平頂海山富鈷結(jié)殼分布上界的確定

平頂海山富鈷結(jié)殼分布上界的確定

國際海底區(qū)域豐富，勘探資源豐富。氨基鈷殼是其中重要的水下固體礦產(chǎn)。氨基鈷殼在海調(diào)化表面存在。由于其豐富的金屬，如鈷、銅、銅、鋯和硫鐵礦等，引起了各國的廣泛關(guān)注。自20世紀80年代初以來，俄羅斯、美國、德國、法國、日本、韓國、日本、韓國等國紛紛開展大規(guī)模的研究活動（海調(diào)和putianus，1984；海調(diào)文化，1984；hein，etal.，1985；ap琳和crnan，1985）。目前，聯(lián)合國國際海底管理局（高文等，2001；潘家華等，2002；張海生等，2004；史躍平均，2004）。為了在這第二次“藍色地殼”運動中發(fā)揮主導(dǎo)作用，中國不得不在15年的優(yōu)質(zhì)礦區(qū)中進行開發(fā)。在第15個學(xué)期，加強了對富納地殼的調(diào)查，并將其納入所有海洋工作的重點。根據(jù)海山頂部形態(tài)劃分,目前我國富鈷結(jié)殼(簡稱“結(jié)殼”)資源調(diào)查的海山(位于太平洋)主要包括兩大類,一為平頂海山,二為尖頂海山.后者由于頂面較小,坡面相對較大,結(jié)殼分布的上界較易確定,而前者頂面一般較大且平坦,由穩(wěn)定的沉積層構(gòu)成,早期形成的結(jié)殼往往被后期的沉積物覆蓋,因此,結(jié)殼分布的上界通常與沉積物分布的下界(尖滅處)有關(guān).確定結(jié)殼分布的上下界,對準確估算結(jié)殼資源量至關(guān)重要,也是礦區(qū)圈定的關(guān)鍵,長期以來,受調(diào)查手段的制約,平頂海山結(jié)殼分布上界的問題無法解決,困擾著結(jié)殼資源評價工作.在“大洋一號”科學(xué)考察船2004年執(zhí)行的DY105-16A航次中,有針對性地在平頂海山布設(shè)了較多的長剖面海底攝像測站,同時同步進行淺地層剖面測量,另外在淺部實施了定點淺鉆取樣,這些手段的首次聯(lián)合應(yīng)用,有助于揭示結(jié)殼分布的界限.1正演測量參數(shù)淺地層剖面測量采用的是挪威KongsbergDefence&AerospaceAS-Simrad公司生產(chǎn)的TOPASPS018參量淺地層剖面儀(TOPASPS018ParametricSubbottomProfiler),該系統(tǒng)是目前具先進水平的淺地層剖面測量設(shè)備之一,由發(fā)射/接收單元(功率放大器、收發(fā)轉(zhuǎn)換器、船底換能器陣)、操作控制臺和輸出設(shè)備等組成1(圖1).最大測量(穿透)深度150m,分辨率可達30cm,工作主頻率12.5～17.5kHz,次級頻率為0.5～5kHz,實時校正橫搖、縱傾、升沉等參數(shù).可以通過多種脈沖方式進行操作,包括Ricker子波、Bursts子波、Chirps子波等等.不同方式的選擇取決于不同的調(diào)查目的和水深變化:若要進行高分辨率測量或水深較淺,可選擇Ricker子波;若要獲得高穿透或水深較深,則需選擇Chirps子波.海底攝像采用的是中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所顧玉民、李云達研制的DY-DEEPSEAVIDEO2001-2(大洋深海攝像系統(tǒng)第2代).該系統(tǒng)由水下單元和甲板單元2部分組成.兩者之間的通訊通過萬米鎧裝同軸電纜進行(圖2).采用甲板供電,可長時間在水下工作.在調(diào)查過程中,沿預(yù)先設(shè)計好的測線從海山平頂邊部往海山斜坡方向作業(yè),利用萬米鎧裝電纜拖曳海底攝像系統(tǒng)近海底拍攝海底景觀,離底高度一般控制在3～5m,保證圖像清晰.淺地層剖面儀同步工作,多波束測深系統(tǒng)記錄水深數(shù)據(jù),工作過程中根據(jù)水深變化,分別使用Ricker波、Chirp波和Burst波,并隨時調(diào)整發(fā)射間隔和延遲時間,以期獲得較為理想的剖面記錄資料.作業(yè)過程中船舶航行速度控制在1～2節(jié)左右,航向穩(wěn)定.對淺地層剖面資料進行了實時匹配濾波、帶通濾波、時變?yōu)V波、時變增益等處理,對海底攝像進行了數(shù)字記錄采集、位置初步校正.2海底工程實際資料對西太平洋多個平頂海山進行聯(lián)合調(diào)查的結(jié)果表明,淺地層剖面測量揭示的海山淺部地層結(jié)構(gòu)與海山結(jié)殼的分布具有明顯的相關(guān)性.圖3為某海山在海底攝像過程中同步獲得的淺地層剖面A、B兩段(局部)及其解釋結(jié)果,對比地震剖面2和大洋鉆探(ODP)資料(Abramsetal.,1992;Bergersen,1995;JanetandIsabella,1995),可以將所揭示的海山淺部地層劃分為兩大層,自上往下,為層Ⅰ和層Ⅱ(圖3b,d),其中層Ⅰ為沉積物,主要由鈣質(zhì)軟泥(有孔蟲砂)組成,層Ⅱ為基巖,其上部為生物碎屑灰?guī)r,下部為火山巖建造(火山碎屑巖和玄武巖).層Ⅱ中灰?guī)r與火山巖之間的界限,可以結(jié)合地震資料進一步劃分.圖3b中SD處為本次實施淺鉆取樣獲得的柱狀巖芯的位置,巖芯樣長約40cm,其中結(jié)殼(含角礫)層約10cm,其余為生物碎屑灰?guī)r,二者呈緊密接觸.由此可見,在海山斜坡上段,結(jié)殼基巖應(yīng)以灰?guī)r為主,在以往拖網(wǎng)取樣中,大多拖獲以火山碎屑巖或玄武巖為基巖的結(jié)殼樣品,這可能是后者易風(fēng)化,拖網(wǎng)取樣易于獲取,這些樣品應(yīng)該分布于斜坡下段.從海底攝像可以看到(圖4),在海山頂部沉積物分布的區(qū)域(A),幾乎沒有結(jié)殼出現(xiàn),從沉積物尖滅處開始,結(jié)殼開始出露(B).在海山斜坡,地形平坦部位,往往也是沉積物堆積的理想場所,在此沉積物表面(F),結(jié)殼一般不發(fā)育,偶見礫狀結(jié)殼,而與之相鄰的基巖表面(G),結(jié)殼往往發(fā)育得好.因此,根據(jù)淺地層剖面揭示的海山淺部地層結(jié)構(gòu),可以劃分出沉積物分布區(qū)域,從而確定出結(jié)殼不發(fā)育區(qū)或空白區(qū),以便結(jié)殼資源評價時,扣除該區(qū)域的面積,達到提高評價精度的目的.根據(jù)淺地層剖面結(jié)果分析(圖3),西太平洋某海山結(jié)殼分布的上界水深為1560m左右.通過分析海山不同部位淺地層剖面測量結(jié)果就可以圈定結(jié)殼上界的分布范圍,剖面資料愈多,所圈定的范圍愈準確.目前,這2種資料的采集尚存在不足之處,主要表現(xiàn)在:海底攝像拖體水下位置不能準確確定,建議今后采用水下定位或增加壓力傳感器;淺地層剖面測量儀在地形變化大及深水處信號難以有效跟蹤.3平頂海山結(jié)殼分布的結(jié)構(gòu)(1)利用淺地層剖面資料,可以確定海山頂部沉積物分布的下界,進而推斷結(jié)殼分布的上界.(2)對比分析淺地層剖面資料和地形特征,可以判斷地形與沉積物分布之間的關(guān)系,為沉積物分布區(qū)域的圈定提供參考,從而為結(jié)殼分布面積的有效確定服務(wù).(3)結(jié)殼分布界線和不發(fā)育區(qū)或空白區(qū)的確定是平頂海