基于深海运载器的小型岩芯取样钻机发展现状分析

深海岩芯取样钻机是开展海洋科学研究、深海资源探测和海底地质取样所必备的关键性装备,随着深海运载器的大规模应用,利用运载器优势发展深海运载器小型岩芯取样探测技术得到了国内外学者的关注,并形成了研究热点方向。在深海运载器作业工具应用认识基础上,首次聚焦运载器岩芯取样钻机研究,对国内外运载器岩芯取样钻机的发展现状、技术特点进行了全面综述。同时,基于"蛟龙"号岩芯钻机研制及应用经验,讨论了发展运载器岩芯取样钻机的关键技术。最后总结了后续发展方向,以期为我国深海运载器岩芯钻机的研发和应用提供技术参考。     

深海钻机盘式储芯机构动力学分析

为确保储芯机构设计和工作的可靠性,对储芯机构的动力学特性进行了分析。首先,将转盘油缸的活塞杆等效为一滑块,两端的铰接耳等效为转动副,构建了活塞杆驱动储芯机构的动力学模型;其次,采用Simulink建立了活塞杆驱动储芯机构的仿真模型,并对该机构进行了运动学和动力学分析。仿真分析了储芯机构的运动规律,以及不同驱动速度下,铰接点和油缸受力的变化规律,给深海底钻机储芯机构运动参数的确定提供了指导,也为储芯机构关键部件的设计提供了理论依据。     

基于蛟龙号的深海小型岩芯原位取样装置

针对"蛟龙"号载人潜水器海底岩芯原位取样作业需求,结合大洋航次开展国际海底矿区调查和科学研究需要,开展了基于蛟龙号的深海小型岩芯原位取样装置概念规划和系统设计。在分析国内外搭载于潜水器上的深海小型钻机特点基础上,针对潜水器作业工况和技术难点,研究了"蛟龙"号载人潜水器海底岩芯原位取样装置关键技术,分析计算了钻进压力、钻头转速和岩芯剪切扭矩等工作参数,完成了整机概念设计和操作工艺流程分析。为增加原位取芯作业能力和解决"蛟龙号"载人潜水器无配套岩石取芯作业工具的问题提供了相应的技术方案,对"蛟龙号"载人潜水器开展海底精细勘探和原位取样作业具有重要的现实意义。     

深海取样绞车牵引卷筒上钢缆张力分析

文中根据深海取样绞车的钢缆和牵引卷筒之间力的关系,利用微积分学原理,对钢缆在牵引卷筒上的张力变化进行了分析,建立了钢缆张力、钢缆与卷筒间的摩擦系数、钢缆在卷筒上的包角等参数之间的关系式,并通过实例对该关系式进行了验证。     

深海超长沉积物柱状取样系统关键技术优化及应用

作为深海科学研究的重要基础装备,深海超长沉积物柱状取样系统在海底地形地貌、海洋地质构造、气候环境变化等研究领域发挥了重要作用,其在海底矿产资源勘探、海洋工程地质勘察等方面展现了巨大应用价值。针对传统超长柱状沉积物取样系统在作业过程中存在的盲目采样、安全隐患大、甲板作业空间受限等问题,自主研制了一套适用于深海的超长可控可视沉积物柱状取样系统,该系统具有液压锤击、立式收放和实时监控功能,能获取连续、超长、具有精准姿态方位信息的柱状沉积物样品。现通过对独立排缆方式、取样管快速拆装、样品封堵、低扰动取样刀头等关键技术细节进行优化,解决了样品扰动大、取样率低的问题,提高了取样作业效率与样品质量,且降低了作业安全风险。2017—2021年,该取样系统搭载不同母船在南海1 700,1 725 和1 778 m水深分别获取了15.25、16.01和15.83 m的长柱状沉积物样品。该设备的成熟应用,可为我国深海探测研究提供技术支持。     

“海龙Ⅲ”号ROV系统深海试验与应用研究

深海水下机器人主要用于深远海地质、矿物资源和生物调查研究,以及海洋石油工程服务等水下综合作业,能够实现深海近底高精度、长时间的定点取样作业及其他精细化调查。结合国内外深海ROV装备和技术发展现状,以新研发的6 000 m级"海龙Ⅲ"号ROV搭载"大洋一号"船执行的2018年南海综合海试和48航次为例,从深海试验流程和方法、浅水区功能测试、深水区功能测试、深海观测及取样功能测试等方面,详细阐述了ROV海上试验和应用作业过程,对作业水深、功率配置、水下运动能力、搭载能力等关键性能指标进行了试验验证。海上功能测试和试验性应用结果表明,"海龙Ⅲ"ROV各项性能指标满足设计要求,验证了系统在不同深度、不同地形条件下的观测取样作业能力,创新了深水ROV作业方法手段,分析得出此类装备目前在国内发展存在的不足之处,并结合实际应用提出后期改进计划,以期为深海ROV的海试应用提供技术参考。     

“海龙III”号ROV系统深海试验与应用研究

深海水下机器人主要用于深远海地质、矿物资源和生物调查研究,以及海洋石油工程服务等水下综合作业,能够实现深海近底高精度、长时间的定点取样作业及其他精细化调查。本文结合国内外深海ROV装备和技术发展现状,以新研发的6000米级“海龙III”号ROV搭载“大洋一号”船执行的2018年南海综合海试和48航次为例,从深海试验流程和方法、浅水区功能测试、深水区功能测试、深海观测及取样功能测试等方面,详细阐述了ROV海上试验和应用作业过程,对作业水深、功率配置、水下运动能力、搭载能力等关键性能指标进行了试验验证。经过海上功能测试和试验性应用结果表明,“海龙III”ROV各项性能指标满足设计要求,验证了系统在不同深度、不同地形条件下的观测取样作业能力,创新了深水ROV作业方法手段,分析得出此类装备目前在国内发展存在的不足之处,并结合实际应用提出后期改进计划,以期为深海ROV的海试应用提供技术参考。     

深海经济问题国际研究动态及启示

深海经济问题已经成为国际学术界关于海洋经济问题研究的新领域.文章从深海资源与环境、深海渔业、深海工业和深海运输等方面对深海经济国际文献进行了初步梳理,以期为我国深海经济问题的深入研究提供借鉴.     

深海原位微颗粒观测系统设计及实现

深海观测具有重要的科学意义。为此,设计了一种原位微颗粒观测系统,可以获取深海的藻类、泥沙颗粒尺寸和形状等信息,并计算其流动。整个观测系统包括水下观测子系统、在线处理子系统、岸基后处理子系统。对各个子系统的设计及实现进行了详细论证。最后依据实验室及浅海试验,验证观测系统的准确性,并优化系统设计。     

高通量深海海水原位采样及分级过滤系统

深海悬浮颗粒物((含浮游微生物)的研究具有重要意义,但深海大洋中多数海域悬浮物的丰度很低,其研究需要较多水样(一次过滤水样超过200L,甚至达到1000L以上),传统方法用采水器采水后甲板过滤费时费力。基于此,本文研制了一种高通量深海海水采样及分级过滤装置,装置包括总成深海泵、过滤装置、数据采集与控制装置,以及支撑架体、供电部件、连接机构和流量计等辅助部件。过滤装置分三级过滤(分别放置0.22、1和5μm孔径的滤膜,并可根据需要更换组合),控制装置采用深度触发和时间触发两种工作模式,并可配套安装CTD、荧光计等海洋环境参数测量设备。针对调查站点,将若干套(如3套)高通量深海海水采样及分级过滤系统分一定间隔悬挂于深海绞车缆线上,可以同步进行相应水层的海水原位过滤,从而形成多水层同步高通量原位多级过滤,以获取浮游微生物等悬浮颗粒物样品。该原位取样系统具有多层同步高通量过滤和分级采样的特点,现已被应用于海洋科考航次中,为深海悬浮颗粒物(含浮游微生物等)的研究提供了一种简约高效的样品获取方法。     

深水网箱投饵机设计与试验研究

根据网箱养殖的特点,结合网箱养殖的经验,设计了1种深水网箱投饵机,并进行了相应的试验,测定了不同情况下产生的真空度以及在冲饵管和吸饵管不同开度时的下料时间。此投饵机使用水力环流供饵、水力抽负吸饵、水动力投饵,充分利用了丰富的海水资源,用汽油机水泵作动力,利用管道将饵料抛向网箱,可向多个、距离不同的网箱供饵。作为1种新的投饵机具,可用于网箱养鱼和池塘养鱼的投饵。     

深海极端环境深部生物圈微生物学研究综述

20世纪下半叶是人类进行自然探索最为活跃的一段时期。新发现、新技术和新概念层出不穷，大大拓展了人们对宇宙和生命的视野和认识。在海洋学领域，深海热液喷口化能自养(chemolithoautotrophy)系统的发现大大激发了人们对洋底生物多样性及生命形式、过程、起源和进化的兴趣和热情(Baross et al.，1985)。最近30年相继开展的国际深海钻探计划(deep sea drilling project，DSDP)和大洋钻探计划(ocean drilling program，ODP)为我们揭示了一个以前未曾想象到的埋藏在海底沉积物和上部洋壳中的海底深部生物圈(subseafloor deep biosphere)微生物世界。近期研究表明， 深海热液系统中的嗜热和极端嗜热古菌据推测就来源于海底深部生物圈(Delaney et al.，1998;Summit et al.，2001)，由此推断，生命的真正起源就发生在地球深部生物圈内。巨大的深度和广度，使得海底深部生物圈容纳了大量的微生物生物量和新颖独特的代谢潜力(Whitman et al.，1998)。由于洋壳板块运动而产生的海底地质构造和过程的异质性、洋壳地球化学过程的复杂性，以及在漫长地质年代中的气候变迁和海洋真光层颗粒物沉降输出的历史和地理差异性，埋藏在海底沉积物和上部洋壳中的生命赖以维持和繁衍的能量供给形式具有高度的多样性， 海底深部生物圈蕴育着丰富多样的代谢形式和新颖的生理生化机制(IPSC，2001)。海洋深部生物圈内的古菌群落将作为特定地质微生物标志(geomicrobiological signature)，用来指示过去和现代海洋的地球化学变化和地质环境变迁(inagaki et al.，2001)。海洋微生物生态学研究在最近的20年中取得了一些重要进展，与全球海洋地质历史、地质事件、地质过程和地质作用相关的深海微生物生态学研究，已发展成为一门具有独特魅力的新兴学科，即海洋“地质微生物学”(geomicrobiology)。在46亿年的地球历史中，地圈和生物圈的协同进化过程主要是在微生物的作用下完成的，微生物在海洋沉积物和洋壳中的生物地球化学作用，既是微生物的生态学，又是沉积地质过程和洋壳蚀变的动力学，许多原来以为“无机” 的地质过程，其实都是生命活动的结果(汪品先，2003)。在过去的10年中，分子、遗传、生化和基因组学等现代生物技术被引入地质微生物学的研究中，不但揭示了许多地质环境的微生物多样性，而且阐明了微生物在生物地球化学过程中所发挥的独特作用及环境和生态功能(Newman et al.，2002)。海洋深部生物圈微生物的研究已成为新世纪海洋领域中地学和生物学交叉互补、综合研究前沿的一个新热点和生长点，被列入刚刚启动的国际综合大洋钻探计划(Integrated Ocean Drilling Program，IODP)研究项目的首选(IPSC，2001；中国大洋钻探学术委员会，2003)。尽管这一领域的研究才刚刚起步，却已显示了旺盛的生命力和发展应用前景。     

深海取样绞车储缆卷筒电-液速度控制系统分析

介绍了深海取样绞车储缆卷筒控制系统的工作原理,分析了钢缆在储缆卷筒上横向排缆过程中,储缆卷筒电一液控制系统各环节的电气和液压特性,建立了传递函数组成的数学模型,并分析了此数学模型的频率特性.     

深远海高质量地形探测方法探讨

随着海洋强国战略的推进和国家对深远海开发的重视程度不断增加,掌握全球海洋地形信息将变得越来越重要,所以深远海高质量地形的探测就变得极其重要。为获取高质量的深远海地形数据,以在西太平洋海域的深远海地球物理航次为基础,从航前准备、航次实施、数据处理及成果图件编制等方面探讨获取高质量深远海地形探测的方法和注意事项。通过对整个深远海高质量地形调查过程的介绍让后期相关项目从业人员了解整个项目过程中的关键节点和注意事项,对后期进行深远海地形探测的研究和开发、提升国家在国际深远海领域的话语权和自主权有着重要的意义。     

Integration of Real-Time Chemical Sensors for Deep Sea Research

There is a great demand for in-situ real-time chemical sensors in the oceanographic research, to measure the chemical components under the deep sea. The ISE (Ion Selective Electrode) is commonly used as a detecting part of deep-sea electro-chemical sensors. The paper highlights the solidification and micromation of the working and reference electrodes. The sensors of pH and H2S with a thermal probe are accomphshed after the solution of configuration of electrodes and signal processing. The sensor system has been tested successfully in the cruise of DY105-12, 14 sponsored by China Ocean Mineral Research and Exploitation Association(COMRA).     

深海吸力锚水平极限承载力研究

深海吸力锚基础的极限承载能力是海洋工程锚固系统的一个关键问题。基于Coulomb摩擦接触对原理,给出一种模拟吸力锚承载能力的有限元模型。在该数值模型基础上,利用通用有限元分析软件ABAQUS,研究系泊点位置、吸力锚长径比对极限承载力的影响,并给出深海吸力锚失稳模式。结果表明,系泊点位置极大地影响着吸力锚的极限承载力与稳定性,系泊点位置的变化会导致吸力锚出现前倾转动、平移滑动和后仰转动失稳模式,同时吸力锚失稳模式受长径比的影响。为工程实际和理论分析提供了技术支持和理论指导。     

Macrofauna Communities in the Eastern Mediterranean Deep Sea

Abstract. During two expeditions with RV ‘Meteor’ in summer 1993 and winter 1997/98 the structural and functional diversity of the benthic system of the highly oligotrophic eastern Mediterranean deep sea was investigated. The macrofauna communities were dominated by polychaetes even at the deepest stations. The fauna at shallow stations was dominated by surface deposit feeders, whereas subsurface deposit feeders and predators generally increased with depth. A high percentage of suspension‐feeding Porifera was found in the Levantine Basin. Mean abundance and number of taxa of both expeditions were significantly correlated to depth and distance to the nearest coast as well as to the total organic carbon (TOC) content in sediments. Numbers of taxa and abundance decreased generally with depth, although lowest numbers were not found at the deepest stations but in the extremely oligotrophic Levantine and Ierapetra Basin. Biomass measured during the second cruise was extremely low in the Ierapetra Basin and comparable to other extreme oligotrophic seas. The significant correlations found for TOC contents and macrofauna with distance to coast during both expeditions apparently reflect the role of hydrographically governed transport of organic matter produced in coastal regions into greater and extreme depths of the Mediterranean Sea. Seasonal differences in macrofauna communities due to seasonal differences in food supply were not found. However, recent large‐scale hydrographic changes (Eastern Mediterranean Transient, EMT) might change the oligotrophy and, thus, the structure of the benthic communities in the Eastern Mediterranean deep sea.     

深海沉积物地热探针贯入沉积物深度的探讨

针对新型自容式高精度深海沉积物地热探针贯入沉积物深度、插入过程的运动轨迹以及探针的稳定性问题,进行了深入研究,对探针的结构设计以及探针下放要求具有重要指导意义.