海底热流探针是获取海洋(尤其是深水区)地热参数的主要工具。利用海底热流探针开展海底热流探测可为地球热状态与热演化、地球动力学、热液循环机制等研究及海底油气资源评价提供非常重要的基础数据。

图1  Ewing型(a)和Lister型(b)海底热流计示意图

目前，国际上较成熟且被广泛使用的海底热流探针可分为Ewing型和Lister型两类(图1)。在实际海底热流探测过程中，就探针结构而言，Ewing型探针非常适合海底作业，具有较高的安全性和便捷性;而就原位热流探测技术而言，Lister型探针因其具有可控制热脉冲功能，明显具有Ewing型探针不可替代的优越性。但Ewing型探针只能获取地温梯度，而Lister型探针较粗(直径为10。0 mm)，为尽量满足脉冲加热无限长柱热源(IICS)简化模型的解析解求解原位热导率的要求，探针在沉积物所需要测量时间长达半小时左右，导致海底作业风险太大。

图2  新型海底原位热流探测系统结构示意图(左)及实物照(右)

(a为探头半径，L为探头长度，Ф_c为密封舱外径，L_c为密封舱长度)

为此，中国科学院南海海洋研究所综合地球物理探测与岩石圈热演化学科组针对海底热流探测的特殊性，从海上实际作业的安全性、高效性及便捷性考虑，结合Ewing型探针结构上和Lister型探针原位热导率测量技术上各自的优势，重新设计了一套更适合于海上作业的新型海底原位热流探测系统(图2)，并针对其结构特征，建立了对应的原位热导率数值反演方法。

图3  新型海底原位热流探测系统海试站位(▼)分布及2012年印度洋航次海试工作照

在仪器研制组成员的共同努力下，目前已成功研制出新型海底原位热流探测系统，并先后搭载了“实验3”号2011年中国科学院南海海洋研究所南海北部开放航次和“实验1”号2012年国家自然科学基金东印度洋航次在我国南海北部和东印度洋进行了海底原位测试(图3，共24个站位)，其中水深超过3000 m的有10个站位，最深的达到了5120 m。在所有的原位测试站位中，都没有出现漏水、渗水及变形等问题，表明新研制的这套原位探测系统已具备非常良好的耐压性和水密性;并有多个站位在探针插入海底沉积物后24分钟以内的T-t数据即可成功解得原位热流(图4)，这表明由这套探测系统已具备在24分钟内获取原位热流的能力。

图4印度洋Ind2012HF12站位原始温度曲线(左)及Ind2012HF03、07和12站位的温度-深度(T-Z)剖面图(右)