一种海底热流长期观测的数据采集方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海底探测方法，具体涉及一种海底热流长期观测的数据采集方法。
【背景技术】
[0002]大地热流是地球内部热过程在海底的直接显示，不仅是了解地球热散失速率的关键参数，而且是开展地球动力学研宄与重建沉积盆地演化、油气与水合物资源潜力评价的基础数据。因此研发设备开展海底热流测量具有国家战略意义。
[0003]海底热流可以通过钻孔测温和海底热流探针进行测量。由于石油钻孔和大洋钻探钻孔分布区域有限，而海底热流探针便于船载，作业相对灵活，费用较低，且可根据实际科学问题和感兴趣海域进行精细测量，因此海底热流探针是获取海洋热流数据的重要手段。在20世纪50年代，研宄学者利用设计的地热探针在北大西洋海域成功地进行了热流探测，开辟了海底热流调查的时代。随着热工测量理论的完善及其技术方法的进步，以及计算机技术和大规模集成电路技术与存储技术的进步和普及应用，经过近半个多世纪的发展，海底热流探针探测技术也得到迅速发展，成为获取海洋热流数据的重要手段。
[0004]现有的海底热流探测研宄区域中，包括卡罗林海脊区在内的水深在1200米以内的海域并不少，且这一区域通常也是非常重要的构造区域。这些构造带(孕震带)的物理、化学过程都依赖于其内部温度分布。因此，获取这些构造带的热结构信息是非常重要的。而海底热流又是获取构造带热结构非常重要的约束条件。因此有必要对该类区域进行海底热流方面的深入探测。但是，在这些海域，其底水温度往往出现较大的周期性波动，导致海底表层沉积物温度也受到周期性影响，使得同一站位不同时间测量的地温梯度出现明显变化，无法真正反映该站位的热状态，因此利用常规的海底热流探针(Ewing型和Lister型探针)在底水温度波动较大的海域很难获取可靠的海底热流。
[0005]鉴于常规海底热流探针在底水温度波动较大海域测量的局限性，有必要研发一种可实现对海底热流进行长期观测和数据采集的方法，以有效消除底水温度变化的影响，获取可靠的海底热流数据，与使用常规热流探针的数据采集方法形成良好的互补。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种海底热流长期观测的数据采集方法，以期能够在海底热流探测过程中实现长期的海底热流数据采集，获取的海底长期温度观测数据能够消除底水温度波动对沉积物表层温度影响。
[0007]本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种海底热流长期观测的数据采集方法，包括以下步骤:
[0009]第一步:在待观测海域，利用重力取样器采集样品进行底质分析，确定海底热流长期观测基站投放站位；同时在重力取样器管外安装有表层探针，获取海底表层沉积物的原位热物性参数，并测量采集的沉积物样品热导率，以计算热流；
[0010]第二步:将海底热流长期观测基站用浮力缆绳分别连接大吨位的第一声学释放器51和第二声学释放器52 ;第一声学释放器51和第二声学释放器52均通过连接到一地质绞车钢缆7的末端；然后在第一步确定的投放站位通过地质绞车将海底热流长期观测基站和第一声学释放器51、第二声学释放器52投放到海水中，投放过程中通过第一声学释放器51和第二声学释放器52实时监控设备离底情况，当离底18?22m时停留5_10分钟，等待海底热流长期观测基站达到垂直，同时测量温度数据用于各测温通道之间的相对温差校正，然后再通过甲板控制单元给第一声学释放器51发送释放命令，让海底热流长期观测基站自由下落并竖直的插入海底沉积物；
[0011]所述的海底热流长期观测基站包括回收单元1、抛弃单元2和电缆斩断机构3 ;其中，回收单元I设有回收支架，回收支架内部盛放有2个小吨位的第三声学释放器13，第三声学释放器13底部设有可闭合挂钩131，回收支架还载有至少6个浮球14 ;抛弃单元2设有抛弃支架，抛弃支架下方固定连接热流探针24，抛弃支架内带有配重块28 ;回收单元I和抛弃单元2通过两端连接第三声学释放器13底部的可闭合挂钩131的钢丝绳4固定在一起；电缆斩断机构3固定于回收单元I的回收支架底部并通过活动挂钩连接钢丝绳4，电缆O从抛弃单元2出发后进入电缆斩断机构3，再从电缆斩断机构3穿出后连接回收单元I的浮球14 ;通过钢丝绳4从张紧到松弛的变化启动电缆斩断机构3斩断电缆O ;
[0012]第三步:所述的海底热流长期观测基站插入海底沉积物9到底后，该海底热流长期观测基站通过其自带的第三声学释放器13将其到底后的参数发回甲板控制单元8，根据发回参数调整海底热流长期观测基站，直到确定海底热流长期观测基站到底后的倾斜角度〈10°且前端温度探针明显感应到摩擦热和地温效应，然后给第二声学释放器52发送释放命令，将海底热流长期观测基站留在海底，回收地质绞车钢缆7，将第一声学释放器51和第二声学释放器52收回；
[0013]第四步:所述的海底热流长期观测基站留在海底进行观测(持续三个月左右)后，在第一步所述的投放站位附近，通过甲板控制单元8给海底热流长期观测基站自带的第三声学释放器13发送释放命令，使第三声学释放器13打开其底部的可闭合挂钩131，与其连接的钢丝绳4脱落，从张紧变为松弛状态，从而启动电缆斩断机构3斩断电缆0，断开所有连接的回收单元I和抛弃单元2凭借浮球14和配重块28完成彻底分离，分离后的回收单元I上浮至海面被回收，完成海底热流长期观测的数据采集。
[0014]本发明所述的海底热流长期观测数据采集方法中，第一声学释放器51和第二声学释放器52分别通过第一浮力缆绳61和第二浮力缆绳62与海底热流长期观测基站连接，其中，第一浮力缆绳61和第二浮力缆绳62的长度比为1:20?30，优选1:25。
[0015]本发明所述的海底热流长期观测数据采集方法中，所述的回收支架包括纵向的中心架11，以及围绕中心架11在水平方向分两层设置的水平架12 ;所述的中心架11由纵向的四方棱柱体框架111和从四方棱柱体框架内部1/2高度处向上延伸出来的一垂直立板112构成；所述的垂直立板112与四方棱柱体框架111之间固定连接；所述的四方棱柱体框架111内部盛放有2个第三声学释放器13，分别悬挂于所述的垂直立板112两侧，所述的第三声学释放器13底部设有可闭合挂钩131，由第三声学释放器13内部的步进电机带动其开闭；所述的中心架11周围设有至少6个浮球14，由所述的两层水平架12支撑；
[0016]所述的抛弃支架包括一顶部表面为正方形的支撑框架21、处于支撑框架21顶部表面上的连接框架22、处于支撑框架21顶部表面下方的热流探针固定装置23、以及通过热流探针固定装置23固定于所述支撑框架21下方的热流探针24 ;所述的连接框架22与所述支撑框架21之间固定连接，所述的支撑框架21与热流探针固定装置23之间固定连接；所述的连接框架22内部设有2个对称平行分布的钢丝绳张紧部件25 ；
[0017]所述抛弃单元2的连接框架22顶部表面与所述回收单元I的四方棱柱体框架111底部表面相吻合接触；所述的钢丝绳4穿过连接框架22内部的两个钢丝绳张紧部件25，两端分别上行跨过连接框架22和四方棱柱体框架111相接触结构的外边缘，最终呈环状与所述第三声学释放器13底部的可闭合挂钩131相钩连；抛弃支架内带有配重块28 ;所述的电缆斩断机构3位于所述抛弃单元2的连接框架22和回收单元I的四方棱柱体框架111相接触后形成的空间内。
[0018]所述的电缆斩断机构3进一步优选以下两种具体结构中的任意一种:
[0019]结构A，其包括:
[0020]电缆压板32A，所述电缆压板32A的下表面开设有一用于与刀片312A配合的第一凹槽321A和一用于嵌入电缆的第二凹槽322A，所述第一凹槽321A和第二凹槽322A相互垂直且组成十字形结构，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贯穿其所在电缆压板32A的两端；
[0021]刀片盒31A，所述刀片盒31A的顶部伸入第一凹槽321A内与电缆压板32A固定连接，并且在该刀片盒31A与第一凹槽321A走向平行的其中一侧面上开设有一纵向延伸的通孔311A，所述刀片盒31A内设有刀片312A，该刀片312A的刀刃朝上正对第一凹槽321A，且该刀片其中一侧面上设有凸起的回位装置3121A，所述回位装置3121A通过通孔311A向刀片盒31A的外部凸出，并可在通孔311A内上下滑动，所述刀片312A两侧面的下部设有凹陷式卡槽；所述刀片盒31A内并设有一上方开口的托架314A和压缩弹簧313A，所述压缩弹簧313A的一端穿过该开口与托架314A固定连接，其另一端与刀片312A固定连接，该压缩弹簧313A完全释放后足以使刀片312A到达第一凹槽321A内对电缆进行切割；所述托架314A的下方和外围设有一弹射控制单元；
[0022]所述弹射控制单元包括一对转动杆315A、一对支撑板316A以及一扭簧317A，该一对转动杆对所述托架及其内部的压缩弹簧313A形成包围，每个转动杆315A均由顶部可嵌入所述凹陷式卡槽内的卡块3151A以及与所述卡块3151A固定连接的倒L型省力杠杆构成，所述倒L型省力杠杆于折点位置通过一固定杆固定于刀片盒31A内侧面并以该固定杆为轴作整体转动；该一对支撑板316A分别固定于扭簧317A的两个末端扭转臂上，并于各自的远端与所述倒L型省力杠杆底部形成转动连接；
[0023]挂钩33A，所述挂钩33A与通过钢丝绳连接扭簧317A的中部。
[0024]或者，
[0025]结构B，其包括:
[0026]电缆压板32B，所述电缆压板32B的下表面开设有一用于与刀片312B配合的第一凹槽321B和一用于嵌入电缆的第二凹槽322B，所述第一凹槽321B和第二凹槽322B相互垂直且组成十字形结构，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顶部的长度方向与第一凹槽321B平行且与电缆压板32B固定连接，并且在该刀片盒31B与第一凹槽321B走向平行的其中一侧面上开设有一纵向延伸的通孔311B，所述刀片盒31B内设有刀片312B，该刀片312B的刀刃朝上正对第一凹槽321B，且该刀片312B其中一侧面上设有凸起的回位装置3121B，所述回位装置3121B通过通孔311B向刀片盒31B的外部凸出，并可在