發(fā)布時(shí)間：2020-08-10 18:03

【摘要】： 本論文開展了對(duì)深海熱液溫度和pH值原位探測(cè)的研究工作,為此分別研制了深海熱液原位多點(diǎn)溫度探測(cè)系統(tǒng)和長(zhǎng)期原位pH值探測(cè)系統(tǒng)。原位多點(diǎn)溫度探測(cè)系統(tǒng)具備九路測(cè)溫通道,能獲知熱液煙囪形成過程的溫度參數(shù);長(zhǎng)期原位pH值探測(cè)系統(tǒng)具備pH探測(cè)電極自校正的功能,能實(shí)現(xiàn)深海熱液pH值的長(zhǎng)期原位探測(cè)。論文針對(duì)pH探測(cè)電極不能長(zhǎng)時(shí)間直接用于深海熱液的pH值探測(cè),提出了采用深海流體控制技術(shù)在海底實(shí)現(xiàn)pH探測(cè)電極自校正的技術(shù)措施。為了解決深海流體控制技術(shù)中耐高壓的問題,采用壓力補(bǔ)償?shù)姆绞皆O(shè)計(jì)了一種在深海高壓環(huán)境下能自適應(yīng)壓力變化的流體控制系統(tǒng),從而為實(shí)現(xiàn)深海熱液pH值的長(zhǎng)期原位探測(cè)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。針對(duì)兩種深海熱液原位探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程,論文對(duì)其機(jī)電集成技術(shù)進(jìn)行了全面的研究,其中,對(duì)深海熱液pH值探測(cè)的探頭研制解決了pH探測(cè)電極自校正過程中的換液?jiǎn)栴}。為了驗(yàn)證所研制的兩種原位探測(cè)系統(tǒng)的可靠性,論文最后對(duì)兩種系統(tǒng)的海試進(jìn)行了介紹。 本論文的主要內(nèi)容分為六章: 第一章以國內(nèi)外大量文獻(xiàn)作為基礎(chǔ),通過介紹熱液成礦、熱液羽狀流以及熱液環(huán)境中的生命現(xiàn)象的研究概況,引出了對(duì)深海熱液活動(dòng)的幾種探測(cè)方式的介紹,其中重點(diǎn)介紹了深海熱液原位探測(cè)的特點(diǎn)、內(nèi)容、研究現(xiàn)狀以及關(guān)鍵技術(shù)。最后,提出了本文研究的目的、意義和主要內(nèi)容。 第二章分析了深海熱液原位多點(diǎn)溫度探測(cè)系統(tǒng)和長(zhǎng)期原位pH值探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)原理,重點(diǎn)介紹了熱電偶的冷端補(bǔ)償原理和pH探測(cè)電極的自校正原理,并在此基礎(chǔ)上提出了采用深海流體控制技術(shù)在海底實(shí)現(xiàn)pH探測(cè)電極自校正的技術(shù)措施。 第三章對(duì)深海熱液長(zhǎng)期原位pH值探測(cè)系統(tǒng)的流體控制技術(shù)進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究。采用壓力補(bǔ)償?shù)姆绞?設(shè)計(jì)了一種在深海高壓環(huán)境中能自適應(yīng)壓力變化的流體控制系統(tǒng),從而解決了深海流體控制技術(shù)中耐高壓的問題。考慮在海水中下降與上升的實(shí)際過程,對(duì)該流體控制系統(tǒng)進(jìn)行了單向閥保護(hù)。為了確知該流體控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,采用功率鍵合圖法對(duì)其進(jìn)行了建模與仿真,仿真結(jié)果表明:該流體控制系統(tǒng)即使通過壓力補(bǔ)償?shù)姆绞侥軐?shí)現(xiàn)內(nèi)外壓平衡,但不能無限地應(yīng)用于高壓環(huán)境下,而且在排水時(shí),系統(tǒng)會(huì)發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象。為了驗(yàn)證流體控制系統(tǒng)壓力補(bǔ)償措施的可靠性,對(duì)該流體控制系統(tǒng)進(jìn)行了由簡(jiǎn)到繁的定性的高壓實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該流體控制系統(tǒng)能夠應(yīng)用于高壓環(huán)境,而且單向閥保護(hù)措施是可靠的。 第四章對(duì)兩種深海熱液原位探測(cè)系統(tǒng)所涉及的機(jī)電集成技術(shù)進(jìn)行了全面的研究,包括能量供給技術(shù)、控制技術(shù)、封裝技術(shù)、探頭技術(shù)以及數(shù)據(jù)采集技術(shù)等。其中,在能量供給技術(shù)中,研制了一種七十節(jié)電池的供能裝置并測(cè)試了其放電能力,測(cè)試結(jié)果表明此能量可供系統(tǒng)工作2月之余;在控制技術(shù)中,研制與開發(fā)了深海熱液長(zhǎng)期原位pH值探測(cè)系統(tǒng)的主控電路板及其相應(yīng)的軟件,并進(jìn)行了聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明研制的主控系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的功能;在封裝技術(shù)中,探討了深海機(jī)電設(shè)備封裝技術(shù)的一些共性問題,并給出了深海高壓容器的設(shè)計(jì)規(guī)則;在探頭技術(shù)中,為了解決pH探測(cè)電極自校正過程中的換液?jiǎn)栴},采用結(jié)構(gòu)參數(shù)仿真的方法對(duì)深海熱液長(zhǎng)期原位pH值探測(cè)系統(tǒng)的pH探測(cè)腔進(jìn)行了設(shè)計(jì),并對(duì)其進(jìn)行了換液效果的實(shí)驗(yàn)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明該pH探測(cè)腔具有很好的換液效果,從而為深海熱液探測(cè)中涉及換液過程的探頭研制提供了可以借鑒的經(jīng)驗(yàn);在數(shù)據(jù)采集技術(shù)中,探討了針對(duì)pH和溫度探測(cè)的前向測(cè)量通道。 第五章首先介紹了深海熱液原位多點(diǎn)溫度探測(cè)系統(tǒng)的海試實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所研制的系統(tǒng)在機(jī)電集成方面是可靠的。海試獲得了大量的溫度數(shù)據(jù),為進(jìn)一步的科學(xué)研究提供了原始的數(shù)據(jù)。其次,本章對(duì)深海熱液長(zhǎng)期原位pH值探測(cè)系統(tǒng)的高壓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明研制的深海流體控制系統(tǒng)以及所采用的各種機(jī)電集成技術(shù)經(jīng)受住了高壓的考驗(yàn),從而為該系統(tǒng)的海試打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。最后,本章對(duì)深海熱液長(zhǎng)期原位pH值探測(cè)系統(tǒng)的海試進(jìn)行了介紹,海試亦獲得大量有價(jià)值的數(shù)據(jù),從而再次表明研制的該套系統(tǒng)具有較高的可靠性。 第六章對(duì)全文內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié),并為今后的研究工作提出了一些建議。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH766
【圖文】：

了.古老的塊狀硫化物堆積圖1一2世界主要的熱液噴口分布圖海底熱液的成因與海底熱液煙囪的形成過程為:在大洋擴(kuò)張中心，由于活躍的海底擴(kuò)張帶對(duì)熱收縮和地震斷陷的響應(yīng)而產(chǎn)生斷裂和裂縫，這樣冷的海水就沿著新形成的大洋地殼的斷裂和裂縫深深地滲入大洋地殼[23]。在下滲過程中氧和礦物脫離海水，并被加熱，熱源主要為地殼深部地殼下的巖漿房、新生的熱的地殼或者玄武巖蛇紋石化放出的熱量，淋濾出圍巖玄武巖中的多種金屬元素(如鐵、鋅、銅、鉛等)和硫化物[61。此時(shí)的海水便成為攜帶有融解的金屬元素和硫化物的高溫?zé)嵋�。由于被加熱，密度變小，高溫�(zé)嵋罕阊刂严渡仙臒嵋簢娍趪姵觥姵龅母邷責(zé)嵋汉屠涞暮Ｋl(fā)生混合作用，使之形成的硬石膏和少量的硫化物快速沉積構(gòu)成了可滲透性的煙囪壁，由此阻隔并控制了熱液流體和海水的混合

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文圖1一1海底熱液沉淀后形成的“煙囪”E6I).一卜、石_尹尹-‘、協(xié)、多~Wl.20..大洋熱液噴口.陸地?zé)嵋簢娍诹?古老的塊狀硫化物堆積圖1一2世界主要的熱液噴口分布圖海底熱液的成因與海底熱液煙囪的形成過程為:在大洋擴(kuò)張中心，由于活躍的海底擴(kuò)張帶對(duì)熱收縮和地震斷陷的響應(yīng)而產(chǎn)生斷裂和裂縫，這樣冷的海水就沿著新形成的大洋地殼的斷裂和裂縫深深地滲入大洋地殼[23]。在下滲過程中氧和礦物脫離海水，并被加熱，熱源主要為地殼深部地殼下的巖漿房、新生的熱的地殼或者玄武巖蛇紋石化放出的熱量，淋濾出圍巖玄武巖中的多種金屬元素(如鐵、鋅、銅、鉛等)和硫化物[61。此時(shí)的海水便成為攜帶有融解的金屬元素和硫化物的高溫?zé)嵋骸Ｓ捎诒患訜�，密度變小，高溫�(zé)嵋罕阊刂严渡仙臒嵋簢娍趪姵�。噴出的高溫�(zé)嵋汉屠涞暮Ｋl(fā)生混合作用，使之形成的硬石膏和少量的硫化物快速沉積構(gòu)成了可滲透性的煙囪壁，由此阻隔并控制了熱液流體和海水的混合

如果要求取樣后，這些揮發(fā)性氣體仍溶解在熱液樣品中，則還應(yīng)有保壓的要求:當(dāng)需要研究與分析熱液環(huán)境中的微生物的生命現(xiàn)象時(shí)，則應(yīng)有保壓、保溫與樣品無污染等要求。圖1一4是美國Alvin深潛器上經(jīng)常使用的“ MajorPairs”熱液采樣器〔00]，它可采集75oml的樣品，但沒有樣品的保壓與保溫的功能;美國伍茲霍爾海洋研究所研制出一種稱為“Gas一tight”的氣密性保壓熱液采樣器〔“’]，它能實(shí)現(xiàn)氣密和保壓的功能;日本研制出了一種Ni一Ti形狀一記憶合金 (SMA)的熱液采樣器[62]，它亦沒有樣品保壓與保溫的功能;法國研制出一種高壓系列熱液采樣器哪〕，它可以進(jìn)行多次采樣，具有保壓的功能，但沒有保溫功能;美國研制出一種稱為“ seamlessSamPler”的高溫菌采集與培育的保溫保壓熱液采樣系統(tǒng)164]，該系統(tǒng)盡管能實(shí)現(xiàn)保壓與保溫(保溫是靠主動(dòng)加熱的方式來實(shí)現(xiàn)的)的功能，但只適用于巧MPa

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 彭元;蔡繼業(yè);邢曉波;;AFM與SNOM表征抗原抗體分子的分布與特異性作用[J];光學(xué)儀器;2010年06期

2 ;[J];;年期

3 ;[J];;年期

4 ;[J];;年期

5 ;[J];;年期

6 ;[J];;年期

7 ;[J];;年期

8 ;[J];;年期

9 ;[J];;年期

10 ;[J];;年期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 丁忠軍;劉保華;李官保;;基于DPHP理論的海底熱流原位探測(cè)系統(tǒng)研究[A];2008中國儀器儀表與測(cè)控技術(shù)進(jìn)展大會(huì)論文集（Ⅰ）[C];2008年

2 鮑高強(qiáng);曾敏峰;孫旭東;姚獻(xiàn)東;鄭厚天;郝小鵬;王寶義;王天民;齊陳澤;;正電子湮沒技術(shù)在高分子薄膜研究中的應(yīng)用[A];第九屆全國正電子譜學(xué)會(huì)議論文集[C];2005年

3 張榮華;胡書敏;張雪彤;王勇;丁昌明;許愛忠;顧永泉;張立中;龔慶杰;蘇艷豐;;地球深部高溫高壓流體實(shí)驗(yàn)(裝置)和原位探測(cè)方法、技術(shù)及應(yīng)用[A];“十五”重要地質(zhì)科技成果暨重大找礦成果交流會(huì)材料二——“十五”地質(zhì)行業(yè)獲獎(jiǎng)成果資料匯編[C];2006年

4 劉揚(yáng);;新型氧自由基捕獲劑的分子設(shè)計(jì)與ESR研究[A];第十二屆全國波譜學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2002年

5 趙孔雙;;介電譜方法在膠體和膜領(lǐng)域的的應(yīng)用[A];中國化學(xué)會(huì)第十二屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

6 熊超超;;臨近空間軍事應(yīng)用與探測(cè)方法簡(jiǎn)介[A];第27屆中國氣象學(xué)會(huì)年會(huì)大氣物理學(xué)與大氣環(huán)境分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2010年

7 秦國泰;孫麗琳;曾宏;楊曉超;常崢;葉海華;陳華姣;;不同強(qiáng)度地磁擾動(dòng)下高層大氣密度的漲落變化[A];第十二屆全國日地空間物理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要集[C];2007年

8 李宇飛;王俊峰;劉偉;彭小波;;月球軌道交會(huì)模式下月面上升器推進(jìn)劑用量分析[A];中國宇航學(xué)會(huì)深空探測(cè)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

9 李小銀;李宏偉;韓建偉;黃建國;張振龍;蔡明輝;全榮輝;;天基等離子體收集法微小空間碎片探測(cè)研究[A];第十二屆全國日地空間物理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要集[C];2007年

10 周琦;印建平;;一維CO_2光學(xué)晶格中冷原子的量子調(diào)控光譜[A];第十三屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2008年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前8條

1 孫銀玲;大洋科考的女首席[N];中國海洋報(bào);2007年

2 記者　李陳續(xù)　通訊員　楊曉萍;我國單分子研究又獲重要突破[N];光明日?qǐng)?bào);2003年

3 ;2008年度“中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”揭曉[N];中國教育報(bào);2008年

4 田小明;中國獲得國際海底多金屬結(jié)核礦區(qū)[N];中國海洋報(bào);2009年

5 滕繼濮　陳鷹 （本報(bào)記者 滕繼濮）;打造深海探測(cè)的“手”和“眼”[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

6 記者 陳怡;如果沒抓到海參 能否帶回玄武巖[N];上�？萍紙�(bào);2011年

7 本報(bào)記者 陳瑜;開采海洋甲烷還有多遠(yuǎn)？[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

8 本報(bào)記者 趙笛;深海沉積物中蘊(yùn)含大量甲烷[N];青島日?qǐng)?bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 吳懷超;深海熱液原位探測(cè)技術(shù)研究及其原型系統(tǒng)集成[D];浙江大學(xué);2008年

2 阮靈偉;深海熱液區(qū)管狀蠕蟲的分子特征及對(duì)蝦microRNA的初探[D];廈門大學(xué);2009年

3 許占顯;基于電磁理論的隱身與探測(cè)技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2008年

4 黃霞;海底原位地球化學(xué)傳感器的研制與應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2008年

5 張?chǎng)?深海環(huán)境及深海沉積物拉曼光譜原位定量探測(cè)技術(shù)研究[D];中國海洋大學(xué);2009年

6 張剛生;珍珠層的微結(jié)構(gòu)及其中類胡蘿卜素的原位研究[D];中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所;2001年

7 張剛生;珍珠層的微結(jié)構(gòu)及其中類胡蘿卜素的原位研究[D];中國科學(xué)院研究生院（廣州地球化學(xué)研究所）;2001年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 任殿慧;深海熱液探測(cè)電子系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];杭州電子科技大學(xué);2011年

2 楊志明;小型水下連續(xù)激光拉曼光譜探測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];中國海洋大學(xué);2009年

3 蔣淑華;深海含碳流體原位探測(cè)裝置原理模型的研究[D];浙江大學(xué);2007年

4 周勇;深海Smart Sensor測(cè)控系統(tǒng)開發(fā)研究[D];浙江大學(xué);2006年

5 倪鐵山;季凍區(qū)鐵路路基凍害原因分析與整治措施研究[D];吉林大學(xué);2009年

6 黃陽玉;模擬深海環(huán)境下熱液氣體的拉曼光譜實(shí)驗(yàn)研究[D];中國海洋大學(xué);2009年

7 黃鐸佳;海底熱液有機(jī)物采樣器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2788435