潛力評價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此研發(fā)設(shè)備開展海底熱流測量具有國家戰(zhàn)略意義。
[0003]海底熱流可以通過鉆孔測溫和海底熱流探針進(jìn)行測量。由于石油鉆孔和大洋鉆探鉆孔分布區(qū)域有限，而海底熱流探針便于船載，作業(yè)相對靈活，費(fèi)用較低，且可根據(jù)實(shí)際科學(xué)問題和感興趣海域進(jìn)行精細(xì)測量，因此海底熱流探針是獲取海洋熱流數(shù)據(jù)的重要手段。在20世紀(jì)50年代，研宄學(xué)者利用設(shè)計(jì)的地?zé)崽结樤诒贝笪餮蠛Ｓ虺晒Φ剡M(jìn)行了熱流探測，開辟了海底熱流調(diào)查的時(shí)代。隨著熱工測量理論的完善及其技術(shù)方法的進(jìn)步，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)與存儲技術(shù)的進(jìn)步和普及應(yīng)用，經(jīng)過近半個多世紀(jì)的發(fā)展，海底熱流探針探測技術(shù)也得到迅速發(fā)展，成為獲取海洋熱流數(shù)據(jù)的重要手段。
[0004]現(xiàn)有的海底熱流探測研宄區(qū)域中，包括卡羅林海脊區(qū)在內(nèi)的水深在1200米以內(nèi)的海域并不少，且這一區(qū)域通常也是非常重要的構(gòu)造區(qū)域。這些構(gòu)造帶(孕震帶)的物理、化學(xué)過程都依賴于其內(nèi)部溫度分布。因此，獲取這些構(gòu)造帶的熱結(jié)構(gòu)信息是非常重要的。而海底熱流又是獲取構(gòu)造帶熱結(jié)構(gòu)非常重要的約束條件。因此有必要對該類區(qū)域進(jìn)行海底熱流方面的深入探測。但是，在這些海域，其底水溫度往往出現(xiàn)較大的周期性波動，導(dǎo)致海底表層沉積物溫度也受到周期性影響，使得同一站位不同時(shí)間測量的地溫梯度出現(xiàn)明顯變化，無法真正反映該站位的熱狀態(tài)，因此利用常規(guī)的海底熱流探針(Ewing型和Lister型探針)在底水溫度波動較大的海域很難獲取可靠的海底熱流。
[0005]鑒于常規(guī)海底熱流探針在底水溫度波動較大海域測量的局限性，有必要研發(fā)一種可實(shí)現(xiàn)對海底熱流進(jìn)行長期觀測和數(shù)據(jù)采集的方法，以有效消除底水溫度變化的影響，獲取可靠的海底熱流數(shù)據(jù)，與使用常規(guī)熱流探針的數(shù)據(jù)采集方法形成良好的互補(bǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種海底熱流長期觀測的數(shù)據(jù)采集方法，以期能夠在海底熱流探測過程中實(shí)現(xiàn)長期的海底熱流數(shù)據(jù)采集，獲取的海底長期溫度觀測數(shù)據(jù)能夠消除底水溫度波動對沉積物表層溫度影響。
[0007]本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種海底熱流長期觀測的數(shù)據(jù)采集方法，包括以下步驟:
[0009]第一步:在待觀測海域，利用重力取樣器采集樣品進(jìn)行底質(zhì)分析，確定海底熱流長期觀測基站投放站位；同時(shí)在重力取樣器管外安裝有表層探針，獲取海底表層沉積物的原位熱物性參數(shù)，并測量采集的沉積物樣品熱導(dǎo)率，以計(jì)算熱流；
[0010]第二步:將海底熱流長期觀測基站用浮力纜繩分別連接大噸位的第一聲學(xué)釋放器51和第二聲學(xué)釋放器52 ;第一聲學(xué)釋放器51和第二聲學(xué)釋放器52均通過連接到一地質(zhì)絞車鋼纜7的末端；然后在第一步確定的投放站位通過地質(zhì)絞車將海底熱流長期觀測基站和第一聲學(xué)釋放器51、第二聲學(xué)釋放器52投放到海水中，投放過程中通過第一聲學(xué)釋放器51和第二聲學(xué)釋放器52實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備離底情況，當(dāng)離底18?22m時(shí)停留5_10分鐘，等待海底熱流長期觀測基站達(dá)到垂直，同時(shí)測量溫度數(shù)據(jù)用于各測溫通道之間的相對溫差校正，然后再通過甲板控制單元給第一聲學(xué)釋放器51發(fā)送釋放命令，讓海底熱流長期觀測基站自由下落并豎直的插入海底沉積物；
[0011]所述的海底熱流長期觀測基站包括回收單元1、拋棄單元2和電纜斬?cái)鄼C(jī)構(gòu)3 ;其中，回收單元I設(shè)有回收支架，回收支架內(nèi)部盛放有2個小噸位的第三聲學(xué)釋放器13，第三聲學(xué)釋放器13底部設(shè)有可閉合掛鉤131，回收支架還載有至少6個浮球14 ;拋棄單元2設(shè)有拋棄支架，拋棄支架下方固定連接熱流探針24，拋棄支架內(nèi)帶有配重塊28 ;回收單元I和拋棄單元2通過兩端連接第三聲學(xué)釋放器13底部的可閉合掛鉤131的鋼絲繩4固定在一起；電纜斬?cái)鄼C(jī)構(gòu)3固定于回收單元I的回收支架底部并通過活動掛鉤連接鋼絲繩4，電纜O從拋棄單元2出發(fā)后進(jìn)入電纜斬?cái)鄼C(jī)構(gòu)3，再從電纜斬?cái)鄼C(jī)構(gòu)3穿出后連接回收單元I的浮球14 ;通過鋼絲繩4從張緊到松弛的變化啟動電纜斬?cái)鄼C(jī)構(gòu)3斬?cái)嚯娎|O ;
[0012]第三步:所述的海底熱流長期觀測基站插入海底沉積物9到底后，該海底熱流長期觀測基站通過其自帶的第三聲學(xué)釋放器13將其到底后的參數(shù)發(fā)回甲板控制單元8，根據(jù)發(fā)回參數(shù)調(diào)整海底熱流長期觀測基站，直到確定海底熱流長期觀測基站到底后的傾斜角度〈10°且前端溫度探針明顯感應(yīng)到摩擦熱和地溫效應(yīng)，然后給第二聲學(xué)釋放器52發(fā)送釋放命令，將海底熱流長期觀測基站留在海底，回收地質(zhì)絞車鋼纜7，將第一聲學(xué)釋放器51和第二聲學(xué)釋放器52收回；
[0013]第四步:所述的海底熱流長期觀測基站留在海底進(jìn)行觀測(持續(xù)三個月左右)后，在第一步所述的投放站位附近，通過甲板控制單元8給海底熱流長期觀測基站自帶的第三聲學(xué)釋放器13發(fā)送釋放命令，使第三聲學(xué)釋放器13打開其底部的可閉合掛鉤131，與其連接的鋼絲繩4脫落，從張緊變?yōu)樗沙跔顟B(tài)，從而啟動電纜斬?cái)鄼C(jī)構(gòu)3斬?cái)嚯娎|0，斷開所有連接的回收單元I和拋棄單元2憑借浮球14和配重塊28完成徹底分離，分離后的回收單元I上浮至海面被回收，完成海底熱流長期觀測的數(shù)據(jù)采集。
[0014]本發(fā)明所述的海底熱流長期觀測數(shù)據(jù)采集方法中，第一聲學(xué)釋放器51和第二聲學(xué)釋放器52分別通過第一浮力纜繩61和第二浮力纜繩62與海底熱流長期觀測基站連接，其中，第一浮力纜繩61和第二浮力纜繩62的長度比為1:20?30，優(yōu)選1:25。
[0015]本發(fā)明所述的海底熱流長期觀測數(shù)據(jù)采集方法中，所述的回收支架包括縱向的中心架11，以及圍繞中心架11在水平方向分兩層設(shè)置的水平架12 ;所述的中心架11由縱向的四方棱柱體框架111和從四方棱柱體框架內(nèi)部1/2高度處向上延伸出來的一垂直立板112構(gòu)成；所述的垂直立板112與四方棱柱體框架111之間固定連接；所述的四方棱柱體框架111內(nèi)部盛放有2個第三聲學(xué)釋放器13，分別懸掛于所述的垂直立板112兩側(cè)，所述的第三聲學(xué)釋放器13底部設(shè)有可閉合掛鉤131，由第三聲學(xué)釋放器13內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)帶動其開閉；所述的中心架11周圍設(shè)有至少6個浮球14，由所述的兩層水平架12支撐；
[0016]所述的拋棄支架包括一頂部表面為正方形的支撐框架21、處于支撐框架21頂部表面上的連接框架22、處于支撐框架21頂部表面下方的熱流探針固定裝置23、以及通過熱流探針固定裝置23固定于所述支撐框架21下方的熱流探針24 ;所述的連接框架22與所述支撐框架21之間固定連接，所述的支撐框架21與熱流探針固定裝置23之間固定連接；所述的連接框架22內(nèi)部設(shè)有2個對稱平行分布的鋼絲繩張緊部件25 ；
[0017]所述拋棄單元2的連接框架22頂部表面與所述回收單元I的四方棱柱體框架111底部表面相吻合接觸；所述的鋼絲繩4穿過連接框架22內(nèi)部的兩個鋼絲繩張緊部件25，兩端分別上行跨過連接框架22和四方棱柱體框架111相接觸結(jié)構(gòu)的外邊緣，最終呈環(huán)狀與所述第三聲學(xué)釋放器13底部的可閉合掛鉤131相鉤連；拋棄支架內(nèi)帶有配重塊28 ;所述的電纜斬?cái)鄼C(jī)構(gòu)3位于所述拋棄單元2的連接框架22和回收單元I的四方棱柱體框架111相接觸后形成的空間內(nèi)。
[0018]所述的電纜斬?cái)鄼C(jī)構(gòu)3進(jìn)一步優(yōu)選以下兩種具體結(jié)構(gòu)中的任意一種:
[0019]結(jié)構(gòu)A，其包括:
[0020]電纜壓板32A，所述電纜壓板32A的下表面開設(shè)有一用于與刀片312A配合的第一凹槽321A和一用于嵌入電纜的第二凹槽322A，所述第一凹槽321A和第二凹槽322A相互垂直且組成十字形結(jié)構(gòu)，所述第一凹槽321A的深度大于第二凹槽322A的深度；所述第二凹槽322A貫穿其所在電纜壓板32A的兩端；
[0021]刀片盒31A，所述刀片盒31A的頂部伸入第一凹槽321A內(nèi)與電纜壓板32A固定連接，并且在該刀片盒31A與第一凹槽321A走向平行的其中一側(cè)面上開設(shè)有一縱向延伸的通孔311A，所述刀片盒31A內(nèi)設(shè)有刀片312A，該刀片312A的刀刃朝上正對第一凹槽321A，且該刀片其中一側(cè)面上設(shè)有凸起的回位裝置3121A，所述回位裝置3121A通過通孔311A向刀片盒31A的外部凸出，并可在通孔311A內(nèi)上下滑動，所述刀片312A兩側(cè)面的下部設(shè)有凹陷式卡槽；所述刀片盒31A內(nèi)并設(shè)有一上方開口的托架314A和壓縮彈簧313A，所述壓縮彈簧313A的一端穿過該開口與托架314A固定連接，其另一端與刀片312A固定連接，該壓縮彈簧313A完全釋放后足以使刀片312A到達(dá)第一凹槽321A內(nèi)對電纜進(jìn)行切割；所述托架314A的下方和外圍設(shè)有一彈射控制單元；
[0022]所述彈射控制單元包括一對轉(zhuǎn)動桿315A、一對支撐板316A以及一扭簧317A，該一對轉(zhuǎn)動桿對所述托架及其內(nèi)部的壓縮彈簧313A形成包圍，每個轉(zhuǎn)動桿315A均由頂部可嵌入所述凹陷式卡槽內(nèi)的卡塊3151A以及與所述卡塊3151A固定連接的倒L型省力杠桿構(gòu)成，所述倒L型省力杠桿于折點(diǎn)位置通過一固定桿固定于刀片盒31A內(nèi)側(cè)面并以該固定桿為軸作整體轉(zhuǎn)動；該一對支撐板316A分別固定于扭簧317A的兩個末端扭轉(zhuǎn)臂上，并于各自的遠(yuǎn)端與所述倒L型省力杠桿底部形成轉(zhuǎn)動連接；
[0023]掛鉤33A，所述掛鉤33A與通過鋼絲繩連接扭簧317A的中部。
[0024]或者，
[0025]結(jié)構(gòu)B，其包括:
[0026]電纜壓板32B，所述電纜壓板32B的下表面開設(shè)有一用于與刀片312B配合的第一凹槽321B和一用于嵌入電纜的第二凹槽322B，所述第一凹槽321B和第二凹槽322B相互垂直且組成十字形結(jié)構(gòu)，所述第一凹槽321B的深度大于第二凹槽322B的深度；
[0027]刀片盒31B，所述刀片盒31B頂部的長度方向與第一凹槽321B平行且與電纜壓板32B固定連接，并且在該刀片盒31B與第一凹槽321B走向平行的其中一側(cè)面上開設(shè)有一縱向延伸的通孔311B，所述刀片盒31B內(nèi)設(shè)有刀片312B，該刀片312B的刀刃朝上正對第一凹槽321B，且該刀片312B其中一側(cè)面上設(shè)有凸起的回位裝置3121B，所述回位裝置3121B通過通孔311B向刀片盒31B的外部凸出，并可在