[发明专利]一种海床基多点原位长期观测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种海床基多点原位长期观测系统，属于海洋观测技术领域。

背景技术

海洋资源是国家海洋权益的重要组成部分，深海石油和天然气水合物等资源的争夺成为国际能源焦点。海底天然气水合物开采过程中，由于温度、压力、外接扰动等因素，使得水合物自发分解，产生诸如CH₄、H₂、H₂S、O₂等多种副产物，进而可能使海床稳定性、海洋工程基础建设、海洋及大气环境等受到严重的影响。因此，对天然气水合物开采过程进行有效、全面地长期监测，对于推动水合物资源勘探和开采以及相关的环境效应的调查评价具有重要的促进作用。

目前，对于天然气水合物分解过程的监测、探测、观测手段，主要包括海洋地球物理探测、潜标观测、取样分析、海床基观测等。海洋地球物理探测方法又可分为以多波束探测等手段为代表的海水环境探测、以地震和浅剖等手段为代表的海底沉积物环境探测。而物探方法缺乏时间上的连续性且精度较低，大多以勘探为主，难以实现长期连续观测。潜标观测能够获取海水环境剖面的大量数据，具有良好的连续性与垂向数据分布密度，但对于来自于海底沉积物内部的水合物分解过程，在海水环境的观测效果会相对滞后。取样分析法能够很好的获取足够范围、深度的沉积物样品，但该方法既无法满足实时观测要求，也无法获取动态变化过程，同时对样品不可避免的扰动也会严重影响分析结果。相对而言，海床基观测方法能够同时对海水和沉积物进行长期观测，是最为理想的方式。

海床基观测由来已久，美国华盛顿大学(1965)首次使用海床基三脚架来观测和研究PugetSound潮汐水道中的底边界层水沙运动。此后，美国国家地质调查局、弗吉尼亚海洋研究所、美国国家海洋和大气管理局等分别独立海床基观测系统，并组织参与了一系列大型的观测项目。此外，Oceanscience、Technicap、MSI等公司纷纷将坐底式观测平台的成熟技术进行产业化，如Sea Spider、CAGE EN PEHD等一些列简易、实用的海底观测平台陆续推出。在国内，中国海洋大学、中山大学、华东师范大学、中国科学院海洋研究所、国家海洋技术中心、国家海洋局第三海洋研究所等单位的坐底式观测平台陆续研制成功并得到推广应用。同济大学海洋地质国家重点实验室和美国地质调查局合作研制“自由下降三脚架”，运用多种海底仪器观测底层海流和沉积搬运的连续时间变化序列，研究南海东北部底层海流分布和沉积搬运的动力学过程。

然而，上述海床基观测系统全部针对于海洋动力参数观测，如温度、盐度、波浪、潮汐、海流、悬浮泥沙、重力、磁力、叶绿素、DO、pH值、CO、甲烷、营养盐、H₂S等等，并不能对海底沉积物内部进行探测。中国海洋大学研制“复杂深海工程地质原位长期观测设备”于2015年正式启动，该设备不仅能够对海水环境进行综合观测，还可以对海底沉积物内部的电阻率、声波、孔隙水压力进行长期观测。但该设备尚处于研制状态，且为静止的定点观测。

由于海底的石油、天然气水合物泄露或分解过程会在有限范围内形成一个由内而外、由大到小的有源扩散场，特别是在深海底相对稳定的环境下，仅在有源场内进行范围不大的多点探测，也足以根据扩散场的分布特性确定源的位置、距离，各个观测要素的扩散过程及源的泄露/分解量，具有重要的实际意义与研究价值。但显然，目前的装备水平不足以对于石油、天然气水合物泄露或分解过程开展长期观测。

发明内容

本发明目的是提供一种海床基多点原位长期观测系统，能够对本装备覆盖范围内的沉积物进行高精度多点立体观测，并可进行高精度定位沉积物取样。

一种海床基多点原位长期观测系统，包括平台框架、浮体材料、水声通讯机、信标机、监测舱、控制舱、释放控制舱、中央回转台、配重块和微电极探测系统；所述平台框架主体为圆柱体形状，从上至下共四层，第一层安装浮体材料、水声通讯机及信标机，第二层安装监测舱、控制舱和释放控制舱，第三层安装中央回转台，第四层安装配重块；

所述第二层的监测舱内设有姿态传感器和高度计，控制舱内设有水下控制及数据采集系统，释放控制舱内设有水下声学释放器；