自返式微型地热探针水下运动及贯入特性分析

自返式微型地热探针水下运动特性以及其贯入深度关系到其能否正常入泥工作,针对自返式微型地热探针的结构,对其进行简化,建立物理模型。并针对海洋流场及海洋底质,抽取关键参数,建立探针投放过程中的流场模型和底质模型。将所建立模型导入数据分析软件,先分析探针在投放过程中竖直方向和水平方向的相关运动特性,然后拟合为探针下行过程中下行深度和横向漂移的轨迹图,可见其水平方向最大位移约为106 m。在理论上论证了探针在下行过程中的姿态稳定性。通过计算论证了自返式微型探针在依靠自身重力的情况下,自动贯入海底沉积物进行热流测量工作方式的可行性。并在最后通过海上试验,对分析结果进行了实践验证。     

室内海底沉积物热导率测量的原理与方法——以TK04热导率测量系统为例

沉积物热导率是计算海底热流的一个重要参数。文中以TK04热导率测量系统为例,详细介绍了实验室内热导率测量原理、样品热导率测量的各个环节,包括样品准备、测量流程、测量数据质量评估与校正等,以及沉积物原位热导率的计算,以为油气资源评价、天然气水合物评价及地球动力学研究提供高精度的海底热流数据。     

天然含水量对海底沉积物贯入阻力的影响

研究浅海表层底质沉积物的天然含水量变化规律及其对海底沉积物贯入阻力的影响.对某浅海海域的72份表层底质沉积物样品的天然含水量测试和贯入阻力测定值进行了分析对比.天然含水量是影响海底表层沉积物贯入阻力的重要因素,沉积物天然含水量与贯入阻力之间具有较强的负相关性,沉积物天然含水量越大,贯入阻力越小.     

自返式微型地热探针温度测量电路设计与实现

自返式微型地热探针体型小巧,便于机载或舰载投弃式布放,可自动贯入海底沉积物进行热流测量。采用无缆布放方式,避免了缆绳牵引造成的海底沉积物结构性破坏,从而真正实现了无扰动的海底热流测量。海底沉积物的温度在恒温层以下随深度增加其变化非常微弱,而测温电路是地热探针的核心部分,其测温精度直接关系到热流数据的质量。针对自返式微型地热探针的工作特点,为提高探针温度及温度梯度测量的精度,在深入研究测温原理的基础之上,完成了测温电路的硬件电路和控制软件的设计,并通过合理的内部温度补偿算法设计,进一步提高了测量精度。测温电路在海上试验过程中,其测温曲线平滑,一致性良好,无畸变,实现了海底沉积物热流的精确测量。     

探头尺寸对FFP确定海底沉积物性质影响的原位试验研究

自落式贯入仪(Free-Falling Penetrometer, FFP)是一种新型海底沉积物原位测量设备,用于海底沉积物工程性质原位调查。本文基于自主研发的FFP设备在黄海海域开展现场贯入试验,分析探头尺寸对判断沉积物性质的影响。研究表明,在不同沉积物中探头尺寸对贯入深度、贯入阻力和沉积物类型判断有不同影响。在细粒沉积物中探头尺寸对贯入深度、贯入阻力影响较小;在根据贯入阻力变化划定分层时,小直径探头能反应贯入阻力更为细小的变化。在粗粒沉积物中探头尺寸影响更明显,大尺寸探头使贯入阻力变大,贯入深度减小。根据标准化深度和硬度因子可区分粗粒沉积物和细粒沉积物,在粗粒沉积物中探头尺寸增大,硬度因子减小,有利于细化沉积物类型。     

海底热流原位测量技术研究

海底热流测量对于海洋地热学基础研究与天然气水合物等新兴海洋矿产资源勘测具有重要意义。海底热流原位测量是现代海底热流探测技术的发展方向。针对我国目前在该项技术的落后局面,通过对现存几种热流原位测量技术的原理与技术特点的对比与分析,指出了我国未来发展海底热流测量技术的方向与重点。     

深海沉积物地热探针贯入沉积物深度的探讨

针对新型自容式高精度深海沉积物地热探针贯入沉积物深度、插入过程的运动轨迹以及探针的稳定性问题,进行了深入研究,对探针的结构设计以及探针下放要求具有重要指导意义.     

海底表层沉积物力学特性分析测量系统设计与实现

针对海底水雷埋设、监听器布设、观测网建设及海底作业等任务对海底沉积物力学特性参数的需求,结合现有科考船的实际装备要求,通过对剪切强度和贯入阻力参数测量技术的研究,设计研制了船载海底表层沉积物力学特性分析测量系统,实现了海底表层沉积物剪切强度和贯入阻力特性参数现场分析测量,解决了因样品多次移动或长期保存致使力学特性变化而导致测试结果失真的问题。详细论述了海底表层沉积物力学特性分析测量系统的组成、方案设计及功能。     

南海西沙海槽地区的海底热流测量

为了解南海西沙海槽区的地热特征,利用Ewing型地热探针在该区开展了地热测量,并利用TK04热导率仪测量了相关站位表层沉积物样品的热导率,获得了7个站位的热流数据。结果表明,研究区7个站位的热导率变化范围为0.88~1.06 W/m.K,平均为0.96 W/m.K,地温梯度变化范围为85~120℃/km,热流值变化范围为83~112 mW/m2,平均达到95 mW/m2。分析表明测量结果与20世纪80年代中美合作在西沙海槽的地热测量结果一致性较好,说明研究区仍具有高热流特征,推测高热流特征可能与本区高热背景、莫霍面埋深较浅、断裂发育、晚期岩浆活动和基底起伏等有关。     

海底沉积物声速测量方法及其比较

归纳了海底沉积物声速特性及声速测量的两大类方法,分析比较了其各自的特点。针对所存在的问题提出了海底沉积物声速实验室仿真测量的思想。对正确运用“703”专项海洋环境调查技术规程中所采用的底质声速计算公式具有指导意义。     

深海沉积物地热探针结构设计分析

文中详细介绍和分析了深海沉积物地热探针结构系统的材质选取,材料耐压强度理论计算以及设计过程.对关键部件进行了多种方式的计算和强度校核,为深海沉积物地热探针结构系统的应用提供了扎实基础.     

海底沉积物声速-压力特性测试系统的设计与实验

文中设计基于可编程逻辑控制器(PLC)的测控平台、伺服加压控制、步进推动控制、多传感器测量、触摸屏交互等功能的温压可控声学测量系统,实现海底沉积物样品的孔隙水自动可控加压,通过声学测量功能单元测量海底沉积物在各个压力下的声速,模拟海底沉积物处于大陆坡2 000 m以浅海底表层任何深度变化时的声学特性测量,得到海底沉积物声速-压力特性,为校正实验室测量数据还原到海底原位测量数据提供一种方法。     

深海地热探针控制系统设计与实现

介绍了一种原位测量深海地热探针的控制系统设计方法。描述了探针控制系统总体设计思路,采用分散与集中相结合的控制策略,合理安排了控制任务,优化了控制系统设计;介绍了测温部件的优化设计方法,给出了系统控制电路与软件的设计方法和系统控制流程;介绍了操作软件的设计要点,对软件设计过程中的关键点给出较详细说明;最后进行了系统整体测试,验证了系统设计的可行性和稳定性。     

深海地热探针的设计及应用

主要介绍新型自容式高精度深海地热探针的外形结构和内部电路原理,这种探针不但可以测定海底沉积物的温度梯度,而且还可以现场测定热导率,从而实现地热的原位测量。     

声学方法进行海底沉积物遥测分类:综述

本文讨论利用声学遥测方法进行海底沉积物分类的目的、用途及该项技术的发展背景和现状。重点介绍目前主要的用于浅、表层沉积物分类的声学遥测方法，包括选通等幅脉冲、宽频带脉冲、连续线性扫频脉冲等正入射方法和侧扫声呐、多波束测深等斜入射方法。回顾它们的发展历史，评述它们的技术现状，并讨论它们的进一步发展     

海底沉积物声学特征定量分析及其智能分类研究

海底底质特性描述及分类是当今浅海声学的研究热点,海底沉积物的物理结构特性与其声学响应特征密切相关。在分析海底沉积物声传播特性的基础上,应用现代计算机信号分析技术手段,对海底沉积物声学响应波形提取了4个特征参数:声速、波幅指数、波形关联维分形指数和声波频谱的频率矩。以这4个特征参数作为输入向量,海底沉积物的结构类型作为输出向量,建立径向基概率神经网络模型。研究表明建立的神经网络模型具有较强的海底沉积物分类预报能力。     

可变角度换能器在海底沉积物声学原位测量应用的探讨

海底沉积物的声学测量是海底测深的关键技术之一,应用于海底地形地貌测量、海洋矿产资源开采和海底工程建设等。海底沉积物声学测量方法中的原位测量方法可以避免保真采样法的强扰动性和遥测法的准确度、精度及灵敏度的不确定性等缺点,如何改进原位测量系统渐成为海底探测的研究热点。通过分析现有海底沉积物原位测量设备测试换能器的工作原理,针对垂直压入方式换能器测量深度有限,提出了一种通过改变换能器压入沉积物的角度来增加测量深度的方法。在理论上论证出在不低于换能器接收阈值时,测量深度随着掠射角的增加而增加。在不增加压入深度的前提下提供了一种增加测量深度方法。     

天津永定新河口海区海底表层沉积物的污染

天津滨海分布着广泛的淤泥质海岸。这些淤泥质海岸因附近河流携带大量污染物入海而不同程度地受到了污染。以天津永定新河入海口附近浅海区海底表层沉积物为对象,研究了海底表层沉积物中硫化物、有机碳、石油类、重金属(Cu、Pb、Zn、Cd、Hg)和总铬的含量及其分布规律。利用单项标准指数法对沉积物的污染状况进行了分析。结果表明,沉积物中硫化物污染十分严重,总铬污染较严重,重金属污染轻微,没有有机碳和石油类污染。它们对沉积物污染程度的顺序为硫化物>总铬>Cu>Pb>有机碳>Hg>Cd>Pb>石油类。调查区污染物来源主要是通过永定新河输入的。     

A Preliminary Study of Shear Wave in Seafloor Surface Sediments

This article preliminarily reports and analyses the transmission characteristics and behaviors of shear wave in the offshore seafloor surface sediments in China, discusses the relationships between the physical and mechanical features of the shear wave and the compression wave, and compares the testing results with that of Hamilton and Chen et al. The result shows that the shear wave can be tested if the seafloor surface sediment has tangent modulus. The shear wave velocity ranges from 50-600 m/s and the measuring frequency from 50-200 kHz. The sound velocity rate of shear wave and compression wave can be used to appraise the stress-strain feature of seafloor surface sediments. This study provides a basis for further describing and appraising the seafloor sedimentary acoustic-mechanical feature and building a geological-acoustic model on China's offshore sea area.     

Seafloor Roughness Measured by a Laser Line Scanner and a Conductivity Probe

To support modeling acoustic backscatter from the seafloor, a conductivity probe and a laser line scanner were deployed jointly to measure bottom roughness during an experiment off the New Jersey coast in summer 2006. The conductivity probe in situ measurement of porosity (IMP2) is impervious to water turbidity and yields a 1-D profile with 10-mm horizontal spacing and 1-mm resolution in the vertical direction. The laser line scanner is limited by water visibility but it provides 2-D grid points with resolutions 0.3 mm across track, 0.5 mm along track, and 0.3 mm in the vertical direction. Two sets of data, suitable to model mid- to high-frequency acoustic backscatter, were collected from two sites 900 m apart on August 14 and 17, 2006. The roughness spectra obtained from the laser scanning were compared to those measured by the IMP2. The spectra from the two methods are consistent over wave number range 0.0188–3 rad/cm, which are the wave number range common to both methods. The efficacy of the laser scanner is also confirmed by showing the spectral line created by the IMP2's periodic probing marks. The 2-D spectra generated from the laser scan data show that the bottom roughness at these sites is azimuthally isotropic, but significant spatial heterogeneity is observed.