海洋或者湖泊底部沉积物中的甲烷梯度测量系统的制作方法

本发明涉及一种测试系统，尤其涉及一种用于测试海底或者湖泊底部的沉积物中甲烷梯度的测量系统。

背景技术：

在海底或者湖泊某些沉积物的深部，埋藏有天然气水合物、石油和/或天然气等矿藏，这些矿藏中一般都含有大量的甲烷气体。在污染严重和富营养化的湖泊底部的沉积物中，由于有机物的腐烂分解，也会产生大量的甲烷气体。由于甲烷分子的体积小，甲烷气体很容易从海底矿藏区和湖泊污染源向四周的沉积物中扩散和运移。一般情况下，在高压和低温物理条件下，甲烷在扩散和运移过程中，会填充于沉积物颗粒之间的空隙中，并且在含量上呈梯度递减的分布规律。

因此，通过测量海底和湖泊沉积物中甲烷的梯度分布，可以判断甲烷运移方向，进而推测海底矿藏资源的深度、评估湖泊污染程度，为海洋天然气水合物调查、海洋油气资源探查以及湖泊环境调查和评估提供快速、高效的地球化学证据。

目前，对于海洋和湖泊沉积物中的甲烷梯度的测试方法，一般是单独提取不同层位的沉积物样品到船上实验室，然后将所提取的样品分别放置于一密闭空间中，待沉积物中的甲烷释放到密闭空间后，测试密闭空间内的甲烷含量，然后根据不同层位的沉积物中的甲烷含量计算沉积物中的甲烷梯度。

但是，在上述操作过程中，由于样品的温度和压力条件的变化，沉积物中绝大部分的甲烷都已经逃逸，测量结果与沉积物中甲烷的实际含量之间存在很大的误差。而随着我国经济实力和科学技术的不断发展，国家正在大力开展天然气水合物、石油、天然气等海底矿产资源调查，埋藏有天然气水合物、石油和/或天然气等矿藏的沉积物中甲烷梯度的测量，对于海底的水合物、油气矿藏的调查以及海洋、湖泊环境调查，具有十分重要的意义。

因此，本领域技术人员亟需研究一种结构简单、测量结果稳定可靠、可操作性强的沉积物中甲烷梯度测量系统。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种结构简单、测量结果稳定可靠、可操作性强的沉积物中甲烷梯度测量系统。

本发明的另一目的，是提供一种测量结果准确的用于测量沉积物中甲烷含量的测试装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种海洋或者湖泊底部沉积物中的甲烷梯度测量系统，其特征在于，至少包括沉积物中甲烷测试装置、甲板控制系统、信号传输系统、水下控制系统、比重块以及固定连接于所述比重块的探测柱；所述水下控制系统通过所述信号传输系统与所述甲板控制系统电性连接；所述甲烷测试装置为多个，多个所述甲烷测试装置沿所述探测柱的长度方向固定设置，所述甲烷测试装置通过缆线与所述水下控制系统电性连接。

在一些具体实施方式中，所述信号传输系统为钢缆。

在一些具体实施方式中，所述甲烷测试装置包括压力传感器、甲烷传感器和气体舱，所述压力传感器与所述甲烷传感器设置于所述气体舱内；所述气体舱上还设置有通过进气电磁阀控制的进气通道以及通过出气阀控制的出气通道，所述出气通道的外侧设置有防水透气层；所述进气电磁阀、所述压力传感器和所述甲烷传感器通过缆线与所述甲板控制系统电性连接。

在一些具体实施方式中，所述出气通道外设置有与真空泵对接的接口。

在一些具体实施方式中，所述出气阀为手动阀。

在一些具体实施方式中，所述防水透气层从远离所述气体舱的一侧到靠近所述气体舱的一侧依次为金属滤网、微孔滤膜、防水透气隔膜及不锈钢烧结毡中的一种或者几种。

在一些具体实施方式中，所述探测柱的下端部为锥形。

本发明的有益效果：

本发明的上述结构设计，由于将多个甲烷测试装置分别垂直固定于探测柱的不同高度，从而可以在甲烷测试装置不离开所处原始位置的情况下，将所检测到的甲烷含量通过缆线传输至甲板控制系统，对海洋或者湖泊底部不同高度的甲烷分布情况进行实时测量，测量结果准确，稳定可靠。

本发明的上述结构设计，由于气体舱内甲烷数据的读取是通过甲板控制系统在所检测位进行原位测试，避免了现有技术中由于需要将样品提取到甲板后再进行测量所带来的误差，保证了检测结果的可靠性。

此外，采用上述的结构设计，甲板控制系统与水下控制系统通过钢缆电性连接，甲烷测试装置与水下控制系统电性连接，避免了由于水下多根缆线同时与甲板控制系统连接所带来的不便，减少了占地空间，提高了安装效率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明一实施例的沉积物中甲烷梯度测量系统的结构示意图。

图2为图1中甲烷测试装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明提供了一种海洋或者湖泊底部沉积物中的甲烷梯度测量系统，如图1所示，该系统包括沉积物中甲烷测试装置1、甲板控制系统2、用作信号传输系统及承重系统的钢缆3、水下控制系统4、比重块5以及固定连接于比重块的探测柱7。其中，水下控制系统4通过钢缆3与甲板控制系统2电性连接；甲烷测试装置1为四个，四个甲烷测试装置1分别沿探测柱7的长度方向固定设置，也就是分别垂直固定于探测柱的不同高度。甲烷测试装置1通过缆线与水下控制系统4电性连接。

由于甲板控制系统与水下控制系统通过钢缆电性连接，甲烷测试装置与水下控制系统电性连接，避免了由于水下多根缆线同时与甲板控制系统连接所带来的不便，减少了占地空间，提高了安装效率。

为了便于测量系统的提升，在系统的上部还设置有挂钩6。

在其他实施例中，甲烷测试装置的数量可以根据具体的情况进行增减。

上述的甲烷梯度测量系统，由于将多个甲烷测试装置分别垂直固定于探测柱的不同高度，从而可以在甲烷测试装置不离开所处原始位置的情况下，对海洋或者湖泊底部不同高度的甲烷分布情况进行测量，并将所检测到的甲烷含量通过传输至甲板控制系统2，测量结果准确，稳定可靠。

为了减少探测柱7探入海洋或者湖泊底部时的阻力，将探测柱7的端部设置为锥形。

如图2所示，本实施例的甲烷测试装置1包括压力传感器19、甲烷传感器12和气体舱13，压力传感器19与甲烷传感器12设置于气体舱13内，分别用于检测气体舱13内的压力和甲烷含量。

如图2所示，气体舱上13还设置有通过进气电磁阀15控制的进气通道14以及通过出气阀18控制的出气通道17，进气通道14的外侧设置有防水透气层16，该防水透气层16可以阻止沉积物和水进入气体舱13内；进气电磁阀15通过缆线与图1中的甲板控制系统2电性连接。

具体使用时，甲烷传感器12、进气电磁阀15和压力传感器19通过缆线与水下控制系统4电性连接，甲烷传感器12和压力传感器19可通过缆线将所检测到的数据实时传输到甲板控制系统，甲板控制系统通过缆线11控制进气电磁阀15的打开与关闭。

在甲烷测试装置使用过程中，由于气体舱内甲烷数据的读取是通过甲板控制系统在沉积物中原位进行，避免了现有技术中由于需要将样品提取到甲板后再进行测量所带来的误差，保证了检测结果的可靠性。

为了便于在系统使用之前抽取气体舱内的真空，出气通道17上设置有与真空泵对接的接口。

为了在实现使用功能的同时简化系统结构，将出气阀18采用手动阀。

本实施例中，防水透气层从远离气体舱13的一侧到靠近气体舱13的一侧依次为：金属滤网、微孔滤膜、防水透气隔膜和不锈钢烧结毡，具体使用时，根据所检测的海洋底部或者湖泊底部的不同状况，可以有所增减。

本发明的具体应用情况如下：

首先，对甲烷测试装置进行调试。在甲板上关闭甲烷测试装置1的进气电磁阀15，打开手动出气阀18，将真空泵通过设置于出气通道17的接口连接与出气通道17上，通过压力传感器19监控气体舱13内的真空状态，当气体舱13内的真空状态满足要求时，关闭出气手动阀18，移去真空泵。采用前述的方法，对每个甲烷测试装置1进行调试。

其次，将调试好的甲烷测试装置通过卡箍沿探测柱7的长度方向依次固定于探测柱7上，将钢缆3电性连接于甲板控制系统2和水下控制系统4之间，并将每个甲烷测试装置1分别通过缆线与水下控制系统4电性连接。此时，甲烷传感器12和压力传感器19可以通过缆线将数据实时传输到甲板控制系统2，甲板控制系统2也可以通过缆线直接控制电磁阀15的打开和关闭。

然后，将整个检测系统挂设于挂钩6上，通过绞车下放并插入待检测沉积物中，通过甲板控制系统2打开进气电磁阀15，使沉积物和气体舱13处于连同状态。由于气体舱内外气体浓度不同，在气体压力差的作用下，沉积物中的气体会穿过防水透气层16扩散到气体舱13中，当压力传感器19的数值稳定时，即气体舱13中的气体和沉积物中的气体达到动态平衡时，通过甲板控制系统2关闭进气电磁阀15，此时甲烷传感器所显示的甲烷浓度，即为气体舱13中的甲烷浓度。根据亨利定理，气体舱中的甲烷浓度和外面沉积物中甲烷含量直接相关，因此可以根据该定理计算出该甲烷测试装置所在的沉积物中的甲烷含量。

同样地，通过设置于探测柱7上不同高度的多个甲烷测试仪1，即可测量不同层位沉积物中的甲烷含量，从而可以计算出本站位沉积物中的甲烷梯度。

某层位的沉积物中的甲烷含量检测完后，将检测系统提取到甲板上，清洗或者更换防水透气层16，对气体舱13抽真空后，即可进行下一次的测量。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。