CN205920228U - 一种走航式深海天然气水合物探测取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及深海天然气水合物探测技术，尤其是涉及深海天然气水合物探测取样方法及装置。一种走航式深海天然气水合物探测取样装置，包括计算机、两套不同频率的声学测深仪、工作母船、A型架、深海绞车、重力取样器；计算机放置于工作母船上的实验室内；A型架安装于工作母船的船尾甲板外侧；深海绞车位于工作母船的船尾甲板内侧，与A型架配合来实现重力取样器的投放和回收操作；重力取样器与深海绞车连接，由不锈钢管焊接而成，下部的钢管内放置有采样管。本实用新型的有益效果为：取样装置结构简单，操作容易。不依赖复杂的探测仪器，而采用一般通用的调查仪器和取样设备就可以实现深海天然气水合物的走航式探测和取样，探测范围大、探测快速性和准确性高。

Description

一种走航式深海天然气水合物探测取样装置

技术领域

本实用新型涉及深海天然气水合物探测技术，尤其是涉及深海天然气水合物探测取样方法。

背景技术

当前的天然气水合物的探测仪器大都需要将仪器搭载与水下设备上进行气体收集和分析，深海环境下对仪器的耐压等级要求较高，并且水下仪器收到海流的影响较大，水下很难控制探测仪器的姿态，造成探测准确性差，并不适合大范围的深海天然气水合物探测。中国发明专利ZL2012102921083，提供了一种基于γ射线康普顿背散射扫描技术的深海天然气水合物探测仪，依据康普顿背散射光子计数特征判断被测物是否为天然气水合物，但其需要搭载在水下运载器上进行近海底探测。中国发明专利ZL 2014101172768，提供了一种在海洋冷泉区探测天然气水合物矿散发的气体的水下勘探装置，其使用安装在工作母船下方的广口集气罩搜集海底地壳下方天然气水合物通过海底地壳缝隙散发到海水中的含甲烷成分的气泡，使用气体分析室将含甲烷成分的气泡的物理量的变化转换成电信号，并通过电子计算机进行信号的采集和处理，由安装在无线发射台上方的无线发射天线将含甲烷成分的气泡的分析结果信息发送出去，但其需要将探测设备下放到预定深度的海底，其受制于仪器的耐压等级，无法进行大深度的海底探测。中国发明专利ZL2011101874786，提供了一种天然气水合物取样装置，采用绳索取芯双管结构，适用于保真采样场合，但其需要外部驱动装置将其下放到沉积物层中，并不适合于重力采样，并且其结构复杂，在复杂的海底环境中设备失效率较高。

当前的深海天然气水合物探测装置和方法中，缺少一种大范围的、既能保证探测的深度和快速性，又能简便、易操作的取样装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种走航式深海天然气水合物探测取样装置及方法。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种走航式深海天然气水合物探测取样装置，包括计算机、两套不同频率的声学测深仪、工作母船、A型架、深海绞车、重力取样器；计算机放置于工作母船上的实验室内；A型架安装于工作母船的船尾甲板外侧；深海绞车位于工作母船的船尾甲板内侧，与A型架配合来实现重力取样器的投放和回收操作；重力取样器与深海绞车连接，由不锈钢管焊接而成，下部的钢管内放置有采样管。

采样管由两个高分子塑料半圆筒合在一起组成，用于海底沉积物的取样保存，取样器的下端固定有防取样物倒滑的装置。

声学测深仪为20kHz和38kHz回声测深仪，包括主机和换能器，其主机位于实验室内，换能器安装于工作母船船底中部，两个测深仪的换能器间隔一定距离。

重力取样器的上部焊接有一定重量的配重块。

所述计算机上安装有GPS海图软件和声学成像软件。

本实用新型的走航式深海天然气水合物探测取样装置及方法，有益效果为：取样装置结构简单，操作容易。不依赖复杂的探测仪器，而采用一般通用的调查仪器和取样设备就可以实现深海天然气水合物的走航式探测和取样，探测范围大、探测快速性和准确性高。

附图说明

图1是本实用新型的走航式深海天然气水合物探测取样装置的结构示意图；

图2是声学回波探测装置；

图3是本实用新型的走航式深海天然气水合物探测取样装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图实施例对本发明的走航式深海天然气水合物探测取样装置及方法做详细的描述和说明。

实施例1 本实施例是本发明的走航式深海天然气水合物探测取样装置，如图1和图2所示，该装置包括：工作母船1、安装有GPS海图软件和声学成像软件的计算机3、深海绞车4、A型架5、20kHz回声测深仪6、38kHz回声测深仪7、重力取样器10。

计算机3放置于工作母船1上的实验室2内；A型架5安装于工作母船1的船尾甲板外侧；深海绞车4位于工作母船的船尾甲板内侧，与A型架5配合来实现重力取样器10的投放和回收操作。重力取样器10与深海绞车4连接，由不锈钢管焊接而成，上部焊接有一定重量的配重块11，以增强其水下的重力；下部的钢管内放置有采样管12。采样管由两个高分子塑料半圆筒合在一起组成，用于海底沉积物的取样保存，重力取样器的下端固定有防止取样物倒滑的装置。

声学测深仪为20kHz回声测深仪6和38kHz回声测深仪7，其主机位于实验室2内，20kHz回声测深仪的换能器8和38kHz回声测深仪的换能器9安装于工作母船1的船底中部，为防止换能器信号干扰，两个测深仪的换能器间隔一定距离。

本实用新型的走航式深海天然气水合物探测取样装置的操作方法步骤如下，流程如图3所示：

（1）首先，确定探测海域。深海天然气水合物一般存在于海底地势梯度较大的海底陆坡处。根据GPS海图软件的深度标注选择深度梯度变化剧烈的海域为探测区域。通过GPS海图软件来确定航路点和探测路径。在GPS海图上选择几个关键点为调查船探测的航路点，在探测海域内规划调查母船的航行路线，规划路线为密集的S型线路。根据海底陆坡的梯度变化方向，先进行平行于梯度方向的探测，然后进行垂直于梯度方向的探测。调查母船按规划的航路点，以5-6节的航速前进，声学测深仪的换能器固定在船底的中间位置。同时启动声学测深仪进行回声探测，并在声学成像软件上实时显示反演的探测的声学剖面图像，该剖面图像横坐标为距离，纵坐标为深度，反射强度越大，成像的颜色越深。20kHz和38kHz声学测深仪同时工作，对获取的声学图像进行对比，38kHz的声学测深仪成像精度高，20kHz的声学测深仪探测距离远；两者互为补充。

（2）其次，通过观察声学测深仪的回波图像确定天然气水合物的可能埋藏点。调查母船在行进过程中，声学剖面图像中如果出现海底喷射冷泉状的现象时，则需要对该点进行再次确认。调查母船从不同方向驶过该探测点，如果再次出现海底喷射状的图像时，则可以确定该点即为天然气水合物的海底泄露喷射。此时，控制调查母船的航速近似为零，对该泄漏喷射点进行静止扫描探测，观察喷射点的喷射状况，此时声学剖面图像的横坐标为时间，纵坐标为深度值，表示一定时间内该喷射点的海底喷流随时间的变化规律。

（3）然后，在确定天然气水合物的可能埋藏点后，进行重力取样器的下放和沉积物取样操作。在实现喷射点静止扫描的同时，为验证是否为天然气水合物的埋藏点，需要将重力取样器投放下去进行海底沉积物取样操作。

首先，深海绞车通过A型架，将钢丝绳连接在重力取样器的顶端。其次，控制绞车收放，通过绞车将重力取样器吊装起来，然后控制A型架的倾斜度将重力取样器投放到海面上，待到A型架到达预定位置并且取样器的晃动静止后，控制绞车的下放速度，通过观察绞车液晶屏的钢缆收放长度，读取取样器的下放深度，在快要到达预定深度时，减小绞车收放速度，缓慢地将取样器下放到海里预定深度处，预定深度一般离海底50米高。进一步的，通过观测回波声学图像，实时调整工作母船的位置，将取样器的位置置于天然气水合物埋藏点的正上方。此时，控制绞车的钢丝绳下放速度，以绞车的最大下放速度将重力取样器垂直***海底沉积物中。重力取样器下端装有防止采样沉积物倒滑的装置。采样完成后，控制绞车的回拉速度，将重力取样器提起。待重力取样器提升到海面上后，A型架和绞车配合工作，将其提到后甲板预定的位置放置，并进行固定。

卸下重力采样器的防倒滑装置，将置于其内的沉积物的采样管从采样器的下端取出，将其置于实验台上，用刀将采样管分开，观测采样物是否含有白色的结晶物，若有，则初步判断为埋藏的天然气水合物，需要采用化学分析方法进一步分析确定。走航式天然气水合物调查方法不依赖与复杂昂贵的探测设备，而仅采用常规的探测和取样设备即可实现对大范围海域的扫描式探测，其具有探测范围大、探测快速、准确性高的特点。

重力取样器深度位置的确定方法。重力取样器长度为6米，直径宽度为20厘米，其在回声图像上的大小几乎为一个点，静止的点在显示器上很难观测到。为此，通过对埋藏点的近似静止扫描，这样取样器的运动轨迹在图像上表现为连续的轨迹点并连成一条斜线，可以通过观察回声剖面图像中斜线的轨迹确定取样器的位置。

Claims (5)

1.一种走航式深海天然气水合物探测取样装置，其特征在于：包括计算机、两套不同频率的声学测深仪、工作母船、A型架、深海绞车、重力取样器；计算机放置于工作母船上的实验室内；A型架安装于工作母船的船尾甲板外侧；深海绞车位于工作母船的船尾甲板内侧，与A型架配合来实现重力取样器的投放和回收操作；重力取样器与深海绞车连接，由不锈钢管焊接而成，下部的钢管内放置有采样管。

2.根据权利要求1所述的走航式深海天然气水合物探测取样装置，其特征在于：采样管由两个高分子塑料半圆筒合在一起组成，用于海底沉积物的取样保存，重力取样器的下端固定有防止取样物倒滑的装置。

3.根据权利要求1所述的走航式深海天然气水合物探测取样装置，其特征在于：声学测深仪为20kHz和38kHz回声测深仪，包括主机和换能器，其主机位于实验室内，换能器安装于工作母船船底中部，两个测深仪的换能器间隔一定距离。

4.根据权利要求1-3任一项所述的走航式深海天然气水合物探测取样装置，其特征在于：重力取样器的上部焊接有一定重量的配重块。

5.根据权利要求1-3任一项所述的走航式深海天然气水合物探测取样装置，其特征在于：所述的计算机上安装有GPS海图软件和声学成像软件。