（高清版）DZT 0359-2020 海洋熱流測量技術(shù)規(guī)程

中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標準中華人民共和國自然資源部發(fā)布前言 Ⅲ1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14施工方案編制 14.1施工方案內(nèi)容和要求 14.2測站的布設 15設備配置 25.1調(diào)查船設備 25.2深度監(jiān)視系統(tǒng) 25.3測量儀器配置 26海底地溫梯度測量 26.1測量作業(yè)方式 26.2測量儀器配置 36.3測量儀器校準 36.4定位數(shù)據(jù)采集 36.5海底測量作業(yè)要求 36.6數(shù)據(jù)采集與記錄 36.7海上班報記錄 46.8數(shù)據(jù)處理 47海底原位熱流測量 47.1調(diào)查船作業(yè)方式 47.2測量儀器配置 47.3測量儀器校準 57.4定位數(shù)據(jù)采集 57.5海底測量作業(yè) 57.6質(zhì)量監(jiān)控 57.7數(shù)據(jù)處理 58室內(nèi)熱導率測量 68.1測量儀器配置 68.2測量儀器自檢 68.3室內(nèi)海底沉積物熱導率測量 68.4室內(nèi)班報記錄 78.5熱導率測量值處理與評價 7TⅡ9成果編制 79.1圖件繪制 79.2測量工作報告編制 89.3熱流資料地質(zhì)解釋 810成果編制與提交 810.1成果報告 810.2測量數(shù)據(jù) 910.3成果圖件 910.4成果提交 9附錄A(規(guī)范性)萬米絞車作業(yè)班報 附錄B(規(guī)范性)海底地溫梯度測量班報 附錄C(規(guī)范性)海底原位熱流測量班報 附錄D(規(guī)范性)海底沉積物地溫梯度測量質(zhì)量自檢表 附錄E(規(guī)范性)海底沉積物熱導率測量班報 附錄F(資料性)熱導率校正公式 參考文獻 Ⅲ本文件按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由中華人民共和國自然資源部提出。本文件由全國自然資源與國土空間規(guī)劃標準化技術(shù)委員會(SAC/TC93)歸口。本文件起草單位：廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局。1海洋熱流測量技術(shù)規(guī)程本文件規(guī)定了海底熱流測量的施工方案編制、測站布設、海底地溫梯度測量、海底原位熱流測量、數(shù)據(jù)處理與解釋、成果編制與資料匯交的技術(shù)要求和操作規(guī)定。本文件適用于海洋地質(zhì)、海洋資源、海洋環(huán)境調(diào)查中的海底熱流測量，其他目的的海底熱流測量工作也可參考使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，DZ/T0069地球物理勘查圖圖式圖例及用色標準下列術(shù)語和定義適用于本文件。凡是不改變海底結(jié)構(gòu)和環(huán)境的熱流測量方式。4施工方案編制4.1施工方案內(nèi)容和要求a)熱流測量任務與任務來源；b)工區(qū)概況(工區(qū)位置、自然地理、地形地貌和底質(zhì)分類等);d)調(diào)查船設備、定位、水深測量和甲板輔助設備的配置；f)施工部署；g)人員配置及責任分工；h)預期成果類型；i)安全與質(zhì)量控制措施。施工方案的內(nèi)容歸入項目設計書，由項目承擔單位審查后實施。4.2測站的布設4.2.1熱流測站布設4.2.1.1根據(jù)地質(zhì)任務需求，選擇適合的調(diào)查比例尺和熱流測站的密度，見表1。2表1調(diào)查比例尺和熱流測站的密度關系4.2.1.2在充分了解測區(qū)的沉積物類型分布、地形地貌特征和海流情況等信息前提下，設計布設熱流測站。對于調(diào)查新區(qū)，應在完成淺地層剖面調(diào)查或底質(zhì)取樣后，設計布設熱流測站。4.2.1.3對布設地區(qū)的要求：沉積物松軟；應避開坡度較大的區(qū)域。4.2.1.4測站布設區(qū)域的水深應大于900m,減少日照與底流的影響，提高測量精度。4.2.2剖面測站布設4.2.2.1布設原則根據(jù)調(diào)查比例尺確定熱流測站的密度，見表1;或在一個區(qū)調(diào)圖幅中做1條～2條的典型熱流剖面。重點調(diào)查區(qū)域，測站間距為5km～10km。地形復雜且沉積厚度變化大的地區(qū)，測站間距為3km4.2.2.2布設要求測量剖面應垂直于地質(zhì)構(gòu)造走向布設，盡量與其他地球物理調(diào)查剖面重合。海溝、斷裂帶等特殊地區(qū)，測量剖面應平行地質(zhì)構(gòu)造走向布設。每次調(diào)查區(qū)域的中心測站為重點測站，重點測站的海底熱流測量應采用多次測量方式，予以驗證。5設備配置5.1調(diào)查船設備5.1.1絞車鋼纜長度滿足測站水深要求，纜端負載大于2t。5.1.2絞車能變速，最大下降速度不小于1.5m/s。5.2深度監(jiān)視系統(tǒng)配備聲脈沖發(fā)生器(pinger),用于監(jiān)視測量儀器在水體中與海底之間的相對位置或離底深度。將聲脈沖發(fā)生器安裝在測量儀器上方50m～100m范圍內(nèi)的絞車鋼纜上，并做好相應記錄，記錄格式見附5.3測量儀器配置根據(jù)海底熱流測量方式(海底原位熱流測量和海底地溫梯度測量)不同，配置相應設備。6海底地溫梯度測量6.1測量作業(yè)方式海底熱流測量以測站方式工作，調(diào)查船定點進行海上測量作業(yè)。36.2測量儀器配置海底地溫梯度測量儀器按如下配置。a)對于1:1000000、1:500000、1:250000的調(diào)查，溫度測量獲得數(shù)據(jù)的探針數(shù)量不少于3個；大比例尺的調(diào)查，工區(qū)的沉積厚度大且沉積物相對松軟時，溫度測量獲得數(shù)據(jù)的探針數(shù)量不少于10個。b)感溫元件要求：1)測溫范圍：-2℃~+40℃;3)測量允許誤差優(yōu)于5mK。c)溫度測量探針的耐壓大于或等于40MTa。d)溫度測量探針按不同角度、固定間距安裝在鋼矛或取樣器上。e)溫度測量探針間距大于或等于40cm。f)鋼矛或取樣器(包括重力柱狀取樣器和活塞取樣器)長度大于或等于4m。6.3測量儀器校準按下列要求校準：a)定期進行測量儀器的溫度校準，校準有效期12個月；b)校準儀器允許誤差優(yōu)于5mK;c)根據(jù)各溫度測量探針的示值和校準儀器的測量值，校準各溫度測量探針的溫度值。6.4定位數(shù)據(jù)采集測量儀器入水、到底、離底分別進行定位數(shù)據(jù)采6.5海底測量作業(yè)要求包括下列內(nèi)容：a)檢查電池電量，確保溫度測量探針能夠正常工作；b)調(diào)整所有溫度測量探針時鐘，使之與GPS接收機的授時系統(tǒng)同步；c)設置測量參數(shù)：記錄開始時間、記錄時間長度(或記錄結(jié)束時間)、采樣持續(xù)時間；d)分別測量儀器入水前、出水后探針之間的距離，核查各溫度測量探針移動情況；e)測量儀器入水后，操作絞車按正常轉(zhuǎn)速下放設備。當設備距離海底50m～100m時，需將設備停留不少于3min,測量各溫度測量探針之間的偏移量；快速將設備下放到海底，溫度測量探針插入沉積物后需穩(wěn)定停留不少于7min,以便完成測量設備和周邊沉積物之間的溫度平衡過程；以慢速(不大于0.4m/s)收纜，直到確定測量儀器離開海底之后，再按正常速度將儀器回收，直至水面；f)操作絞車時，需要觀察鋼纜張力和纜長的變化情況，做好相應記錄，班報格式見附錄A;g)在海底沉積物溫度測量的同時，進行沉積物取樣。6.6數(shù)據(jù)采集與記錄溫度測量探針在沉積物中的采樣速率大于或等于2s/次，數(shù)據(jù)記錄在儀器內(nèi)部的非易失性存儲器上或?qū)崟r傳輸至船上計算機中。46.7海上班報記錄測量過程的班報記錄要求如下：a)使用電子文檔記錄班報。班報格式見附錄B;b)每個站位記錄一次班報。班報填寫應準確，不得涂改，每個站位的班報需打印并有當班操作人員簽名；c)儀器發(fā)生故障、船只干擾和熱流探針沒有插入到海底橫臥在海床上等特殊情況，應及時采取措施，并記錄班報；d)熱流測量的組長對班報記錄進行檢查并簽名，調(diào)查船技術(shù)負責對每個作業(yè)周期的班報記錄進行全面檢查并簽名。6.8數(shù)據(jù)處理6.8.1溫度數(shù)據(jù)處理包括以下內(nèi)容：a)利用各溫度測量探針的溫度測量偏移量，求出各探針改正后的溫度值。b)平衡溫度(環(huán)境溫度)計算：1)根據(jù)各測溫探針插入時摩擦階段的溫度時間記錄，外推沉積物未受擾動時的溫度；2)選取合適時間段的溫度記錄，利用瞬間加熱無限長線熱源熱衰減模型的擬合，外推無限長時間處的溫度，作為該測溫探針所在的沉積物環(huán)境溫度；3)地溫梯度計算：依據(jù)各測溫探針的平衡溫度以及相鄰探針之間的距離，計算各深度段的地溫梯度，或采用線性回歸方法，求取整個測溫深度的平均地溫梯度。6.8.2構(gòu)建瞬間加熱無限長線熱源熱衰減模型方法如下：a)對實際原位熱流探針做簡化處理時，不考慮探針長度、探針半徑的影響，將其簡化成無限長的線熱源；b)將探針在脈沖時段所釋放的熱量視為在開始加熱的瞬間全部釋放，使探針在瞬間獲得熱量并升溫，之后開始與周圍沉積物發(fā)生熱傳導，探針的溫度開始衰減；c)通過這樣的簡化，可獲得探針內(nèi)部溫度隨時間變化的解析解，便于對實測數(shù)據(jù)進行解算從而獲得沉積物熱物性參數(shù)。6.8.3數(shù)據(jù)質(zhì)量控制有效的數(shù)據(jù)采集探針數(shù)大于或等于3個，有效測量深度大于或等于2m,則數(shù)據(jù)合格。否則為不合格。7海底原位熱流測量7.1調(diào)查船作業(yè)方式海底熱流測量以測站方式工作，調(diào)查船定點進行海上測量作業(yè)。7.2測量儀器配置海底原位熱流探測系統(tǒng)應滿足以下要求：5a)感溫元件數(shù)大于或等于7個；b)安裝熱敏元件和加熱絲的導管，長度大于或等于4m,耐壓大于或等于40MI2a;c)各熱敏元件間距相等，且大于或等于50cm。7.3測量儀器校準在海上測量作業(yè)正式開始前，用已校準的附著型溫度記錄器作為基準，校準各通道熱敏元件，求取各感溫元件的改正值。7.4定位數(shù)據(jù)采集測量儀器入水、到底、離底分別進行定位數(shù)據(jù)采集和記錄，記錄格式見附錄C。7.5海底測量作業(yè)測量海底沉積物地溫梯度，海底測量作業(yè)按以下要求進行：a)通過對發(fā)射熱脈沖加熱方式，測量溫度衰減過程，求解沉積物的原位熱導率；b)當測量儀器插入海底沉積物中之后，儀器按程序工作，前半段時間測量海底地溫梯度，后半段時間測量沉積物熱導率；c)所有測量數(shù)據(jù)均記錄在非易失性存儲器上，或?qū)崟r傳輸?shù)酱嫌嬎銠C；d)海底地溫梯度測量：選用探針與周圍沉積物達到熱平衡時測得的數(shù)據(jù)，計算地溫梯度；e)沉積物熱導率測量：以脈沖電流加熱發(fā)熱絲，產(chǎn)生熱脈沖，其能量傳入沉積物，記錄熱脈沖期間及其后溫度隨時間的變化，計算沉積物原位熱導率。7.6質(zhì)量監(jiān)控7.6.1海上班報記錄測量過程的班報記錄要求如下：a)使用電子文檔記錄班報，班報格式見附錄C;b)每個站位記錄一次班報，班報填寫應準確，不得涂改，每個站位的班報記錄需打印并有當班操作人員簽名；c)儀器發(fā)生故障或船只有干擾等特殊情況發(fā)生時，應及時采取措施，并記錄班報；d)組長對班報記錄進行檢查并簽名，調(diào)查船技術(shù)負責對每個作業(yè)周期的班報記錄進行全面檢查并簽名。7.6.2質(zhì)量自檢記錄要求包括：a)對儀器和數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查，由操作員負責填寫自檢表，格式見附錄D。可以獨立成冊，也可以作為附錄提供；b)應包括全部有效站位內(nèi)容。內(nèi)容應包括：站位名稱(或測量位置)、自檢、備注等內(nèi)容，班組長及技術(shù)負責人簽名。7.7數(shù)據(jù)處理7.7.1原位熱導率計算7.7.1.1選取合適時間段的溫度記錄。67.7.1.2結(jié)合摩擦階段獲得的平衡溫度及理論的擬合曲線，去除摩擦階段殘余熱對脈沖階段的影響。7.7.1.3利用瞬間加熱無限長線熱源熱衰減模型的擬合，求出各熱敏元件所在處的熱導率。7.7.1.4該熱導率可以視為沉積物的原位熱導率。7.7.2熱流數(shù)據(jù)記錄7.7.2.1熱流數(shù)據(jù)記錄要求要求如下：a)利用計算的地溫梯度和熱導率，計算出該站位的熱流密度值；b)熱流計算成果數(shù)據(jù)記錄在熱流數(shù)據(jù)表中。7.7.2.2熱流數(shù)據(jù)質(zhì)量評價a)至少3個熱敏元件數(shù)據(jù)有效；b)有效測量深度達2m以上；c)熱導率測量值誤差優(yōu)于5%;d)同時滿足以上要求為合格，否則為不合格。不合格的測量數(shù)據(jù)不能使用。8室內(nèi)熱導率測量8.1測量儀器配置測量儀器采用瞬時熱導率探針，要求如下：a)瞬時熱導率探針的熱時間常數(shù)小于或等于5s;b)探針內(nèi)安裝加熱細金屬絲及熱敏元件；d)一次測量允許誤差優(yōu)于5%;e)重復測量允許誤差優(yōu)于2%;f)加熱量允許誤差優(yōu)于0.1%。82測量儀器自檢在儀器工作之前，采用標準樣對測量儀器進行自檢，測量值與標準樣熱導率值的誤差優(yōu)于2%時，儀器自檢合格。自檢不合格的儀器，不得用于測量作業(yè)。8.3室內(nèi)海底沉積物熱導率測量a)保持整個測量過程環(huán)境溫度穩(wěn)定；b)在測量位置上鉆孔，孔深為樣品管壁厚；c)保持樣品、探針和恒溫箱溫度一致；d)測量次數(shù)大于或等于3次，每次測量時間為80s～600s,相鄰兩次測量的時間間隔大于或等于e)用探針插入巖芯內(nèi)，加熱絲加熱后，測量周圍沉積物的溫度變化7f)樣品熱導率測量結(jié)束之后，需要封存樣品。8.4室內(nèi)班報記錄要求如下：a)使用電子文檔記錄班報，班報格式見附錄E;b)每個站位記錄一次班報，班報填寫應準確，不得涂改。每個站位的班報記錄需打印，并有當班操作人員簽名；c)有儀器發(fā)生故障等特殊情況時，應及時采取措施，并記錄班報；d)組長對班報記錄進行檢查并簽名，調(diào)查船技術(shù)負責對每個作業(yè)周期的班報記錄進行全面檢查并簽名。8.5熱導率測量值處理與評價8.5.1熱導率測量值處理要求如下：a)每個測量位置，測量結(jié)果評估合格的數(shù)據(jù)數(shù)大于或等于3個；b)以測量位置作為計算單元，用測量結(jié)果合格的數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為該測量位置的熱導率測量值；c)測量值校正：采用Hyndman等(1979)校正公式(參見附錄F),經(jīng)溫度、壓力、含水量校正后的熱導率測量值作為該測量位置的海底沉積物原位熱導率值；d)同一巖芯，變更測量位置，得到多個原位熱導率數(shù)據(jù)，采用最小二乘法求取平均原位熱導率值。8.5.2熱導率測量值的質(zhì)量評價要求：測量值誤差在±5%之內(nèi)為合格，在±5%以外為不合格。不合格的測量值不能使用。9成果編制9.1圖件繪制9.1.1基本要求成果圖件應符合DZ/T0069和有關圖式圖例標準要求。91.2溫度一深度圖以探針深度為橫坐標，溫度為縱坐標，標繪測得的溫度值，勾繪一元線性回歸曲線，并在圖上注明，得出地溫梯度值。9.1.3熱導率一長度圖繪制以熱導率為橫坐標，樣品長度為縱坐標，標繪測得的熱導率值。9.1.4熱流剖面圖以地理緯度或地理經(jīng)度為橫坐標，熱流密度為縱坐標，標繪計算的熱流密度。9.1.5熱流平面分布圖編制要求如下：8b)繪制熱流密度值平面分布圖(在測點位置標注熱流密度值),或繪制熱流密度等值線圖；b)熱流測量設備及其主要技術(shù)指標；b)高熱流密度區(qū)：熱流密度90mW/m2~120mW/m2;c)較高熱流密度區(qū)：熱流密度70mW/m2~90mW/m2;d)正常熱流密度區(qū)：熱流密度55mW/m2~70mW/m2;e)較低熱流密度區(qū)：熱流密度40mW/m2~55mW/m2;f)低熱流密度區(qū)：熱流密度小于40mW/m2。9c)資料采集情況：說明設計工作量及調(diào)查精度、工作進度、任務完成情況和資料質(zhì)量情況；d)熱流處理及校正方式；g)結(jié)論與建議：存在的問題、改進方法內(nèi)容包括：內(nèi)容包括：a)溫度—深度圖；b)熱導率—長度圖；d)熱流平面分布圖。10.4成果提交上述成果編制完成后，提交項目下達單位驗收合格后，按資料匯交管理規(guī)定及時匯交資料。(規(guī)范性)萬米絞車作業(yè)班報萬米絞車作業(yè)班報見表A.1。表A.1萬米絞車作業(yè)班報日期下水時間出水時間mm簽名(規(guī)范性)海底地溫梯度測量班報海底地溫梯度測量班報見表B.1。表B.1海底地溫梯度測量班報站名m入水時間記錄開始時間記錄結(jié)束時間到底時間離底時間到底緯度到底經(jīng)度探針次序(自上而下)1(上)23456(下)有個探針有效下水前相對距離m出水后相對距離m記錄文件名站名m入水時間號記錄開始時間記錄結(jié)束時間探針插入傾角到底時間離底時間到底緯度到底經(jīng)度(單位：cm)10(上)987654321(下)℃文件名(規(guī)范性)海底沉積物地溫梯度測量質(zhì)量自檢表海底沉積物地溫梯度測量質(zhì)量自檢見表D.1。表D.1海底沉積物地溫梯度測量質(zhì)量自檢表站名自檢情況(規(guī)范性)海底沉積物熱導率測量班報海底沉積物熱導率測量班報見表E.1。表E.1海底沉積物熱導率測量班報站名m“℃“℃:評估區(qū)間起點最