龐云天,楊全凱,杜 亮,李懷明*,2

(1.北京先驅(qū)高技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司,北京 100081; 2.自然資源部海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)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(shí)施了中國大洋81航次暨北京先驅(qū)第4航次。本航次由“大洋號”綜合科學(xué)考察船承擔(dān),在北京先驅(qū)高技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司(簡稱“北京先驅(qū)”)的西北太平洋多金屬結(jié)核礦區(qū)內(nèi)開展資源勘探、環(huán)境基線調(diào)查和技術(shù)裝備試驗工作。

航次首次開展了富鈷型多金屬結(jié)核礦區(qū)的資源量勘探工作。西北太平洋北京先驅(qū)多金屬結(jié)核礦區(qū)發(fā)育富鈷型多金屬結(jié)核,也是目前國際上唯一的富鈷型結(jié)核資源礦區(qū)。目前國際上對于此類型資源成礦規(guī)律的認(rèn)知尚不足,缺乏勘探評價經(jīng)驗。本航次根據(jù)礦區(qū)坡麓區(qū)和平原區(qū)的地質(zhì)條件,分別建立資源勘探技術(shù)路線,在北京先驅(qū)多金屬結(jié)核礦區(qū)的M2區(qū)塊約5 000 km2區(qū)域內(nèi)開展了控制資源量勘探工作。同時,通過現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗證了坡麓區(qū)和平原區(qū)的結(jié)核資源特點(diǎn):坡麓區(qū)發(fā)育大型球狀-橢球狀結(jié)核,平原區(qū)發(fā)育中型球狀-橢球狀結(jié)核;對比坡麓區(qū)與平原區(qū)結(jié)核特征,坡麓區(qū)結(jié)核豐度、覆蓋率和類型變化更大。

航次豐富了北京先驅(qū)多金屬結(jié)核礦區(qū)的環(huán)境基線樣品和數(shù)據(jù),并初步開展了參照區(qū)環(huán)境的對比評估。在前期積累的礦區(qū)深海環(huán)境基線數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,初步選劃了環(huán)境影響參照區(qū)和保全參照區(qū)。本航次重點(diǎn)采集了擬選劃的環(huán)境影響參照區(qū)和保全參照區(qū)的地質(zhì)、海洋化學(xué)、物理海洋、生物多樣性等基線數(shù)據(jù),根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)對環(huán)境影響參照區(qū)和保全參照區(qū)環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行了初步對比。結(jié)果表明環(huán)境影響參照區(qū)和保全參照區(qū)的地形地貌、沉積物類型、物理和土工力學(xué)性質(zhì)、溫鹽結(jié)構(gòu)和流場特征相似,環(huán)境影響參照區(qū)與保全參照區(qū)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(yīng)用,創(chuàng)新海上調(diào)查作業(yè)模式。“洞察號”AUV是由北京先驅(qū)聯(lián)合中國科學(xué)院沈陽自動化研究所等國內(nèi)單位研發(fā)的一套6 000 m級深海近底光學(xué)精細(xì)探查系統(tǒng)。本航次中“洞察號”AUV海上試驗持續(xù)10天,試驗作業(yè)水深5 600～5 800 m,近底定高4 m連續(xù)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(jié),最高航速1.6節(jié),單次測線長度約192 km,定向航行均值偏差0.5。試驗結(jié)果表明“洞察號”AUV通過采用輕質(zhì)耐壓復(fù)合材料、整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和低功耗航控技術(shù),極大提高了AUV續(xù)航里程,可超過1 000 km。結(jié)合航次常規(guī)調(diào)查作業(yè)和AUV試驗內(nèi)容,設(shè)計了AUV脫離母船作業(yè)方式——“哨所模式”,即作業(yè)中首先在AUV工作路線上設(shè)置關(guān)鍵點(diǎn)——“哨所”,AUV在近底穩(wěn)定作業(yè)后,母船脫離AUV開展其他常規(guī)調(diào)查作業(yè),結(jié)合AUV行進(jìn)航速和航向,提前到“哨所”監(jiān)視AUV狀態(tài),或者調(diào)整AUV作業(yè)內(nèi)容。實(shí)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(wǎng),調(diào)查作業(yè)效率提高30%～50%。這開啟了AUV調(diào)查作業(yè)的全新模式,將極大改變已有調(diào)查作業(yè)的技術(shù)方法。

航次開展了“曼塔”ROV試驗作業(yè),成功完成采礦試驗區(qū)圈劃。深海采礦試驗區(qū)可為深入了解深海采礦活動對于海洋環(huán)境的影響、研發(fā)綠色環(huán)保的深海采礦技術(shù)提供重要試驗平臺。2022年中國大洋75航次,北京先驅(qū)聯(lián)合上海交通大學(xué)等單位研制的“曼塔號”浮游式采集技術(shù)在礦區(qū)內(nèi)成功完成試驗。本航次使用的“曼塔號”ROV是在此平臺基礎(chǔ)上改造而成,用于在深海海底精準(zhǔn)布放環(huán)境監(jiān)測裝置。“曼塔號”ROV圍繞采礦試驗區(qū)位置基點(diǎn),完成了500 m×500 m試驗區(qū)邊界圈劃,布放了兩處試驗區(qū)邊界標(biāo)識。在距離試驗區(qū)西邊界5 m處和東邊界50 m處分別布放了兩套小型環(huán)境監(jiān)測站和1套20 m近底錨系系統(tǒng)。該項工作將為北京先驅(qū)2025年計劃開展的基于“曼塔號”浮游式結(jié)核采集模式的集礦試驗及環(huán)境影響評估工作提供重要支撐。