馬小川,欒振東,張?chǎng)?鄭翠娥,閻軍*,孫大軍

(1.中國(guó)科學(xué)院海洋研究所 海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島266071;2.哈爾濱工程大學(xué) 水聲工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150001)

基于ROV的近海底地形測(cè)量及其在馬努斯盆地?zé)嵋簠^(qū)的應(yīng)用

馬小川1,欒振東1,張?chǎng)?,鄭翠娥2,閻軍1*,孫大軍2

(1.中國(guó)科學(xué)院海洋研究所 海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島266071;2.哈爾濱工程大學(xué) 水聲工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150001)

針對(duì)重點(diǎn)的特殊深海研究區(qū)(如熱液冷泉、洋中脊區(qū)域)，在船載多波束數(shù)據(jù)獲得研究區(qū)大面積地形資料的基礎(chǔ)上，有必要選取典型深海小靶區(qū)進(jìn)行高分辨率地形測(cè)量為進(jìn)一步深入研究提供保障。根據(jù)船載多波束實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)選取PACMANUS熱液區(qū)作為靶區(qū)，基于長(zhǎng)基線定位，利用“發(fā)現(xiàn)”ROV搭載多波束系統(tǒng)進(jìn)行近海底全覆蓋地形測(cè)量。結(jié)果表明，依托于船動(dòng)力定位系統(tǒng)及差分GPS，長(zhǎng)基線為ROV提供了可靠的高精度定位，使得近海底測(cè)量的地形數(shù)據(jù)分辨率數(shù)倍優(yōu)于船載多波束測(cè)得的地形數(shù)據(jù)的分辨率。高分辨率地形清晰的顯示了PACMANUS熱液區(qū)錐形丘體等特殊微地形，與已發(fā)現(xiàn)的熱液點(diǎn)和火山區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域活動(dòng)的熱液區(qū)主要發(fā)育于坡度大于30°斜坡上的地形突變區(qū)，其成因仍需深入研究。利用ROV搭載多波束近底測(cè)量是獲取深海小靶區(qū)高分辨率地形的可靠途徑和方法，有利于提高深海海底研究的針對(duì)性，將促進(jìn)我國(guó)深海科學(xué)研究的發(fā)展。

地形測(cè)量；高分辨率；ROV；熱液；馬努斯盆地

1 引言

自從第一幅綜合的全球海底地形圖[1]發(fā)布以來，海底地形數(shù)據(jù)成為全球海洋研究特別是海洋地質(zhì)研究的重要參考。近年來，隨著水深測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展及科考項(xiàng)目的實(shí)施，全球海洋海底地形數(shù)據(jù)得到進(jìn)一步更新[2—3]的同時(shí)，熱點(diǎn)海域的海底地形也獲得精細(xì)的測(cè)量和研究[4—7]。特別是針對(duì)深海海底發(fā)育的特殊地質(zhì)現(xiàn)象，如洋中脊、海山、熱液冷泉、海底峽谷等，高分辨率海底地形的測(cè)量不僅為認(rèn)識(shí)這些現(xiàn)象提供了直接的途徑，也為深入研究這些地質(zhì)現(xiàn)象提供了必要的基礎(chǔ)資料[8]，進(jìn)而幫助我們更好地理解地球動(dòng)力演化、深海生態(tài)系統(tǒng)以及海底沉積過程。特別是ROV(Remoted Operated Vehicle)和AUV(Autonomous Underwater Vehicle)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，使得我們能夠更近距離地觀測(cè)海底現(xiàn)象，這拓展了我們的研究區(qū)域并促進(jìn)了深海研究的進(jìn)一步發(fā)展[9—12]，一些重點(diǎn)研究區(qū)海底地形的分辨率已經(jīng)達(dá)到了亞米級(jí)[13—14]。然而由于技術(shù)水平的制約，我國(guó)的相關(guān)研究起步較晚，特別是高分辨率地形數(shù)據(jù)較為缺乏，影響了我們對(duì)近海底特殊現(xiàn)象的深入理解。

一般來講，在深海海域，船載多波束系統(tǒng)所獲得的海底地形數(shù)據(jù)的分辨率最高可以達(dá)到50 m[15]。由于船載多波束測(cè)量系統(tǒng)擁有較寬的覆蓋率和高效的測(cè)量方式，目前是大面積水深測(cè)量的優(yōu)先選擇[12]。但在某些重點(diǎn)研究區(qū)域，由于一些海底地質(zhì)現(xiàn)象如冷泉、熱液系統(tǒng)發(fā)育的范圍較集中，數(shù)十米分辨率的數(shù)據(jù)難以精細(xì)描述熱液或冷泉發(fā)育區(qū)的地形，不能為深入的研究目標(biāo)提供精確指引。因此，有必要根據(jù)研究目標(biāo)進(jìn)一步確定重點(diǎn)典型研究靶區(qū)進(jìn)行精細(xì)測(cè)量。本文闡述了基于ROV近海底測(cè)量高分辨地形的方法，通過2015年5-7月在西太平洋馬努斯盆地的實(shí)踐和應(yīng)用，獲得了PACMANUS熱液區(qū)的高分辨率地形并進(jìn)行分析。

2 研究區(qū)概況

馬努斯海盆位于西太平洋俾斯麥海的東部(圖1)，巴布亞新幾內(nèi)亞的北部，是一個(gè)快速擴(kuò)張的弧后盆地，平均水深2 000 m。本文的研究區(qū)位于東馬努斯盆地，位于Weitin轉(zhuǎn)換斷層和Djaul轉(zhuǎn)換斷層之間[16]，是一個(gè)島弧張裂區(qū)，該區(qū)域擴(kuò)張速度可以達(dá)到137.5 mm/a，是俾斯麥海中擴(kuò)張速率最高的區(qū)域[17]。該區(qū)域發(fā)育了多個(gè)熱液區(qū)，包括Vienna Woods熱液區(qū)[18]、PACMANUS熱液區(qū)[7,19—22]、DESMOS熱液區(qū)[23—25]和SuSu Knolls熱液區(qū)[26]，是研究現(xiàn)代海底熱液系統(tǒng)的典型區(qū)域和熱點(diǎn)區(qū)域[27—28]。自從該區(qū)域的熱液區(qū)被發(fā)現(xiàn)以來的20多年間，研究者通過獲得的一系列沉積物、巖石、海底環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)，對(duì)該區(qū)域的活動(dòng)熱液系統(tǒng)在地球化學(xué)、巖石組成、熱液過程等方向做了詳細(xì)的研究[29—31]。然而，這些研究多局限在地球化學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域，對(duì)研究區(qū)地形的細(xì)節(jié)少有關(guān)注，盡管這些資料是進(jìn)行深入研究的重要基礎(chǔ)。目前，針對(duì)該區(qū)域的精細(xì)地形地貌的報(bào)道也極少出現(xiàn)[7]。船載多波束測(cè)量是測(cè)量海底地形的有效手段，但受船速等因素的限制在深海區(qū)域其分辨率最高僅有數(shù)十米，遠(yuǎn)不能達(dá)到精細(xì)描述特定靶區(qū)地形特征的目的。由于技術(shù)手段的制約，我國(guó)多采用船載多波束或深拖的方式進(jìn)行地形測(cè)量，2007年中國(guó)大洋調(diào)查航次在西南印度洋脊利用美國(guó)伍茲霍爾研究所ABE水下機(jī)器人進(jìn)行了熱液區(qū)的地形測(cè)繪[32]，然而，目前為止尚未有基于ROV的深海小靶區(qū)(如熱液區(qū))近海底高分辨率地形測(cè)量及分析的相關(guān)研究報(bào)道。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

3 基于ROV的近底地形測(cè)量方法

深海小靶區(qū)的高分辨率地形數(shù)據(jù)是基于船載多波束實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并最終利用ROV或AUV搭載多波束系統(tǒng)進(jìn)行近底測(cè)量來獲得的(圖2)。2015年5-7月，受中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)項(xiàng)目資助，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所于2015年5-7月在馬努斯盆地研究區(qū)利用“科學(xué)”考察船搭載的多波束系統(tǒng)(Seabeam3012)采集水深地形數(shù)據(jù)。船載多波束測(cè)量時(shí)船的定位依靠差分GPS定位，定位精度優(yōu)于1 m，但是由于水深較深，波束有限，而且數(shù)據(jù)分辨率受船速和波束開角的共同影響，船速越高，波束開角越大，所獲得地形的分辨率越差[15]，獲得的地形數(shù)據(jù)分辨率通常低于數(shù)十米。考慮的大面積調(diào)查的經(jīng)濟(jì)性，我們?cè)谘芯繀^(qū)選擇5節(jié)航速，90°波束開角進(jìn)行船載多波束全覆蓋測(cè)量。

圖2 深海小靶區(qū)選擇及高分辨率地形測(cè)量Fig.2 Target area selection and high-resolution measurement for the topography

圖3 ROV及綜合定位系統(tǒng)Fig.3 ROV and the integrated positioning system

在獲得地形數(shù)據(jù)后，根據(jù)實(shí)測(cè)地形在Pual洋脊頂部選取了一個(gè)近長(zhǎng)方形區(qū)域(PACMANUS熱液區(qū))作為目標(biāo)靶區(qū)，該區(qū)域面積約2 km×3 km，水深范圍約為1 641～1 895 m。之后利用“發(fā)現(xiàn)”ROV搭載多波束系統(tǒng)(Kongsberg EM2040)進(jìn)行近底走航式全覆蓋水深測(cè)量，獲得PACMANUS熱液區(qū)的高分辨率地形數(shù)據(jù)。近海底觀測(cè)時(shí)，ROV觀測(cè)的方式類似于船載多波束走航式測(cè)量，不同的是ROV無法直接利用GPS進(jìn)行定位，需要通過間接定位系統(tǒng)。此次測(cè)量利用哈爾濱工程大學(xué)研發(fā)的綜合定位系統(tǒng)對(duì)ROV進(jìn)行定位。ROV下水測(cè)量之前，首先選擇目標(biāo)靶區(qū)(PACMANUS熱液區(qū))地勢(shì)較高的點(diǎn)位布放長(zhǎng)基線信標(biāo)，構(gòu)建了一個(gè)長(zhǎng)基線三角形陣，信標(biāo)的標(biāo)定位置見表1。在ROV進(jìn)行近底地形測(cè)量的過程中，長(zhǎng)基線為其提供定位服務(wù)?！鞍l(fā)現(xiàn)”ROV同時(shí)搭載綜合定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用分體式安裝結(jié)構(gòu)，聲學(xué)換能器安裝于ROV艏部上方，電子艙則固定于ROV本體結(jié)構(gòu)上(圖3)。在測(cè)量時(shí)，測(cè)距儀通過ROV的光纖電纜與水面的超短基線部分進(jìn)行時(shí)鐘同步，并能夠?qū)⒍ㄎ唤Y(jié)果實(shí)時(shí)通過光纖傳輸至ROV導(dǎo)航單元。該系統(tǒng)為ROV提供了水下長(zhǎng)基線的精確定位和水面超短基線的跟蹤服務(wù)，其內(nèi)部的測(cè)距儀與水下信標(biāo)相互應(yīng)答，實(shí)時(shí)解算ROV的位置信息，水面超短基線采用時(shí)鐘同步方式檢測(cè)測(cè)距儀的詢問信號(hào)，完成對(duì)ROV的定位和跟蹤。ROV測(cè)量航線間距150 m，距底高度40 m進(jìn)行測(cè)量，自身動(dòng)力驅(qū)動(dòng)且能保證其姿態(tài)相對(duì)穩(wěn)定。在近底多波束測(cè)量過程ROV航跡線如圖4所示。

表1 信標(biāo)標(biāo)定結(jié)果

圖4 ROV定位軌跡Fig.4 Paths of ROV during topography measurement

為了驗(yàn)證其定位精度，進(jìn)行了靜態(tài)定位試驗(yàn)，在ROV懸停狀態(tài)下，重復(fù)測(cè)量與信標(biāo)的距離，獲得其數(shù)據(jù)偏差。經(jīng)過數(shù)據(jù)驗(yàn)證和評(píng)估，長(zhǎng)基線測(cè)距精度達(dá)到1.8 cm(圖5a)， ROV靜態(tài)定位精度優(yōu)于0.2 m(圖5b)。本次測(cè)量采集的原始水深數(shù)據(jù)由CARIS HIPS 8.1進(jìn)行姿態(tài)校正和異常點(diǎn)剔除，處理后輸出散點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過UTM投影(UTM 56度帶)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，結(jié)果數(shù)據(jù)在網(wǎng)格化之后在Surfer中成圖。

4 結(jié)果與討論

4.1 海底地形船載測(cè)量與近底測(cè)量的結(jié)果對(duì)比

“科學(xué)”考察船搭載的多波束系統(tǒng)(Seabeam3012)在5節(jié)航速，90°波束開角測(cè)量2 000 m水深時(shí)的數(shù)據(jù)最優(yōu)橫向分辨率優(yōu)于40 m[15]。利用此船載多波束的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)格化之后，獲得了分辨率為50 m的海底地形(圖6a)，結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育多個(gè)東北-西南走向的洋脊，其中規(guī)模最大的為Pual洋脊。Pual洋脊地形西北側(cè)較陡，坡度最大可達(dá)40°；東南側(cè)呈階梯狀，底部的坡度最大也可達(dá)40°；頂部相對(duì)較緩，大部分區(qū)域坡度小于15°。雖然通過此數(shù)據(jù)可以分辨洋脊等大尺度地形及其分布，但無法區(qū)分小區(qū)域的精細(xì)地形。如圖6b所示，小靶區(qū)水深約為1 600～1 900 m，地形西北側(cè)陡東南側(cè)緩，頂部呈馬鞍形，南北兩側(cè)地勢(shì)較高，但卻無法辨別地形的精細(xì)特征。相比之下，長(zhǎng)基線定位精度高，且ROV近底測(cè)量(距底約40 m)，獲得水深數(shù)據(jù)橫向分辨率優(yōu)于1 m，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)格化之后獲得6 m網(wǎng)格的地形圖(圖6c)，該高分辨率地形圖不僅顯示了靶區(qū)的地形變化，也容易辨別該區(qū)域的復(fù)雜特殊地形，如發(fā)育于靶區(qū)中部的錐形地貌。因此，通過對(duì)比，可以看出ROV近底測(cè)量獲得的地形分辨率可以數(shù)十倍優(yōu)于船載多波束獲得的數(shù)據(jù)，在獲得小靶區(qū)高分辨地形方面有極大優(yōu)勢(shì)。然而，盡管船載多波束測(cè)量地形分辨率相對(duì)較低，在典型小靶區(qū)圈定及大面積海底地形測(cè)量中，船載多波束測(cè)量仍是必不可缺的重要基礎(chǔ)。

4.2 PACMANUS熱液區(qū)的高分辨率地形地貌特征

圖7清晰顯示了該區(qū)域的復(fù)雜地形特征，受火山作用及海底熔巖分布的影響，海底表面崎嶇多變，地形復(fù)雜。研究區(qū)中央地形相對(duì)平緩，坡度小于15°，西北側(cè)坡度大于40°(圖8)。測(cè)量結(jié)果顯示，研究區(qū)南部和北部地勢(shì)較高，中部偏北區(qū)域發(fā)育一個(gè)垂直于洋脊走向的低地，中部發(fā)育了一個(gè)新生的火山區(qū)[7]，面積約500 m×1 500 m。該新生火山區(qū)域是一個(gè)橢圓形區(qū)域，主要由3個(gè)丘狀地貌構(gòu)成，火山區(qū)南部發(fā)育兩個(gè)小型火山口，最南側(cè)火山口的環(huán)形坑直徑約50 m，最大深度約20 m，中部火山口的環(huán)形坑直徑約70 m，深約5 m。前人觀測(cè)表明該區(qū)域熱液溢出口和煙囪主要分布于中部的Snowcap、Fenway、Satanic區(qū)域和北部的Roman Ruins、Roger′s Ruins區(qū)域[7](圖7)。這些熱液噴口主要分布在火山區(qū)的兩側(cè)的斜坡處，其中有兩處熱液噴口能夠在高分辨地形圖上辨識(shí)出來。在火山區(qū)的東側(cè)邊緣，發(fā)育一個(gè)突出的圓錐形地貌，與周邊地形高差可達(dá)40 m，錐體中央下陷，對(duì)應(yīng)于活動(dòng)的Snowcap熱液區(qū)。另外，在北部低地也發(fā)育一個(gè)長(zhǎng)形的小型丘體，與周邊地形高差約20 m，對(duì)應(yīng)于之前發(fā)現(xiàn)的Roman Ruins熱液區(qū)[7]。

圖5 定位精度評(píng)估Fig.5 Assessment for the positioning accuracya.測(cè)距精度；b.靜態(tài)定位精度a.Accuracy of measured distance; b.accuracy of static positioning

圖6 船載多波束測(cè)量結(jié)果與ROV近底測(cè)量結(jié)果的對(duì)比Fig.6 Comparison between the results measured by multibeam sonar on board a ship and ROVa.船載多波束測(cè)量的研究區(qū)地形圖；b.目標(biāo)靶區(qū)船載多波束測(cè)量結(jié)果；c.目標(biāo)靶區(qū)ROV近底測(cè)量結(jié)果a.Relief map of the study area basing on shipboard multibeam survey; b.topography of the target area from shipboard multibeam survey; c.topography of the target area from near-bottom survey by ROV using a multibeam sonar

圖7 PACMANUS熱液區(qū)高分辨率地形圖及熱液點(diǎn)位置(分辨率6 m)Fig.7 High-resolution relief map of the PACMANUS hydrothermal field and the location of hydrothermal spots (at a resolution of 6 m)

圖8 PACMANUS熱液區(qū)地形坡度圖Fig.8 The slopes of the seafloor in the PACMANUS hydrothermal field

表2 PACMANUS主要熱液點(diǎn)的位置及分布面積(根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]修改)

Tab.2 Locations of the main hydrothermal spots and their cover- age in the PACMANUS field (modified from reference[7])

注：X為未發(fā)現(xiàn)。

4.3 PACMANUS熱液點(diǎn)分布與地形變化的關(guān)系

研究區(qū)海底地形的變化與熱液活動(dòng)可能相互影響。熱液點(diǎn)溢流區(qū)和煙囪區(qū)的發(fā)育面積(表2)表明，熱液活動(dòng)在地形高點(diǎn)發(fā)育更為廣泛，已發(fā)現(xiàn)的熱液點(diǎn)中多數(shù)既有煙囪體也存在低溫溢流口，而且距離火山區(qū)更近的Tsukushi、Snowcap、Fenway和Satanic熱液點(diǎn)熱液活動(dòng)更加強(qiáng)烈，溢流和煙囪更加發(fā)育；相對(duì)的，在距離火山區(qū)較遠(yuǎn)的斜坡底部，Solwara-7和Solwara-8熱液活動(dòng)最弱，煙囪體未發(fā)育(表2)。另外，該區(qū)域活動(dòng)熱液點(diǎn)主要分布在火山區(qū)兩側(cè)斜坡的階地上，而且在熱液點(diǎn)發(fā)育的區(qū)域海底局部坡度超過30°(圖8，圖9)。進(jìn)一步對(duì)研究區(qū)地形進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)計(jì)算獲得定向坡度的分布，發(fā)現(xiàn)熱液點(diǎn)主要位于斜坡上的地形突變區(qū)，這些斜坡上地形突變可能是由斷裂、火山活動(dòng)或熱液活動(dòng)本身導(dǎo)致，但基于目前的資料無法確定其成因，相關(guān)研究需要進(jìn)一步開展。目前對(duì)該區(qū)域熱液活動(dòng)的控制因素仍有爭(zhēng)議，Binns等[33]認(rèn)為該區(qū)域的熱液流體活動(dòng)主要受斷裂控制，然而最近的研究認(rèn)為熱液活動(dòng)可能與該區(qū)域的火山活動(dòng)有關(guān)，與火山附近沉積結(jié)構(gòu)的相關(guān)性更為顯著，因?yàn)閷?duì)該區(qū)域的調(diào)查未在海底發(fā)現(xiàn)顯著的斷裂現(xiàn)象[7]。值得注意的是，在火山區(qū)兩側(cè)平行的相同方向上，地形的變化是相反的(圖10)，即火山區(qū)西北側(cè)向西南方向傾斜，而火山區(qū)東南側(cè)向東北方向傾斜，這可能與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。

5 結(jié)論與展望

(1)基于ROV搭載多波束對(duì)西太平洋馬努斯盆地PACMANUS熱液區(qū)進(jìn)行了近海底全覆蓋地形觀測(cè)。研究證實(shí)，在測(cè)量過程中，長(zhǎng)基線系統(tǒng)定位精度高，能夠保證ROV位置的準(zhǔn)確性。由于是近底測(cè)量，在測(cè)量高分辨率地形時(shí)，ROV測(cè)量的優(yōu)勢(shì)極為明顯，測(cè)量的地形分辨率數(shù)倍優(yōu)于船載多波束觀測(cè)結(jié)果。然而，雖然船載多波束測(cè)量精度較低，船載多波束測(cè)量仍是獲得大面積海底地形的首選，也是目標(biāo)小靶區(qū)選定的基礎(chǔ)。

圖9 熱液點(diǎn)地形剖面Fig.9 Bathymetrical profiles crossing the main hydrothermal spots in PACMANUS field剖面位置見圖7，圖中面積為溢流區(qū)/煙囪區(qū)的發(fā)育面積見表2，X為未發(fā)現(xiàn)Location of the profiles seeing Fig.7, the coverage values are from Tab.2 and X denote no occurence

圖10 定向一階導(dǎo)數(shù)的分布特征及與熱液點(diǎn)發(fā)育區(qū)的關(guān)系Fig.10 Characters of the directional first derivative and their relation to the distribution of the hydrothermal spots正值表示上坡，負(fù)值表示下坡Positive value of the directional first derivative denotes upslope while the negative value means downslope

(2)高分辨率地形顯示PACMANUS熱液區(qū)南部和北部地勢(shì)較高，中部偏北區(qū)域發(fā)育一個(gè)低地，中部發(fā)育了一個(gè)新生的火山區(qū)，一些錐形地形對(duì)應(yīng)了之前發(fā)現(xiàn)的多個(gè)熱液點(diǎn)。通過分析發(fā)現(xiàn)PACMANUS熱液區(qū)的熱液點(diǎn)主要發(fā)育于坡度大于30°的斜坡的地形突變區(qū)域，其原因仍需進(jìn)一步深入研究。

(3)深海海底發(fā)育了特殊的地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)深入認(rèn)識(shí)地球演化及動(dòng)力過程、海底環(huán)境等研究有重要意義，針對(duì)重點(diǎn)的特殊深海研究區(qū)(如熱液冷泉、洋中脊區(qū)域)，在船載多波束數(shù)據(jù)獲得研究區(qū)大面積地形資料的基礎(chǔ)上，有必要選取多個(gè)典型深海小靶區(qū)進(jìn)行高分辨率地形測(cè)量為進(jìn)一步深入研究提供保障。其中，ROV搭載多波束測(cè)量為其提供了可靠有效的途徑，應(yīng)得到進(jìn)一步更為廣泛的實(shí)踐應(yīng)用。

致謝:感謝“科學(xué)”考察船馬努斯熱液航次上工作的所有科學(xué)家和全體船員為此工作所做的努力!

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Near-bottom topography measurement using ROV and its application in a deep-sea hydrothermal field in the Manus Basin

Ma Xiaochuan1, Luan Zhendong1, Zhang Xin1, Zheng Cuie2, Yan Jun1, Sun Dajun2

(1.KeyLaboratoryofMarineGeologyandEnvironment,InstituteofOceanology,ChineseAcademyofSciences,Qingdao266071,China; 2.CollegeofUnderwaterAcousticEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)

It is necessary to deploy high-resolution topographic surveys in a typical small target in deep-sea areas (e. g. hydrothermal seep, ridge area) to support the future further studies, after the full-covered topography data acquisition of the large study area using a shipborne mutli-beam system. Here, we select PACMANUS hydrothermal area as target area in the Manus Basin and deploy a near-bottom full-covered survey to obtain topography data basing on “FAXIAN” ROV. Results show that Long Baseline provide a reliable high-precision positioning relying on the ship dynamic positioning system and a differential GPS. The resolution of seabed topography which is near-bottom measured by ROV is tens of times better than that obtained by an onboard multi-beam system. High-resolution terrain clearly shows the detailed characters of the terrain in the PACMANUS hydrothermal field, and some cones are corresponding to the locations of the discovered hydrothermal points and volcanic area. Further analysis show that hydrothermal points mainly developed on the steep slopes whose gradients exceed 30°, and the causes are still unknown and need a further study. It is a reliable mean for obtaining high-resolution topography data by deploying near-bottom measurements using ROV, which will promote the development of deep-sea scientific research.

topography measurement; high-resolution; ROV; hydrothermal field; Manus Basin

2016-06-08；

2016-10-11。

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA11030301)。

馬小川(1985—)，男，山東省萊州市人，博士，助理研究員，從事海底地形地貌和沉積動(dòng)力過程研究。E-mail:mxch@qdio.ac.cn

*通信作者：閻軍(1961—)，男，博士，研究員，主要從事海洋地質(zhì)、深海探測(cè)技術(shù)、海洋沉積動(dòng)力等研究。E-mail:jyan@qdio.ac.cn

P736.21+2

A

0253-4193(2017)03-0076-09