DZ∕T 0359-2020 海洋熱流測量技術(shù)規(guī)程（正式版）

中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(shè) 15設(shè)備配置 25.1調(diào)查船設(shè)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(zhǔn) 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(bào)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(zhǔn) 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(dǎo)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(dǎo)率測量 68.4室內(nèi)班報(bào)記錄 78.5熱導(dǎo)率測量值處理與評(píng)價(jià) 7TⅡ9成果編制 79.1圖件繪制 79.2測量工作報(bào)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(bào)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(bào) 附錄B(規(guī)范性)海底地溫梯度測量班報(bào) 附錄C(規(guī)范性)海底原位熱流測量班報(bào) 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(dǎo)率測量班報(bào) 附錄F(資料性)熱導(dǎo)率校正公式 參考文獻(xiàn) Ⅲ本文件按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(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(shè)、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(biāo)準(zhǔn)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(wù)與任務(wù)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(shè)備、定位、水深測量和甲板輔助設(shè)備的配置；f)施工部署；g)人員配置及責(zé)任分工；h)預(yù)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(xiàng)目設(shè)計(jì)書，由項(xiàng)目承擔(dān)單位審查后實(shí)施。4.2測站的布設(shè)4.2.1熱流測站布設(shè)4.2.1.1根據(jù)地質(zhì)任務(wù)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(guān)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(shè)計(jì)布設(shè)熱流測站。對(duì)于調(diào)查新區(qū)，應(yīng)在完成淺地層剖面調(diào)查或底質(zhì)取樣后，設(shè)計(jì)布設(shè)熱流測站。4.2.1.3對(duì)布設(shè)地區(qū)的要求：沉積物松軟；應(yīng)避開坡度較大的區(qū)域。4.2.1.4測站布設(shè)區(qū)域的水深應(yīng)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(shè)4.2.2.1布設(shè)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(gè)區(qū)調(diào)圖幅中做1條～2條的典型熱流剖面。重點(diǎn)調(diào)查區(qū)域，測站間距為5km～10km。地形復(fù)雜且沉積厚度變化大的地區(qū)，測站間距為3km4.2.2.2布設(shè)要求測量剖面應(yīng)垂直于地質(zhì)構(gòu)造走向布設(shè)，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(yīng)平行地質(zhì)構(gòu)造走向布設(shè)。每次調(diào)查區(qū)域的中心測站為重點(diǎn)測站，重點(diǎn)測站的海底熱流測量應(yīng)采用多次測量方式，予以驗(yàn)證。5設(shè)備配置5.1調(diào)查船設(shè)備5.1.1絞車鋼纜長度滿足測站水深要求，纜端負(fù)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(duì)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(yīng)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(yīng)設(shè)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(diǎn)進(jìn)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(duì)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(gè)；大比例尺的調(diào)查，工區(qū)的沉積厚度大且沉積物相對(duì)松軟時(shí)，溫度測量獲得數(shù)據(jù)的探針數(shù)量不少于10個(gè)。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(zhǔn)按下列要求校準(zhǔn)：a)定期進(jìn)行測量儀器的溫度校準(zhǔn)，校準(zhǔn)有效期12個(gè)月；b)校準(zhǔn)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(zhǔn)儀器的測量值，校準(zhǔn)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(jìn)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(shí)鐘，使之與GPS接收機(jī)的授時(shí)系統(tǒng)同步；c)設(shè)置測量參數(shù)：記錄開始時(shí)間、記錄時(shí)間長度(或記錄結(jié)束時(shí)間)、采樣持續(xù)時(shí)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(dòng)情況；e)測量儀器入水后，操作絞車按正常轉(zhuǎn)速下放設(shè)備。當(dāng)設(shè)備距離海底50m～100m時(shí)，需將設(shè)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(shè)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(shè)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(shí)，需要觀察鋼纜張力和纜長的變化情況，做好相應(yīng)記錄，班報(bào)格式見附錄A;g)在海底沉積物溫度測量的同時(shí)，進(jìn)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(chǔ)器上或?qū)崟r(shí)傳輸至船上計(jì)算機(jī)中。46.7海上班報(bào)記錄測量過程的班報(bào)記錄要求如下：a)使用電子文檔記錄班報(bào)。班報(bào)格式見附錄B;b)每個(gè)站位記錄一次班報(bào)。班報(bào)填寫應(yīng)準(zhǔn)確，不得涂改，每個(gè)站位的班報(bào)需打印并有當(dāng)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(yīng)及時(shí)采取措施，并記錄班報(bào)；d)熱流測量的組長對(duì)班報(bào)記錄進(jìn)行檢查并簽名，調(diào)查船技術(shù)負(fù)責(zé)對(duì)每個(gè)作業(yè)周期的班報(bào)記錄進(jìn)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(jì)算：1)根據(jù)各測溫探針插入時(shí)摩擦階段的溫度時(shí)間記錄，外推沉積物未受擾動(dòng)時(shí)的溫度；2)選取合適時(shí)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(shí)間處的溫度，作為該測溫探針?biāo)诘某练e物環(huán)境溫度；3)地溫梯度計(jì)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(jì)算各深度段的地溫梯度，或采用線性回歸方法，求取整個(gè)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(duì)實(shí)際原位熱流探針做簡化處理時(shí)，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(shí)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(dǎo)，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(shí)間變化的解析解，便于對(duì)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)，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(diǎn)進(jìn)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(yīng)滿足以下要求：5a)感溫元件數(shù)大于或等于7個(gè)；b)安裝熱敏元件和加熱絲的導(dǎo)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(zhǔn)在海上測量作業(yè)正式開始前，用已校準(zhǔn)的附著型溫度記錄器作為基準(zhǔn)，校準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行：a)通過對(duì)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(dǎo)率；b)當(dāng)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(shí)間測量海底地溫梯度，后半段時(shí)間測量沉積物熱導(dǎo)率；c)所有測量數(shù)據(jù)均記錄在非易失性存儲(chǔ)器上，或?qū)崟r(shí)傳輸?shù)酱嫌?jì)算機(jī)；d)海底地溫梯度測量：選用探針與周圍沉積物達(dá)到熱平衡時(shí)測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算地溫梯度；e)沉積物熱導(dǎo)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(shí)間的變化，計(jì)算沉積物原位熱導(dǎo)率。7.6質(zhì)量監(jiān)控7.6.1海上班報(bào)記錄測量過程的班報(bào)記錄要求如下：a)使用電子文檔記錄班報(bào)，班報(bào)格式見附錄C;b)每個(gè)站位記錄一次班報(bào)，班報(bào)填寫應(yīng)準(zhǔn)確，不得涂改，每個(gè)站位的班報(bào)記錄需打印并有當(dāng)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(shí)，應(yīng)及時(shí)采取措施，并記錄班報(bào)；d)組長對(duì)班報(bào)記錄進(jìn)行檢查并簽名，調(diào)查船技術(shù)負(fù)責(zé)對(duì)每個(gè)作業(yè)周期的班報(bào)記錄進(jìn)行全面檢查并簽名。7.6.2質(zhì)量自檢記錄要求包括：a)對(duì)儀器和數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查，由操作員負(fù)責(zé)填寫自檢表，格式見附錄D。可以獨(dú)立成冊(cè)，也可以作為附錄提供；b)應(yīng)包括全部有效站位內(nèi)容。內(nèi)容應(yīng)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(fù)責(zé)人簽名。7.7數(shù)據(jù)處理7.7.1原位熱導(dǎo)率計(jì)算7.7.1.1選取合適時(shí)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(duì)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(dǎo)率。7.7.1.4該熱導(dǎo)率可以視為沉積物的原位熱導(dǎo)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(jì)算的地溫梯度和熱導(dǎo)率，計(jì)算出該站位的熱流密度值；b)熱流計(jì)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(píng)價(jià)a)至少3個(gè)熱敏元件數(shù)據(jù)有效；b)有效測量深度達(dá)2m以上；c)熱導(dǎo)率測量值誤差優(yōu)于5%;d)同時(shí)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(dǎo)率測量8.1測量儀器配置測量儀器采用瞬時(shí)熱導(dǎo)率探針，要求如下：a)瞬時(shí)熱導(dǎo)率探針的熱時(shí)間常數(shù)小于或等于5s;b)探針內(nèi)安裝加熱細(xì)金屬絲及熱敏元件；d)一次測量允許誤差優(yōu)于5%;e)重復(fù)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(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)測量儀器進(jìn)行自檢，測量值與標(biāo)準(zhǔn)樣熱導(dǎo)率值的誤差優(yōu)于2%時(shí)，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(dǎo)率測量a)保持整個(gè)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(shí)間為80s～600s,相鄰兩次測量的時(shí)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(dǎo)率測量結(jié)束之后，需要封存樣品。8.4室內(nèi)班報(bào)記錄要求如下：a)使用電子文檔記錄班報(bào)，班報(bào)格式見附錄E;b)每個(gè)站位記錄一次班報(bào)，班報(bào)填寫應(yīng)準(zhǔn)確，不得涂改。每個(gè)站位的班報(bào)記錄需打印，并有當(dāng)班操作人員簽名；c)有儀器發(fā)生故障等特殊情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取措施，并記錄班報(bào)；d)組長對(duì)班報(bào)記錄進(jìn)行檢查并簽名，調(diào)查船技術(shù)負(fù)責(zé)對(duì)每個(gè)作業(yè)周期的班報(bào)記錄進(jìn)行全面檢查并簽名。8.5熱導(dǎo)率測量值處理與評(píng)價(jià)8.5.1熱導(dǎo)率測量值處理要求如下：a)每個(gè)測量位置，測量結(jié)果評(píng)估合格的數(shù)據(jù)數(shù)大于或等于3個(gè)；b)以測量位置作為計(jì)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(dǎo)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(dǎo)率測量值作為該測量位置的海底沉積物原位熱導(dǎo)率值；d)同一巖芯，變更測量位置，得到多個(gè)原位熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)，采用最小二乘法求取平均原位熱導(dǎo)率值。8.5.2熱導(dǎo)率測量值的質(zhì)量評(píng)價(jià)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(yīng)符合DZ/T0069和有關(guān)圖式圖例標(biāo)準(zhǔn)要求。91.2溫度一深度圖以探針深度為橫坐標(biāo)，溫度為縱坐標(biāo)，標(biāo)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(dǎo)率一長度圖繪制以熱導(dǎo)率為橫坐標(biāo)，樣品長度為縱坐標(biāo)，標(biāo)繪測得的熱導(dǎo)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(biāo)，熱流密度為縱坐標(biāo)，標(biāo)繪計(jì)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(diǎn)位置標(biāo)注熱流密度值),或繪制熱流密度等值線圖；b)熱流測量設(shè)備及其主要技術(shù)指標(biāo)；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(shè)計(jì)工作量及調(diào)查精度、工作進(jìn)度、任務(wù)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(jìn)方法內(nèi)容包括：內(nèi)容包括：a)溫度—深度圖；b)熱導(dǎo)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(xiàng)目下達(dá)單位驗(yàn)收合格后，按資料匯交管理規(guī)定及時(shí)匯交資料。(規(guī)范性)萬米絞車作業(yè)班報(bào)萬米絞車作業(yè)班報(bào)見表A.1。表A.1萬米絞車作業(yè)班報(bào)日期下水時(shí)間出水時(shí)間mm簽名(規(guī)范性)海底地溫梯度測量班報(bào)海底地溫梯度測量班報(bào)見表B.1。表B.1海底地溫梯度測量班報(bào)站名m入水時(shí)間記錄開始時(shí)間記錄結(jié)束時(shí)間到底時(shí)間離底時(shí)間到底緯度到底經(jīng)度探針次序(自上而下)1(上)23456(下)有個(gè)探針有效下水前相對(duì)距離m出水后相對(duì)距離m記錄文件名站名m入水時(shí)間號(hào)記錄開始時(shí)間記錄結(jié)束時(shí)間探針插入傾角到底時(shí)間離底時(shí)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(dǎo)率測量班報(bào)海底沉積物熱導(dǎo)率測量班報(bào)見表E.1。表E.1海底沉積物熱導(dǎo)率測量班報(bào)站名m“℃“℃:評(píng)估區(qū)間起點(diǎn)最