[发明专利]一种基于光纤光栅的海底孔隙水多参数原位观测探杆及方法

说明书

本发明涉及一种基于光纤光栅的海底孔隙水多参数原位观测探杆，包括探杆本体和探杆耐压仓，探杆耐压仓顶部安装传感器阵列、水声换能器和水密接插件，探杆耐压仓内部安装光纤多参数解调仪、总控系统和锂电池，探杆耐压仓底部连接副仓，副仓螺纹连接金属透水石，副仓底部与探杆本体密封连接；探杆本体包括通过连接件密封连接的探杆单元，连接件内形成有外部海水通道和孔隙流体通道，孔隙流体通道嵌入孔隙流体控制器，连接件外套设连接金属透水石，孔隙流体通道在连接件上端面螺纹连接有光纤孔隙水传感器，各孔隙流体通道在连接件下端面螺纹连接有采样瓶。本发明为海底地质灾害监测预警和海洋工程建设提供真实可靠的观测数据，具有重要的实际意义。

技术领域

本发明涉及海底监测技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅的海底孔隙水多参数原位观测探杆及方法。

背景技术

当前全球经济增速放缓，资源枯竭、生态破坏和人口红利消失等问题形势严峻，各个国家纷纷寻找新的经济增长点。相比于陆域资源，全球海洋资源具有更大的开发空间且海洋资源开发的技术问题正在不断得到解决。21世纪海洋产业将为这些沿海城市及国家带来重要的发展机遇。南海海城天然气水化合物首次试采成功，港珠澳大桥正式通车，中法海洋卫星发射成功，全球首个国际化大功率海上风电试验风场——福建兴化湾样机试验风场风机桩基完成。伴随海洋开发的需求，我国海洋工程建设的发展进入新的阶段。伴随着海洋工程的进一步拓展，人们逐渐关注到海底地质灾害带来的影响，海底的地质灾害主要包括天然水合物分解、海底滑坡、海床液化，浅层气等，由于其规模较大，破坏性强，容易造成巨大的经济损失及人员伤亡。

海底沉积物中的孔隙水性质指标的变化可以作为判断海床性质变化的指标，对海底沉积物的孔隙水性质指标进行原位长期监测对于海底地质灾害监测预警具有十分重要的意义。例如：海洋地壳中能量、元素以及物质等的交换伴随着水文地质作用，大洋钻探调查结果显示，在脊轴扩散中心处由于地壳内温度梯度，会发生孔隙水强制对流；而在大陆架边缘地带，则会由于板块俯冲以及自然沉积形成地壳内的孔隙水“挤水”作用。因此沉积物孔隙水流体在内外动力作用的情况下，会发生明显的变化，可用于土体力学性质分析研究；深海浅层沉积物孔隙压力原位观测能够分析浅层沉积环境内的水文地质作用，还能探究分析深层沉积环境内的剧烈动力作用，具有很高的研究意义。

目前海底沉积物孔隙水性质的观测主要依靠海底取样、海底CPTU测试、海底孔压观测探杆等技术方法，但这些方法均存在一定的技术缺点。

其中海底取样方法通过沉积物取样器取海底沉积物样品，再通过针筒抽取样品中的孔隙水，进行后续实验室测试。但是，这种方法对样品的扰动较大，沉积物中的孔隙水在这一过程中不可避免的发生了性质改变，导致测量结果无法解译。此外，还有直接在海底贯入孔隙水取样探杆的方法进行取样的方法，但这种方法往往样品较少，存在无法连续观测的缺点。而海底CPTU测试和海底孔压观测探杆等技术方法往往采用电学传感器感知海底沉积物的孔隙水压力变化，测量精度低，且功能单一。

因此，在目前现有技术的基础上，无法准确、同时获得海底沉积物孔隙水的多种参数变化数据，如何研发一种高精度、多参量的海底沉积物孔隙水原位长期观测探杆及方法为海底地质灾害监测预警和海洋工程建设提供真实可靠的观测数据，具有重要的实际意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于光纤光栅的高精度、多参量的海底沉积物孔隙水多参数原位观测探杆及方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

提供一种基于光纤光栅的海底孔隙水多参数原位观测探杆，包括探杆本体和设置在探杆本体一端的探杆耐压仓，