本发明属于深海沉积物原位采集，具体涉及一种海底沉积物综合原位分层采集装置及方法。
背景技术：
1、海洋沉积物及其孔隙水中包含了微生物、元素组成、矿物构成、地质年代、离子成分、溶解气等大量有效指标，能够揭示重要的地球化学特征信息，在海底矿产勘查以及生态环境演化研究中具有重要意义。
2、目前，沉积物孔隙水的采集方法包括两种：
3、一种是破坏性采样，即非原位的孔隙水提取，主要通过压榨，离心和真空抽滤等手段进行；如授权公告号为cn207570848u的新型专利公开的一种沉积物孔隙水及溶解气体采集装置，但是这种非原位采样方法会导致土壤理化性状改变，测定数据与实际情况不能完全符合。
4、另一种是原位采集，如申请公布号为cn106153393a的发明专利公开一种浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置，以及申请公布号为cn103105317a的发明专利公开的一种沉积物孔隙水的野外原位分层采集装置。
5、已有的海底沉积物孔隙水原位采集装置多种多样，但一般存在以下问题：大部分沉积物孔隙水采集装置仅考虑沉积物中孔隙水的原位采集和回收，并未考虑同层位沉积物的同步采集，在样品数据和指示信息的成效收益上获得较低，而且大部分方案未考虑沉积物中微生物样品的保护采集，沉积物中微生物信息将因装置回收、分样等操作中外部环境干扰、操作时间较长导致污染样品，进而影响实际测定。
6、因此，全方位考虑并开发沉积物、微生物、孔隙水以及溶解气的综合、高效、保真的原位采集十分必要。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术未考虑同层位沉积物的同步采集，且对微生物样品的保护采集考虑欠缺等问题，提供一种海底沉积物综合原位分层采集装置及方法，结构原理简单、操作简洁，能够同时进行沉积物、微生物、孔隙水以及气体的原位保真分层采集的取样装置。
2、本发明是采用以下的技术方案实现的：一种海底沉积物综合原位分层采集装置，包括液压驱动单元、控制单元和样品采集舱，样品采集舱上部通过安装座与液压驱动单元相连；
3、所述液压驱动单元包括吊杆、液压缸和第一感应杆，吊杆设置在液压缸的顶部，用于连接缆绳实现装置回收，液压缸通过液压缸推杆与安装座相连，液压缸的外围还设置有配重块，以用于装置快速下沉及控制装置稳定，第一感应杆设置在液压驱动单元底部、样品采集舱的两侧，且第一感应杆高度与安装座高度一致；
4、所述样品采集舱顶部封闭，包括沉积物采集腔、孔隙水采集腔、微生物固定液腔和压力自动驱动腔；沉积物采集腔整体呈圆筒状，底部为开放状，并在底部设置有莲花瓣钻头；压力自动驱动腔、孔隙水采集腔和微生物固定液腔设置在沉积物采集腔的外围，组成围绕沉积物采集腔的圆环状结构；
5、沿样品采集舱的长度方向均匀设置有多个分层隔板，同时将压力自动驱动腔、孔隙水采集腔和微生物固定液腔分层，以分别形成多个独立分层腔室，且在沉积物采集腔内相应位置设置有切割分层扇片，分层隔板与切割分层扇片的位置及数量一致；
6、每层孔隙水采集腔分层腔室、微生物固定液腔分层腔室及压力自动驱动腔分层腔室的内壁上分别对应的设置有带不锈钢筛网的第一单向电磁阀、第二单向电磁阀和第三单向电磁阀，每层孔隙水采集腔的腔体外壁上设有第一接口阀门；每层微生物固定液腔的腔体外壁上设置有第二接口阀门，第一单向电磁阀方向向外，用于沉积物中孔隙水在压差作用下由沉积物采集腔压入孔隙水采集腔；第二单向电磁阀方向向内，用于将微生物固定液压入沉积物采集腔内进行微生物固定；第三单向电磁阀方向向外，用于钻入沉积物时沉积物采集腔顶部空气的排出。
7、进一步的，所述微生物固定液腔的内壁上设置有单向齿状滑道，微生物固定液腔与孔隙水采集腔和压力自动驱动腔之间通过滑动隔板隔开，滑动隔板能够沿单向齿状滑道滑动以对微生物固定液腔挤压，孔隙水采集腔与压力自动驱动腔之间通过固定隔板隔开。
8、进一步的，所述沉积物采集腔内部设置有一个垂向上的垂向分隔板，将沉积物采集腔的腔体均匀分为两个部分，分别采集沉积物和沉积物中微生物样品，第三单向电磁阀正对垂向分隔板设置，第一单向电磁阀和第二单向电磁阀设置在垂向分隔板的两侧。
9、进一步的，所述沉积物采集腔的内部顶端设置有第二感应杆，第二感应杆感应到沉积物样品后，以触发控制单元控制切割分层扇片呈扇子状逐步打开，将柱状沉积物进行原位分层。
10、进一步的，所述孔隙水采集腔、压力自动驱动腔以及微生物固定液腔采用耐高压、耐腐蚀金属材质，沉积物采集腔及垂向分隔板采用耐高压、耐腐蚀pvc材质。
11、本发明另外还提出一种海底沉积物综合原位分层采集装置的采集方法，包括以下步骤：
12、步骤a、对孔隙水采集腔抽真空，并在微生物固定液腔内装满微生物固定液，开启液压驱动单元，下放综合原位采集装置；
13、步骤b、通过液压驱动单元控制样品采集舱贯入沉积物中，控制沉积物采集腔的切割分层扇片分层采集沉积物，并实现同层位孔隙水采集腔对孔隙水及气体的采集；
14、(1)液压驱动单元开启后，驱动整个样品采集舱一体贯入沉积物中，与此同时，控制单元开启压力自动驱动腔内壁上的多个第三单向电磁阀，使沉积物采集腔内气体挤压进入压力自动驱动腔内，推动微生物固定液腔一侧滑动隔板向内滑动发生空间挤压；
15、(2)待液压驱动单元底部第一感应杆着地，控制单元即停止液压驱动，样品采集舱停止贯入，同时沉积物将到达沉积物采集腔内部顶端，触发控制单元控制沉积物采集腔内各层的切割分层扇片逐步打开，进行沉积物样品的精准分层，同时触发控制单元关闭压力自动驱动腔内壁的第三单向电磁阀，停止沉积物采集腔内气体向内注入；
16、(3)随后控制单元开启孔隙水采集腔内壁的多个第一单向电磁阀，沉积物采集腔内一侧沉积物样品中的孔隙水透过不锈钢筛网进入孔隙水采集腔各层分隔腔室内，一定时间后关闭第一单向电磁阀，孔隙水采集完毕；同时，孔隙水采集腔由于压力升高，推动微生物固定液腔一侧滑动隔板进一步向内滑动挤压微生物固定液腔。
17、步骤c、固定沉积物采集腔采集的各层沉积物中的微生物菌群；
18、控制单元开启微生物固定液腔内壁的多个第二单向电磁阀，微生物固定液腔腔体内的微生物固定液通过第二单向电磁阀注入沉积物采集腔一侧的沉积物样品中，以固定沉积物中微生物菌群；
19、步骤d、采集完毕，回收综合原位分层采集装置，实现沉积物、孔隙水、微生物及气体的同步保存。
20、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
21、本方案通过设计沉积物采集腔内垂向分隔板，将沉积物柱状样品在装置钻入时自动分为两份，一份作为沉积物柱状样品的理化性质测试分析，一份通过微生物固定液将沉积物中微生物菌群进行固定，进行微生物分子生物学测试分析；同时通过上下多个切割分层扇片的设计，能够实现沉积物和微生物样品的原位分层，并且有效防止了沉积物中孔隙水和微生物菌群的串层问题；
22、另外，通过设计圆环状综合样品采集舱，将沉积物采集腔设置在圆环内部，外部通过隔板设置环状孔隙水采集腔、微生物固定液腔等，实现不同层位沉积物、微生物、孔隙水以及气体同时保真原位的采集和回收，同层位四类样品多维数据可作对比分析，获得更全方位、更综合的地球化学信息和环境指示；
23、同时通过收集沉积物采集腔内原有气体的压力自动驱动腔和因孔隙水采集注入压力增大的孔隙水采集腔共同对微生物固定液腔两侧滑动隔板的挤压，实现微生物固定液的半自动化注入，节省动力、简单有效。
1.一种海底沉积物综合原位分层采集装置，包括液压驱动单元、控制单元和样品采集舱，样品采集舱上部通过安装座与液压驱动单元相连，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的海底沉积物综合原位分层采集装置，其特征在于：所述液压驱动单元包括吊杆、液压缸和第一感应杆，吊杆设置在液压缸的顶部，用于连接缆绳实现装置回收，液压缸通过液压缸推杆与安装座相连，液压缸的外围还设置有配重块，以用于装置快速下沉及控制装置稳定，第一感应杆设置在液压驱动单元底部、样品采集舱的两侧，且第一感应杆高度与安装座高度一致。
3.根据权利要求1所述的海底沉积物综合原位分层采集装置，其特征在于：所述微生物固定液腔的内壁上设置有单向齿状滑道，微生物固定液腔与孔隙水采集腔和压力自动驱动腔之间通过滑动隔板隔开，滑动隔板能够沿单向齿状滑道滑动以对微生物固定液腔挤压，孔隙水采集腔与压力自动驱动腔之间通过固定隔板隔开。
4.根据权利要求1所述的海底沉积物综合原位分层采集装置，其特征在于：所述沉积物采集腔内部设置有一个垂向上的垂向分隔板，将沉积物采集腔的腔体均匀分为两个部分，分别采集沉积物和沉积物中微生物样品。
5.根据权利要求4所述的海底沉积物综合原位分层采集装置，其特征在于：所述第三单向电磁阀正对垂向分隔板设置，第一单向电磁阀和第二单向电磁阀设置在垂向分隔板的两侧。
6.根据权利要求1所述的海底沉积物综合原位分层采集装置，其特征在于：所述沉积物采集腔的内部顶端设置有第二感应杆，第二感应杆感应到沉积物样品后，以触发控制单元控制切割分层扇片呈扇子状逐步打开，将柱状沉积物进行原位分层。
7.根据权利要求1所述的海底沉积物综合原位分层采集装置，其特征在于：所述孔隙水采集腔、压力自动驱动腔以及微生物固定液腔采用耐高压、耐腐蚀金属材质，沉积物采集腔及垂向分隔板采用耐高压、耐腐蚀pvc材质。
8.根据权利要求1所述的海底沉积物综合原位分层采集装置，其特征在于：所述第一单向电磁阀方向向外，用于沉积物中孔隙水在压差作用下由沉积物采集腔压入孔隙水采集腔；第二单向电磁阀方向向内，用于将微生物固定液压入沉积物采集腔内进行微生物固定；第三单向电磁阀方向向外，用于钻入沉积物时沉积物采集腔顶部空气的排出。
9.基于权利要求1-8任一项所述的海底沉积物综合原位分层采集装置的采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的海底沉积物综合原位分层采集装置的采集方法，其特征在于，所述步骤b具体采用以下方式实现：
