双针热脉冲式海底原位热流测量技术研究

摘要

热流探测是一项重要的基础地球物理调查内容,使用探针式热流计测量海底热流是目前常用的方法。自二十世纪中期以来,先后出现了Bullard型、Ewing型和Lister型等三种主要的热流探测设备,使海底热流探测的精度和效率均得到了很大的提高。然而,以上几种热流探测技术还存在一些体积庞大、操作不便,探测速度较慢等不足。进行海底热流探测技术的深入研究,研制新型热流探测设备具有十分重要的意义!
　　本文分析了三种常见热流计的主要技术特点,模型原理,以及我国海底热流探测技术的现状与不足,并对热流探测技术未来的发展进行了展望。在此基础上重点研究了双探针热脉冲法(Dual-probe heat-pulse method,以下简称DPHP法)海底热流探测技术。设计制作了基于DPHP理论的热导率原位测量探头和热脉冲热导率数据分析处理软件。实验结果表明,本文所研究的双针热流计具有探测速度快有测量速度快、测量的热导率数据精度高等优点。
　　最后进行了海底原位热导率探测实验,取得了海上原位探测数据,数据处理结果和其它热流计探测结果一致,其探测效率远远高于其它海底热流探测设备,具有实际的工程应用意义!

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0 绪论

0.1研究背景和意义

0.2国内外该方面的发展和现状

0.3本文的主要内容

1. 地热测量常用方法，技术设备

1.1. 海洋地热探测技术

1.2. 三种常见海洋热流计

1.2.1 Bullard型热流计

1.2.2 Ewing型热流计

1.2.3 Lister型热流计

1.3. 理论基础

1.3.1 Fourier定律

1.3.2 热传导方程

1.3.3 无限长线状和圆柱状热导体的热传导

1.3.4 无限长线状热导体

1.3.5 无限长柱状热导体

1.4. 热导率原位测量

1.4.1 稳态热板法 (Steady-state hot-plate method，以下简称SSHP法)

1.4.2 持续供热线源法(Constantly-heated line-source method，以下简称CHLS法)

1.4.3 脉冲线源法(Pulse line—source method，以下称PLS法)

1.4.4 双探针热脉冲法(Dual-probe heat-pulse method，以下简称DPHP法)

1.4.5 几种热流测量技术的比较

2. 双针热流计的设计

2.1 工作原理

2.2 基于 DPHP 理论的海洋沉积物热导率仪设计及主要结构参数

2.2.1 热源圆柱体半径

2.2.2 脉冲宽度

2.2.3 热源柱体长度

2.3 热导率探测器设计

2.3.1 热导率探测器的结构设计

2.3.2 控制系统设计

2.4 辅助系统设计

3. 双针热流探测技术的数据处理方法

3.1参数计算

3.1.1温度梯度的计算

3.1.2热导率的计算

3.2 误差来源

3.2.1温度梯度误差源

3.2.2热导率误差源

3.3摩擦热扰动的削弱

4. 室内与海上试验

4.1 实验设计

4.1.1热导率探测器实物模型

4.1.2采集与控制电路

4.1.3实验介质

4.2 实验步骤

4.3 主要实验结果

4.3.1 室内试验结果分析

4.3.2数据预处理

4.3.3热导率计算

4.3.4实验结论

4.4海上试验

4.4.1 样机基本结构

4.4.2 试验实施情况

4.4.3 海上试验结果分析

5. 结论

参考文献

致谢