[发明专利]一种深海无缆取样作业的柱状沉积物重力取样器及其应用

说明书

本发明提供一种无缆重力取样器，包括回收单元和抛弃单元；回收单元包括与浮体连接的挂钩和取样器内管；挂钩连接浮体底部和取样器内管顶部；抛弃单元包括取样器外管、配重块和触发解锁机构；触发解锁机构套接在配重块下方的取样器外管外壁上；取样器内管套于取样器外管内并可在取样器外管内沿轴向滑动，取样器外管壁中段沿周向均匀设置至少2个锁位通孔，取样器內管外壁设置锁位槽或扩径锁位孔，锁位通孔和锁位槽内设有锁位珠；解锁套管内壁中部设有退珠槽；退珠槽位于锁位珠下方，且解锁套管上端与配重块下缘之间的距离大于退珠槽与锁位珠之间的距离。本发明的无缆重力取样器具有更高的可靠性、安全性和更低的成本。

技术领域

本发明涉及一种海洋探测设备，具体涉及一种海底沉积层取样器，尤其涉及一种无缆的海底沉积层取样器。

背景技术

深海地球与生命科学是目前国际重大前沿科学领域，其发展紧密地依靠于深海技术手段的突破性创新。获取海底沉积物是深海研究过程中最普遍也是最重要的手段之一，对研究沉积物中的地质、古气候与微生物信息具有重要意义。纵观整个海底沉积物研究史，不难发现，到目前为止，对海斗深渊等超深(水深大于7000米)海域的海底沉积物研究非常薄弱。全球有二十五个海沟的深度大于7000米，其中在太平洋的就有十八个，包括马里亚纳海沟。为数不多的深潜探测，发现在海斗深渊底下，不仅有丰富的地质沉积现象，如各种大洋红层沉积、蛇纹岩丘沉积、海底热液矿物沉积等，还孕育有各种极端生命形态，包括与海底热液、冷泉相伴生的生物群和与蛇纹岩伴随的微生物菌群(Fryer,1995,2012；Ohara etal.,2012)。

几十年来，海洋沉积物采样技术多以传统的船载带缆取样器为主，诸如重力箱式、抓斗及活塞柱状取样器等。但这些传统的船载带缆取样器(比如重力箱式、抓斗及活塞柱状取样器等)，若在超深海作业，会带来各种极限问题和困难。比如若下放到1万米深的海底，除了取样设备的重量之外，钢缆的自重也达到非常之大(20吨以上)，这对绞车动力系统、钢缆抗拉强度等关键技术都是极大的挑战，同时对科考船吨位及后甲板作业面积的要求也是不容忽视的问题。总之船载带缆取样技术用于深海时会存在多种缺陷，除上述问题外，还包括考察船吨位要求高、取样点定位不准确、缆绳易受海底礁石缠挂、取样装置损坏几率大等。因此，迄今为止，较少见通过船载带缆取样设备在超深海域开展取样工作。

目前只有美国、日本等少数几个发达国家通过深海钻探船(决心号、地球号)和深海水下机器人(ROV Kaiko 11000,HROV Nereus)在超深海域开展了海底沉积物采集研究。直到2012年，深海钻探船才在近7000米的日本海沟成功开展钻探，并获取了2011年日本东北地震后日本海沟俯冲带上的海底沉积柱状样。但钻探船运营和使用成本都极高，等待地球号钻探的科学建议日程安排已经排到了十年以后。而且这样昂贵的深海钻探设备安全性并不高，日本海洋研究开发机构(JAMSTEC)研发的全世界作业水深最大的Kaiko11000水下机器人，于2003年在马里亚纳海沟作业过程中因受台风影响丢失，永驻深渊(en.wikipedia.org/wiki/Kaikō)。美国伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)研制的海神号机器人(HROV Nereus)于2012年成功下潜到马里亚纳海沟最深处，但于2014年5月在克马德克海沟(Kermadec Trench)下潜到万米时丢失(www.whoi.edu/main/nereus)。

超深海取样技术的短缺已经严重阻碍了深海地质与生命科学的研究。可用于超深海的无缆取样技术问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能够在超深海进行海底沉积物取样的设备，具有更高的可靠性、安全性，同时比现有的带缆取样设备具有更低的成本。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：