張建興, 宋永東, 杜增豐, 馬小川, 欒振東, 張 鑫, 3, 閻 軍

SeaBeam 3030多波束系統(tǒng)在南海冷泉調(diào)查中的應(yīng)用

張建興1, 2, 宋永東1, 2, 杜增豐1, 2, 馬小川1, 2, 欒振東1, 2, 張 鑫1, 2, 3, 閻 軍1, 2

(1. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所, 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2. 中國(guó)科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心, 山東 青島 266071; 3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室, 海洋地質(zhì)過(guò)程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266237)

在冷泉調(diào)查研究中, 多波束系統(tǒng)因其快速高效、成本較低的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。本文靶定南海北部陸坡瓊東南盆地冷泉發(fā)育區(qū), 介紹了SeaBeam 3030多波束系統(tǒng)在冷泉發(fā)育區(qū)中的調(diào)查應(yīng)用實(shí)例。通過(guò)分析多波束水深數(shù)據(jù)和水體數(shù)據(jù), 確定了調(diào)查區(qū)海底地形地貌以及水體羽狀流特征, 同時(shí)對(duì)該冷泉區(qū)開(kāi)展綜合調(diào)查的必要性進(jìn)行了初步分析。研究表明, 調(diào)查區(qū)內(nèi)地形整體平坦, 水深1 250～1 850 m, 水深向東北方向逐漸加深。調(diào)查區(qū)不均一麻坑的發(fā)育、水體資料清晰顯示的850 m左右高度的羽狀流噴發(fā)形態(tài), 可以作為潛在冷泉發(fā)育區(qū)的有力證據(jù)。在冷泉的快速勘查與識(shí)別過(guò)程中, 自帶水體數(shù)據(jù)采集成像功能的多波束系統(tǒng), 可以為冷泉調(diào)查提供科學(xué)可靠的技術(shù)依據(jù)。但對(duì)冷泉的精細(xì)刻畫與成因分析, 還需借助于多道地震、原位觀測(cè)、高分辨率攝像等其他探測(cè)手段的綜合應(yīng)用。

多波束系統(tǒng); 南海冷泉; 水體數(shù)據(jù); 麻坑; 羽狀流

海底冷泉主要是指來(lái)自海底沉積地層(或更深)的氣體以噴涌或滲漏的方式逸出海底的一種海洋地質(zhì)現(xiàn)象, 主要成分包括水、碳?xì)浠衔铩⒍趸?、?xì)粒沉積物等, 溫度接近于海水溫度[1-2]。冷泉作為重要的深海極端環(huán)境系統(tǒng), 是巖石圈與外部圈層之間進(jìn)行物質(zhì)、能量交換轉(zhuǎn)移的重要途徑[3]。近年來(lái), 隨著海洋調(diào)查技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)海洋認(rèn)知研究程度的提高, 海底冷泉在近岸淺水區(qū)以及陸坡區(qū)、增生體復(fù)合區(qū)等深水區(qū)均有發(fā)現(xiàn), 從熱帶到兩極的各大洋中均有分布[4]。冷泉研究之所以備受關(guān)注, 主要因?yàn)槠錆撛诘哪茉匆蛩睾蜕鷳B(tài)環(huán)境效應(yīng)[5]。從能源角度來(lái)講, 海底冷泉對(duì)于天然氣水合物資源的勘探具有重要的指示意義; 從生態(tài)環(huán)境角度來(lái)講, 冷泉?dú)怏w維持了化能自養(yǎng)生物系統(tǒng), 與深海極端環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)具有密切關(guān)系, 同時(shí), 冷泉中的甲烷氣體在一定條件下可能進(jìn)入大氣層, 是一種溫室效應(yīng)氣體, 對(duì)全球氣候變化具有重要影響[6]。

在我國(guó), 以南海冷泉的研究程度最高, 目前已發(fā)現(xiàn)的南海冷泉主要分布在臺(tái)西南盆地、東沙群島、神狐海域、西沙海槽、南沙海槽等區(qū)域[7]。海底冷泉調(diào)查通常采用海底可視技術(shù)、聲吶系統(tǒng)(單波束、多波束、側(cè)掃聲吶、深拖等)、地球物理(淺地層剖面、多道地震)、地球化學(xué)以及光學(xué)探測(cè)等手段。由于海底直接觀測(cè)的成本高、效率低、風(fēng)險(xiǎn)大, 冷泉區(qū)域調(diào)查常采用多道地震、側(cè)掃聲吶、淺地層剖面、單/多波束測(cè)深系統(tǒng)等調(diào)查手段[8]。這些手段主要是基于海底活動(dòng)冷泉?dú)馀莸臐B漏、擴(kuò)散特點(diǎn), 氣泡與海水形成的強(qiáng)波阻抗界面會(huì)被高頻聲波的后向散射記錄下來(lái), 在資料上形成明顯的響應(yīng)識(shí)別特征[5, 9]。在傳統(tǒng)地球物理資料研究的基礎(chǔ)上, 近年來(lái), 原位在線測(cè)量技術(shù)[10]、數(shù)值模擬技術(shù)[11]、粒子圖像測(cè)速技術(shù)[12]等也被廣泛地應(yīng)用于冷泉形成機(jī)制、冷泉流場(chǎng)特征的研究中。

冷泉在海底附近水體中常形成規(guī)模毫米級(jí)到千米級(jí)的羽狀流, 多波束聲吶系統(tǒng)能夠在反映冷泉區(qū)麻坑、泥火山等特征地形的同時(shí), 記錄水體中羽狀流特征, 工作效率高、成本相對(duì)較低, 是目前冷泉調(diào)查的主流探測(cè)系統(tǒng)。SeaBeam 3030多波束系統(tǒng)自帶水體數(shù)據(jù)采集功能, 且數(shù)據(jù)采集精度高、水柱成像效果優(yōu), 是冷泉調(diào)查的理想設(shè)備。因此, 本文在簡(jiǎn)單介紹SeaBeam 3030多波束系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)和工作流程的基礎(chǔ)上, 以2020年中國(guó)科學(xué)院“科學(xué)三號(hào)”科考船在瓊東南盆地靶定調(diào)查區(qū)采集的多波束數(shù)據(jù)為例, 分析調(diào)查區(qū)水深、地形地貌和水體數(shù)據(jù)特征, 探討調(diào)查區(qū)麻坑、羽狀流發(fā)育機(jī)制, 論述多探測(cè)手段、多資料分析在冷泉調(diào)查中的重要性和互補(bǔ)性, 這對(duì)冷泉區(qū)的快速勘查和識(shí)別定位具有重要的借鑒意義。

1 系統(tǒng)主要配置

SeaBeam 3030多波束系統(tǒng)由德國(guó)L-3 Communications Elac Nautik Gmbh公司生產(chǎn), 測(cè)深范圍6～ 7 000 m, 最優(yōu)測(cè)深分辨率4 cm, 工作頻率30 kHz, 覆蓋扇區(qū)可達(dá)140°。等角模式下波束數(shù)可達(dá)630個(gè), 等距模式下波束數(shù)可達(dá)918個(gè), 能夠同時(shí)采集水深數(shù)據(jù)、修正的后散射數(shù)據(jù)、測(cè)掃聲吶數(shù)據(jù)和水柱圖像數(shù)據(jù)(圖1)。此系統(tǒng)采用先進(jìn)的發(fā)射技術(shù), 可以實(shí)現(xiàn)船只艏搖、縱橫搖運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。為了提高測(cè)量時(shí)船只速度, SeaBeam 3030的發(fā)射機(jī)可以實(shí)現(xiàn)每次發(fā)射兩個(gè)條帶, 即便在惡劣條件下也能得到較好的掃測(cè)效果, 測(cè)量時(shí)最大船速可達(dá)13.7節(jié), 大大提高了工作效率。此外, SeaBeam 3030系統(tǒng)提供了豐富的信息采集和處理功能, 它可以采集記錄海底的后向散射強(qiáng)度, 用于進(jìn)行海底底質(zhì)分類; 同時(shí)水柱成像軟件(Water Column Imaging) 記錄水柱數(shù)據(jù), 并且能夠?qū)崟r(shí)顯示船只下方和兩側(cè)來(lái)自于“水柱”的圖像, 這些目標(biāo)可能是試驗(yàn)礦井、噴發(fā)流體、坐底潛艇、沉船、魚(yú)類或其他生物等。

圖1 SeaBeam 3030多波束系統(tǒng)主要配置

2 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

2.1 調(diào)查區(qū)概況

南海位于太平洋板塊、歐亞板塊和印度洋板塊的交匯處, 是西太平洋水深最深、面積最大的邊緣海[13]。南海北靠華南大陸, 南側(cè)延伸至加里曼丹島, 東側(cè)為臺(tái)灣、菲律賓群島, 西側(cè)與中南半島相鄰。自中生代末期以來(lái), 南海依次經(jīng)歷了古南海、新南海裂開(kāi)-萎縮兩大邊緣海旋回演化過(guò)程, 形成了珠江口、臺(tái)西南、瓊東南、中建南等沉積盆地。在斷裂系統(tǒng)控制作用下, 沉積盆地內(nèi)沉積了豐富的有機(jī)質(zhì), 具備良好的生烴條件。調(diào)查區(qū)位于南海北部的瓊東南盆地(圖2), 瓊東南盆地是一個(gè)新生代被動(dòng)大陸邊緣盆地[14], 盆地在古近紀(jì)發(fā)生張裂, 新近紀(jì)發(fā)生熱沉降, 盆地內(nèi)沉積了巨厚沉積物, 最大沉積厚度約12 km, 最大生烴面積約9 000 km2[15]。盆地內(nèi)上覆第三系上新統(tǒng)和第四系泥巖, 具備異常高壓、高地溫等條件, 使盆地具有豐富的烴類資源。烴類氣體沿盆地內(nèi)極其發(fā)育的斷層和裂隙發(fā)生運(yùn)移, 使該區(qū)域成為了南海典型的冷泉活動(dòng)活躍區(qū), 也成為了我國(guó)天然氣水合物研究的重點(diǎn)區(qū)域。前人研究發(fā)現(xiàn), 靶定調(diào)查區(qū)內(nèi)活動(dòng)冷泉的釋放形式主要有兩種: 一是以甲烷氣泡形式緩慢逸散入海水, 二是以羽狀流形式快速噴發(fā)出海底[12]。

圖2 調(diào)查區(qū)位置及測(cè)線布設(shè)圖

2.2 數(shù)據(jù)采集處理

本次調(diào)查區(qū)位于瓊東南盆地, 該盆地內(nèi)發(fā)育較大規(guī)模的冷泉活動(dòng), 是冷泉和天然氣水合物重點(diǎn)調(diào)查區(qū)域。本次調(diào)查目的主要是在靶定調(diào)查區(qū)內(nèi)開(kāi)展多波束調(diào)查, 獲取多波束水深和水體數(shù)據(jù), 對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理, 綜合研究調(diào)查區(qū)冷泉發(fā)育狀況。在2020年外業(yè)調(diào)查過(guò)程中, 臺(tái)風(fēng)活動(dòng)頻繁、海況較差, 為提高導(dǎo)航、定位精度, 避免因GPS信號(hào)中斷、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)缺失對(duì)后處理造成的誤差, 調(diào)查過(guò)程中采用了Applanix公司的POS MV OceanMaster 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有全天候、不受外界干擾、不向外輻射任何信息等優(yōu)點(diǎn), 在多波束作業(yè)過(guò)程中, 當(dāng)GPS信號(hào)較弱時(shí), 可以結(jié)合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供高精度的導(dǎo)航定位和姿態(tài)數(shù)據(jù), 這為多波束數(shù)據(jù)的后處理提供了可靠保障。在測(cè)線布設(shè)過(guò)程中, 依據(jù)調(diào)查區(qū)陸坡構(gòu)造走向和調(diào)查區(qū)實(shí)際情況, 選擇平行陸坡構(gòu)造走向布設(shè)主測(cè)線, 垂直主測(cè)線方向布設(shè)聯(lián)絡(luò)測(cè)線, 共布設(shè)主測(cè)線18條, 每條長(zhǎng)度76.61 km, 測(cè)線間距3 km; 聯(lián)絡(luò)測(cè)線3條, 每條長(zhǎng)度54.78 km。設(shè)計(jì)多波束總工作量共計(jì)1 543.32 km(圖2)。

數(shù)據(jù)采集過(guò)程中, 進(jìn)行了3個(gè)站位的聲速剖面測(cè)量, 并根據(jù)多波束數(shù)據(jù)質(zhì)量, 對(duì)船速、設(shè)備工作模式進(jìn)行了實(shí)時(shí)調(diào)整, 保證了原始資料的品質(zhì)。數(shù)據(jù)采集完成后, 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Caris Hips & Sips 軟件中進(jìn)行處理, 經(jīng)過(guò)水深數(shù)據(jù)加載、聲速校正、數(shù)據(jù)合并、生成水深曲面、條帶數(shù)據(jù)編輯、子區(qū)數(shù)據(jù)編輯、水深數(shù)據(jù)選取等一系列過(guò)程后, 導(dǎo)出成果數(shù)據(jù), 最終在Surfer、Global Mapper等軟件中進(jìn)行成圖, 用于后續(xù)海底地形地貌及水體特征分析。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 地形地貌特征

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn), 調(diào)查區(qū)內(nèi)水深介于1 250～1 850 m之間, 西北、東南處水深較淺, 小于1 500 m, 沿南西～北東方向, 水深逐漸加深, 東北部水深最大超過(guò)1 850 m (圖3)。從地形地貌平面圖(圖4)上可以看出, 調(diào)查區(qū)構(gòu)造走向?yàn)槟衔?北東向, 地形整體平坦, 沿中軸構(gòu)造走向方向坡度約0.19°。從?′剖面可以看出, 沿南西-北東方向, 水深逐漸加深, 地形逐漸變低(圖5a), 從?′、?′剖面可以看出, 調(diào)查區(qū)地形兩側(cè)較陡、向中軸線位置過(guò)渡為平坦地形(圖5b、圖5c), 整體呈現(xiàn)為一個(gè)向東北方向向下傾斜的“凹”字形構(gòu)造形態(tài)。

圖3 調(diào)查區(qū)水深分布特征

圖4 調(diào)查區(qū)海底地形地貌分布特征(A-A′, B-B′, C-C′為剖面線位置)

調(diào)查區(qū)內(nèi)整體無(wú)特殊地貌發(fā)育, 但在調(diào)查區(qū)東南部有規(guī)模不一的海底凹坑發(fā)育, 結(jié)合前人研究調(diào)查成果[16], 初步判斷此處可能為麻坑發(fā)育區(qū)。海底麻坑的形成與冷泉活動(dòng)具有密不可分的聯(lián)系。在冷泉流體向海底緩慢滲漏或者快速噴發(fā)的過(guò)程中, 可能會(huì)對(duì)海底細(xì)粒沉積物進(jìn)行剝蝕搬運(yùn), 原處形成大小不等、形態(tài)各異的海底凹坑, 稱為麻坑。麻坑作為冷泉活動(dòng)留下的遺跡, 可以作為指示過(guò)去以及現(xiàn)在海底流體活動(dòng)的證據(jù)[17]。多波束測(cè)深資料系統(tǒng)宏觀地展示了麻坑的下陷地貌形態(tài), 調(diào)查區(qū)麻坑直徑多在0.68～ 1.72 km范圍內(nèi), 形態(tài)多呈橢圓形、拉長(zhǎng)形等(圖6)。

麻坑典型形態(tài)包括圓形、橢圓形、拉長(zhǎng)形、新月形及其復(fù)合形態(tài)等。在不同的海洋環(huán)境中, 在底流、滑塌等多種地質(zhì)營(yíng)力的作用下, 麻坑大小、形態(tài)均會(huì)發(fā)生迥異的變化。目前, 沒(méi)有關(guān)于麻坑分類的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。Pilcher等[18]根據(jù)長(zhǎng)寬比將麻坑分為圓形、橢圓形、拉長(zhǎng)形等三類; Hovland等[19]根據(jù)形態(tài)規(guī)模將麻坑分為單元麻坑、正常麻坑、拉長(zhǎng)形麻坑、眼狀麻坑、鏈狀麻坑、復(fù)合麻坑等6類, 并將直徑大于1 000 m的麻坑成為超大型麻坑。調(diào)查區(qū)麻坑直徑多大于1 000 m, 屬于超大型麻坑。Sun等[20]在南海西沙西南海域發(fā)現(xiàn)了巨型海底麻坑, 這些麻坑直徑1 000～2 500 m, 深度60～100 m, 平面上主要為圓形、橢圓形和新月形, 其形態(tài)主要受到流體滲透和底流的共同作用。根據(jù)構(gòu)造特征, 將其分為與氣煙囪相關(guān)、沉積邊界相關(guān)、傾斜構(gòu)造相關(guān)的麻坑等類型。本調(diào)查區(qū)位置上毗鄰西沙西南, 因此, 類比推測(cè)調(diào)查區(qū)超大型麻坑的形成同樣是流體滲透和底流作用的共同結(jié)果。麻坑下的流體運(yùn)移、滲透等活動(dòng)現(xiàn)象在深層、淺層地震資料具有明顯的地球物理識(shí)別標(biāo)志, 沉積物流體地球化學(xué)分析也能夠?yàn)槁榭恿黧w滲漏成因及形成機(jī)制提供直接證據(jù), 因此, 調(diào)查區(qū)麻坑區(qū)的深入研究還需借助地球物理、地球化學(xué)等進(jìn)一步調(diào)查分析手段的實(shí)施。

圖5 調(diào)查區(qū)海底地形剖面特征

圖6 麻坑區(qū)地形地貌特征

3.2 羽狀流特征

在圖4標(biāo)記位置處, 發(fā)現(xiàn)了氣泡羽狀流, 羽狀流完整形態(tài)如圖7所示。在水體影像上, 羽狀流呈火焰狀形態(tài), 在水體中彎曲向上延伸。該羽狀流位置水深約1 765 m, 噴發(fā)高度約850～900 m。在羽狀流位置處, 未見(jiàn)明顯的地貌異常, 羽狀流東南部發(fā)現(xiàn)有規(guī)模不一的麻坑發(fā)育。在本次調(diào)查中, 不同時(shí)刻的羽狀流噴發(fā)規(guī)模變化不大, 但形態(tài)有明顯變化。圖7a、圖7b圖像中顯示的兩次羽狀流數(shù)據(jù)采集時(shí)間相隔約13 h, 對(duì)水體數(shù)據(jù)進(jìn)行成像發(fā)現(xiàn), 羽狀流形態(tài)發(fā)生了明顯的變化, 噴發(fā)高度相差約50 m。本次發(fā)現(xiàn)的羽狀流與鄰近海域發(fā)現(xiàn)的羽狀流在形態(tài)上是相似的[21], 由于海流的速度在垂向上是不一致的, 因此在不同深度上, 羽狀流的彎曲程度是不一致的。在海底區(qū)域, 羽狀流幾乎呈直線上升狀態(tài)。

圖7 不同時(shí)刻羽狀流形態(tài)

利用多波束系統(tǒng)的水體資料, 可以有效地識(shí)別羽狀流, 對(duì)羽狀流的位置、規(guī)模等參數(shù)進(jìn)行描述, 但是多波束系統(tǒng)獲取的是羽狀流縱向、瞬時(shí)的特征, 只是對(duì)冷泉羽狀流的初步半定量研究, 多用于冷泉的識(shí)別和定位[12]。要想對(duì)羽狀流進(jìn)行橫向、長(zhǎng)時(shí)間序列特征的研究, 深刻解析冷泉滲漏通量、滲漏速度、流場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)特征, 在傳統(tǒng)聲學(xué)觀測(cè)方法的基礎(chǔ)上[22-23], 還需借助其他觀測(cè)手段和研究方法, 比如透射聲波法[24]、原位地球化學(xué)觀測(cè)[25]、視頻分幀技術(shù)[26]、粒子圖像測(cè)速技術(shù)[12]等。調(diào)查區(qū)內(nèi)羽狀流在不同時(shí)間有不同的規(guī)模和形態(tài)變化, 這與冷泉?dú)怏w通量周期性變化的特點(diǎn)相符。Berndt 等[27]在斯瓦爾巴德島、Hsu 等[28]在臺(tái)西南盆地等區(qū)域的長(zhǎng)時(shí)間尺度觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn), 冷泉活動(dòng)具有長(zhǎng)周期的季節(jié)性變化、短周期的日變化等特征。從調(diào)查區(qū)水體數(shù)據(jù)成像結(jié)果來(lái)看, 羽狀流盡管形態(tài)有所變化, 但噴發(fā)規(guī)模較為穩(wěn)定, 由于羽狀流只是海底氣體滲漏的一種表現(xiàn)形式, 并不能直接確認(rèn)該羽狀流噴口為冷泉噴口, 只能定義為疑似冷泉區(qū)噴口, 倘若對(duì)其成因進(jìn)行確認(rèn)分析, 還需地球物理、高分辨率攝像等其他探測(cè)手段的支持。

羽狀流的形成必須要有充足的氣體供應(yīng), 氣源包括深部的熱成因氣、淺部的生物成因氣等。在邊界斷層控制下, 深部油氣藏中的氣體可以沿開(kāi)啟型斷層通道運(yùn)移至海底。Brothers等[29]研究指出, 在被動(dòng)大陸邊緣地區(qū), 深部的甲烷氣體主要以溶解的方式向上運(yùn)移, 大部分的甲烷氣體在運(yùn)移過(guò)程中被氧化, 這種環(huán)境中的羽狀流來(lái)源主要為淺層的生物成因氣或者水合物分解的氣體。本文調(diào)查區(qū)構(gòu)造上屬于新生代被動(dòng)大陸邊緣, BSR特征明顯。根據(jù)調(diào)查區(qū)已有研究成果[21, 30], 推測(cè)調(diào)查區(qū)羽狀流的形成可能來(lái)自下伏地層水合物的分解。

3.3 冷泉區(qū)綜合調(diào)查必要性分析

麻坑、泥火山、水合物脊、丘狀體等往往是活動(dòng)冷泉區(qū)的標(biāo)志性地貌?；顒?dòng)冷泉區(qū)氣體的滲漏或噴發(fā)通常會(huì)在海底形成羽狀流[16]。在冷泉調(diào)查中, 海底地形地貌的探測(cè)與水體目標(biāo)物的識(shí)別都是至關(guān)重要的, 多波束調(diào)查資料反映出的冷泉區(qū)地質(zhì)現(xiàn)象也是客觀真實(shí)的。與其他調(diào)查手段相比, 多波束探測(cè)不僅能夠靈敏地響應(yīng)羽狀流活動(dòng)特征, 而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地形地貌的全覆蓋調(diào)查, 因此多波束調(diào)查具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。本次調(diào)查羽狀流的發(fā)現(xiàn)正是始于對(duì)多波束地形地貌資料的研究, 對(duì)多波束測(cè)深資料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速處理, 發(fā)現(xiàn)了調(diào)查區(qū)內(nèi)有麻坑發(fā)育, 在麻坑區(qū)周圍布設(shè)加密測(cè)線, 降低船速, 提高水體數(shù)據(jù)采集精度與質(zhì)量, 在麻坑區(qū)北部發(fā)現(xiàn)了海底羽狀流活動(dòng)。

但本次調(diào)查發(fā)現(xiàn), 調(diào)查區(qū)內(nèi)麻坑和羽狀流在位置上并不是一一對(duì)應(yīng)。在麻坑區(qū), 并未發(fā)現(xiàn)明顯的羽狀流特征, 這可能是羽狀流規(guī)模較小、設(shè)備分辨率不夠?qū)е? 也可能是氣體滲漏的間歇性特征導(dǎo)致, 甚至有可能是調(diào)查區(qū)淺層沉積物內(nèi)發(fā)育良好的橫向運(yùn)移通道導(dǎo)致。這些假設(shè), 需要對(duì)多波束、高分辨率多道地震、淺地層剖面、原位觀測(cè)、高分辨率影像等資料進(jìn)行綜合分析。隨著海洋探測(cè)技術(shù)及相關(guān)理論的成熟發(fā)展, 多技術(shù)手段的綜合運(yùn)用, 優(yōu)勢(shì)互補(bǔ), 可進(jìn)一步提高冷泉調(diào)查的正確性與精確性, 這對(duì)冷泉區(qū)開(kāi)展更深一步的立體研究具有重要意義。

4 結(jié)論

本文是SeaBeam 3030多波束系統(tǒng)在冷泉系統(tǒng)調(diào)查中應(yīng)用的成功案例。通過(guò)在南海北部瓊東南盆地冷泉活動(dòng)區(qū)開(kāi)展系統(tǒng)調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)了疑似冷泉區(qū), 并對(duì)調(diào)查區(qū)內(nèi)麻坑以及海底羽狀流特征進(jìn)行了初步分析。

調(diào)查區(qū)地形整體平坦, 水深介于1 250～1 850 m之間, 調(diào)查區(qū)東南部發(fā)現(xiàn)規(guī)模不一的麻坑發(fā)育, 麻坑直徑約0.5～1.2 km; 東北部發(fā)現(xiàn)羽狀流, 噴發(fā)高度超過(guò)850 m, 呈現(xiàn)出蜿蜒向上的火焰狀形態(tài), 羽狀流形態(tài)規(guī)模隨時(shí)間的變化而變化。由于缺乏人工地震勘探、原位觀測(cè)等資料支持, 結(jié)合前人研究成果, 推測(cè)調(diào)查區(qū)超大型麻坑形態(tài)是流體滲透、底流作用共同導(dǎo)致, 羽狀流的形成可能來(lái)自下伏地層水合物的分解。

在冷泉調(diào)查過(guò)程中, 多波束聲吶系統(tǒng)與地球物理、地球化學(xué)、原位觀測(cè)等探測(cè)手段相比, 具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)(效率高、工作成本低、現(xiàn)場(chǎng)快速識(shí)別等)。但對(duì)冷泉系統(tǒng)的定性及定量刻畫描述以及成因分析, 還需借助其他探測(cè)手段的綜合應(yīng)用。

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Application of the SeaBeam 3030 multibeam system in cold seepages survey in the South China Sea

ZHANG Jian-xing1, 2, SONG Yong-dong1, 2, DU Zeng-feng1, 2, MA Xiao-chuan1, 2, LUAN Zhen-dong1, 2, ZHANG Xin1, 2, 3, YAN Jun1, 2

(1. Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 3. Laboratory for Marine Geology, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266237, China)

A multibeam sonar system is widely used in the investigation of cold springs because it is fast, efficient, and cost effective. In this paper, we introduce an application example of the SeaBeam 3030 multibeam system in the cold spring development area in Qiongdongnan Basin on the northern slope of the South China Sea. Based on the multibeam depth data and water data analysis, topographic features and characteristics of water plumes in the survey area were determined, and the necessity of conducting a comprehensive survey in the cold spring area was preliminarily discussed. Results show that the terrain is flat as a whole, the water depth of the survey area is 1 250～ 1 850 m, and the water depth gradually deepens to the northeast. The development of uneven pockmarks in the northeast of the investigation area and the submarine plume eruption pattern at about 850 m in the water data can be used as strong evidence for the the potential cold spring development area. In the exploration and identification of cold seepages, the multibeam system with a water column data acquisition function can provide a scientific and reliable technical basis for it.However, the fine characterization and genesis analysis of cold spring need the comprehensive application of multi-channel seismic, in situ observation, high-resolution camera and other detection methods.

multibeam system; cold seepages in South China Sea; water column data; pockmarks; submarine plumes

Jan. 28, 2021

P715.1

A

1000-3096(2022)1-0154-09

10.11759/hykx20210128004

2021-01-28;

2021-03-08

中國(guó)科學(xué)院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(MGE2019KG16); 中國(guó)科學(xué)院關(guān)鍵技術(shù)人才項(xiàng)目(2018); 中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA22050502)

[Openning Fund of Key Laboratory of Marine Geology and Environment of the Chinese Academy of Sciences, No. MGE2019KG16; CAS Key Technology Talent Program, 2018; Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences, No. XDA22050202]

張建興(1990—), 男, 山東青州人, 工程師, 主要從事海底地形地貌、海洋三維可視化研究, 電話: 0532-82898669, E-mail: zhangjx@qdio.ac.cn; 欒振東(1976—),通信作者, 男, 山東青島人, 正高級(jí)工程師, 碩士生導(dǎo)師, 主要從事深海探測(cè)技術(shù)及海底地形地貌研究, E-mail: luan@qdio.ac.cn

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)