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德國FIELAX公司熱流探頭

熱流測量方法的用途是什么？
所謂熱流是指從地球內部的熱源想地球表層不斷擴散的地熱能，或通過對流傳送，或通過熱傳導。
地熱是地球板塊構造論中各種多尺度地質活動發生的驅動力。地熱同樣也可以促進有機質的熱降解等化學反應，從而導致碳氫化合物（油和氣）的形成。后者體現了其產業價值，而*點的解釋更富有科學價值。地球的內部溫度隨著深度的增大而升高。在地球表面，平均地熱梯度相對穩定在平均30℃/千米深。然而，有一些地區這個數值會更高，如沿大洋中脊或地幔熱柱附近。
盡管被稱作熱流測量法，熱流本身是無法直接測量的。但是，假設熱傳導是穿過地殼的主要傳導過程，很明顯，傳導熱流總是沿著溫度降低的方向。通過垂直熱梯度和導熱系數（傅立葉公式）的結果能夠估算出熱流的熱量。然而，如果涉及到其他傳輸機制，如流體流動過程熱對流，熱傳輸則可能具有非線性熱梯度特征，同時，也有可能發生在水平方向上。
因此，地熱測量系統實際上是一個測量海底沉積物的原位熱梯度和導熱系數的儀器，通過這兩項參數可以確定熱流的熱量（或熱流密度）。其他熱力參數，如沉積物熱擴散系數、體積熱容等也可以推倒出來。這些參數能夠為技術應用和環保應用方面提供重要信息，一些參數會在下面做詳細介紹。
油氣勘探
熱流測量對于石油地質學領域新的油氣儲源開發具有重大意義，可以在熱成熟度計算中為沉積盆地建模和援助提供關鍵的約束條件。為了確定油氣形成的概率，了解潛在源層的熱歷史非常關鍵，因為碳水化合物的產生有賴于沉積源巖從沉積開始所處的溫度環境。有機物演變成碳水化合物的演變程度可以通過巖層的熱成熟度推算出來，但是要有有效的地區地質學概念模式，包括當前熱流流量和導熱系數分布。
熱輻射
日益盛行的海上風能市場zui近已打開一個熱流測量活動的新領域，尤其導熱系數值能夠提供有效的信息以估計熱能的損耗機制和電纜的環境影響。當電能通過水下電纜從轉換平臺向海濱傳輸的時候，部分能量會轉換成熱量損失掉，從而導致纜線和周圍環境溫度升高。不考慮電纜本身的特性，決定溫度升高多少度的關鍵因素是周圍環境的熱特征，特別是沉積物的導熱系數、熱擴散系數、熱容。
天然氣水合物
熱流測量法也能夠進行天然氣水合物沉積物穩定性分析。已發現大量天然氣水合物在海洋沉積物、深湖沉積物、*凍土區域中自然產生。潛在甲烷的量非常重要，但同時也受限于自然天然氣水合物的沉積，這使得天然氣水合物作為潛在能源在未來具備重大利益。天然氣水合物的形成是一個放熱過程，形成過程總是伴隨著熱傳遞，這一現象允許天然氣水合物的探測在熱流測量儀的幫助下得以實現。
 
上圖所示為橫跨天然氣水合物儲源的溫度剖面圖。剖面圖中Pen 3‘ 和Pen 4‘表現出相對線性深度的強烈偏離，此偏離可以說明有強烈的對流過程存在。
數據
熱流測量系統記錄溫度做時間的函數。一個完整的測量周期從穿透過程開始。探頭被下放到地表，穿透沉積物層，由于摩擦產熱的原因溫度驟升。隨著摩擦熱和后續衰變，相應的沉積物溫度關于深度的函數關系便派生出來。經過一定的穩定時間之后，發射一個熱脈沖（相當于空氣中20℃左右）加熱傳感器管和周圍的沉積物。傳感器仍保留在沉積物中測量熱量的衰減，以確定隨深度所決定的沉積物導熱系數和熱擴散率。
儀表化
通過布放在傳感器串內部的熱敏電阻來記錄溫度。可以根據用戶要求來調整傳感器串的長度，但是溫度傳感器的個數zui多為22個。溫度傳感器的測量范圍是-2℃~60℃，分辨率小于1mK，度小于2mK。傳感器串還包含一個加熱絲，通過加熱絲可以釋放不同量的熱到沉積物中。加熱絲發出的能量的來那個可以通過的電壓和電流測量來確定。數據采集單元和電源供給單元的外殼為5級鈦壓力外殼。能夠按1Hz的頻率在線或存儲數據記錄，可以獲得2000分鐘的連續數據記錄。當運行自動模式的時候，熱脈沖是通過明確規定的穩定性標準來自動控制。
 
高頻數據溫度記錄

HeatFlowProbe （熱流傳感器）和VibroHeat（振搗熱儀）
兩種儀器是當前zui有效的測量熱梯度和導熱系數的儀器。這兩套系統都是用來測量下至6m穿透深度的沉積物的原位溫度值。這對于地熱梯度的估計非常重要，地熱梯度與受季節性影響的沉積物層無關。FIELAX 提供HeatFlowProbe 和VibroHeat測量系統的全程服務，也提供產品購買服務。
配有熱流傳感器的熱量測量法已經被廣泛應用在深海環境中，該儀器使用自身的重量和重力穿透海底層。傳感器能夠在水下6000m深度運行。“Pogo-Style”測量法，即在傳輸過程中傳感器仍留在原來深度，可以使站位時間明顯zui小化。
VibroHeat測量儀是專門用來進行剪切抗原位海洋沉積物原位熱測量的，一般用于淺海、沿岸和大陸架區域。因此，測量元件將VKG6型振動采樣管組合個到一起。FIELAX VibroHeat可以裝載到小型船只，用于200m深水域。這種測量方法節省時間和成本，可以同時采集沉積物柱狀樣并獲得熱傳導剖面圖。