一种新型重力取样与地温梯度测量装置及测量方法与流程

本发明涉及海底原位采集，特别是一种新型重力取样与地温梯度测量装置及测量方法。

背景技术：

1、海底热流数据对板块构造动力学、地球内部热状态、大洋岩石圈及洋盆演化、大陆边缘形成过程、板块俯冲、海底资源等领域的研究具有重要意义。

2、目前的海底热流探针技术只适用于富含沉积物的软质海底的热流测量，对于硬质海底和基岩海底并不适用。但实际上，大洋中脊和俯冲带海底区域拥有相当数量的基岩海底，其活跃的热活动是值得研究的领域。虽然目前的钻孔热流探测技术可以用于硬质海底甚至是基岩海底的热流测量，但是需要钻探船等额外技术复杂的钻探设备和测量装备，其热流数据获取成本昂贵，效率低下，不利于大面积开展地热流调查。

3、另外，海洋地热测量作业过程中面临两大问题，一是现有技术的温度测量探针在下放过程容易遭受冲击，从而导致探针出现损坏，二是对于硬质的砂岩基底的地层环境，现有重力取样器无法有效地深入穿透，造成样品有效长度降低，同时温度探针测量数据缺失。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种新型重力取样与地温梯度测量装置及测量方法，其能够实现探针的大深度穿透，并在不断向下穿透的过程中完成原位温度采集和原位样品收集。

2、本发明的技术方案是：一种新型重力取样与地温梯度测量装置，其中，包括：

3、冲击单元，包括外筒和传动筒，传动筒位于外筒的环形内侧，且传动筒沿外筒环形内表面转动，外筒内设有冲击机构，传动筒转动过程中，带动冲击机构对探杆单元产生向下的冲击力；

4、探杆单元，与冲击单元的底部固定连接，包括探杆和设置在探杆上的数个温度传感单元。

5、本发明中，所述外筒的顶部固定有盖板，盖板的中心设有固定柱，固定柱的顶端位于外筒的外部且与复合缆连接，固定柱的底端位于外筒内部且与滑筒连接；

6、所述外筒的环形外侧滑动套有数个沿轴向间隔设置的配重环，配重环之间通过联结杆固定连接，配重环设置在外筒的底板上；

7、外筒的底部与探杆单元固定连接，且外筒底部的顶部表面的中心固定有承立柱。

8、传动筒的环形内侧壁处固定有齿轮环，对应的在外筒内设有数个齿轮，齿轮通过驱动电机与盖板连接，齿轮与齿轮环之间相互啮合；

9、传动筒的上方设有上挡环，传动筒的下方设有下挡环，传动筒位于上挡环和下挡环之间，上挡环、下挡环均与外筒固定连接。

10、所述冲击机构包括：

11、铅块，滑动设置在滑筒内；

12、端面凸轮，其环形外侧与传动筒连接，其上表面呈曲面，该曲面上设有平滑的凸点；

13、数个拉杆组件，拉杆组件包括水平方向设置的支架、竖直方向设置的拉杆和与外筒转动连接的连杆，支架的一端设有滚轮，滚轮与端面凸轮的上表面接触，支架的另一端位于铅块的下方，且与拉杆的上端铰接，拉杆的下端与连杆的一端铰接，连杆的另一端与外筒铰接，拉杆和连杆的连接端位于承立柱的上方。

14、所述滑筒的内表面处设有数个沿轴向设置的油槽，油槽内设有润滑油。

15、所述端面凸轮的环形外侧固定设有端面凸轮法兰盘外圈，传动筒与端面凸轮法兰盘外圈之间通过销轴连接。

16、传动筒内沿其周向均匀间隔设有数个拉杆组件；

17、外筒的环形内侧固定有数个支撑座，支撑座之间通过支撑环连接，连杆的一端与支撑环铰接。

18、所述探杆单元上沿其轴向间隔设有数个弧形凹槽，弧形凹槽内设有温度传感单元；

19、温度传感单元包括温度传感器和测温探头，测温探头与温度传感器连接，温度传感器通过固定支架与探杆固定连接；

20、探杆中心设有pom管。

21、本发明还公开了上述的一种新型重力取样与地温梯度测量装置进行测量的方法，其中，包括以下步骤：

22、s1、装置入水后，在自身的重力作用下，快速向海底方向插入；

23、s2、装置插入海底沉积物后，传动筒转动，在其转动过程中，冲击机构对探杆单元持续产生向下的冲击力，通过该冲击力，实现了装置的向下钻进；

24、s3、装置向下钻进至预期深度后，冲击机构停止动作，探杆向下钻进的过程实现样品收集，同时通过温度传感单元实现温度梯度的采集。

25、上述步骤s2中，通过复合缆为装置供电，驱动电机带动与其连接的齿轮转动，通过齿轮与齿轮环之间的相互啮合，带动齿轮环、以及与其固定连接的传动筒转动；

26、传动筒转动，通过端面凸轮法兰盘端外圈和传动筒之间的销轴联结，使传动筒带动端面凸轮发生同步转动；

27、端面凸轮转动过程中，端面凸轮上的凸点周期性的将滚轮顶起，与该滚轮连接的支架也随之向上运动，支架向上运动的过程中，将铅块顶起，铅块滑动进入滑筒内，与此同时支架通过拉杆带动连杆向上转动，拉杆和连杆的连接端离开承立柱的上表面；

28、端面凸轮继续转动，端面凸轮上的凸点离开滚轮，此时滚轮下降，与该滚轮连接的支架也随之向下运动，该支架通过拉杆带动连杆向下转动，铅块在其自身的重力下向下运动，对支架施加向下的压力，当连杆和拉杆的连接端向下运动至与承立柱接触并碰撞时，通过铅块产生的压力，对承立柱施加向下的冲击力；

29、随着端面凸轮的转动，铅块在沿竖直方向做周期性往复运动，铅块在周期性向下运动过程中，通过数个连杆组件中连杆和拉杆的连接端，依次将铅块的下压力传递到承力柱上，持续地对探杆单元施加向下的冲击力；

30、探杆单元向下运动的过程中，沉积物进入pom管，实现样品收集。

31、本发明的有益效果是：

32、(1)该装置能够依靠自身所配置的铅块的重力，连续的对探杆施加向下的冲击力，并能够实现探针的大深度穿透，在该探杆不断向下穿透的过程中，同时完成了原位温度采集和原位样品收集；

33、(2)该装置的探杆单元中，其温度传感单元设置在探杆上的弧形槽内，可以有效地避免温度传感器遭受周围沉积底层的摩擦损坏，保证了探杆的原位温度采集数据的完整性；

34、(3)该装置体积小，结构紧凑，通过对端面凸轮的工作表面的曲线、以及连杆组件数量的设置，可以实现对探杆单元的冲击频率的准确的控制。

技术特征：

1.一种新型重力取样与地温梯度测量装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种新型重力取样与地温梯度测量装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种新型重力取样与地温梯度测量装置，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的一种新型重力取样与地温梯度测量装置，其特征在于，冲击机构包括：

5.根据权利要求4所述的一种新型重力取样与地温梯度测量装置，其特征在于，所述滑筒的内表面处设有数个沿轴向设置的油槽，油槽内设有润滑油。

6.根据权利要求4所述的一种新型重力取样与地温梯度测量装置，其特征在于，所述端面凸轮的环形外侧固定设有端面凸轮法兰盘外圈，传动筒与端面凸轮法兰盘外圈之间通过销轴连接。

7.根据权利要求4所述的一种新型重力取样与地温梯度测量装置，其特征在于，传动筒内沿其周向均匀间隔设有数个拉杆组件；

8.根据权利要求4所述的一种新型重力取样与地温梯度测量装置，其特征在于，所述探杆单元上沿其轴向间隔设有数个弧形凹槽，弧形凹槽内设有温度传感单元；

9.一种利用权利要求1-8任一所述的一种新型重力取样与地温梯度测量装置进行测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，

技术总结本发明涉及海底原位采集技术领域，特别是一种新型重力取样与地温梯度测量装置及测量方法。测量装置包括：冲击单元，包括外筒和传动筒，传动筒位于外筒的环形内侧，且传动筒沿外筒环形内表面转动，外筒内设有冲击机构，传动筒转动过程中，带动冲击机构对探杆单元产生向下的冲击力；探杆单元，与冲击单元的底部固定连接，包括探杆和设置在探杆上的数个温度传感单元。其能够实现探针的大深度穿透，并在不断向下穿透的过程中完成原位温度采集和原位样品收集。技术研发人员：吴刚,尉建功,谢志远,刘晶晶,朱家正,李文静,王力峰,郭丽华受保护的技术使用者：广州海洋地质调查局技术研发日：技术公布日：2024/7/23