海底原位热流探针微型测量单元研发

当今国际上较成熟且被广泛使用的海底热流探针可分为Ewing型和Lister型。Ewing型探针具有测量时间短(约8 分钟)、安全性高等优势，但只能测得地温梯度，热导率需采集沉积物样品进行实验室测量，并需进行温、压校正。而Lister型探针因具有可控制热脉冲功能，实现了原位热流测量，但需在沉积物中静止停留25分钟甚至更长，一旦海况较差或作业船只漂移较远，探针起拔时很容易被拔弯甚至损坏，很大程度上增大了海上作业风险。为此，本申请拟针对海底热流探测的特殊性，从海上作业的安全性、高效性及便捷性考虑，研制一套具有自主知识产权的、更适用于海底原位热流测量的微型测量单元。并针对其结构特征，建立对应的数值模型，对其原位热导率进行数值反演研究。从而实现海底探测时间短、设备能耗低、海上作业方便、安全系数高及高精度的海底原位热流探测。最终服务于我国的海洋科学研究和海洋油气、天然气水合物资源调查。

本项目研制了一套微型测量单元,其前端探头安装了Pt1000铂电阻和加热丝,与重力取样器一起组装成海底热流探针后,可同时获取地温梯度、原位热导率和热流.而且针对其结构特征,建立了对应数值模型(TC_FE)进行原位热导率反演.为了验证本项目研制的微型测量单元,参加了7个航次在南海北部和东印度洋进行了65个站位的海底原位测试.其中45个站位成功获得测试过程的T-t和探针偏角(θ)数据,6个站位成功获得底水温度长期观测数据.海试结果表明:1)基于高稳定性的Pt1000铂电阻,采用电桥反转激励电路原理,使得微型测量单元的测温分辨率达到了1.0 mK(在1~3℃);2)将其应用于海底热流探测,可在探针插入并静止在海底沉积物后24分钟内完成原位地热参数测量,且其相对误差分别在3%、2%及5%以内;3)最大工作水深已达5725米,实验室耐压测试达到60 MPa(相当于6000米水深);4)有21个站位可解释原位地热参数.由此可知本项目研制的微型测量单元,可投入实际使用,为地球热状态与热演化、地球动力学等研究及海底油气资源评价提供非常重要的基础数据..本项目的部分成果已公开发表在中国科学-技术科学以及中国地球物理年报.同时还有5项发明专利已提交中国国家知识产权局,目前正仍处于申请阶段(已受理).且本项目海试过程中所获得的海底原位地热参数,正用于我国南海北部岩石圈及印度洋俯冲带热结构与热演化、地球动力学等研究.