与浅表沉积物接触式气体采集装置

1.本实用新型属于海洋岩土工程土工原位试验技术领域，涉及一种沉积物中气体的采样装置，尤其涉及一种与浅表沉积物接触式气体采集装置。


背景技术：

2.浅层气主要指地表下2000米之内所聚集的天然气体，在陆域和水域环境中均有分布。在水域环境中，浅层气主要赋存于埋深1000米以内的沉积物中，常见于湖底、河口与陆架海区的浅部沉积层中，气体成分主要以ch4、n2、co2或h2s等最为常见。气体在沉积物中的赋存形态常以游离气泡、溶解相或气水化合物态出现，而在江河湖底以及海底浅表沉积物中的赋存方式主要以游离态气泡为主。气泡中气体的来源主要有三类：(1)在厌氧环境下微生物活动而产生的生物气；(2)经过向上运移后赋存的深部热解油气、地幔及造岩运动所产气体； (3)天然气水合物的分解气等。准确获取水域环境下浅表沉积物中所赋存的游离态状气泡气体的组分特性，对于理解气体成因、追溯沉积地质活动和地壳运动、评价烃能源资源储量以及评估温室气体碳循环等均具有重要的意义。
3.浅表沉积物中所赋存的游离态状气泡，一般首先是气体在沉积物的孔隙水中溶解饱和后，然后才会出现游离态的气泡。气泡在水动力和浮力作用下，以及外界气压降低或温度升高等环境条件改变后，会自然的从沉积物中向上运移并脱离沉积物颗粒的束缚逃逸至水中，从而在水中形成“沸腾”式气柱上涌现象。利用这一特殊的气体迁移现象，过往对沉积物中所赋存气体样品的采集，多是在不接触沉积物条件下，直接对气柱进行捕获，然后进行水气分离后采集气样，但气泡在水中运移过程中会引起其组分的变化，进而会导致最终所测定的气体组分并不能有效代表沉积物中的原位特征。另外，也有采取钻孔方式，先将沉积物中的气
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水
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颗粒在气体压差作用下引喷至船甲板，然后再联通水
‑
气
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颗粒分离装置后对气样进行采集，这种方式需要沉积物中气体与大气压形成较大的压差，且采集过程容易混入大气中的空气，进而影响沉积物中原始赋存游离态气泡中气体组分的试验测试与分析。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种结构简单、便于操作以及避免沉积物上覆水体和外界大气对原位样品的稀释或污染的与浅表沉积物接触式气体采集装置。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种与浅表沉积物接触式气体采集装置，其特征在于：所述与浅表沉积物接触式气体采集装置包括钢制漏斗、集气罩、采气导管、进气孔以及集气瓶；所述集气瓶在使用前是充满水的；所述集气罩整体形成门洞型；所述钢制漏斗固定设置在集气罩顶部并通过设置在集气罩上的进气孔与集气罩内部相贯通；所述采气导管的一端与钢制漏斗顶部相贯通，另一端伸入集气瓶中。
7.作为优选，本实用新型所采用的与浅表沉积物接触式气体采集装置还包括电机以及潜水搅拌机；所述潜水搅拌机置于集气罩内部并与集气罩内壁固定连接；所述电机置于集气罩外部并与潜水搅拌机相连；所述电机驱动潜水搅拌机工作。
8.作为优选，本实用新型所采用的钢制漏斗内设置有过滤网。
9.作为优选，本实用新型所采用的过滤网包括自上而下依次设置的上部滤网以及下部滤网。
10.作为优选，本实用新型所采用的与浅表沉积物接触式气体采集装置还包括木板；所述木板上开设有贯穿孔；所述集气瓶通过贯穿孔倒立设置在木板上；所述电机置于木板的上表面。
11.作为优选，本实用新型所采用的与浅表沉积物接触式气体采集装置还包括设置在木板上表面并与木板贴合的泡沫板；所述泡沫板上设置有与木板上贯穿孔位置相对应的泡沫板穿孔；所述泡沫板穿孔的内径与集气瓶的外径相匹配；所述集气瓶穿过泡沫板上的泡沫板穿孔以及木板上的贯穿孔固定设置在木板上；所述电机镶嵌在泡沫板内部。
12.作为优选，本实用新型所采用的木板的下表面设置有漂浮球。
13.作为优选，本实用新型所采用的漂浮球至少是三个，至少三个漂浮球均布在木板下表面。
14.本实用新型的优点是：
15.本实用新型提供了一种与浅表沉积物接触式气体采集装置，包括钢制漏斗、集气罩、采气导管、进气孔以及集气瓶；所述集气瓶在使用前是充满水的；所述集气罩整体形成门洞型；所述钢制漏斗固定设置在集气罩顶部并通过设置在集气罩上的进气孔与集气罩内部相贯通；所述采气导管的一端与钢制漏斗顶部相贯通，另一端伸入集气瓶中。直接在沉积物中进行气体样品的采集，避免了沉积物上覆水体和外界大气对原位样品的稀释或污染，有效的提高水底浅表沉积物中起泡气体的样品采集质量，拓展了作业水深范围，可适用于水深≤50m内的水底浅表沉积物中气泡气体的原位样品采集。
附图说明
16.图1是本实用新型所提供的与浅表沉积物接触式气体采集装置的结构示意图；
17.图2是本实用新型所提供的与浅表沉积物接触式气体采集装置在使用过程中的结构示意图；
18.其中：
[0019]1‑
方形钢结构框架；2
‑
电机；3
‑
泡沫板；4
‑
木板；5
‑
漂浮球；6
‑
导线；7
‑
水；8
‑
集气罩支架；9
‑
钢制漏斗；10
‑
导线孔；11
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集气罩；12
‑
十字钢架；13
‑
潜水搅拌机；14
‑
可拆卸固定杆； 15
‑
集气瓶；16
‑
长玻璃管；17
‑
短玻璃管；18
‑
瓶塞；19
‑
出水导管；20
‑
采气导管；21
‑
pvc导管； 22
‑
上部滤网；23
‑
下部滤网；24
‑
进气孔；25
‑
圆筒；26
‑
螺帽。
具体实施方式
[0020]
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型的实施方式和操作过程进行详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。下面，以附图结合具体实施例来对本实用
新型的结构组成、工作原理和应用方法加以说明。
[0021]
参见图1以及图2，本实用新型是一种与浅表沉积物接触式气体采集装置，主要由上部的浮力集气系统和下部的气体采集系统两部分组成。
[0022]
上部的浮力集气系统是由方形钢结构框架1、集气瓶15、泡沫板3、木板4、电机2、漂浮球5、可拆卸式固定杆14组成。其中集气瓶15是采用排水法收集气体，长玻璃管16是进气口，短玻璃管17是出水口，长玻璃管16和短玻璃管17通过瓶塞18密封插入集气瓶15中，其中集气瓶15在采样前是充满水的，气体从采气导管20进入集气瓶15中，将瓶中的水通过短玻璃管17 和出水导管19排出。采气导管20和出水导管19采用胶质软管，方便连接上部的长玻璃管16、短玻璃管17和下部的pvc导管21。上部的泡沫板3和木板4的作用是为了固定集气瓶15和电机2 的位置，并保护集气瓶15避免受到外力破坏，避免电机2落入水中。其中可拆卸式固定杆14 在方形钢结构框架1的正中间，方形钢结构框架1对可拆卸式固定杆14起到固定作用；可拆卸式固定杆14为分节结构，便于根据沉积物的不同水深调节杆长，每节杆长1.0～1.5m，杆与杆之间通过端头螺纹连接固定，方便安装与拆卸。漂浮球5螺纹连接在方形钢结构框架1的四边的立杆的底部，起到在水中漂浮方形钢结构框架1和可拆卸式固定杆14的作用，保证装置不下沉和平稳性。
[0023]
下部的气体采集系统是由集气罩支架8、pvc导管21、和钢制漏斗9、集气罩11、圆筒25、潜水搅拌机13构成。其中集气罩支架8为方型钢框架结构，圆筒25采用防腐蚀钢制品，通过集气罩支架8的杆件焊接在集气罩支架8的底部；pvc导管21用来连接采气导管20和钢制漏斗9，钢制漏斗9内设置有上部滤网22和下部滤网23，钢制漏斗9和集气罩11上部进行密封性连接。同时在集气罩11的上部开孔，其中进气孔24若干个，1个导线孔10用于连接潜水搅拌机13，集气罩11的下部和圆筒25进行密封焊接，在圆筒25的内部焊接一个十字钢架12并用螺帽26对潜水搅拌机13进行固定；潜水搅拌机13通过导线6与上部的集气系统中的电机2相连通；电机2 开闭可以操作和控制潜水搅拌机13的转动和转速。同时，集气罩支架8也采用焊接的方式与圆筒25的外部进行连接，保证其刚度。可拆卸固定杆14与集气罩支架8通过螺纹连接。
[0024]
该装置在采集气体的过程中，可以根据浅表沉积物中所赋存的气泡量的多少来考虑是否要安装潜水搅拌机13，潜水搅拌机13的目的在于通过缓慢搅动沉积物，使气泡状气体脱离沉积物颗粒的束缚，在浮力作用下气体不断的向集气罩11的顶部汇聚，并通过进气孔24，再经过钢制漏斗9的下部滤网23和上部滤网22，上部滤网22和下部滤网23可将因搅拌而悬浮起的泥沙过滤掉，保证采气导管20的通畅性，在集气瓶15中采用排水法收集气体。在气体的采集过程中，一定要保证出水导管19埋没在水下，不能与大气相连通，避免集气瓶15内因吸入空气而与所采集的气体相混，破坏气体样品的原状组分。
[0025]
本实用新型在具体使用时，其使用方式是：
[0026]
1)水域环境下，水深50m以内，肉眼观测或记录有间歇性气泡冒出水面，为获得水下沉积物中释放气泡的气体样品，提前准备好本实用新型所需要的装置。
[0027]
2)将1根可拆卸固定杆14穿过泡沫板3和木板4固定在焊接好的方形钢结构框架1的中间位置，并在方形钢结构框架1四边立杆的底部安装好漂浮球5，确保方形钢结构框架1在水中不下沉且平稳。
[0028]
3)将集气瓶15和采气导管20、出水导管19中充满无气水，将出水导管19放入水7中
一定深度，避免因为风浪导致出水导管19跑出水面，而在集气瓶15中引入空气。
[0029]
4)将集气瓶15放在泡沫板3的气瓶固定位置上，同时把集气瓶15的瓶口穿过木板4预留的卡口，保证其不发生剧烈晃动。
[0030]
5)将电机2也放入在泡沫板3里的电机固定位置上，并与导线6连接好。
[0031]
6)把已经焊接好的钢制漏斗9、集气罩11和圆筒25与pvc导管21进行密封连接，pvc导管21的上部与采气导管20密封连接。
[0032]
7)将潜水搅拌机13通过螺帽26固定在圆筒25内部的十字钢架12上，导线6通过导线孔10，连接好上部的电机2。
[0033]
8)将可拆卸固定杆14通过螺纹连接在集气罩支架8上，并根据水深对可拆卸固定杆14进行分节连接。
[0034]
9)将组装好的装置放入水中，方形钢结构框架1在漂浮球5的浮力作用下漂浮于水面，分节安装可拆卸固定杆14，将集气罩支架8连同底部的圆筒25和潜水搅拌机13尽可能保证垂直送入水底浅表沉积物中；待所有装置稳定后，打开电机2，潜水搅拌机13开始缓慢搅动沉积物，沉积物的颗粒骨架被搅散，原始赋存的气泡逃脱骨架颗粒的束缚，在浮力的作用下向上运移，依次通过进气孔24、下部滤网23、钢制漏斗9、上部滤网22、pvc导管21、采气导管20、长玻璃管16，最终进入到集气瓶15中，开始排水收集气体。在这一过程中，下部滤网23和上部滤网22可以将因搅拌而悬浮起的沉积物泥沙颗粒过滤掉，确保采气导管20内的畅通。
[0035]
10)集气瓶15中的水逐步被气体排出，待所采集气体的体积量满足试验要求时，即当集气瓶15内收集的气体高度达到h时，关闭电机2，停止潜水搅拌机13搅拌。将集气瓶15从泡沫板3中取出，将其放置在水中，将采气导管20和出水导管19取下，并在水下对瓶塞18进行密封。然后，将集气瓶15移入实验室内，对所采集气体样品的组分进行分析检验。
[0036]
11)停止气体采集之后，将装置进行拆卸，用绳索缠绕好可拆卸固定杆14，向上拉起装置，先将上部集气系统取下，再对可拆卸固定杆14分节拆卸，直到拆卸到下部采集系统，在船甲板上将固定在圆筒25内部的潜水搅拌机13拆下进行检查，确保无问题后，储存好所有装置，以备下次采样使用。