地热探针是什么样子

测量温度的仪器在日常生活中十分常见，例如，我们用温度计可以测量一下今天的气温是多少度；发烧的时候，会用体温计量一下体温。地热探针其实也是一样，但是需要同时测量多个不同深度的温度，以求得地温梯度。海上工作条件比较复杂，地热探针当然不像平常使用的气温计、体温计那么简单。现在我们使用的地热探针，是科学家通过长期实践、改进，技术不断进步下发展起来的。

与常见的水银温度计不同，地热探针测温一般是借助一种被称为热敏电阻器的电子元件（图4） 。这些热敏电阻是由一些对温度敏感的材料制作，在不同温度下表现出不同的电阻。科学家通过电路测出热敏电阻器的电阻，利用该材料对应的电阻和温度的关系，就可以计算出对应的温度（图5） 。

④热敏电阻器件

⑤钻孔测温示意图设A点深度为da，温度为Ta， B点深度为db，温度为Tb，地温梯度Gab=（Tb-Ta）/（db-da）。测量得到A和B之间岩石热导率为λ，那么热流密度=Gab ×λ

1949年，英国地球物理学家布拉德教授与他的同事在美国的斯克里普斯海洋研究所把多个热敏电阻封装在一根直径为4～5厘米、长度为2～3米的钢管内，钢管顶部有个耐压箱，用于记录采集的数据。这类型的地热探针一般称为布拉德地热探针。探针插入海底沉积物时，位于钢管不同位置的热敏电阻可以测量到不同深度的温度。探针回收时还可以采集沉积物的样品，以供室内测量沉积物的热导率。这个设备的优点是重量轻，海上易于操作，但是强度不够，插入海底沉积物时经常会发生弯曲。

为了增强探针的强度，李斯特等人对探针结构进行了革新，发展成为现在广泛使用的李斯特型探针。他们把热敏电阻封装在直径约为1厘米的细管内，然后平行固定在一根直径5～10厘米的实心柱体上，形状如小提琴的琴弓，因此这类探针又称为“琴弓”型探针。由于技术进步，李斯特等人还对探针顶端的记录器和电子电路进行了革新，使得新的设备插入海底沉积物后不仅可以测量沉积物不同深度处的温度，而且可以直接在海底测量沉积物的热导率。热导率不用在室内测量，也就不要求采集样品了。李斯特型地热探针作业时由于增加了测量热导率的工作，因此需要在沉积物中呆更久一些。

还有一类广泛使用的探针是尤因型地热探针。科学家直接把单个热敏电阻和电子电路封装成一个测温单元，犹如单个体温计一样，然后把这些测温单元安装在沉积物的采样管上，采集海底沉积物样品时进行温度测量。这套设备可以提供地温梯度，热导率通过测量采集的沉积物样品获得（图6、 7） 。

⑥左、中、右图分别为布拉德型、尤因型和李斯特型地热探针（杨小秋博士提供）

⑦两类海底地热探针的结构示意图

⑧水下机器人热流测量工作照（图片来自日本NT07-E01航次）

随着技术的不断进步，地热探针也变得更为先进。有科学家在探针上安装了可以从海底发射信号回调查船上的声波发射器，这样可以在监控探针水下工作情况的同时，同步接收到探针测量的数据。随着水下机器人的应用，科学家对布拉德型探针进行了改进，这样机器手可以直接抓住探针插入沉积物中，等一会儿再过去拔出来（图8）。