西北太平洋北京先驱结核矿区海上调查最新进展——中国大洋81航次简况

庞云天,杨全凯,杜 亮,李怀明*,2

(1.北京先驱高技术开发有限责任公司,北京 100081; 2.自然资源部海底科学重点实验室,自然资源部第二海洋研究所,浙江 杭州 310012)

2023年8月9日—11月8日,自然资源部第二海洋研究所组织实施了中国大洋81航次暨北京先驱第4航次。本航次由“大洋号”综合科学考察船承担,在北京先驱高技术开发有限责任公司(简称“北京先驱”)的西北太平洋多金属结核矿区内开展资源勘探、环境基线调查和技术装备试验工作。

航次首次开展了富钴型多金属结核矿区的资源量勘探工作。西北太平洋北京先驱多金属结核矿区发育富钴型多金属结核,也是目前国际上唯一的富钴型结核资源矿区。目前国际上对于此类型资源成矿规律的认知尚不足,缺乏勘探评价经验。本航次根据矿区坡麓区和平原区的地质条件,分别建立资源勘探技术路线,在北京先驱多金属结核矿区的M2区块约5 000 km2区域内开展了控制资源量勘探工作。同时,通过现场调查数据进一步验证了坡麓区和平原区的结核资源特点:坡麓区发育大型球状-椭球状结核,平原区发育中型球状-椭球状结核;对比坡麓区与平原区结核特征,坡麓区结核丰度、覆盖率和类型变化更大。

航次丰富了北京先驱多金属结核矿区的环境基线样品和数据,并初步开展了参照区环境的对比评估。在前期积累的矿区深海环境基线数据基础上,初步选划了环境影响参照区和保全参照区。本航次重点采集了拟选划的环境影响参照区和保全参照区的地质、海洋化学、物理海洋、生物多样性等基线数据,根据现场调查数据对环境影响参照区和保全参照区环境特点进行了初步对比。结果表明环境影响参照区和保全参照区的地形地貌、沉积物类型、物理和土工力学性质、温盐结构和流场特征相似,环境影响参照区与保全参照区相比具有较高的水体溶解氧、叶绿素a含量、浮游生物和小型底栖生物密度。

航次成功开展了“洞察号”AUV试验性应用,创新海上调查作业模式。“洞察号”AUV是由北京先驱联合中国科学院沈阳自动化研究所等国内单位研发的一套6 000 m级深海近底光学精细探查系统。本航次中“洞察号”AUV海上试验持续10天,试验作业水深5 600～5 800 m,近底定高4 m连续航行时间超过112小时,定高均方差0.19～0.22,一次性采集超过3.9万张近底高清照片,巡航航速1.1节,最高航速1.6节,单次测线长度约192 km,定向航行均值偏差0.5。试验结果表明“洞察号”AUV通过采用轻质耐压复合材料、整体结构优化设计和低功耗航控技术,极大提高了AUV续航里程,可超过1 000 km。结合航次常规调查作业和AUV试验内容,设计了AUV脱离母船作业方式——“哨所模式”,即作业中首先在AUV工作路线上设置关键点——“哨所”,AUV在近底稳定作业后,母船脱离AUV开展其他常规调查作业,结合AUV行进航速和航向,提前到“哨所”监视AUV状态,或者调整AUV作业内容。实施“哨所模式”使得本航次在AUV试验期间同时完成了5个站位的箱式取样和2个站位的3 000 m生物分层拖网,调查作业效率提高30%～50%。这开启了AUV调查作业的全新模式,将极大改变已有调查作业的技术方法。

航次开展了“曼塔”ROV试验作业,成功完成采矿试验区圈划。深海采矿试验区可为深入了解深海采矿活动对于海洋环境的影响、研发绿色环保的深海采矿技术提供重要试验平台。2022年中国大洋75航次,北京先驱联合上海交通大学等单位研制的“曼塔号”浮游式采集技术在矿区内成功完成试验。本航次使用的“曼塔号”ROV是在此平台基础上改造而成,用于在深海海底精准布放环境监测装置。“曼塔号”ROV围绕采矿试验区位置基点,完成了500 m×500 m试验区边界圈划,布放了两处试验区边界标识。在距离试验区西边界5 m处和东边界50 m处分别布放了两套小型环境监测站和1套20 m近底锚系系统。该项工作将为北京先驱2025年计划开展的基于“曼塔号”浮游式结核采集模式的集矿试验及环境影响评估工作提供重要支撑。