[发明专利]一种深海水合物原位立体监测系统

权利要求书

1.一种深海水合物原位立体监测系统，包括原位地层长期多参数监测系统，所述原位地层长期多参数监测系统包括刚性监测杆模块、柔性监测缆模块、地层孔隙水取样模块、中央数据采集及控制模块；

所述刚性监测杆模块包括在刚性监测杆上集成有MEMS加速度传感器、温度传感器、压力传感器、甲烷传感器、硫化氢传感器、溶解氧传感器和PH传感器，用于监测地层地球化学多参量参数；

所述柔性监测缆模块包括在柔性监测缆上集成有MEMS加速度传感器、温度传感器和压力传感器，用于监测海底地层变形数据；

所述中央数据采集及控制模块设置在刚性监测杆上，所述中央数据采集及控制模块用于采集地层地球化学多参量参数以及海底地层变形数据、并通过水声通信或浮标通信与母船上的中央控制中心与监测设备进行数据传输，所述中央控制中心与监测设备还对中央数据采集及控制模块进行采集控制；

所述地层孔隙水取样模块存储水合物地层孔隙水在刚性监测杆上，每一根刚性监测杆内部存储有对应深度地层的长期地层孔隙水；

还包括水合物地表智能观测系统，其包括甲烷判读定级观测模块、地球化学观测模块和微地震观测模块，

所述甲烷判读定级观测模块包括HD图像视频采集模块、激光散射模块、以及在所述中央控制中心与监测设备中设置的气泡溶解扩散模型；所述HD图像视频采集模块依靠ccd高速相机记录气泡流运动轨迹，估算大气泡流动的数量；激光散射模块捕捉微纳米气泡，对微纳米级气泡进行粒径、浓度测量；所述气泡溶解扩散模型用于通过获取气泡在不同区域的扩散状态，结合气泡粒径与气体分子数之间的关系预测甲烷气体泄露总量；

所述微地震观测模块用于获取水合物地层微震信息；

所述地球化学观测模块为集成诸多探测传感器为一体的海底监测网，用于长期实时监测海底表面温度、压力、流体地球化学物质的泄露参数。

2.根据权利要求1所述的深海水合物原位立体监测系统，其特征在于：还包括海底水合物地层钻进系统，其包括用于刚性监测杆纵向布放的深海地层监测杆布放系统、和用于柔性监测缆横向布放的海底地层钻进机器人。

3.根据权利要求2所述的深海水合物原位立体监测系统，其特征在于：所述HD图像视频采集模块：记录大气泡上升过程中粒径、速度、形态变化规律，统计一定时间、环境下，气泡扩散量；在ccd高速相机的窗口、框架处进行尺度标记，从而定量得到气泡粒径。

4.根据权利要求1所述的深海水合物原位立体监测系统，其特征在于：激光散射模块捕捉微纳米气泡：采用颗粒过滤器对大颗粒进行过滤，并将大气泡进行破碎分裂，采用光散射对获取的溶液中微纳米气泡粒径、浓度进行原位、连续性测量，利用高分辨率相机捕捉微纳米气泡在光散射下的运动状态。

5.根据权利要求1所述的深海水合物原位立体监测系统，其特征在于：所述气泡溶解扩散模型建立：使用气泡溶解模型模拟气泡因溶解在水柱中而收缩，因上升和气提过程中静水压力降低而膨胀，气体组分的热力学和输运性质从各状态方程和扩散系数的经验方程、传质系数和气泡上升速度计算，结合压力、温度和盐度条件；基于质量平衡方程、稀释物质的输运，建立羽流扩散模型，得到气泡的扩散状态。

6.根据权利要求1所述的深海水合物原位立体监测系统，其特征在于：所述气泡粒径与气体分子数量关系：结合同步辐射软线法、液体杆扫描透射电镜、原子力显微镜等手段对气泡内部进行表征，建立粒径与气体分子关系模型，从而实现对甲烷气体泄露量的准确预测。

7.根据权利要求1所述的深海水合物原位立体监测系统，其特征在于：所述微地震观测模块包括在地表布放多组检波器，通过检波器确定破裂发生的位置、获取水合物区的内部流体运移演化、地层岩体损伤及内部裂纹演化过程。

8.根据权利要求2所述的深海水合物原位立体监测系统，其特征在于：深海地层监测杆布放系统为可自主水下定位并移动的布缆钻机，用于在地层内布放纵向刚性监测杆。