[发明专利]便携式具有冰川钻孔及冰体内部结构探测功能的装置

说明书

本发明公开了一种具有冰川钻孔及冰体内部结构探测功能的装置，它包括热融钻孔模块、影像探测模块、回收热融扩孔模块和电源模块。热融钻孔模块位于装置的最下端，通过热融方式实现冰川内部向下钻孔；回收热融扩孔模块位于装置的最上端，通过热融方式实现装置的向上回收；影像探测模块位于装置的中间位置，与热融钻孔模块和回收热融扩孔模块联动，实时探测冰川内部结构。本发明整体为一圆柱体，其两端与冰川接触面为圆弧形。本发明不仅能够实现冰川内部钻孔，在钻孔的同时实时探测冰川内部结构，且能够在完成作业后整体提升回收。本发明功能强大、便于携带、制造成本低，性能稳定、工作效率高，特别适于在青藏高原等高海拔冰川地区野外科研作业。

技术领域

本发明涉及一种便携式的用于冰川钻孔及冰体内部结构探测的装置。本发明属于冰川勘测技术领域。

背景技术

气候变暖导致全球冰川加速消融已是不争的事实，尤其是在中低纬度人类聚集地周边高寒区，冰川快速变化引起的连锁生态环境问题愈发突出。青藏高原是地球上除南、北极外冰川分布最广泛的地区，被称为“亚洲水塔”，受全球气候变暖影响，青藏高原冰川整体在加速消融，其内部冰体温度整体呈逐步升高的趋势，然而，不同类型冰川内部的冰体温度对外界升温的响应敏感度和冰体结构变化的特征却存在区域和点位的差异，不同位置的冰川，其冰温和结构变化与外界的温度呈非线性关系，导致不同区域冰川的赋存和变化状态产生差异。因此，要准确预估冰川未来变化趋势，以及对人类生存环境、生态环境的影响需要大量冰川内部不同深度处冰体温度、结构的探测数据支撑。

然而，受冰川内部钻孔及深部冰体结构勘测技术有限的制约，目前我国对不同山地冰川内部不同深度处的冰体温度、内部结构数据的掌握还很少，严重地制约了我国对冰川与气候变化机理的深度研究。

目前我国对不同地区冰川开展冰体内部结构探测的方法主要有两种：一种是借助蒸汽式钻孔装置和外置的探测探头进行冰川内部结构探测。蒸汽式钻孔装置主要是利用燃气或燃油等燃料燃烧产生的热量，将容器内的水加热成蒸汽后蓄压，之后再通过特定的导汽管导出，融化导汽管顶部接触的冰体，实现冰川内部钻孔；钻孔后，在冰孔内布设探头，实施不同层位冰温、结构的观测。

第二种是附属类支撑技术，即利用冰川冰芯钻取装置，在其完成冰芯样品取样主要任务后，在留下的钻孔内布设探头，实现冰体温度、内部结构等信息的探测。这种方法主要是依托不同类型的冰芯钻取设备，在取出冰川内部冰芯后，利用其剩余的冰孔来布设探头进行观测。

第一种方法实际应用后发现，蒸汽式钻孔装置由于受水蒸汽在导汽管中传输距离的影响，导汽管在冰体内部下伸越长、蒸汽传输距离越远，出气口的蒸汽温度就越低，难以实现深度钻孔。目前该装置能够实现的冰体钻孔深度一般不超过15米，平均下钻速度低于每秒1mm，常用于冰川浅层冰体的钻孔；另外，该装置燃料燃烧时还会产生一定污染，故，这种方法难以满足极高海拔山地冰川深部、快速、高效作业的需求。

第二种方法利用深冰芯钻取装置开展深冰孔钻取，虽然深度深，但是设备昂贵(通常的深钻设备造价均超过30万)、装置重量重(整个装置重量超过150Kg)、体积大(整个装置需分拆成多个模块需要多次搬运)，需要多人进行钻取操作。另外，设备钻取过程中需要持续交流用电，发电机发电会产生一定污染，不能作为极高海拔山地冰川区高效钻孔、冰川内部结构观测作业的首选。

更为重要的是，上述两种方法其主要目的是实现冰川钻孔、冰芯取样，为探测冰体内部的结构，仍需要钻孔后，在冰孔内再单独布设探测装置。其弊端是：1、在钻孔的同时，不能实时探测冰体内部的结构信息，获取的信息不同步、不及时、不准确；2、由于冰孔的再次结冰导致布设在冰孔内的探测装置/探头回收困难。

这些问题均制约了我国冰川科研人员对冰体内部冰温、层位结构等方面的深入研究。

发明内容