(高清版)DZT 0359-2020 海洋热流测量技术规程.pdf

ICS07.040;35.240.70ICS07.040;35.240.70CCS A 76中华人民共和国地质矿产行业标准中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T03592020DZ/T03592020海洋热流测量技术规程海洋热流测量技术规程Technical specification for the measurement of marine geothermal heatflow2020-12-25 发布2021-05-01 实施中华人民共和国自然资源部发 布2020-12-25 发布2021-05-01 实施中华人民共和国自然资源部发 布DZ/T03592020目次目次前言.1范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14施工方案编制.14.1施工方案内容和要求.14.2测站的布设.15设备配置.25.1调查船设备.25.2深度监视系统.25.3测量仪器配置.26海底地温梯度测量.26.1测量作业方式.26.2测量仪器配置.36.3测量仪器校准.36.4定位数据采集.36.5海底测量作业要求.36.6数据采集与记录.36.7海上班报记录.46.8数据处理.47海底原位热流测量.47.1调查船作业方式.47.2测量仪器配置.47.3测量仪器校准.57.4定位数据采集.57.5海底测量作业.57.6质量监控质量监控.57.7数据处理.58室内热导率测量.68.1测量仪器配置.68.2测量仪器自检测量仪器自检.68.3室内海底沉积物热导率测量.68.4室内班报记录.78.5热导率测量值处理与评价热导率测量值处理与评价.7TDZ/T035920209成果编制.79.1图件绘制.79.2测量工作报告编制.89.3热流资料地质解释.810成果编制与提交.810.1成果报告.810.2测量数据.910.3成果图件.910.4成果提交.9附录 A(规范性)万米绞车作业班报.10附录 B(规范性)海底地温梯度测量班报.11附录 C(规范性)海底原位热流测量班报.12附录 D(规范性)海底沉积物地温梯度测量质量自检表.13附录 E(规范性)海底沉积物热导率测量班报.14附录 F(资料性)热导率校正公式.15参考文献.16DZ/T03592020DZ/T03592020前言前言本文件按照GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由中华人民共和国自然资源部提出。本文件由全国自然资源与国土空间规划标准化技术委员会(SAC/TC93)归口。本文件起草单位：广州海洋地质调查局。本文件主要起草人：陈洁、罗贤虎、彭登、陈爱华、黄文星、何国信、陈集云。1DZ/T03592020海洋热流测量技术规程海洋热流测量技术规程1范围1范围本文件规定了海底热流测量的施工方案编制、测站布设、海底地温梯度测量、海底原位热流测量、数据处理与解释、成果编制与资料汇交的技术要求和操作规定。本文件适用于海洋地质、海洋资源、海洋环境调查中的海底热流测量，其他目的的海底热流测量工作也可参考使用。2规范性引用文件2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。DZ/T0069地球物理勘查图图式图例及用色标准3术语和定义3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.13.1海底原位热流测量seafloor in-situ heatflow measurement凡是不改变海底结构和环境的热流测量方式。4施工方案编制4.1施工方案内容和要求4施工方案编制4.1施工方案内容和要求包括下列内容：a)热流测量任务与任务来源；b)工区概况(工区位置、自然地理、地形地貌和底质分类等);c)设计工作量、测站布设；d)调查船设备、定位、水深测量和甲板辅助设备的配置；e)施工方法、测量内容和方式；f)施工部署；g)人员配置及责任分工；h)预期成果类型；i)安全与质量控制措施。施工方案的内容归入项目设计书，由项目承担单位审查后实施。4.2测站的布设4.2.1热流测站布设4.2测站的布设4.2.1热流测站布设4.2.1.1根据地质任务需求，选择适合的调查比例尺和热流测站的密度，见表1。2DZ/T03592020表 1调查比例尺和热流测站的密度关系DZ/T03592020表 1调查比例尺和热流测站的密度关系调查比例尺测站间距1:100000010 km30 km1:5000001:2500004.2.1.24.2.1.2在充分了解测区的沉积物类型分布、地形地貌特征和海流情况等信息前提下，设计布设热流测站。对于调查新区，应在完成浅地层剖面调查或底质取样后，设计布设热流测站。4.2.1.34.2.1.3对布设地区的要求：沉积物松软；应避开坡度较大的区域。4.2.1.44.2.1.4测站布设区域的水深应大于900 m,减少日照与底流的影响，提高测量精度。4.2.2剖面测站布设4.2.2.1布设原则4.2.2剖面测站布设4.2.2.1布设原则根据调查比例尺确定热流测站的密度，见表1;或在一个区调图幅中做1条2条的典型热流剖面。重点调查区域，测站间距为5 km10km。地形复杂且沉积厚度变化大的地区，测站间距为3 km4.2.2.2布设要求4.2.2.2布设要求测量剖面应垂直于地质构造走向布设，尽量与其他地球物理调查剖面重合。海沟、断裂带等特殊地区，测量剖面应平行地质构造走向布设。每次调查区域的中心测站为重点测站，重点测站的海底热流测量应采用多次测量方式，予以验证。5设备配置5.1调查船设备5设备配置5.1调查船设备5.1.1绞车钢缆长度满足测站水深要求，缆端负载大于2 t。5.1.25.1.2绞车能变速，最大下降速度不小于1.5m/s。5.2深度监视系统5.2深度监视系统配备声脉冲发生器(pinger),用于监视测量仪器在水体中与海底之间的相对位置或离底深度。将声脉冲发生器安装在测量仪器上方50 m100m范围内的绞车钢缆上，并做好相应记录，记录格式见附录A。5.3测量仪器配置5.3测量仪器配置根据海底热流测量方式(海底原位热流测量和海底地温梯度测量)不同，配置相应设备。6海底地温梯度测量6.1测量作业方式6海底地温梯度测量6.1测量作业方式海底热流测量以测站方式工作，调查船定点进行海上测量作业。3DZ/T035920206.2测量仪器配置DZ/T035920206.2测量仪器配置海底地温梯度测量仪器按如下配置。a)对于1:1000000、1:500000、1:250000的调查，温度测量获得数据的探针数量不少于3个；大比例尺的调查，工区的沉积厚度大且沉积物相对松软时，温度测量获得数据的探针数量不少于10个。b)感温元件要求：1)测温范围：-2+40;2)分辨率：1.5 mK;3)测量允许误差优于5 mK。c)温度测量探针的耐压大于或等于40 MTa。d)温度测量探针按不同角度、固定间距安装在钢矛或取样器上。e)温度测量探针间距大于或等于40 cm。f)钢矛或取样器(包括重力柱状取样器和活塞取样器)长度大于或等于4 m。6.3测量仪器校准6.3测量仪器校准按下列要求校准：a)定期进行测量仪器的温度校准，校准有效期12个月；b)校准仪器允许误差优于5 mK;c)根据各温度测量探针的示值和校准仪器的测量值，校准各温度测量探针的温度值。6.4定位数据采集6.4定位数据采集测量仪器入水、到底、离底分别进行定位数据采集和记录，记录格式见附录 B。6.5海底测量作业要求6.5海底测量作业要求包括下列内容：a)检查电池电量，确保温度测量探针能够正常工作；b)调整所有温度测量探针时钟，使之与GPS 接收机的授时系统同步；c)设置测量参数：记录开始时间、记录时间长度(或记录结束时间)、采样持续时间；d)分别测量仪器入水前、出水后探针之间的距离，核查各温度测量探针移动情况；e)测量仪器入水后，操作绞车按正常转速下放设备。当设备距离海底50 m100m 时，需将设备停留不少于3 min,测量各温度测量探针之间的偏移量；快速将设备下放到海底，温度测量探针插入沉积物后需稳定停留不少于7 min,以便完成测量设备和周边沉积物之间的温度平衡过程；以慢速(不大于0.4m/s)收缆，直到确定测量仪器离开海底之后，再按正常速度将仪器回收，直至水面；f)操作绞车时，需要观察钢缆张力和缆长的变化情况，做好相应记录，班报格式见附录 A;g)在海底沉积物温度测量的同时，进行沉积物取样。6.6数据采集与记录6.6数据采集与记录温度测量探针在沉积物中的采样速率大于或等于2s/次，数据记录在仪器内部的非易失性存储器上或实时传输至船上计算机中。4DZ/T035920206.7海上班报记录DZ/T035920206.7海上班报记录测量过程的班报记录要求如下：a)使用电子文档记录班报。班报格式见附录 B;b)每个站位记录一次班报。班报填写应准确，不得涂改，每个站位的班报需打印并有当班操作人员签名；c)仪器发生故障、船只干扰和热流探针没有插入到海底横卧在海床上等特殊情况，应及时采取措施，并记录班报；d)热流测量的组长对班报记录进行检查并签名，调查船技术负责对每个作业周期的班报记录进行全面检查并签名。6.8数据处理6.8.1温度数据处理6.8数据处理6.8.1温度数据处理包括以下内容：a)利用各温度测量探针的温度测量偏移量，求出各探针改正后的温度值。b)平衡温度(环境温度)计算：1)根据各测温探针插入时摩擦阶段的温度时间记录，外推沉积物未受扰动时的温度；2)选取合适时间段的温度记录，利用瞬间加热无限长线热源热衰减模型的拟合，外推无限长时间处的温度，作为该测温探针所在的沉积物环境温度；3)地温梯度计算：依据各测温探针的平衡温度以及相邻探针之间的距离，计算各深度段的地温梯度，或采用线性回归方法，求取整个测温深度的平均地温梯度。6.8.2构建瞬间加热无限长线热源热衰减模型6.8.2构建瞬间加热无限长线热源热衰减模型方法如下：a)对实际原位热流探针做简化处理时，不考虑探针长度、探针半径的影响，将其简化成无限长的线热源；b)将探针在脉冲时段所释放的热量视为在开始加热的瞬间全部释放，使探针在瞬间获得热量并升温，之后开始与周围沉积物发生热传导，探针的温度开始衰减；c)通过这样的简化，可获得探针内部温度随时间变化的解析解，便于对实测数据进行解算从而获得沉积物热物性参数。6.8.3数据质量控制6.8.3数据质量控制有效的数据采集探针数大于或等于3个，有效测量深度大于或等于2 m,则数据合格。否则为不合格。7海底原位热流测量7.1调查船作业方式7海底原位热流测量7.1调查船作业方式海底热流测量以测站方式工作，调查船定点进行海上测量作业。7.2测量仪器配置7.2测量仪器配置海底原位热流探测系统应满足以下要求：5DZ/T03592020DZ/T03592020a)感温元件数大于或等于7个；b)安装热敏元件和加热丝的导管，长度大于或等于4 m,耐压大于或等于40 MIa;c)各热敏元件间距相等，且大于或等于50 cm。7.3测量仪器校准7.3测量仪器校准在海上测量作业正式开始前，用已校准的附着型温度记录器作为基准，校准各通道热敏元件，求取各感温元件的改正值。7.4定位数据采集7.4定位数据采集测量仪器入水、到底、离底分别进行定位数据采集和记录，记录格式见附录C。7.5海底测量作业7.5海底测量作业测量海底沉积物地温梯度，海底测量作业按以下要求进行：a)通过对发射热脉冲加热方式，测量温度衰减过程，求解沉积物的原位热导率；b)当测量仪器插入海底沉积物中之后，仪器按程序工作，前半段时间测量海底地温梯度，后半段时间测量沉积物热导率；c)所有测量数据均记录在非易失性存储器上，或实时传输到船上计算机；d)海底地温梯度测量：选用探针与周围沉积物达到热平衡时测得的数据，计算地温梯度；e)沉积物热导率测量：以脉冲电流加热发热丝，产生热脉冲，其能量传入沉积物，记录热脉冲期间及其后温度随时间的变化，计算沉积物原位热导率。7.6质量监控7.6.1海上班报记录7.6质量监控7.6.1海上班报记录测量过程的班报记录要求如下：a)使用电子文档记录班报，班报格式见附录C;b)每个站位记录一次班报，班报填写应准确，不得涂改，每个站位的班报记录需打印并有当班操作人员签名；c)仪器发生故障或船只有干扰等特殊情况发生时，应及时采取措施，并记录班报；d)组长对班报记录进行检查并签名，调查船技术负责对每个作业周期的班报记录进行全面检查并签名。7.6.2质量自检记录7.6.2质量自检记录要求包括：a)对仪器和数据的质量检查，由操作员负责填写自检表，格式见附录 D。可以独立成册，也可以作为附录提供；b)应包括全部有效站位内容。内容应包括：站位名称(或测量位置)、自检、备注等内容，班组长及技术负责人签名。7.7数据处理7.7.1原位热导率计算7.7数据处理7.7.1原位热导率计算7.7.1.1选取合适时间段的温度记录。6DZ/T03592020DZ/T035920207.7.1.2结合摩擦阶段获得的平衡温度及理论的拟合曲线，去除摩擦阶段残余热对脉冲阶段的影响。7.7.1.37.7.1.3利用瞬间加热无限长线热源热衰减模型的拟合，求出各热敏元件所在处的热导率。7.7.1.4该热导率可以视为沉积物的原位热导率。7.7.2热流数据记录7.7.2.1热流数据记录要求7.7.2热流数据记录7.7.2.1热流数据记录要求要求如下：a)利用计算的地温梯度和热导率，计算出该站位的热流密度值；b)热流计算成果数据记录在热流数据表中。7.7.2.2热流数据质量评价7.7.2.2热流数据质量评价要求如下：a)至少3个热敏元件数据有效；b)有效测量深度达2 m 以上；c)热导率测量值误差优于5%;d)同时满足以上要求为合格，否则为不合格。不合格的测量数据不能使用。8室内热导率测量8.1测量仪器配置8室内热导率测量8.1测量仪器配置测量仪器采用瞬时热导率探针，要求如下：a)瞬时热导率探针的热时间常数小于或等于5 s;b)探针内安装加热细金属丝及热敏元件；c)测量范围：0.1 W/(mK)4.0W/(mK);d)一次测量允许误差优于5%;e)重复测量允许误差优于2%;f)加热量允许误差优于0.1%。82测量仪器自检82测量仪器自检在仪器工作之前，采用标准样对测量仪器进行自检，测量值与标准样热导率值的误差优于2%时，仪器自检合格。自检不合格的仪器，不得用于测量作业。8.3室内海底沉积物热导率测量8.3室内海底沉积物热导率测量要求如下：a)保持整个测量过程环境温度稳定；b)在测量位置上钻孔，孔深为样品管壁厚；c)保持样品、探针和恒温箱温度一致；d)测量次数大于或等于3次，每次测量时间为80 s600s,相邻两次测量的时间间隔大于或等于20min;e)用探针插入岩芯内，加热丝加热后，测量周围沉积物的温度变化，求取热导率；7DZ/T03592020f)样品热导率测量结束之后，需要封存样品。8.4室内班报记录8.4室内班报记录要求如下：a)使用电子文档记录班报，班报格式见附录 E;b)每个站位记录一次班报，班报填写应准确，不得涂改。每个站位的班报记录需打印，并有当班操作人员签名；c)有仪器发生故障等特殊情况时，应及时采取措施，并记录班报；d)组长对班报记录进行检查并签名，调查船技术负责对每个作业周期的班报记录进行全面检查并签名。8.5热导率测量值处理与评价8.5热导率测量值处理与评价8.5.1热导率测量值处理要求如下：a)每个测量位置，测量结果评估合格的数据数大于或等于3个；b)以测量位置作为计算单元，用测量结果合格的数据的算术平均值作为该测量位置的热导率测量值；c)测量值校正：采用 Hyndman等(1979)校正公式(参见附录 F),经温度、压力、含水量校正后的热导率测量值作为该测量位置的海底沉积物原位热导率值；d)同一岩芯，变更测量位置，得到多个原位热导率数据，采用最小二乘法求取平均原位热导率值。8.5.28.5.2热导率测量值的质量评价要求：测量值误差在5%之内为合格，在5%以外为不合格。不合格的测量值不能使用。9成果编制9.1图件绘制9.1.1基本要求9成果编制9.1图件绘制9.1.1基本要求成果图件应符合DZ/T0069 和有关图式图例标准要求。91.2温度一深度图91.2温度一深度图以探针深度为横坐标，温度为纵坐标，标绘测得的温度值，勾绘一元线性回归曲线，并在图上注明，得出地温梯度值。9.1.3热导率一长度图绘制9.1.3热导率一长度图绘制以热导率为横坐标，样品长度为纵坐标，标绘测得的热导率值。9.1.4热流剖面图9.1.4热流剖面图以地理纬度或地理经度为横坐标，热流密度为纵坐标，标绘计算的热流密度。9.1.5热流平面分布图9.1.5热流平面分布图编制要求如下：8DZ/T03592020DZ/T03592020a)依据设定的比例尺调查任务确定，将热流密度标于设定比例尺的平面分布图上；b)绘制热流密度值平面分布图(在测点位置标注热流密度值),或绘制热流密度等值线图；c)标注图名、比例尺、图例和必要的说明。9.2测量工作报告编制9.2测量工作报告编制在作业结束后，按施工设计书的要求提交测量工作报告，内容包括：a)测站布设与设计工作量；b)热流测量设备及其主要技术指标；c)作业方法及任务完成情况；d)质量分析；e)作业中存在的问题、改进方法及今后工作建议；f)提交资料清单；g)相关图表(测站作业位置图、质量自检表、地温梯度值或热流值汇总表等)。9.3热流资料地质解释9.3.1以往工作评述9.3热流资料地质解释9.3.1以往工作评述内容包括：a)海底地形地貌、沉积类型、断裂与岩浆活动、地壳结构、地质演化等地质资料；b)现今沉积速率、海底流体活动情况；c)物性资料：热导率、密度、磁化率等；d)钻井温度资料；e)重力、磁力、地震等地球物理资料。9.3.2热流资料的定性解释9.3.2.19.3.2热流资料的定性解释9.3.2.1依据平均热流密度划分以下热流区：a)特高热流密度区：热流密度大于120 mW/m;b)高热流密度区：热流密度90 mW/m120mW/m;c)较高热流密度区：热流密度70 mW/m90mW/m;d)正常热流密度区：热流密度55 mW/m70mW/m;e)较低热流密度区：热流密度40 mW/m55mW/m;f)低热流密度区：热流密度小于40mW/m。9.3.2.2热流异常需进行以下校正及解释：a)沉积或剥蚀速率异常区以及地形坡度，需进行相应的校止；b)底水温度波动较大海域，需要进行底水温度波动长期观测，进行相应校正；c)充分利用各类成果，通过综合分析与对比，推测高热流异常的热源机制和低热流异常的成因。10成果编制与提交10.1成果报告10成果编制与提交10.1成果报告内容包括：9DZ/T03592020a)前言：说明目的任务、完成概况、取得的主要成果；b)工区概况：说明工区范围、自然地理概况、以往工作程度；c)资料采集情况：说明设计工作量及调查精度、工作进度、任务完成情况和资料质量情况；d)热流处理及校正方式；e)成果图件编制；f)资料解释：包括分类、分区、成因等；针对地质目的，结合其他地球物理资料联合解释；g)结论与建议：存在的问题、改进方法及今后工作建议；h)参考文献，10.2测量数据10.2测量数据内容包括：a)热导率数据，应含数据项：站位编号、经度、纬度、岩芯测量位置、水深、水温、环境温度、加热量、一测值、二测值、三测值、四测值、五测值、平均值等；b)地温梯度数据，应含数据项：站位编号、日期、经度、纬度、水深、地温梯度等；c)热流数据，应含数据项：站位编号、经度、纬度、水深、地温梯度、平均热导率、热流温度等。10.3成果图件10.3成果图件内容包括：a)温度深度图；b)热导率长度图；c)热流剖面图；d)热流平面分布图。10.4成果提交10.4成果提交上述成果编制完成后，提交项目下达单位验收合格后，按资料汇交管理规定及时汇交资料。10DZ/T03592020附录DZ/T03592020附录A(规范性)万米绞车作业班报(规范性)万米绞车作业班报万米绞车作业班报见表 A.1。表 A.1万米绞车作业班报表 A.1万米绞车作业班报调查船：项目：航次：日期：年月日日期站位取样方式下水时间出水时间水深m缆长m离底张力T签名备注操作员：组长：技术负责人：第页，共页11DZ/T03592020附录DZ/T03592020附录B(规范性)海底地温梯度测量班报(规范性)海底地温梯度测量班报海底地温梯度测量班报见表 B.1。表表 B.1海底地温梯度测量班报海底地温梯度测量班报调查船：项目：航次：日期：年月日站名水深m入水时间安装方式记录开始时间记录结束时间采样率稳定时段到底时间离底时间到底纬度到底经度探针次序(自上而下)1(上)23456(下)探针系列号有个探针有效下水前相对距离m出水后相对距离m记录文件名记录前电池电量mV记录后电池电量mV备注操作员：组长：技术负责人：第页，共页12DZ/T03592020DZ/T03592020附录C附录C(规范性)海底原位热流测量班报(规范性)海底原位热流测量班报海底原位热流测量班报见表 C.1。表表 C.1海 底 原 位 热 流 测 量 班 报海 底 原 位 热 流 测 量 班 报调查船：项目：航次：日期：年月日站名水深m入水时间加热量W/m加热时长号记录开始时间记录结束时间采样率稳定时段探针插入倾角到底时间离底时间到底纬度到底经度通道间距(单位：cm)通道号10(上)987654321(下)稳定时段温度!加热前稳定温度加热后稳定温度!记录前电池电量mV记录后电池电量mY测量数据文件名有效数据通道数备注操作员：组长：技术负责人：第页，共页13DZ/T03592020DZ/T03592020附录附录D(规范性)海底沉积物地温梯度测量质量自检表(规范性)海底沉积物地温梯度测量质量自检表海底沉积物地温梯度测量质量自检见表 D.1。表表 D.1海底沉积物地温梯度测量质量自检表海底沉积物地温梯度测量质量自检表站名安装方式探针个数自检情况备注操作员：组长：技术负责人：第页，共页14DZ/T03592020附录DZ/T03592020附录E(规范性)海底沉积物热导率测量班报(规范性)海底沉积物热导率测量班报海底沉积物热导率测量班报见表 E.1。表表 E.1海底沉积物热导率测量班报海底沉积物热导率测量班报调查船：项目：航次：日期：年_月日站名测站纬度测站经度岩芯测量位置cm水深m水温“探针环境温度“:加热量W/m评估区间起点最小时间测量时间长度S能量控制参数评估区间起点最大时间测量时间间隔min评估区间最小长度第一次测量结果文件名热导率值W/(mK)最大时间t的自然对数解的个数区间开始/结束时间接触值第二次测量结果文件名热导率值W/(mK)最大时间t的自然对数解的个数区间开始/结束时间S接触值第三次测量结果文件名热导率值W/(mK)最大时间t的自然对数解的个数区间开始/结束时间S接触值第四次测量结果文件名热导率值W/(mK)最大时间t的自然对数解的个数区间开始/结束时间接触值第五次测量结果文件名热导率值W/(mK)最大时间t的自然对数解的个数区间开始/结束时间接触值备注操作员：组长：技术负责人：第页，共页15DZ/T03592020附录F(资料性)热导率校正公式热导率的校正采用 Hyndman等(1979)提出的校正公式进行计算，见下式：(F.1)式中：p.r(z)x 处的原位热导率，单位为瓦_特每米开二尔文_W/(mK);实验室条件下测量得到的热导率，单位为瓦二特每米开二尔文 W/(mK);zw 水深，单位为米(m);p 平均沉积物密度，单位为克每立方厘米(g/cm)z 样品深度(测量位置),单位为米(m);T(z)原位温度，单位为摄氏度();T 测量热导率时的实验室温度，单位为摄氏度()。16DZ/T03592020参 考 文 献DZ/T03592020参 考 文 献1GB/T12763.82007海洋调查规范第8部分：海洋地质地球物理调查2DT)201202海域石油和天然气地球物理调查规范_3DZ/T00011991区域地质调查总则(1:50000)4DZ/T024720091:1000000海洋区域地质调查规范5DZ/T02572014区域地质调查规范(1:250000)6HYNDMANRD,DAVISE E,WRIGHTJ A.The measurementof marine geothermal heatflowby amulti-penetrationprobe withdigitalacoustic telemetryandin-situ thermalconductivity.MarineGeophysicalResearches,1979(4):181-205