在海底热液口的附近区域,沉积物中含有大量嗜压型微生物和溢出性气体,-如H₂S、H₂等。保持原位压力的沉积物取样器可以长时间保持样品的压力,使采集到的沉积物样品不会因为压力、光照等条件的变化,而造成气相溶解组份的散失,变价离子氧化态改变和有机组份分解,以及嗜压型微生物的大量死亡。论文通过对保真采样技术的研究,提出了一种新型的深海沉积物保真取样器。 取样器的主体是保压筒,用于存放采集到的沉积物样品。采样过程中,取样器无扰动的插入沉积物中,当提起钢缆时,采集到的样品随样品衬筒一起被提升到保压筒内,上下封口自动密封,随着取样器被提升至海面,内外压差逐渐增大,封口在内压下自紧。实现半主动压力补偿的蓄能器可以用于补偿上述过程中的微小压力损失。采样的全过程均不需要甲板或水下电池供电。 该沉积物保真取样器于2004年6月参加海试,并成功地从水下3400m的海底保温保压地采取到一管沉积物样品,6个小时后压力仍保持在34.4MPa。结果表明,基于上述理论的深海沉积物保真取样器具有良好的采样能力和原位压力保持功能。 全文共分七章。 第一章介绍了在海洋资源勘探开发领域中沉积物取样设备的发展,分析了保真取样技术在国内外的发展现状,以及保真取样技术在深海资源勘探中的应用和发展趋势。最后介绍了课题研究的目的、主要内容和意义。 第二章通过对海底沉积物工程地质特性的研究,了解沉积物层物理、力学特性对柱状取样的影响;接触取样的过程分析阐明了“桩效应”出现的机理,活塞式取样可推迟出现“桩效应”,提高取样长度;并在此基础上,提出取样刀筒的设计准则,确定理想的刀筒尺寸,降低取样过程中的样品扰动和压力变化。 第三章分析了深海保真采样产生的内外压差使得保压筒和样品衬筒必须采用相对活动的结构,“衬筒锁”可以方便的解决采样动作和样品转移动作的矛盾:由内而外的密封方式和特殊的下封口的翻盖结构可以实现可靠的密封;通过ANSYS有限元仿真,研究保压简封口周围材料在高压下可能产生的塑性变形,从而提出最佳的封口方式。