[发明专利]一种海底热液喷口颗粒物采集装置及方法

说明书

本发明公开了一种海底热液喷口颗粒物采集装置及方法，该装置入口能够覆盖整个海底热液喷口，所有热液从喷口中喷出后以较大的初始速度通过采集装置，通过微孔滤膜的过滤，能够采集热液中特定粒径颗粒物的全部组分。颗粒物采集装置通过设定温度阈值和实时温度检测，能够自主判断热液流体进入采样装置的时间，并由计时器控制阀门开启时长，截留保存特定时间内热液喷口喷出的颗粒物，从而准确计算物质通量。

技术领域

本发明涉及海洋矿产资源调查领域，具体涉及一种海底热液喷口颗粒物采集装置及方法。

背景技术

海底热液喷口根据喷出流体温度的不同，可以分为“白烟囱”和“黑烟囱”。热液白烟中的颗粒物组分主要是蛋白石、黄铁矿、重晶石等，流体温度在70-300℃之间；热液黑烟中的颗粒物组分主要是磁黄铁矿、黄铁矿、白铁矿、闪锌矿、纤锌矿、黄铜矿、方铜矿等，流体温度在300-400℃之间。热液流体中的颗粒矿物的颗粒细小，一般在1-10μm之间，富含颗粒物的高温热液进入海洋水体后，迅速与周围的冷海水混合，热液组分的浓度稀释为原来的10^-4-10^-5倍，混合后的流体在浮力作用下上升，在达到中性浮力前可上升至距离海底数百米，同时发生侧向扩散，形成热液羽状流。

热液羽状流的分布范围很广，是寻找海底硫化物矿床的良好指示物，通过CTD采集水样进行实验室分析，可以获得颗粒物和溶解物质的含量。但是热液羽状流中的热液组分已经稀释，且无法获知稀释的倍数，从研究热液喷口的物质通量来说，还是需要从热液喷口处获取包含颗粒物在内的热液组分，从而准确计算物质通量。针对热液喷口流体的采集，已经研制有多种采样器，包括发明专利“热液自动采样器”(ZL02151511.5)、“一种手持式深海热液保真采样器”(ZL200310122819.7)、“一种手持式深海气密性等压热液采样器”(ZL200610050487.X)、“一种深海热液序列采样器”(ZL200710067956.3)和“一种液压触发的深海热液气密采样器”(ZL 200910095369.4)等，这些采样器均是由载人潜水器或遥控无人潜水器放置于热液喷口处进行热液流体的采集，目前还没有针对热液喷口颗粒物的采集装置。

发明内容

本发明的目的在于针对海底硫化物资源调查和热液喷口物质通量研究的需求，提供一种海底热液喷口颗粒物采集装置及方法，该装置可以由载人潜水器或遥控无人潜水器的机械手握持置于海底热液喷口上方，通过检测热液流体的温度启动计时，对热液喷口喷出流体中的颗粒物进行定时长采集。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一方面提供了一种海底热液喷口颗粒物采集装置，该装置由颗粒物过滤采样器和控制系统组成；

所述颗粒物过滤采样器由从下至上依次连接的热液流体入口、漏斗体、采样器本体和热液流体出口构成；所述采样器本体为圆筒状结构；所述采样器本体内壁从下至上依次安装入口旋转阀门、大孔径滤膜夹层、小孔径滤膜夹层、出口旋转阀门；所述大孔径滤膜夹层和小孔径滤膜夹层之间构成颗粒物储存腔体；所述采样器本体外壁固定T型把手；

所述控制系统包括控制电路、温度传感器、阀门控制器、通讯端口、电源模块和耐压腔体；所述耐压腔体固定在采样器本体外壁，所述控制电路和电源模块固定在耐压腔体内部；所述温度传感器固定在大孔径滤膜夹层下方，并通过水密座与控制电路相连；所述阀门控制器通过水密电缆连接到通讯端口；所述通讯端口内部与控制电路相连；所述电源模块通过电源线与控制电路相连；

所述控制电路在当温度传感器检测到实时温度达到温度阈值时，向阀门控制器发送开启信号，开启出口旋转阀门，并启动计时器计时，在计时器时间达到阀门开启时长时，向阀门控制器发送关闭信号，同时关闭入口旋转阀门和出口旋转阀门；

通过大孔径滤膜夹层和小孔径滤膜夹层对颗粒物的过滤和储存，配合控制电路的控制，可以实现对热液喷口喷出流体中颗粒物的定时长采集。