[发明专利]模拟海洋冷泉发育的系统及其实现方法

说明书

本发明涉及一种模拟海洋冷泉发育的系统，包括高压模拟腔，在高压模拟腔中进行地质分层构建，由上而下包括海底界面以上单元、海底界面单元和海底界面以下单元；所述海底界面以上单元用于海底水体情况的模拟；所述海底界面单元用于模拟海底界面；所述海底界面以下单元用于模拟海底分布及冷泉的发育过程；在所述高压模拟腔上还设置有环境条件控制设备，用于系统环境条件的控制及数据的采集。本发明还提供该系统的实现方法，通过对冷泉发育全流程模拟，实现了对冷泉发育的动力机制和周期演化行为特征的全面研究，完善冷泉研究的基础理论和数据系统，有效避免了常规的海底冷泉调查观测手段存在的受恶劣海洋风浪环境条件的限制。

技术领域

本发明涉及海洋地质系统模拟技术领域，更具体的，涉及一种模拟海洋冷泉发育的系统及其实现方法。

背景技术

海底冷泉系统是指来自海底沉积层或者更深层的气液流体以喷涌或渗漏的方式逸出海底的一种海洋地质现象，甲烷冷泉是最普遍的一种冷泉形式。深海冷泉系统是链接地球深部生物圈的“窗口”，是与地球深部圈层物质与能量交换的重要通道，也是研究海底碳循环和极端环境生命活动的重要场所。因此，自20世纪80年代首次发现以来，海底冷泉系统就一直是海洋地质和生物学研究的热点。

海底冷泉主要是海底以下的冷泉流体在构造压力梯度、浓度梯度等驱动因素在含裂隙或者孔隙等流体运移通道从底部向海底运移逸出。近年来，随着海底冷泉调查技术的快速发展，尤其是搭载多种声学调查手段、高精度传感器和监测设备的载人和无人潜器等调查技术的发展，海底冷泉的识别与调查研究发展迅速，人们对冷泉的形成、发育、演化等认识从模糊逐渐趋于清晰。目前，在全球已经发现了900多处冷泉系统，我国也在8个海域发现了冷泉系统，尤其是2015年在借助海马潜器发现了大型的“海马”号活动冷泉。

目前，关于海底冷泉的发育研究主要是借助原位调查手段进行原位调查观测，然而在自然界中，冷泉渗漏喷发不连续，不同海洋环境、不同海底地质单元区域差异极大，同一冷泉在不同时间序列的特征差异也非常显著；同时，常规的海底调查观测手段只能观测调查海底及底部空间的冷泉流体系统行为，海底以下流体从流体藏中泄漏的特征及在通道中的迁移转化特性及冷泉发育的动力机制等并不能通过海底直接观测获取得到。

发明内容

本发明为克服现有的海底冷泉的发育研究只能进行有限的海底观测，获取离散的片段数据，存在无法观测调研海底界面以下泄露流体的迁移转化特性且无法定量研究冷泉发育动力机制的技术缺陷，提供一种模拟海洋冷泉发育的系统及其实现方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

模拟海洋冷泉发育的系统，包括高压模拟腔，在高压模拟腔中进行地质分层构建，由上而下包括海底界面以上单元、海底界面单元和海底界面以下单元；所述海底界面以上单元用于海底水体情况的模拟；所述海底界面单元用于模拟海底界面；所述海底界面以下单元用于模拟海底分布及冷泉的发育过程；

在所述高压模拟腔上还设置有环境条件控制设备，用于系统环境条件的控制及数据的采集。

上述方案中，海底界面单元主要是在沉积物上边填充界面平台模拟海底界面，为冷泉流体迁移出海底发育提供环境；海底水体情况的模拟主要指在海底界面以上单元中，通过在高压模拟腔内注入与海底空间组分和浓度相近的海水，并且保持与海底原位环境相同或者相近的温度和压力环境。在水体系统和顶部可预留空间不填充海水模拟海水气界面的冷泉流体转化情况。

其中，所述海底界面以下单元包括冷泉流体源系统、泄漏通路装置和海底沉积物化学分带模拟层；其中：

所述冷泉流体源系统包括高压气源、气体增压装置、气体注入装置和液体注入装置；所述高压气源输出口通过所述气体增压装置输入口连接；

所述气体注入装置输出口与所述泄漏通路装置输入端连接；

所述泄漏通路装置输出端设置在所述高压模拟腔底部；