[发明专利]水面走航式探测海底气泡型浅层气的装置及方法

说明书

本发明公开一种水面走航式探测海底气泡型浅层气的装置及方法，本方案基于采集点电位差和供电电流所形成的电阻率式的探测，实现二维垂向探测，具有探测范围大，效率高的优点，不易受到干扰因素的影响，可根据真电阻率剖面相对高阻区分布范围判定含气泡区分布范围，根据相对高阻区中电阻率的相对大小判定含气量定性变化；而且通过选择不同的供电电极组合或调整测量电极的组合方式，能够实现不同体积、埋深以及不同深度水域的海底气泡型浅层气的精确探测；可满足对具有实时性要求的科研及工程的应用需求，为海洋工程开发建设提供更有利的技术支持与理论支撑。

技术领域

本发明属于海底浅层气测量技术领域，具体涉及一种水面走航式探测海底气泡型浅层气的分布范围及含气量的装置与方法。

背景技术

近年来，填海造陆、跨海大桥等近海海洋工程项目的开发迎来了新一轮高潮。海底赋存有分布广泛的大规模浅层气，其主要成分为甲烷，在海洋开发过程中，其动态变化会导致温室效应加剧，诱发海洋地质灾害，以及带来海洋工程建设等风险。

浅层气具有不同的赋存形态，而不同赋存形态浅层气识别特征、运动致灾机理皆有不同。在粗粒沉积物中，气体通过毛细侵入生长运移，在盖层圈闭作用下形成孔隙间气体联通的高压砂质储气层。而细粒沉积物由于其较大的孔喉毛细阻力使得气体难以进行毛细侵入，而是以劈裂沉积物的方式形成“气泡”，这就出现了与传统认识中孔隙间相互连通型浅层气特征不同的气泡型浅层气。

地层中的气泡型浅层气会显著改变沉积物声学特性，声波、地震波在海水中的传播明显优于可见光和电磁波，现有技术中，利用两种信号开展的海底声学和地震探测是当前开展浅层气勘查的主要方法，声学探测技术包括多波束测深、侧扫声纳和浅层剖面探测等。浅层地震技术包括单道或多道地震，也有专门设计用于海底探测的高分辨率地震方法。两种探测技术主要是通过分析探测剖面典型异常特征来判定浅层气的存在与分布。对于气泡型浅层气的探测来说存在局限性。因为其探测原理基于浅层气对信号的屏蔽作用，故而无法给出含气区底界及含气量变化。此外，探测结果易受沉积物类型、粒度的影响，形成与浅层气类似的散射与反射特征。浅海环境中存在的多次波、低频随机噪声等干扰以及高频能量吸收严重、横向能量不均等问题，也会对图像解译带来干扰。总之，该探测技术目前仍以定性探测为主，除了能够判别可能存在浅层气外，尚无法清晰确定浅层气分布。

另外，传统浅层气调查手段几乎均针对于联通型浅层气，很少按照含气区浅层气赋存形态对浅层气地质调查进行细分，对气泡型浅层气的调查具有怎样的探测效果尚待未可知。这导致以往浅层气调查工作中对于气泡型浅层气存在测不到、测不准等问题。但近海海域海床表层多为粉质黏土等细粒沉积物，这种没有被足够重视的“气泡”广泛存在甚至是表层浅层气的主要赋存类型，鉴于此，发展能够准确描述气泡型浅层气的针对性调查手段亟待提上日程，为海洋工程开发建设提供更有利的技术支持与理论支撑。

发明内容

本发明为弥补现有声学或地震手段对于气泡型浅层气的调查缺陷，提出一种基于水面走航式探测海底气泡型浅层气的方法，实现对气泡型浅层气分布范围(尤其是底界范围)及同一含气区含气量定性变化的探测。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种水面走航式探测海底气泡型浅层气的装置，包括调查船、线缆系统、采集主机及供电系统，采集主机及供电系统设置在调查船上，采集主机与线缆系统相连，供电系统为装置运行及测量时建立电场提供电源，调查船用于提供走航动力、控制走航速度，还为整个探测过程提供海上工作平台；

所述线缆系统包括尾锚、浮球、多道电极系和持力绳，尾锚通过持力绳连接调查船，多道电极系和浮球固定在持力绳上，浮球间隔设置有多个，用于保持线缆漂浮于水面；

所述多道电极系通过多通道子母插头与采集主机连接，多道电极系包括多个供电电极和多个测量电极，多个供电电极在靠近调查船端依次排布设置，多个测量电极等间距依次布设在供电电极之后远离调查船端。