走向深海大洋26:劈波斩浪探宝藏

               --“海洋六号”远洋地质调查纪实

发布时间:2017-10-30

 

“海洋六号”科考船使用最新研制的6米深海岩芯取样钻机在西太平洋海底成功实现5.86米富钴结壳岩芯取样。

“海洋六号”在南极开展多道地震勘探。

近日,中国地质调查局广州海洋地质调查局“海洋六号”科考船在西太平洋实现了海洋地质调查多项突破:“海马”号在西太平洋富钴结壳矿区首次搭载ROV钻机作业,首次开展富钴结壳厚度在线声学原位探测,首次在富钴结壳矿区开展6米深海钻机应用……

从多金属结核到富钴结壳,从热液硫化物到深海稀土资源,从南海到南极……几年来,广州海洋地质调查局“海洋六号”科考船和远洋调查研究团队秉持“科学、责任、和谐、进取”的科考精神,克服了常人难以想象的重重困难,不断开拓新领域,探寻深海大洋海底矿产资源,先后执行了10个航次的科学考察,总航程20万公里,历时近1000天,近600人次参加,谱写出中国远洋科学考察和深海资源调查的宏伟篇章。

海底探宝,拓展我国资源战略空间

深海蕴藏着地球上远未认知和开发的宝藏,目前已发现了多金属结核、富钴结壳、热液硫化物和深海稀土等矿产资源,成为世界各国竞相研究开发的对象。

为了维护中国稀土资源大国地位和国际海底权益,2012年,中国地质调查局启动深海稀土资源前期研究。2013年,广州海洋地质调查局“海洋六号”船与远洋调查与研究团队率先在中太平洋开展了深海稀土资源调查,证实了深海沉积物中存在一种有别于陆地的“大洋型稀土”矿床类型。经过2014年~2016年的调查,在中、西太平洋分别圈定两个深海稀土资源远景区,潜在稀土资源量可观,并初步掌握了深海稀土资源分布特征,系统总结了一套行之有效的勘探技术方法。深海稀土资源的调查研究和深海稀土资源成矿远景区的圈定,为今后维护我国在国际海底区域海洋权益奠定了坚实基础。该成果也被评为2013年度中国地质调查十大进展之一。

多金属结核富含钴、镍、铜、锰等重要的战略金属资源,自上世纪70年代末以来,我国主要在东太平洋开展了20多年的调查与研究,中国大洋协会于2001年成功获得了中国第一块多金属结核勘探合同区,之后经过十几年的调查与研究,查明了我国多金属结核勘探合同区的资源状况,确定了可能的试开采矿区,估算了合同区不同类型的资源量。

2012年,“海洋六号”船执行中国大洋27航次科考任务时,在西太平洋海盆发现了大量高覆盖率、高丰度多金属结核,这些结核几乎均为非常完美的球状,且粒径较大,位于海底沉积物与海水界面较浅的位置;而之前发现的东太平洋多金属结核勘探合同区的多金属结核普遍为不规则的椭球状、碎屑状、菜花状、连生体等,大小不一,埋藏相对较深。海上现场对这些多金属结核进行化学元素分析,发现其钴元素高达0.5%,是东太平洋多金属结核钴元素的2~3倍,因此被称为富钴型多金属结核。

2013~2016年,“海洋六号”船继续开展结核调查,并成功将多波束回波探测技术应用于结核勘探中,快速圈定了10多万平方公里多金属结核成矿远景区,初步估算了资源量,拓展了我国多金属结核战略资源空间。

不仅如此,广州海洋地质调查局的海洋地质工作还很好地服务于我国的外交,为我国在大洋申请矿区奠定了重要基础。2011年,我国在西南印度洋成功获得第一块多金属硫化物勘探合同区;2014年在西太平洋成功获得第一块富钴结壳勘探合同区;2015年在东太平洋成功获得第二块多金属结核勘探合同区……截至目前,中国已经成为世界上同时拥有多金属结核、多金属硫化物和富钴结壳资源勘探合同区的国家之一。

科技创新,构建一体化远洋勘探体系

当今世界,海洋科考技术装备日新月异。广州海洋地质调查局远洋调查团队以科技创新为核心,不断探索新技术、新方法的应用,全面提升我国大洋资源及环境调查的能力和水平。

“海洋六号”船是我国自主设计建造的一艘具有国内一流、国际先进水平的综合科学考察船,配置了先进的多道地震采集系统、深海水下遥控探测系统、全海深多波束测深系统、海底原位探测系统、水文调查系统等,安装了高精度的综合导航、水下定位和动力定位等多套系统和辅助设备,同时可为各种移动式调查设备提供测量和实验平台,能满足多学科、多手段综合调查要求。2009年10月入列后,广州海洋地质调查局迅速将“海洋六号”投入远洋调查之中,从2011年开始,已连续6年每年承担长达约200天的远洋调查任务。

2014年,我国自主研发的 “海马”号无人遥控潜水器在“海洋六号”船通过海试验收。2015年,广州海洋地质调查局远洋调查团队将其应用于海山区富钴结壳资源调查,完成了对海底结壳和生物样品的抓取,获取大量的海底高清视频数据,填补了我国海山区资源环境调查手段的一项空白,提升了我国在这一领域的技术水平。

此外,远洋调查团队还及时应用无人无缆遥控潜水器(AUV)、近海底声学深拖等一批高新尖海洋探测装备,获得了一大批高精度、高质量的野外调查资料,全面提升了我国远洋调查的能力和水平。他们紧跟国际技术发展趋势,不断革新技术方法应用,扩展“海洋六号”船配备的EM122多波束系统的用途,将多波束回波探测技术试验性应用于大洋航次调查中,大幅提高资源勘探效率,加速了我国矿区申请和区块优选进度。

在茫茫太平洋开展科学调查,需要团队合作,船舶机械调查设备繁多、天气海况复杂,随时可能出现各种突发状况,困难极大、风险非常高。为合理组织安排生产,保障海上作业安全顺利,远洋调查团队多年来坚持规范管理,不断总结经验,对作业方法分门别类,制定作业流程,不断改进完善,逐步形成了一套依托于“海洋六号”船的远洋调查作业规程。

重力柱状取样是远洋调查重要手段,其操作流程复杂,危险性高,起初需要十几人联合作业近一天才能完成一个站位,经过多年摸索改进,如今六七个人四五个小时就可以完成,安全性和工作效率都大为提高。

“潜龙一号” 无人无缆遥控潜水器AUV是我国自主研发的高新设备,长约3米,重达数吨,系统复杂庞大,其收放流程和应急措施是考验作业母船和团队综合作业能力的两大难题。2013年~2014年,“海洋六号”作为作业母船第一次实施“潜龙一号”调查。AUV作业零经验的远洋调查团队科学组织、合理施工,成功实现了4级及以下海况潜器全天候安全布放与回收,成功率达到100%,为远洋调查大型设备收放作业提供了宝贵经验。

通过对多种调查手段的综合运用,以及多学科专业技术力量的广泛融合,针对多金属结核、富钴结壳和深海稀土等大洋矿产资源调查,广州海洋地质调查局已形成了点、线、面相结合,以“海洋六号”船为依托,多学科、多方法、多手段立体化大洋矿产资源勘查技术方法体系。

海底命名,维护中国海洋权益

大海广阔无垠,但海水覆盖之下的海床并非同样平坦宽阔。海底地貌多姿多彩,既有地形平缓的平原,也有连绵起伏的海岭;既有高耸的海山,也有深邃的海沟。如同陆地的自然地理实体必须赋予名称一样,海底地理实体也应该赋予名称,也就是“海底命名”。

对已确认的海底地理实体进行正式命名已成为国际惯例,这不但有利于海图的编制和海洋科学勘测、开发管理,而且体现着国家对命名海域的管辖权力或科学研究成果。根根据国际海底地名分委会制定的标准,如果一个海底地理实体完全或超过50%的面积位于国家的领海以外,则可向国际海底地理实体命名分委会(SCUFN)申报其命名提案,通过后编入到海底地名辞典中。

中国在上世纪80年代开展大洋矿产资源调查,最初10年“海洋四号”等调查船利用单波束测深设备发现了一些地理实体,也作了暂时命名,如“海洋四号断裂带”“北部海山链”“东部海山区”等。但这些暂时命名缺乏统一规划,经常有一地多名或一名多地的现象。2007年开始,我国开展多金属硫化物资源调查,“大洋一号”和“李四光”号调查船在南太平洋、印度洋、大西洋等海域发现大批地理实体,但也没有正式命名。尴尬的是,中国富钴结壳合同区所在的两个海山早在1997年就由“海洋四号”进行了详细地形测量,我们采用代号方式暂时命名,没有正式命名,数年后被其他国家登记了新地名。

2011年,中国大洋协会成立海底地理实体命名工作组,全面规划和命名大洋矿产资源调查区新发现的地理实体。广州海洋地质调查局地理命名团队在朱本铎教授的带领下,制定了详细的命名规划和命名规定,专门选择了能够体现中国传统文化的一批名字,积极投身大洋协会地理实体命名工作组的工作。命名工作也卓有成效,工作伊始当年就成功申报7个海底地名,鸟巢海丘、彤弓海山群、白驹平顶海山、徐福平顶海山、瀛洲海山、蓬莱海山、方丈平顶海山…… 一批富有诗意的名字,彰显着中国文化的魅力。此后,每年都有一批海底地名提案在国际海底地理实体命名分委会通过。至2016年,工作组命名163个新发现的海底地理实体,地名获国务院批准公布使用,其中63个海底地名获国际海底地理实体命名分委会核准。

海底地理实体的命名工作创新性地提出我国海底地理实体的分级分类体系和命名方案,制定了国际海域海底命名的技术体系,为海底命名奠定了基础;首次提出海底命名地图的编制方法和地理实体的识别技术,并成功应用在向国际海底地理实体命名分委会提交的地名提案上,得到国际同行的认可,使我国的海底命名研究迅速提升到世界领先水平。

勇闯南极,探索极地科考新模式

2016年12月28日~2017年2月10日,“海洋六号”船与“雪龙号”极地科考船共同执行了中国南极第33次科学考察,全体科考队员一起迎风雪、战严寒,克服了南极海域陌生复杂、作业窗口极为有限、气候寒冷、海况急剧变化等极地冰海环境带来的严峻挑战,在精准预报的基础上,经过40多天的艰苦奋战,超额完成航次设计全部海洋调查及登陆考察任务。

这是我国自1990~1991年首次开展南极南大洋综合地质地球物理调查后,时隔26年开展的第二次南极海域综合地质地球物理综合科学考察。此次南极科学考察,创下了我国南极海域地质地球物理实测的几个首次:首次对南极海域进行了大面积、高精度、高分辨率的地球物理调查,为研究南极地质演化与全球气候变化关系奠定了基础;首次开展了大范围、立体式的多波束海底地形探测,获取了南极海底近2万平方千米三维地形地貌高精度资料,可为我国后续科学考察和船舶航行提供水深数据;首次应用我国自主研发的地热探针,采获到南极海底地热流实测数据,填补了我国在高纬度寒冷海域相关探测空白。

习近平总书记在全国科技创新大会上指出:深海蕴藏着宝藏,但要得到这些宝藏,就必须在深海进入、深海探测、深海开发方面掌握关键技术。2016年的国土资源系统科技创新大会也提出了“三深一土”的科技创新战略。向深海全面进军的号角已经吹响,广州海洋局远洋调查团队将在拓展我国在国际海底区域的资源战略空间、全力支撑国家海洋资源保障、维护国家深海权益、建设海洋强国的道路上继续前行!

徐峙 陈惠玲 杨永

 

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