[发明专利]模块化多层次时间序列深海沉积物孔隙流体采样器及方法

说明书

本发明涉及一种模块化多层次时间序列深海沉积物孔隙流体采样器及方法，包括贯入探杆，贯入探杆在最上端套管内顶部设置有耐压仓，耐压仓顶面嵌入安装有两个水密接插件，连接件包括柱状体和凸设于柱状体中部的环形凸台，柱状体的中心开设有贯穿的信号传输通道，柱状体在信号传输通道的周向开设有贯穿柱状体上下面的孔隙流体通道，且孔隙流体通道的上下端分别螺纹连接有敞口的采样瓶，环形凸台上开设有与孔隙流体通道连通的固定通道，固定通道内安装有控制阀门且环形凸台在固定通道口嵌入安装有金属过滤器，控制阀门的导线接口设置在信号传输通道内并通过导线与总控系统电连接。本发明基于蓝牙通讯技术，可实现大容量、高保真及高效样品采集。

技术领域

本发明涉及海底地质探测技术领域，具体涉及一种模块化多层次时间序列深海沉积物孔隙流体采样器及方法。

背景技术

在跨海洋沉积物和底层海水的水-土界面区域，时刻发生着复杂的物理、化学、生物反应和频繁的物质交换。孔隙流体（孔隙水和孔隙气）是联系海底沉积物和底层海水的重要纽带，是沉积物内部进行物理、化学、生物反应的重要场所，也是跨深海底层水-土界面物质交换的主要介质。研究和认识海洋水-土界面及其附近的孔隙流体性质变化对揭示海洋地质环境的演变，以及海洋碳循环的源汇过程等具有重要的理论和现实意义。

对深海底沉积物内部的孔隙流体进行采样是研究孔隙流体最直接有效的方法。目前，海洋沉积物孔隙流体的采集主要有两种方式：一种是实验室采样，即先进行海底沉积物取样，在船上实验室通过离心法、压榨过滤法、真空抽提法等制备方法提取沉积物样品中的孔隙流体；一种是原位采样，即通过大型原位孔隙流体采样装置直接贯入海底沉积物内部，在深海海底将孔隙流体直接吸入采样容器内部进行密封完成采样。实验室采样方法由于深海海底和实验室环境存在极大的温度和压力差异，在取样过程会导致孔隙流体中的气体逃逸、组分变异、离子变价，难以真实反映孔隙流体的原始信息；原位采样方法能够实现真实深海环境下的孔隙流体的原位采集，可以最大限度的保存孔隙流体的原始信息，是最优的深海沉积物孔隙流体采样方法，但目前的大型原位孔隙流体采样装置普遍存在采样持久性差、样品采集量小、容器密闭性差和采样效率低等问题。

中国专利申请CN108344597A公开了一种操作简单的深海沉积物孔隙水原位自动采集装置，但该装置需要通过深潜器或ROV的机械臂的进行操作，取样成本过程复杂，样品采集量小，采样效率低。

中国专利申请CN105954063A公开了一种海底孔隙水采集装置，通过电磁阀控制采样瓶的闭合完成孔隙水的采样，可同时采集20个，每个不少于100 ml的原位孔隙水样品，且采样深度不少于8 m，采样间距0.4 m，可以同时采集3个海底以上0.6 m的底层海水样品，采样间距0.3 m，没个样品不少于200 ml。但该装置存在采样持久性差、样品采集量小、容器密闭性差等问题，无法满足长周期的原位孔隙水原位取样的需求。

中国专利申请CN105842005 A公开了一种海洋沉积物孔隙水采集和气体在线原位检测装置及其控制方法，同样采用电磁阀控制采样瓶的闭合完成孔隙水的采样，但具备孔隙水采集器气体舱室，可以对孔隙气体成分及含量进行初步的检测。但该装置样品采集量小，同样无法满足长周期的原位孔隙水原位取样的需求，此外孔隙气体成分及含量的初步检测误差较大，无法对孔隙气体的生物地球化学信息进行有效的解析，难以解决实际科学问题。

中国专利申请CN104833547A公开了一种原位孔隙水采水柱及水样采集方法，能够实现4000 m水深的海底孔隙水采样，同样采用电磁阀控制采样瓶的闭合完成孔隙水的采样。但该装置需要利用钻探设备和钻探头布放至海床内部，对海底环境扰动较大，孔隙水样品的采集质量影响较大。

中国专利申请CN101398349A公开了一种沉积物孔隙水原位气密采集系统，同样采用电磁阀控制采样瓶的闭合完成孔隙水的采样，同时设计有缓冲室，可以释放并保存孔隙水样品中的水溶气。但该装置的采样瓶易受外界压力影响，无法保存孔隙水样品的原始信息，对数据质量影响较大。