[发明专利]沉积物中水合物微观赋存状态的CT原位探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种探测装置，尤其涉及一种沉积物中水合物赋存状态的原位探测装置。

背景技术

天然气水合物在海底沉积物中以层状、块状等多种形式产出。从微观角度来看，水合物替代孔隙水形成水合物沉积层是一个较为复杂的过程，水合物在沉积孔隙中可能悬浮在流体中，也可能接触或胶结沉积物颗粒，这些微观赋存状态对沉积介质的孔隙结构、渗透率等物性参数具有重要影响，同时也改变了地震波、热的传播，从而对水合物的地球物理勘探和资源评价反演手段具有关键影响。现有的水合物微观分布特征大多为假想的理论模式，主要从声学探测技术和热学技术等反演而来，具有较大的不确定性。而新发展的工业型X射线层析扫描技术（X-CT，X-Ray Computed Tomography）因具有较高的空间分辨率，可以探测沉积物中水合物的微观赋存状态。能否在实验室内通过天然气水合物生成/分解过程的模拟来直接观测水合物在沉积孔隙中的微观分布，主要取决于实验装置的设计与制造。

目前国内外一些著名的水合物实验室大多采用间接手段推测沉积物中水合物的微观分布，如英国南安普顿大学采用共振柱装置，研究了“过量气”、“过量水”和“溶解气”等气体供应方式下水合物的声学响应特征，推测他们分别对应水合物胶结沉积物颗粒、水合物接触沉积物颗粒和水合物呈悬浮状态三种微观分布状态；青岛海洋地质研究所采用地球物理模拟实验装置，根据获取的声速与水合物饱和度关系得出水合物在固结沉积物中先以悬浮状态生成，随后再胶结沉积物颗粒生成。日本综合产业研究所采用Shimadzu生产的工业型X-CT（SMX-225CTS-SV）尝试研究了高压低温条件下水合物的微观分布，但由于条件所限，仅能根据算法间接获取水合物微观分布特征，仍属于假想模式。采用直接观测手段，直接获取水合物生成和分解过程中水合物的微观分布状态，成为水合物研究领域一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种沉积物中水合物微观赋存状态的CT原位探测装置，其实现了水合物的生成和X射线在线扫描技术的探测，可实时获取水合物生成和分解过程的微观分布状态，对水合物形成机理及其地球物理响应研究具有重要的学术意义和实用价值。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括压力控制系统、半导体控温系统、高压釜、X-CT扫描系统，压力控制系统与高压釜连通，半导体控温系统设置在高压釜底端，X-CT扫描系统设置在高压釜的两侧。

压力控制系统包括气瓶、阀门、增压设备、管路，气瓶依次通过阀门，增压设备、管路与高压釜连通。管路上设有压力传感器，压力传感器连接数据采集器。

半导体控温系统包括温度传感器、半导体制冷块、控温装置，温度传感器、半导体制冷块设置在高压釜内并分别与控温装置连接，半导体制冷块的两侧设有散热片。散热片上连接风扇。温度传感器紧贴于样品室底部，监测温度。

高压釜包括釜体，釜体顶端设有釜盖，管路穿过釜盖后与釜体连通。釜体的外侧包裹真空隔热层。釜盖上设有O形密封圈。其中高压釜采用特制的铝合金材料和较薄的壁厚，既能承受水合物形成所需要的压力，又能被X射线穿透从而探测其内部样品的结构。

X-CT扫描系统包括X射线源、平板探测器，X射线源、平板探测器分别位于高压釜的两侧。可在水合物生成过程中实时进行扫描，获取样品的CT图像。

高压釜采用特制的铝合金材料做成，满足耐压和能被X射线穿透的条件，外部一真空隔热层可保证釜内温度稳定；可切换式微米级/纳米级X射线源和高分辨率平板探测器提高了X-CT的探测精度，最高分辨率可达1μm。两者的结合可实现水合物生成过程的X-CT原位探测。本发明装置实现了水合物生成/分解过程中沉积物颗粒、水、水合物和游离气分布的实时探测。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图。

图中：1.气瓶；2.阀门；3.增压设备；4.压力传感器；5.O形密封圈；6.釜盖；7.真空隔热层；8.平板探测器；9.样品；10.X射线源；11.温度传感器；12.风扇；13.半导体制冷块；14.控温装置；15.数据采集器；16.管路；17.散热片；18.釜体。

具体实施方式

如图1所示，本发明的沉积物中水合物微观赋存状态的CT原位探测装置包括压力控制系统、半导体控温系统、高压釜、X-CT扫描系统，压力控制系统与高压釜连通，半导体控温系统设置在高压釜底端，X-CT扫描系统设置在高压釜的两侧。