广州海洋地质调查局：给海洋做“三维彩色B超” - 海洋地质热流测量

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中国地质调查局广州海洋地质调查局（以下简称“广州海洋局”）在开展海域天然气水合物调查中，使用了十八般“医学仪器”对重点调查区域进行体检，以详细了解该区域的海水物理化学性质、海底地形地貌特征以及海底以下地层结构与构造，为后续的天然气水合物研究提供基础数据。

　　如果说热流测量是“量体温”、海水取样是“抽验血”、多道地震是“CT”、地质取样是“组织化验”，那么多波束水深测量、多波束回波强度测量与多波束水体测量则是不折不扣的由表及里的“三维彩色B超”，能够快速查找与识别海水中的目标物，并且能够对目标物进行非常精确的定位，揭示目标物的形态与大小。除了可以探测海底的地形地貌特征外，还可以窥视水体里的异常特征体。近年来，通过运用多波束技术，探测海底羽状流，在天然气水合物调查中发挥了独特作用。

　　羽状流是海洋内部物理性质与周围海水存在差异的羽毛状流体的简称。当来自海底地层之下的气体或流体以喷溢或渗漏的形式进入海底附近，会形成与周围海水物理性质相异的羽状、柱状、鞭状等各种形状的局部异常海水。当其温度与周围海水温度相似时，称之为“冷泉”，反之则为“热泉”。由“冷泉”与周围的海水、菌席、管状蠕虫、双壳生物、甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌等产生一系列物理、化学及生物作用，这种作用及产物被称为“冷泉系统”，又称海底甲烷渗漏系统。因此，“冷泉”的存在往往与天然气水合物渗漏相关。

　　多波束“三维B超”不同于其他的单波束水深、重力、磁力等线状测量，也不同于单道地震、多道地震、浅层剖面、侧扫声呐等面状测量，它可以对海洋进行立体探测。根据水深的不同，通过布设合理的测线间距，可以对海底以上一定水深范围的海水进行全覆盖三维立体探测。羽状流通常持续喷溢或渗漏于海底，多波束“三维B超”可以进行大面积的无缝海底羽状流探测，进而高效、完整地揭示羽状流的形态与大小。羽状流规模有大有小，大者直径与高度均超过1000米，小者如涓涓细流。相同水深的调查区，羽状流规模越大，则越容易被探测到。

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　　对某一调查区进行大面积的“三维B超”，测量时间可能超过十天，或者半个月，或者更长时间，数据量大小也可能超过几十或者上百GB。由于测量时间长、干扰信号众多、有效信号弱小，多波束“B超”不可能像医学B超一样实行人工连续不间断地实时监视着电脑屏幕，而是采取野外记录测量数据、室内后处理分析的分工合作方式。测量数据需要通过大量复杂的运算后，由经验丰富的专业技术人员进行综合对比分析，以便从众多的来自其他的干扰信号，例如船舶噪声信号、机械震动、海洋风浪噪声以及其他仪器发射的声学信号中识别出羽状流反射信号。一旦探测到羽状流，便可以提取羽状流的各种特征数据，例如羽状流各个反射点的经纬度坐标位置、水深值、反射强度与采集时间等等，用于绘制羽状流的三维立体图。羽状流三维立体图为研究人员提供了非常直观、逼真的可视化资料，既可以从全方位的视角呈现羽状流，同时也可以呈现羽状流周围的地形地貌与海洋地质环境。

　　近年来，广州海洋局“海洋六号”科考船在南海北部陆坡的东沙海域、神狐海域与琼东南海域进行天然水合物资源调查时，利用多波束水体影像资料处理技术发现了多个正在喷溢的羽状流。羽状流的高度约700～800米，直径约20米，由于海流、潮流等因素的影响，羽状流均呈炊烟弯曲状。为了验证“海洋六号”船测量结果的可靠性，利用“海洋四号”船的多波束系统在相同的位置同样探测发现了正在喷溢的冷泉羽状流，形态规模与“海洋六号”船探测到的十分相似，进一步证明了多波束系统探测“冷泉”的可靠性。

　　多波束水体影像资料处理技术为天然物水合物的立体研究提供了一种新型的、科学可靠的技术手段，为精确靶点提供了大量可靠信息，在试采井位的选取发挥了重要作用。

（作者系中国地质调查局广州海洋地质调查局处理所教授级高级工程师，在多波束测深、多波束水体影像、多波束海底底质分类等高频声学研究方面多有深耕建树。）

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文章来源：文章来源：中国地质调查局广州海洋地质调查局。

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