西北太平洋北京先驅結核礦區海上調查最新進展
——中國大洋81航次簡況

龐云天,楊全凱,杜 亮,李懷明*,2

(1.北京先驅高技術開發有限責任公司,北京 100081; 2.自然資源部海底科學重點實驗室,自然資源部第二海洋研究所,浙江 杭州 310012)

2023年8月9日—11月8日,自然資源部第二海洋研究所組織實施了中國大洋81航次暨北京先驅第4航次。本航次由“大洋號”綜合科學考察船承擔,在北京先驅高技術開發有限責任公司(簡稱“北京先驅”)的西北太平洋多金屬結核礦區內開展資源勘探、環境基線調查和技術裝備試驗工作。

航次首次開展了富鈷型多金屬結核礦區的資源量勘探工作。西北太平洋北京先驅多金屬結核礦區發育富鈷型多金屬結核,也是目前國際上唯一的富鈷型結核資源礦區。目前國際上對于此類型資源成礦規律的認知尚不足,缺乏勘探評價經驗。本航次根據礦區坡麓區和平原區的地質條件,分別建立資源勘探技術路線,在北京先驅多金屬結核礦區的M2區塊約5 000 km2區域內開展了控制資源量勘探工作。同時,通過現場調查數據進一步驗證了坡麓區和平原區的結核資源特點:坡麓區發育大型球狀-橢球狀結核,平原區發育中型球狀-橢球狀結核;對比坡麓區與平原區結核特征,坡麓區結核豐度、覆蓋率和類型變化更大。

航次豐富了北京先驅多金屬結核礦區的環境基線樣品和數據,并初步開展了參照區環境的對比評估。在前期積累的礦區深海環境基線數據基礎上,初步選劃了環境影響參照區和保全參照區。本航次重點采集了擬選劃的環境影響參照區和保全參照區的地質、海洋化學、物理海洋、生物多樣性等基線數據,根據現場調查數據對環境影響參照區和保全參照區環境特點進行了初步對比。結果表明環境影響參照區和保全參照區的地形地貌、沉積物類型、物理和土工力學性質、溫鹽結構和流場特征相似,環境影響參照區與保全參照區相比具有較高的水體溶解氧、葉綠素a含量、浮游生物和小型底棲生物密度。

航次成功開展了“洞察號”AUV試驗性應用,創新海上調查作業模式?！岸床焯枴盇UV是由北京先驅聯合中國科學院沈陽自動化研究所等國內單位研發的一套6 000 m級深海近底光學精細探查系統。本航次中“洞察號”AUV海上試驗持續10天,試驗作業水深5 600～5 800 m,近底定高4 m連續航行時間超過112小時,定高均方差0.19～0.22,一次性采集超過3.9萬張近底高清照片,巡航航速1.1節,最高航速1.6節,單次測線長度約192 km,定向航行均值偏差0.5。試驗結果表明“洞察號”AUV通過采用輕質耐壓復合材料、整體結構優化設計和低功耗航控技術,極大提高了AUV續航里程,可超過1 000 km。結合航次常規調查作業和AUV試驗內容,設計了AUV脫離母船作業方式——“哨所模式”,即作業中首先在AUV工作路線上設置關鍵點——“哨所”,AUV在近底穩定作業后,母船脫離AUV開展其他常規調查作業,結合AUV行進航速和航向,提前到“哨所”監視AUV狀態,或者調整AUV作業內容。實施“哨所模式”使得本航次在AUV試驗期間同時完成了5個站位的箱式取樣和2個站位的3 000 m生物分層拖網,調查作業效率提高30%～50%。這開啟了AUV調查作業的全新模式,將極大改變已有調查作業的技術方法。

航次開展了“曼塔”ROV試驗作業,成功完成采礦試驗區圈劃。深海采礦試驗區可為深入了解深海采礦活動對于海洋環境的影響、研發綠色環保的深海采礦技術提供重要試驗平臺。2022年中國大洋75航次,北京先驅聯合上海交通大學等單位研制的“曼塔號”浮游式采集技術在礦區內成功完成試驗。本航次使用的“曼塔號”ROV是在此平臺基礎上改造而成,用于在深海海底精準布放環境監測裝置?！奥枴盧OV圍繞采礦試驗區位置基點,完成了500 m×500 m試驗區邊界圈劃,布放了兩處試驗區邊界標識。在距離試驗區西邊界5 m處和東邊界50 m處分別布放了兩套小型環境監測站和1套20 m近底錨系系統。該項工作將為北京先驅2025年計劃開展的基于“曼塔號”浮游式結核采集模式的集礦試驗及環境影響評估工作提供重要支撐。