双针热脉冲式海底原位热流测量技术研究

论文摘要

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!

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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