[发明专利]深海座底式工程地质环境原位长期观测装置及方法

摘要

深海座底式工程地质环境原位长期观测装置及方法，包括沉积物声学探杆、沉积物孔隙水压力探杆、三维电阻率探杆、水体观测仪器、长期观测供电系统、探杆液压贯入系统、总控与数据存储传输系统、声学释放器、水声通讯机与仪器搭载平台。观测内容包括海水—海床界面—沉积物的工程性质、物理性质、力学性质、生物化学性质。海底沉积物的工程性质、物理力学指标，通过海底电阻率三维量测和声波测量结果综合确定。海水的物理、生化性质，通过搭载的传感器获取。观测探杆通过液压方式贯入到沉积物中。通过海水溶解氧电池供电；数据传输通过海面中继浮标与卫星通讯实现。为深海工程地质环境提供了一种行之有效的综合、原位、长期观测装置与方法。

主权项

1.深海座底式工程地质环境原位长期观测装置，其特征在于包括呈框架式结构的仪器搭载平台（10），该仪器搭载平台（10）上设有沉积物声学探杆（1）、沉积物孔隙水压力探杆（2）、三维电阻率探杆（3），以及将上述探杆贯入海底沉积物的探杆液压贯入系统（6），还搭载有水体观测仪器（4）、长期观测供电系统（5）、总控与数据存储传输系统（7）、声学释放器（8）和水声通讯机（9）；所述的沉积物声学探杆（1）由声学信号发射探杆（11）与声学信号接收探杆（12）组成；所述的声学信号发射探杆（11）中安装有1个定向发射换能器（13），声学信号接收探杆（12）不同深度处分别安装有1个接收换能器（14）；声学信号发射探杆（11）与声学信号接收探杆（12）末端均通过声学信号传输线（15）与总控与数据存储传输系统（7）连接；所述发射换能器（13）采用多个圆环形压电陶瓷管并联套结方式，以提高发射换能器（13）的发射电压响应；所述的接收换能器（14）采用多个圆环形压电陶瓷管串联套结方式，以提高接收换能器（14）的接收灵敏度；所述的三维电阻率探杆（3），由1根电阻率垂直探杆（20）、4根十字交叉的电阻率水平探杆（21）构成；所述的电阻率垂直探杆（20）与电阻率水平探杆（21）上均间隔分布有电极环；探杆杆体材料选用三型聚丙烯材质，电极采用石墨电极，内嵌在杆体中；所述沉积物孔隙水压力探杆（2）的孔隙水压力传感器（17）选用光纤光栅压差式传感器，该光纤光栅压差式传感器能够将光栅上的应变变化，转化为波长变化，并标定光纤光栅中心波长的变化与孔隙水压力的关系，而将观测数据反演为沉积物孔隙水压力；孔隙水压力探杆（2）的杆体部分采用不锈钢钢管（16），不锈钢钢管（16）底部安装贯入锥头（17）、末端通过孔隙水压力信号传输线（19）与总控与数据存储传输系统（7）连接；所述的水体观测仪器（4）集成了悬浮物浓度、甲烷浓度、溶解氧浓度、二氧化碳浓度、温度、盐度、海流观测单元。