[发明专利]一种自钻无缆式海底变形长期观测装置

说明书

本发明涉及一种自钻无缆式海底变形长期观测装置，包括自下向上依次连接的钻头部分、变形测量缆和布放回收部分，所述布放回收部分包括留置部和回收部；钻头触底自启；回收部通过水声释放器钩锁与留置部的弹簧扣连接，并控制钩锁的打开使弹簧伸长从而将回收部顶开回收。本发明通过一种自钻无缆式海底变形长期观测装置，有效完成柔性的变形测量缆的原位布放，从而实现海底变形过程的长期原位观测。本发明能够仅通过一系列船载设备的甲板操作，就能顺利的完成设备的原位布放及回收，提高了工作效率，降低了科研成本，减轻了现场观测工作的操作难度，能够更好的为研究和工程活动服务。

技术领域

本发明涉及一种自钻无缆式海底变形长期观测装置，属于海洋观测技术领域。

背景技术

在海岸带地区，泥沙经过河流的远距离输运快速沉降并堆积，在海洋水动力(波浪、海流、潮汐等)、土体自重及生物扰动下发生一系列的动态变化过程，包括沉积物固结压密过程、液化流变过程、侵蚀再悬浮运移过程，在这些过程中伴随着沉积物的成分、结构、物理力学性质和工程地质性质发生动态变化，进而引发海岸带侵蚀、港口淤积、海底滑坡、浊流等海洋地质灾害，从而对海上平台、海底管线、海底电缆等海洋工程设施造成巨大破坏。上述海洋地质灾害中，海底滑坡监测难度较大且危害惊人。然而，目前并没有理想的监测手段来获取海底滑坡的发生演变过程，严重制约了学者对其灾害机制的研究。

海底滑坡是一种不同地层间的横向错动变形，通过布放垂向的变形测量管/缆/杆是最为直接、准确的观测方法。目前，此类设备主要可分为以三轴加速度传感器测量和光纤测量两类。其中，前者的典型代表为SAA阵列式位移计，是以一系列三轴加速度传感器串行连接，获取各个点的位移过程，进而获取整个横向变形观测过程。光纤测量可分为连续的分布式光纤测量以及FBG准分布式光纤测量，其功能与外部结构与SAA基本相同。

然而，目前业界并没有理想的布放装置或方法，能够完成此类设备的海底原位布放。沉积物中的观测装置原位布放，常用的方法包括重力贯入、打桩贯入、钻孔贯入以及静力贯入。

重力贯入是通过控制缆绳的下放速度，或精准计算贯入体的形态、浮重、重心位置，通过类似于自由落体的方法，控制贯入体进入沉积物的方法。其设备制造简单，但受到加工精度、计算误差、现场环境的影响，要如预期实现指定深度、姿态的贯入操作过程，难度极大。

打桩贯入往往是先利用重力贯入方法使贯入体初步进入土体，而后通过内置或外接的打桩设备，通过反复打桩的方式，使贯入体到达指定深度；静力贯入借鉴海底静力触探技术，采用坐底式贯入平台，通过电机或液压机等驱动，利用机械手将贯入体送至沉积物中的指定位置。但是，打桩贯入与静力贯入方法均针对于刚性的海底观测探杆，难以对柔性的变形测量缆进行有效的操作。

钻孔贯入借鉴以往的钻孔方法，在钻完孔之后将贯入体通过钻管顺入到海底沉积物中，而后通过回填，完成“贯入”过程。该方法稳定可靠，但成本高、时间长，且贯入体与沉积物的切合度非常差。对于变形测量缆一般采用的5m深度布放而言，传统的船载钻机打孔布放方式过程复杂、孔利用率极低，进而导致布放成本难以承受。

目前，针对于柔性的变形测量缆，缺乏有效的原位布放装置及方法技术。严重制约了学者对于海底滑坡等重大地质灾害过程机制的研究，也对无法实现预警监测的海洋工程建设、海上生产等过程构成严重的潜在危害。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提供一种自钻无缆式海底变形长期观测装置，能够实现变形观测缆的海底沉积物原位布放，进而实现海底沉积物变形长期原位观测，获取海床液化、海底滑坡等地质灾害的动态变化原位观测数据，进而为为海上建设、工程安全、灾害预警以及科学研究提供服务。

一种自钻无缆式海底变形长期观测装置，包括自下向上依次连接的钻头部分、变形测量缆和布放回收部分，所述布放回收部分包括留置部和回收部；