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大洋第30航次科考归来

陈瑜 //m.auribault.com 2014-05-29 来源：科技日报

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　　历时179天，5月29日完成大洋第30航次科考任务的“大洋一号”回到母港的怀抱——青岛。

　　2013年12月2日，执行我国大洋科考30航次任务的“大洋一号”船从海南三亚起航，主要目标是履行“西南印度洋多金属硫化物勘探合同”，对合同区多金属硫化物资源进行勘探，兼顾环境、生物多样性等调查。

　　发现

　　新发现11个海底热液区

　　海底热液区中的热液硫化物是日益受到国际关注的一种海底矿藏。它的成因在于海水从地壳裂缝渗入地下，遇到熔岩被加热，溶解了周围岩层中的金、银、铜、锌、铅等金属后又从地下喷出。这些金属经过化学反应形成硫化物沉积到附近海底，像“烟囱”的形状堆积起来，因此，被形象地叫做“黑烟囱”。

　　“这次在合同区新发现11个海底热液区，目前我国在大洋中脊发现的海底热液区达到44个，其中合同区海底热液区发现总数达到18个。” 第30航次首席科学家、国家海洋局第二海洋研究所研究员陶春辉告诉记者，“与以往航次最大的不同是，本航次是我国履行‘西南印度洋多金属硫化物勘探合同’规划的开篇航次，要实现从探矿向勘探转换，因此在合同区内进行了加密调查，探测密度较以往有很大提高。”

　　首次抓获碳酸盐“白烟囱”

　　本次第二航段，在位于我国西南印度洋多金属硫化物勘探合同区的第8个作业站位中，通过电视抓斗成功抓获3大块柱状碳酸盐块和一段碳酸盐“烟囱体”。该碳酸盐“烟囱体”的成功抓取，将有望成为该区域发育热液碳酸盐区的重要证据。

　　在海底热区，“黑烟囱”喷出的流体呈黑色，烟囱体主要由硫化物矿物构成；“白烟囱”喷出的流体呈白色，烟囱体主要由硫酸盐矿物构成。

　　首席科学家陶春辉在取样现场激动地说：“我们以前在这个区取得过碳酸盐样品，但还没有获得与热液活动相关的确凿证据。这次取到‘白烟囱’，对于研究该区域碳酸盐与热液活动的关系具有十分重要的价值。”

　　本次作业抓取的样品包括碳酸盐及其“烟囱”和钙质软泥。第二航段现场地质样品描述员、中国地质大学（武汉）教授徐启东分析称：“这个‘烟囱体’的出现，估计与该区的碳酸盐与低温热液活动相关。相邻地区取到的类似的岩石应该属同一类东西，有助于我们研究和确定热液区的范围。虽然这只是一块小小的碳酸盐‘烟囱体’样品，却有可能成为叩开西南印度洋碳酸盐成因研究的‘窗口’。”

　　扩展3个海底热液区分布范围

　　值得一提的是，本航次扩展了3个海底热液区的分布范围；在一处新发现海底热液区成功获取地幔橄榄岩样品，该热液区的发现以及地幔橄榄岩的获取对于研究西南印度洋脊地幔组成特征、洋壳增生过程和热液成矿等具有重要意义；通过发现的碳酸盐堆积体及烟囱体和超基性岩，对碳酸盐热液区的成因取得了新的认识。

　　此外，在合同区获得大量环境资料与生物样品，首次测得深海热液羽流中的溶解氢气含量数据。

　　钻探

　　由表层取样向深部取样跨越

　　声学深拖系统、ROV、电法探测系统、中深孔岩芯取样钻机、近底磁力仪相互配合作业，陶春辉告诉记者，本航次中调查方法与技术也从探矿向勘探转换，表面精细调查与浅部勘探并重，首次尝试在合同区开展多金属硫化物的立体勘探，我国多年来自主研发的不少大洋高新技术设备得到了使用或者试用。

　　钻探是获取多金属硫化物矿体内部样品的最有效手段，对于研究多金属硫化物矿体内部结构组成、形成演化、成矿作用等至关重要，也是评价多金属硫化物成矿潜力，估算资源量的重要技术手段。

　　本航次利用我国自主研发的“进取者号”中深孔岩芯取样钻机在合同区进行了钻探调查，钻探的成功尝试表明我国多金属硫化物调查手段由表层取样向深部取样跨越了重要的一步。

　　未来钻机还需要解决两个问题

　　陶春辉说，以前我国还没有适合硫化物钻探的设备，加上没有精细调查的需求，所以没有进行钻探作业。

　　“多金属硫化物矿区位于洋中脊，海底地形特别不平整，要让钻机坐稳并满足钻机作业的倾角要求很困难”。陶春辉介绍，这次使用的“进取者号”中深孔岩芯取样钻机由北京先驱高技术公司研制，共钻取样品14管，钻进深度总计11.4米，获取有效岩芯3.81米。

　　第三航段深钻组组长钟路介绍说，海底的玄武岩对钻机的损耗比较严重，从取上来的样品来看，有许多小碎块。

　　钟路称，我国自主研发的中深孔钻机是岩芯取样钻机，适用相对比较硬的质地。可是，硫化物性质复杂，有的松散、有的脆、有的坚硬，对钻机要求较高。未来钻机还需要解决两个问题，一是提高硫化物取样率，二是防止取上来的硫化物样品漏掉。

　　找矿

　　多方法研判矿藏位置、大小

　　电法探测仪是根据海底多金属硫化物的地球物理特性，探测海底硫化物分布范围的一套探测系统。该系统由自然电位探测仪和瞬变电磁探测仪两套相对独立的探测系统组成，属于深海矿产资源快速勘探系统之一。

　　“电法探测仪作业时采用近底拖曳，通过它可以主动或被动地探测到硫化物矿体的磁异常，进而预测矿体有多大，埋藏有多深。”陶春辉说。

　　近底磁力仪的作业原理也类似，根据磁场特征，研究海底构造，根据结构判断矿藏的大小、起始的位置。

　　该仪器专门为深海工作环境设计，最大工作水深可以达到水下6000米，是深水环境测量磁力大小的高技术设备，本航次是第一次应用该设备来调查海底热液成矿区域。

　　“以前用海面磁力仪，会受到无关磁力的影响，现在将磁力仪置于近底，干扰少了，分辨率更高，探测结果会更精细。” 陶春辉告诉记者，在国外，这类仪器已广泛应用于海底矿床及地质环境的调查，此方法以后会成为一种重要的常规热液调查手段。

　　这次在合同区成功实施近底磁力仪测线作业，获得有效测线4条，累计长度达122.89公里，为研究热液区及其周边区域地质构造特征和多金属硫化物矿床的分布及埋藏提供了关键数据资料。

　　“海龙”记录

　　首次“漫步”西南印度洋

　　1月27日、1月29日、1月31日、2月1日、2月2日，“海龙”号无人缆控潜水器在我国多金属硫化物勘探合同区共进行了5次下水作业，其中4次取得成功。通过水下机器人的观测，我国大洋科考扩大了两个热液区硫化物的分布范围，了解到碳酸盐区的分布特征，这些精细资料将对我国在多金属硫化物勘探合同区的后续科考工作起到重要参考作用。

　　在本航段作业中，“海龙”号充分发挥调查精细的特性，为我国摸清多金属硫化物勘探合同区的硫化物情况提供了良好的设备保障。也是“海龙”号在本航次首次进行与母船配合情况下的自动寻线跟踪模式作业。

　　在活动热液区的两次下潜中，“海龙”号不仅观测到了“黑烟囱”、盲虾和鱼等热液区生物，还扩展了死亡“烟囱体”的分布范围。在非活动热液区，通过水下摄像和照相，了解到热液沉积的分布范围，观测到热液沉积的分布特征，为海底摄像资料的后续解读提供了参照。在最后一次作业中，“海龙”号除了观测到碳酸盐的“烟囱体”，而且还成功取出一管水样。据首席科学家陶春辉介绍，本次作业的高精度定位，实时精确控制观测、照相、取样等能力是常规调查手段难以达到的。

　相关链接

　　西南印度洋多金属硫化物勘探合同

　　根据《联合国海洋法公约》，国际海底区域及其资源属于人类的共同继承财产，由国际海底管理局代表全人类组织和控制“区域”内矿物资源的勘探和开发。

　　2011年8月，国际海底管理局理事会核准了我国大洋协会提出的多金属硫化物矿区申请，使大洋协会在西南印度洋国际海底区域获得了1万平方公里具有专属勘探权的多金属硫化物资源矿区，并在未来开发该资源时享有优先开采权。

　　此项申请的获准，标志着大洋协会继2001年在东太平洋获得7.5万平方公里多金属结核资源勘探合同区后，在国际海底获得第二块享有专属勘探权和优先开采权的海底矿区。

　　据了解，此次申请获得核准后，大洋协会与国际海底管理局签订为期15年的勘探合同，并依照合同，履行开展有关环境监测、环境基线调查与研究、培训发展中国家的科技人员等义务。

　　80后成为航次调查中坚力量

　　本航次中，我国首次在多金属硫化物合同区为国际海底管理局选派人员进行培训，来自喀麦隆、泰国和阿根廷的三名培训人员参加了本航次调查。共有来自国家海洋局第二海洋研究所、国家海洋局北海分局、中国地质大学（北京）、同济大学、国家海洋局第一海洋研究所和国家海洋局第三海洋研究所等国内外30家单位，133名科考队员参加了航次工作，其中1980年以后出生的科考队员共73人（80后63人，90后10人），80后已经成为航次调查的中坚力量。

编辑：尹盼秋