[发明专利]原位测量海水-沉积物界面位置及力学特性的测量方法

说明书

本发明公开了一种原位测量海水‑沉积物界面位置及力学特性的装置及方法，其中装置包括贯入阻力测量系统、浆体粘度测量系统、颗粒浓度测量系统、辅助机械控制系统；贯入阻力测量系统安装于辅助机械控制系统的上部，用于测量装置在下降过程中的贯入阻力；浆体粘度测量系统设置于贯入阻力测量系统的下端，可测量不同剪切速度下的流体粘度；颗粒浓度测量系统由两个红外测沙仪组成；两个红外测沙仪通过金属杆对称焊接在安装盘的下端面上。本发明可以测量海水‑沉积物界面附近区域流体的悬沙浓度、粘度和贯入阻力等性质，同时根据此三种数据的变化趋势可测量海水‑沉积物界面的位置信息。

技术领域

本发明涉及一种测量方法，尤其涉及一种原位测量海水-沉积物界面位置及力学特性的测量方法，属于海底地质探测技术领域。

背景技术

海水与海底沉积物的分界层位置及其力学特性，是海洋地球化学和海洋地球物理研究、海洋矿产资源开发等研究中重要的内容。海水-沉积物界面不仅是物理及力学性质、生物化学特性等方面差异性最显著的边界，而且是海洋矿产资源勘探和开采过程中工程装备的支撑基础，因此准确快速的测量该界面的位置及其力学特性在海洋地质研究和海洋工程作业中显得尤为重要。

在海洋开发工作的发展中，水声探测是目前水下遥测的主要手段，但在海水-海底沉积物界面的测量中，其结果是定性的，且常是不准确的；而采集海底沉积物样本在实验室内进行测量，往往因为破坏了原样本结构，导致测试结果不准确。

经研究结果表明，在海水-海底沉积物界面，泥沙浓度和流体力学性质的变化都较为显著，在该界面之上为清水区和半液化层，在该界面之下因为泥沙浓度激增，孔隙率大幅降低，表现为膏体的性质，因此利用泥沙浓度和流体力学性质的显著变化来测量海水-沉积物界面的位置成为一种可行的方法。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种原位测量海水-沉积物界面位置及力学特性的测量方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种原位测量海水-沉积物界面位置及力学特性的测量方法，测量方法所使用的测量装置包括贯入阻力测量系统、浆体粘度测量系统、颗粒浓度测量系统、辅助机械控制系统；辅助机械控制系统包括上底座、中间座、下底座；上底座与中间座、中间座与下底座均通过机架相连接；

贯入阻力测量系统安装于辅助机械控制系统的上部，用于测量装置在下降过程中的贯入阻力，它包括步进电机、高精度压力计、步进电机伸出端；步进电机焊接于上底座的中间；步进电机的上端通过铠装电缆与该装置的控制系统连接、下端固定设置有步进电机伸出端；步进电机伸出端上安装有测量贯入阻力用的高精度压力计；

浆体粘度测量系统包括焊接于步进电机伸出端下端的无级变速电动机、设置于无级变速电动机下端的转轴、与转轴下端通过螺纹相接的转子以及套置于转轴上的扭矩传感器；扭矩传感器用于记录转子产生的扭矩，通过改变无级变速电动机的转速进而改变转子的扭矩，可测量不同剪切速度下的流体粘度；

扭矩传感器固定设置于安装盘上，安装盘同轴设置于中间座的内侧；转轴从安装盘的圆心处穿过并通过轴承与安装盘相连接；

颗粒浓度测量系统由两个红外测沙仪组成；两个红外测沙仪通过金属杆对称焊接在安装盘的下端面上，且两个红外测沙仪的中心处于同一条水平线上；安装盘的下端面还通过金属杆与温度传感器相连接；温度传感器、转子、红外测沙仪的中心处于同一个水平面上；

一种原位测量海水-沉积物界面位置及力学特性的装置的测量方法，具体步骤为：

a、在海上勘探船只到达指点测量地点后，确保原位测量装置处于正常可使用状态；利用绞车和铠装电缆将原位测量装置或搭载了原位测量装置的深潜器下放入海中，通过电子监控系统对原位测量装置进行监控；

b、在原位测量装置到达海底后，利用设置在下底座上的倾斜传感器将倾斜信息传输给船只；再通过调平支腿来实现装置的调平，且使转子处于海水-沉积物界面之上；