侧扫声呐在富钴结壳探测中的应用前景

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1、第40卷第2期2016年6月地质学刊JournalofGeologyV01．40No．2Jun．，2016doi：10．3969／j．issn．1674—3636．2016．02．320侧扫声呐在富钴结壳探测中的应用前景冯强强，温明明，牟泽霖，柴神(广州海洋地质调查局，广东广州510075)摘要：随着富钴结壳勘查工作的深入和我国深水调查设备的快速发展，侧扫声呐将会广泛应用于结壳区的调查中。介绍了声学遥测方法侧扫声呐的工作原理，分析了已经在结壳区获取的侧扫声呐数据，列举了在将来的勘查中可能用到的新的侧扫声呐技术和数据解释技术。认

2、为传统的调查手段存在一定的局限性，侧扫声呐的使用将会丰富结壳区的勘查手段，促进富钴结壳区的资源评价和圈矿工作。关键词：侧扫声呐；圈矿；富钴结壳中图分类号：P631．5+21；P744．3文献标识码：A文章编号：1674—3636(2016)02—0320—060引言富钴结壳又称富钴铁锰结壳、铁锰结壳、钴结壳等，是一种锰铁氧化物和氢氧化物沉积矿产，主要以板状、砾状、结核状、碎块状等形态分布于海山区平缓的裸露基岩上或者钙质沉积物之下(潘家华等，2002)，富含Fe、Mn、Cu、Co、Ni、Zn、稀土等多种元素，是许多金属和稀土元素

3、的重要潜在来源。另外，富钴结壳对于古海洋和古气候以及海洋学的研究也有着重要意义。因此，自20世纪80年代以来，美国、俄罗斯、德国、日本、法国、韩国、中国等针对富钴结壳相继开展了一系列综合调查和研究工作。随着《联合国海洋法公约》以及联合国国际海底管理局制定的相关勘探规章的出台，各国开始对除一些大洋岛屿国家专属经济区外的富钴结壳资源展开了国际海域海底结壳矿区的调查和评价工作，被称作蓝色圈地运动(杨胜雄等，2006)。我国从20世纪90年代后期开始在太平洋麦哲伦海山区、马绍尔群岛海山区、马尔库斯海脊、威克海岭、中太平洋海山区和莱恩群

4、岛海山区等国际海底区域持续开展了富钴结壳资源调查(马维林等，2007)，从地形地貌、地球物理、海洋环境、基岩及表层沉积物、矿石矿物学、地球化学等方面对富钴结壳资源进行了系统研究。目前，在富钴结壳调查中使用的手段主要有卫星遥感系统、多波束水深测量、深海摄像、电视抓斗、拖网、浅钻、浅地层剖面测量等。侧扫声呐测量是一种声学遥测方法，具有精确、经济、高效的特点。国内外学者对其资料处理和海底特征提取及分类技术已经开展了一系列的研究工作，是一种成熟且有效的海底分类方法。但是，受水深以及设备开发的制约，这种方法在富钴结壳的勘查中只进行过试验

5、性的使用。随着海洋调查技术的快速发展，侧扫声呐的广泛使用将会对富钴结壳区的矿区边界识别、结壳覆盖率的计算有很大帮助，对于整个富钴结壳资源的评价和圈矿工作有着重要的意义。1侧扫声呐探测的基本原理侧扫声呐主要用于海底测绘研究，这种技术初始用来探测潜水艇和海底目标物，随后被广泛应用于海洋地球物理和地质工作中，如海底形态和沉积分类、生物群落和珊瑚礁的分布、特殊目标物的识别(沉船、水雷等)(Sakellafiou，2007)、工程施工(疏浚、海上平台建设、海底光缆铺设)、环境调查等(Savini，2011)。收稿日期：2015—06—3

6、0；修回日期：2016-02-02：编辑：陈露基金项目：国家海洋局项目“富钴结壳资源勘查技术方法体系与勘查方案研究”(DYl25一13一R—09)、“富钴结壳勘探区资源综合评价”(DYl25—13一R—01)、“富钴结壳成矿演化模型研究”(DYl25—13一R一05)作者简介：冯强强(1987一)，男，工程师，硕士，从事海上探测技术方面的研究工作，E-mail：jianfeizaixian@163．corn第40卷第2期冯强强等：侧扫声呐在富钴结壳探测中的应用前景321典型的侧扫声呐装置主要由数据显示和记录单元、数据传输和拖曳

7、电缆、水下声波发射和接收换能器组成(图1)。其探测原理是利用海底表面物质背散射特征的差异来判断目标物的沉积属性或形态特征。侧扫声呐作业时向两侧发送宽角度(垂直方向)声波波束，可以覆盖海底大面积区域，通常单侧每个条带探测宽度可以达到数十米到数百米，然后接收海底返回的背散射数据对海底进行成像。根据不同的探测目的，可以选择不同频率的发射波束，范围从lkHz到1MHz，例如，对海底底栖环境的探测一般选择较高频率(>50kHz)的侧扫声呐才能获得海底表层特征，如沉积类型、出露岩石、海底形态(沙坡、沟壑等)和其他海底表面的结构体。图1拖曳

8、式声呐拖鱼作业图(据SakeUariou，2007)Fig．1Towedfishdiagramusingtowedsonar(afterSakellariou，2007)为了获得高分辨率和大覆盖范围的背散射数据，这些声信号被设计成沿船航行轨迹方向很窄而垂直于船航行轨迹方向很宽