[发明专利]孔隙水长期原位取样和分析装置及其方法

说明书

本发明公开了一种孔隙水长期原位取样和分析装置及其方法，其中，孔隙水长期原位取样和分析装置包括支架，探针、升降电梯、分流装置、第一储水装置、第二储水装置、蠕动泵、孔隙水气体含量分析装置以及原位环境参数测量装置；本发明可以原位、长期、分时段采集并储存沉积物孔隙水，且实验结果误差小。

技术领域

本发明涉及海底孔隙水采集技术领域，尤其涉及一种孔隙水长期原位取样和分析装置及其方法。

背景技术

孔隙水是指主要赋存在松散沉积物颗粒间孔隙中的地下水。海底浅表沉积物的孔隙水中保留大量有用的信息，可根据样品中CH₄、H₂S等气体和Cl^-、SO₄^2-等离子的异常及其分布特征，测算海底甲烷渗漏通量，为天然气水合物资源勘探和环境评价提供快速、高效的地球化学证据。

然而，水合物试采或开采必然会改变水合物层甲烷的赋存状态，从而影响甲烷的向上运移方式及其通量。在微生物的甲烷氧化作用下，孔隙水中的地球化学性质会迅速响应这种甲烷运移方式和通量上的变化。因此，孔隙水的地球化学特征还可以用来评估水合物试采或开采前后以甲烷为核心的碳循环的变化、元素物质平衡的变化、海底含氧或缺氧程度的变化，并最终用来综合评价水合物试采或开采前后对环境的造成的影响，为评估水合物区海底沉积界面甲烷的归宿示踪及其对环境的潜在影响，探讨水合物试采对水合物区碳循环过程的影响，提供最直接的地球化学证据。

现有技术中的孔隙水取样和分析装置主要有两种：一是先用重力活塞取样器将沉积物样品采集到科考船上，再在实验室抽取或压榨出孔隙水。这种方法是在常规环境下进行的，由于温压条件剧烈变化，可能发生溶解在沉积物孔隙水中的气体逃逸以及成分氧化等物理化学变化，此时再采集孔隙水进行水溶气等测试，结果存在很大误差。二是孔隙水原位提取装置，大多靠采集装置内外静水压力差使不同沉积层位的孔隙水进入采集器中完成采集，但其获取的均为某时段的孔隙水，为一个瞬时的数据，无原位、长期、分时段采集并储存沉积物孔隙水的能力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种孔隙水长期原位取样和分析装置及其方法，其能同时解决实验结果误差大和无原位、长期、分时段采集并储存沉积物孔隙水的能力的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种孔隙水长期原位取样和分析装置，包括支架，探针、升降电梯、分流装置、第一储水装置、第二储水装置、蠕动泵、孔隙水气体含量分析装置以及原位环境参数测量装置，所述升降电梯与支架固定，所述升降电梯上设有滑轨，所述探针上连接有滑块，所述探针与所述升降电梯通过滑块和滑轨的配合而连接，所述升降电梯顶部设有电机，所述电机通过驱动组件驱动所述滑块沿所述滑轨的长度方向滑动；所述分流装置设置于所述探针的上方，并与所述支架固定；所述第一储水装置与所述分流装置通过第一管道连接；所述第二储水装置设置于所述探针的顶部，并与所述探针通过第二管道连接；所述蠕动泵分别与所述第二储水装置和分流装置通过柔性连通件连接；所述孔隙水气体含量分析装置和所述原位环境参数测量装置分别通过第三管道与所述分流装置连接。

优选的，所述的孔隙水长期原位取样和分析装置，还包括中控系统，升降电梯的电机、蠕动泵、孔隙水气体含量分析装置以及原位环境参数测量装置均与中控系统电性连接，所述中控系统用于控制电机、蠕动泵、孔隙水气体含量分析装置以及原位环境参数测量装置的工作状态，以使探针以预定的时间和/或时间间隔插入浅表层沉积物中，通过蠕动泵将探针内的孔隙水依次通过第二储水装置、分流装置抽取至第一储水装置、孔隙水气体含量分析装置以及原位环境参数测量装置中。