液压驱动型高分辨率深海沉积物孔隙水原位保真取样器制造技术

本发明专利技术涉及深海取样技术，旨在提供一种液压驱动型高分辨率深海沉积物孔隙水原位保真取样器。包括：取样插板单元、存样及连接单元、采样抽拉单元；取样插板单元包括：取样插板、防污染挡板和孔隙水取样器；所述取样插板呈竖向布置，在其表面均匀间隔地设有若干个水平凹槽，每个凹槽中布置一个孔隙水取样器；紧贴取样插板表面设有能够与之相对移动的防污染挡板，在防污染挡板上设置与水平凹槽相配合的若干个开孔；各孔隙水取样器通过存样及连接单元接至采样抽拉单元。本发明专利技术可同时获得若干个厘米级间隔的高分辨率孔隙水样本，最小程度降低对深海沉积物的扰动，增加孔隙水样品精度，并减小装置的体积；能避免取样前插入过程中孔隙水取样器被污染。水取样器被污染。水取样器被污染。

【技术实现步骤摘要】
液压驱动型高分辨率深海沉积物孔隙水原位保真取样器


[0001]本专利技术涉及深海取样技术，特别涉及液压驱动型高分辨率深海沉积物孔隙水原位保真取样装置。该取样器能在维持原始环境的状态下，对深海沉积物孔隙水进行厘米级的高分辨率保真采样，从而获原位不同层位的保真孔隙水样品。

技术介绍

[0002]深海沉积物孔隙水通常能够反映出天然气水合物的存在形式，通常通过检测孔隙水和表层海水中的甲烷(烃类气体)和硫化氢(其他气体)的异常标志来识别天然气水合物，这能够为天然气水合物高效、快捷的检测提供参考依据。同时，在天然气水合物成藏区，由于地下环境中普遍存在压力、温度、浓度和组分上的差异，烃类物质将从深部动态运移至表层，使得浅表层沉积物、孔隙水和底层水等介质中的地球化学特征发生变化，形成地球化学异常。因此，深海沉积物孔隙水采样研究对于海洋油气资源勘查与开发具有重要的意义，尤其在海底天然气水合物勘查方面能够提供有效的地球化学特征信息。
[0003]在深海取样技术中，高分辨率取样通常是指在沉积物深度剖面上取样点位密度丰富。对于海底天然气水合物勘查而言，高分辨率取样可以更准确的提供海底沉积物孔隙水深度方面的地球化学信息。由于深海海底是一个高压、低温以及强腐蚀环境，并且海底地形较为复杂且周围海水又时刻处于动态变化的过程，故这些情况使得海底沉积物孔隙水的采集难度增加。
[0004]现有的深海孔隙水采样设备通常是基于重力或结合电机取样等传统的采样方式，采样设备结构复杂且采样深度及点位受限，不能同时兼顾取样密度丰富及样品量的问题。在应用于深海环境中时，由于深海环境复杂极容易出现难以保温保压等问题，难以实现深海沉积物孔隙水在高分辨率下的原位保真取样。
[0005]因此，研究一种高分辨率深海沉积物孔隙水原位保真取样器能够使其获得无扰动、无污染的高分辨率孔隙水样品是十分必要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种液压驱动型高分辨率深海沉积物孔隙水原位保真取样器。以此解决采样深度、样品量和高分辨率难以同时兼顾的问题，实现无污染、高分辨率的深海沉积物原位孔隙水保真取样。
[0007]为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0008]提供一种液压驱动型高分辨率深海沉积物孔隙水原位保真取样器，包括取样插板单元、存样及连接单元、采样抽拉单元；其中，取样插板单元包括：取样插板、防污染挡板和孔隙水取样器；所述取样插板呈竖向布置，在其表面均匀间隔地设有若干个水平凹槽，每个凹槽中布置一个孔隙水取样器；紧贴取样插板表面设有能够与之相对移动的防污染挡板，在防污染挡板上设置与水平凹槽相配合的若干个开孔；各孔隙水取样器通过存样及连接单元接至采样抽拉单元。
[0009]作为优选方案，取样插板与防污染挡板之间为具有一定紧固力的活动连接，当取样插板向下位移时能够带动防污染挡板向下位移；防污染挡板的顶端通过钢丝绳连接至固定锚点(可以是单独的固定支架，或者是水下机器人上的支架)，且钢丝绳张紧时的最大拉伸长度与取样插板的最大行程之间具有差值；当取样插板带动防污染挡板向下位移至钢丝绳最大拉伸长度后，取样插板还能继续位移一段距离，使各孔隙水取样器与防污染挡板上对应的开孔位置相互重合，从而露出于开孔中(即，利用特定的行程差值使得两者发生相对移动，直至各孔隙水取样器由被遮蔽的防污染状态变成露出的可采样状态)。
[0010]作为优选方案，还包括一个竖向的固定支架，所述钢丝绳的固定锚点位于该固定支架的顶端，所述取样插板与防污染挡板安装在固定支架上的限位结构中。
[0011]作为优选方案，所述防污染挡板的上部顶端设有卡套结构；该卡套结构活动安装在取样插板上，或是活动安装在附着于取样插板的竖向滑杆上。
[0012]作为优选方案，所述取样插板的下部顶端设有铲形刀头。
[0013]作为优选方案，该取样器还包括固定板和驱动液压源；固定板呈水平布置，用于承载取样器各零部件及对外固定安装，取样插板垂直地活动嵌装在固定板上；驱动液压源通过连杆接至取样插板上的横向挡板，使取样插板能在垂直于固定板的方向上进行位移。
[0014]作为优选方案，所述驱动液压源是独立的驱动液压油缸，或者是取样器所处水下机器人中各设备共用的驱动液压油缸。
[0015]作为优选方案，所述存样及连接单元包括依次连接的单向阀、第一三通阀、存样管和第二三通阀；存样及连接单元的各部件均与孔隙水取样器具有相同的数量，且均按下述方式进行装配：单向阀接至孔隙水取样器，第二三通阀接至采样抽拉单元，两个三通阀的剩余接口分别接至各自的保压阀门。
[0016]作为优选方案，所述存样管为PEEK毛细管，盘放于存样管支架上；所述单向阀、第一三通阀、第二三通阀和保压阀门均固定在阀门布放支架上。
[0017]作为优选方案，所述采样抽拉单元包括采样液压油缸和保压筒，保压筒中设有活塞，采样液压油缸通过连接与活塞相连(由采样液压油缸驱动活塞的位移以实现孔隙水取样器的采样)。
[0018]作为优选方案，所述采样抽拉单元共有若干组，各组均由相同结构；所述各孔隙水取样器和存样及连接单元分为相同组数，分别接至各组采样抽拉单元。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020](1)本专利技术利用若干个平行间隔布置的孔隙水取样器，在维持深海孔隙水原状环境的情况下，对孔隙水进行厘米级精确气密采集，以获原位不同层位高分辨率的保真孔隙水样品。本专利技术对海底沉积物孔隙水的保真取样技术的发展在圈定天然气水合物蕴藏区以及评估天然气水合物资源方面等研究提供重要的技术手段支撑，可应用于海洋天然气水合物勘探和开采、海洋生态环境的监测等领域。
[0021](2)本装置能够搭载深海移动平台进行深海3000米及以上的孔隙水取样。取样时，孔隙水取样器由采样液压油缸驱动保压筒内的活塞，为孔隙水取样器提供抽吸力实现取样；该原理简单，无需额外动力。
[0022](3)采用孔亲水性滤膜制成的孔隙过滤毛细管，可以在原位采样时最小程度降低对深海沉积物的扰动，增加孔隙水样品精度，并减小装置的体积。
[0023](4)利用在竖直方向的取样插板上间隔布放孔隙水取样器进行深海沉积物多层位保真取样，可同时获得若干个厘米级间隔的高分辨率孔隙水样本。
[0024](5)本装置的存样管通过两个三通阀控制样品进出和储存，为样品的后续保压转移提供便利。
[0025](6)取样插板与防污染挡板的配合及行程差设计，能够避免取样前的插入过程中孔隙水取样器被污染。取样插板底端的刀头为铲形结构，能够减小贯入海底时的阻力和对原位沉积物的扰动。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的整体装置图；
[0027]图2是本专利技术取样插板装置正视图及侧视剖面图；
[0028]图3是本专利技术中阀门布放示意图；
[0029]图4是本专利技术中采样抽拉单元的示意图；
[0030]图5是本专利技术中存样及连接单元的示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液压驱动型高分辨率深海沉积物孔隙水原位保真取样器，其特征在于，包括取样插板单元、存样及连接单元、采样抽拉单元；其中，取样插板单元包括：取样插板、防污染挡板和孔隙水取样器；所述取样插板呈竖向布置，在其表面均匀间隔地设有若干个水平凹槽，每个凹槽中布置一个孔隙水取样器；紧贴取样插板表面设有能够与之相对移动的防污染挡板，在防污染挡板上设置与水平凹槽相配合的若干个开孔；各孔隙水取样器通过存样及连接单元接至采样抽拉单元。2.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于，取样插板与防污染挡板之间为具有一定紧固力的活动连接，当取样插板向下位移时能够带动防污染挡板向下位移；防污染挡板的顶端通过钢丝绳连接至固定锚点，且钢丝绳张紧时的最大拉伸长度与取样插板的最大行程之间具有差值；当取样插板带动防污染挡板向下位移至钢丝绳最大拉伸长度后，取样插板还能继续位移一段距离，使各孔隙水取样器与防污染挡板上对应的开孔位置相互重合，从而露出于开孔中。3.根据权利要求2所述的取样器，其特征在于，还包括一个竖向的固定支架，所述钢丝绳的固定锚点位于该固定支架的顶端，所述取样插板与防污染挡板安装在固定支架上的限位结构中。4.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于，所述防污染挡板的上部顶端设有卡套结构；该卡套结构活动安装在取样插板上，或是活动安装在附着于取样插板的竖向滑杆上。5.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于，所述取样插板的下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈家旺，王荧，方玉平，陈道华，邓义楠，程思海，曹珺，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室广州广州海洋地质调查局，
类型：发明
国别省市：