多通道化学传感器及其在热液喷口探测中的应用

热液喷口附近的羽状流中存在明显的化学及浊度异常,通过探测这些异常可判断是否存在热液喷口及确定喷口的具体位置。本文研制了一款可用于探测热液喷口的多通道化学传感器,该传感器具有体积小、精度高的特点,且可在4000米深海中进行工作。该化学传感器共配备五个全固态电极,一个为参比电极,其余四个为离子选择性电极,并且可根据所测量的化学离子进行更换。本文基于该化学传感器共进行了两组实验。在第一组浅海试验中,化学传感器集成了pH,Eh,CO₃^2-和SO₄^2-电极,在浅海海域中测量对应化学量,结果表明该化学传感器可在实际应用中获得高精度、稳定的测量数据。第二组实验为深海热液探测,装配了pH,Eh,CO₃^2-和H₂S电极的化学传感器在西南印度洋中脊区域的29次测线中投入使用,共获得有效数据27组。通过对测量所得到的化学量进行分析,本文提出了一种确定热液喷口的化学异常探测方法,若某时间段内Eh和H₂S的电势降低,而pH和CO₃^2-的电势上升则可判定存在化学异常。利用该方法对27组有效数据进行分析,共发现5个潜在的热液喷口。实验结果表明,该化学传感器可有效地探测由热液引起的化学异常,适用于实际热液探测中。     

热液喷口探测化学传感器的研制及应用*

海底热液喷口周围的水体具有显著的浊度和化学组分异常, 是寻找热液喷口的重要标志。文章提出了一种海底热液喷口的探测技术方法, 设计了低功耗化学传感器。该化学传感器可搭载在相关平台, 实时探测水体的Eh、H₂S、pH及CO₃^2-等电位值, 结合浊度异常, 可以推断热液喷口的位置。在西南印度洋中脊海试结果表明, 该化学传感器可有效探测由热液活动产生的水体异常, 是一种探测海底热液喷口的有效技术。     

用于海底热液pH探测电极自校正的控制技术研究

在海底热液pH值的探测过程中,探测电极的特性会随时间的推移而发生变化。为了实现长期的原位探测,需要一套流体控制系统对探测电极进行自校正与自维护。针对所设计的流体控制系统,遵循低功耗的设计原则,研制了其主控系统,包括硬件设计和软件开发。为了使控制系统能应用于海底热液环境,对其进行了耐压封装设计,并进行了高压水实验,实验结果表明系统在40 MPa的高压下能正常工作。各种测试指标亦表明系统能自动实现pH探测电极自校正与自维护的功能。     

海底热液多金属矿床的研究现况

海底扩张中心的热液矿化作用是国际地球科学研究中最为活跃的领域之一。本文介绍了:1.热液多金属矿床调查的历史沿革;2.九十年代热液多金属矿床的海上调查方法;3.海底热液矿床的赋存条件;4.海底热液矿化作用过程;5.高强度热液活动与地质构造事件;6.热液矿体形状和流体动力学。作者认为,在我国开展太平洋多金属结核资源调查的同时,应对热液矿床的研究给予足够的重视。     

浊度计在现代海底热液活动调查中的应用

无论是深入认识海底热液活动的规律,还是了解海底热液硫化物资源的分布情况,首先需要做的是发现海底热液活动及其产物.因此,用于发现和调查海底热液活动及其产物的技术手段非常重要.目前,进行海底热液活动调查的技术手段有电视抓斗、ROV、AUV和载人深潜器等.但由于使用这类技术设备需要相对高的投入和较复杂的附加装置,而且从电视抓斗、ROV、AUV和载人深潜器本身来讲,它们也有一定的技术限制,调查活动范围有限,不能胜任大面积海底热液活动异常调查工作.因此,载有各种物理、化学传感器和分析仪器的拖曳式走航连续观测系统仍是海底热液活动调查技术方面的一个重要发展方向.例如,美国、英国等先后投资研制了多种拖曳式设备,可进行海底地貌成像、电磁场、CTD、以及化学和物理多参数的测量,为发现和确定海底热液喷口位置起到了巨大的作用.     

应用磁力仪探测海底电缆方法的探讨

我国沿海大中城市的近海海域，由于经济建设和对外开放的需要，已敷设了很多通讯电缆和电力电缆（下面统称海底电缆）。这些海底电缆有的敷设时间很早，已经失去使用价值，有的目前虽尚在使用中，但经过了岁月的变迁，这些海底电缆在海域中的坐标有了变化，有的是否仍存在于该区海域中还不能完全肯定。此外，过去敷设海底电缆时的定位设备还存在很大误差，因而其目前真正的位置有待确定。为了适应沿海城市的经济发展，必须敷设新的海底电缆（如通讯光缆等），新敷设海底电缆的路由线经过的海域存在着早期已敷设过的海底电缆，为了探明其与准…     

电磁方法在海底多金属硫化物探测中的应用

海底硫化物矿体的三维展布是当前大洋调查急需解决的关键问题,在陆地上电磁方法一直是解决矿产资源三维问题的重要手段之一。2011年我国自主研发了调查海底多金属硫化物的瞬变电磁设备,并于2011年6月在中国大洋第22航次第5航段中的大西洋中脊“贝利珠”热液区( 13.2°S、14.4°W)进行了试验,取得了我国首批海底热液区的瞬变电磁资料。本文对这批资料进行初步分析,阐述一种新的海底硫化物探测方法及其试用结果,得到的视电阻率断面与热液区的实际有很好的对应关系,从2条测线的实测结果来看,设备的探测深度达到海底面以下50~100 m。在本次试用过程中,较好验证了自主研发的深海瞬变电磁设备、获得的数据以及探测深度的可靠性。     

深海热液区底栖生态环境探测技术研究进展

针对热液区生态科学研究和海底硫化物可持续开采所需的底栖生态环境探测,本文阐述了热液区的生态环境特点,以及热液区多金属硫化物开采存在的潜在环境问题。之后,归纳海底取样和光学影像调查等常用方法并指出存在调查点原有生态的破坏问题。梳理国内外发展的光学类和化学类深海原位生态环境探测传感器及国内投入海洋科考的深海着陆原位探测平台。对比当前应用于海洋发声物种识别的模式识别算法,分析虾蟹类栖息地声信号的探测方法。最后,对降低取样及影像调查对环境的影响、深海生态环境原位探测传感器的性能优化和虾蟹类栖息地生境声学探测技术等进行展望。本文将为热液区底栖生态环境探测方法研究提供参考。     

我国海底热液活动研究的阶段性进展与展望

海底热液活动调查研究是深海进入、深海探测和深海开发的切入点之一。近十年来,中国在西太平洋弧后盆地、东太平洋海隆、大西洋洋中脊和印度洋脊,发现了一批新的海底热液活动区,围绕着热液活动区的硫化物、流体、热液柱、生物等热液产物开展了调查研究,构建了海底热液地质学,提出了热液活动、冷泉及天然气水合物的同源异汇假说,出版了《海底热液地质学》、《现代海底热液硫化物成矿地质学》、《现代海底热液活动》、《东太平洋海隆热液地质》专著,获得了一批调查研究成果。未来,聚焦海底热液活动的深部过程及其资源环境效应关键问题,发展海底热液活动探测技术,拓展极地海底热液活动调查研究新领域,围绕烟囱体、热液柱、含金属沉积物、流体以及热液区生物等热液产物,开展深入、系统的调查研究工作,无疑将推动海底热液地质学取得新的进展。     

海底热液喷口流体中H2S浓度数据统计及其探测技术进展

统计了全球38个热液活动区264个热液喷口流体样品中的H_2S浓度数据,结果表明H_2S浓度主要受岩浆去气、水岩反应、相分离作用影响,而广泛使用的非气密保压采样技术不能反映原始喷口流体状态和化学组成,可能会造成H_2S浓度测量误差。为了提高测量数据的精度,一方面需要进一步发展气密保压采样技术,以提高样品的保真水平;另一方面利用深海原位电化学传感器或拉曼光谱系统进行海底原位探测也将是一个重要的发展方向。     

大西洋中脊Logatchev热液区的地球物理场研究

利用"大洋一号"首次环球科考获得的地球物理资料,通过对多波束地形和地磁异常的解译,对大西洋Logatchev热液区的地球物理场特征进行了研究,研究结果表明 Logatchev热液喷口位于裂谷东侧的滑塌体上,处于南北地磁正负高值异常中心之间的缓冲带上,新发现的磁异常区与热液喷口区具有相似的特征,推测为未来的热液矿区。区内南西西-北东东和北-南向断裂不仅控制了基底深度和隆坳结构,也控制了超基性岩和热源磁性层的分布,因此它的形成与交叉切割的拆离断层、超基性岩、海洋核杂岩和重力滑塌有关。     

Spatial distribution pattern of seafloor hydrothermal vents to the southeastern Kueishan Tao offshore Taiwan Island

Investigations of the diffusion activities both within and outside the seafloor hydrothermal vents, as well as related mineral genesis, have been one of the key focuses of ocean biogeochemistry studies. Many hydrothermal vents are distributed close to the southern Okinawa Trough on the less-than-30-m deep shallow seafloor off Kueishan Tao, northeast of Taiwan Island. Investigations of temperature, pH and Eh at four depths of hydrothermal plume were carried out near Kueishan Tao at the white(24.83°N, 121.96°E) and yellow(24.83°N, 121.96°E) vents. An 87 h of temperature time series observation-undertaken near the white vent showed that tide is the main factor affecting the background environment. Based on the observed data, 3-dimensional sliced diffusion fields were obtained and analyzed. It was concluded that the plume diffused mainly from north to south due to ebb tide. The yellow vent's plume could effect as far as the white vent surface. From the temperature diffusion field, the vortices of the plume were observed. The Eh negative abnormality was a better indicator to search for hydrothermal plumes and locate hydrothermal vents than high temperature and low pH abnormalities.     

集成深拖与AUV对洋中脊热液喷口的联合探测

热液喷口探测是目前国际上的热点,探测技术方法也多种多样。阐述了集成深拖与自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)探测技术,重点介绍了集成深拖的组合特性。针对热液喷口的探测需求,根据集成深拖与AUV两种方法的优点,提出两种技术方法的联合探测。以一个实际探测的区块为例,讨论了两种方法联合探测的实效性。指出该技术方法可更快速地探测热液的异常范围,同时可降低AUV下潜的盲目性,也可以减少AUV的下潜次数,节约了海上调查时间,提高探测效率。最后指出了现场探测与数据分析需进行深拖位置校正和关注底流及地形对热液羽状流空间分布的影响两个重要问题,为未来的热液探测提供了指导作用。     

西南印度洋49°～56°E洋脊段的热液羽状流:来自深水中的氦同位素异常证据

海水中的氦同位素能对海底热液活动进行有效示踪。本文对在西南印度洋49°~56°E洋脊段采集的5条CTD拖曳剖面共14件深水样品进行了氦氖同位素分析。通过分析水体中存在的氦同位素异常,探讨调查区热液异常的特征和热液羽状流的分布。分析表明,5条CTD剖面均存在δ3He异常,其中CTD7-2(位置:37.927°S、49.412°E,水深2 140m,离底高度100m)的δ3He值最大,达到49.2%。根据δ3He分布特征,认为调查区内存在至少6处热液羽状流,其中37.927°S、49.412°E以西数千米范围内可能存在海底热液喷口。     

Microbial community structure and diversity in deep-sea hydrothermal vent sediments along the Eastern Lau Spreading Centre

The aim of this study is to investigate microbial structures and diversities in five active hydrothermal fields’ sediments along the Eastern Lau Spreading Centre (ELSC) in the Lau Basin (southwest Pacific). Microbial communities were surveyed by denatured gradient gel electrophoresis (DGGE) and clone library analysis of 16S rRNA genes. The differences in microbial community structures among sediment samples from the five deep-sea hydrothermal sites were revealed by DGGE profiles. Cluster analysis of DGGE profiles separated the five hydrothermal samples into two groups. Four different 16S rRNA gene clone libraries, representing two selected hydrothermal samples (19-4TVG8 and 19-4TVG11), were constructed. Twenty-three and 32 phylotypes were identified from 166 and 160 bacterial clones respectively, including Proteobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Nitrospirae and Planctomycetes. The phylum Proteobacteria is dominant in both bacterial libraries with a predominance of Gamma-Proteobacteria. A total of 31 and 25 phylotypes were obtained from 160 and 130 archaeal clones respectively, including Miscellaneous Crenarchaeotic Group, Marine Group Ⅰ and Ⅲ, Marine Benthic Group E, Terrestrial Hot Spring Crenarchaeota and Deep-sea Hydrothermal Vent Euryarchaeota. These results show a variety of clones related to those involved in sulfur cycling, suggesting that the cycling and utilization of sulfur compounds may extensively occur in the Lau Basin deep-sea hydrothermal ecosystem.     

一种深海热液原位探测设备供能装置的设计

为了解决深海热液原位探测设备的能量供给问题,设计了一种实用的供能装置.该供能装置采用了一种定制的高能量密度电池,电池组的容量达31.5 Ah,最大输出电压为12 V.供能装置的耐压壳体采用了压力容器的设计原则进行设计,其最大承受压力达70MPa.放电实验表明该供能装置具有较稳定的放电电压;海试实验表明该供能装置能用于深...     

构造地质过程对冲绳海槽热液活动及成矿作用的控制研究综述

在对冲绳海槽及邻区构造地质学和热液地质学调查研究成果进行全面总结的基础上,将深部地球动力学机制、冲绳海槽形成演化、岩浆作用过程、热液系统结构、流体循环模式和成矿作用特征等多方面的问题,纳入到统一的框架下,探讨了冲绳海槽构造地质过程对热液活动和成矿作用的控制机理。分析认为,区域中尺度地幔流引起了东亚大陆边缘岩石圈向东的蠕散,并驱动了菲律宾海板块沿琉球海沟向欧亚板块之下的俯冲。在弧后小尺度地幔对流、岩石圈减薄、板片反卷和俯冲后退的共同作用下,冲绳海槽发生弧后张裂。张裂作用在岩石圈内形成了网状破裂系统,为岛弧和弧后岩浆上涌提供了通道,并且引起了不同来源岩浆的干扰和混合。侵位到地壳浅部的岩浆为热液活动提供了热源和主要成矿物质来源,是影响热液活动分布的主要因素。沉积层覆盖改变了流体的浅部循环结构和原始流体成分。热液区内普遍存在的流体相分离过程,导致了广域成矿作用的发生。