[發(fā)明專利]一種基于光纖光柵的海底孔隙水多參數(shù)原位觀測(cè)探桿及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111375309.5
• 申請(qǐng)日: 2021-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN114061664B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈永剛;陳天;孫中強(qiáng);李偉甲;權(quán)永崢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02;G01D5/353;G01D5/38
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 張冉冉

本發(fā)明涉及一種基于光纖光柵的海底孔隙水多參數(shù)原位觀測(cè)探桿，包括探桿本體和探桿耐壓倉，探桿耐壓倉頂部安裝傳感器陣列、水聲換能器和水密接插件，探桿耐壓倉內(nèi)部安裝光纖多參數(shù)解調(diào)儀、總控系統(tǒng)和鋰電池，探桿耐壓倉底部連接副倉，副倉螺紋連接金屬透水石，副倉底部與探桿本體密封連接；探桿本體包括通過連接件密封連接的探桿單元，連接件內(nèi)形成有外部海水通道和孔隙流體通道，孔隙流體通道嵌入孔隙流體控制器，連接件外套設(shè)連接金屬透水石，孔隙流體通道在連接件上端面螺紋連接有光纖孔隙水傳感器，各孔隙流體通道在連接件下端面螺紋連接有采樣瓶。本發(fā)明為海底地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警和海洋工程建設(shè)提供真實(shí)可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，具有重要的實(shí)際意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海底監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖光柵的海底孔隙水多參數(shù)原位觀測(cè)探桿及方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)增速放緩，資源枯竭、生態(tài)破壞和人口紅利消失等問題形勢(shì)嚴(yán)峻，各個(gè)國家紛紛尋找新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。相比于陸域資源，全球海洋資源具有更大的開發(fā)空間且海洋資源開發(fā)的技術(shù)問題正在不斷得到解決。21世紀(jì)海洋產(chǎn)業(yè)將為這些沿海城市及國家?guī)碇匾陌l(fā)展機(jī)遇。南海海城天然氣水化合物首次試采成功，港珠澳大橋正式通車，中法海洋衛(wèi)星發(fā)射成功，全球首個(gè)國際化大功率海上風(fēng)電試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)——福建興化灣樣機(jī)試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)樁基完成。伴隨海洋開發(fā)的需求，我國海洋工程建設(shè)的發(fā)展進(jìn)入新的階段。伴隨著海洋工程的進(jìn)一步拓展，人們逐漸關(guān)注到海底地質(zhì)災(zāi)害帶來的影響，海底的地質(zhì)災(zāi)害主要包括天然水合物分解、海底滑坡、海床液化，淺層氣等，由于其規(guī)模較大，破壞性強(qiáng)，容易造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡。

海底沉積物中的孔隙水性質(zhì)指標(biāo)的變化可以作為判斷海床性質(zhì)變化的指標(biāo)，對(duì)海底沉積物的孔隙水性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行原位長期監(jiān)測(cè)對(duì)于海底地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警具有十分重要的意義。例如：海洋地殼中能量、元素以及物質(zhì)等的交換伴隨著水文地質(zhì)作用，大洋鉆探調(diào)查結(jié)果顯示，在脊軸擴(kuò)散中心處由于地殼內(nèi)溫度梯度，會(huì)發(fā)生孔隙水強(qiáng)制對(duì)流；而在大陸架邊緣地帶，則會(huì)由于板塊俯沖以及自然沉積形成地殼內(nèi)的孔隙水“擠水”作用。因此沉積物孔隙水流體在內(nèi)外動(dòng)力作用的情況下，會(huì)發(fā)生明顯的變化，可用于土體力學(xué)性質(zhì)分析研究；深海淺層沉積物孔隙壓力原位觀測(cè)能夠分析淺層沉積環(huán)境內(nèi)的水文地質(zhì)作用，還能探究分析深層沉積環(huán)境內(nèi)的劇烈動(dòng)力作用，具有很高的研究意義。

目前海底沉積物孔隙水性質(zhì)的觀測(cè)主要依靠海底取樣、海底CPTU測(cè)試、海底孔壓觀測(cè)探桿等技術(shù)方法，但這些方法均存在一定的技術(shù)缺點(diǎn)。

其中海底取樣方法通過沉積物取樣器取海底沉積物樣品，再通過針筒抽取樣品中的孔隙水，進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。但是，這種方法對(duì)樣品的擾動(dòng)較大，沉積物中的孔隙水在這一過程中不可避免的發(fā)生了性質(zhì)改變，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果無法解譯。此外，還有直接在海底貫入孔隙水取樣探桿的方法進(jìn)行取樣的方法，但這種方法往往樣品較少，存在無法連續(xù)觀測(cè)的缺點(diǎn)。而海底CPTU測(cè)試和海底孔壓觀測(cè)探桿等技術(shù)方法往往采用電學(xué)傳感器感知海底沉積物的孔隙水壓力變化，測(cè)量精度低，且功能單一。

因此，在目前現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，無法準(zhǔn)確、同時(shí)獲得海底沉積物孔隙水的多種參數(shù)變化數(shù)據(jù)，如何研發(fā)一種高精度、多參量的海底沉積物孔隙水原位長期觀測(cè)探桿及方法為海底地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警和海洋工程建設(shè)提供真實(shí)可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，具有重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于光纖光柵的高精度、多參量的海底沉積物孔隙水多參數(shù)原位觀測(cè)探桿及方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

提供一種基于光纖光柵的海底孔隙水多參數(shù)原位觀測(cè)探桿，包括探桿本體和設(shè)置在探桿本體一端的探桿耐壓倉，