多参数CTD测量在富钴结壳环境调查中的应用

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1、第39卷第4期2015年12月地质学刊JournalofGeologyV01．39No．4Dec．，2015doi：10．3969／j．issn．1674—3636．2015．04．652多参数CTD测量在富钴结壳环境调查中的应用郭斌斌1⋯，刘方兰1⋯，李琦1’2(1．广州海洋地质调查局，广东广州510075；2．国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东广州510075)摘要：传统温盐深测量及采水作业中，通过水样现场化学测试获取水体附加参数的方法具有低效、不适宜气体测量、结果分辨率低等缺点。结合前人在附加传感器应用上所做的工作，借鉴国外海洋物理调查的先进经验，提出将水样现场化学测试

2、与传感器方法相结合的多参数CTD测量模式。西太平洋麦哲伦海山群M海山的应用试验证明，该模式能满足富钻结壳环境调查的需求，更加高效、准确、精细地揭示多项环境参数特征。关键词：CTD；富钴结壳；环境调查；西太平洋中图分类号：P716+．1；X145文献标识码：A文章编号：1674—3636(2015)04—0652—050引言20世纪70年代起，富钴结壳的潜在经济利益为人们所认识，各发达国家纷纷投入相应的调查和研究。中国作为海洋大国，深知其间涉及的国家利益和商业利益，于20世纪90年代中期开始富钴结壳调查工作(何清华等，2005)。目前，富钴结壳资源调查集中在中、西太平洋，这与太平洋

3、海底的特殊地质条件及富钴结壳的成矿机制有关(张富元等，2001)。富钴结壳主要生长于碳酸盐补偿深度(CCD)以上、最低含氧层中或以下，并且最低含氧层也可能担任物源输送通道的作用(武光海等，2001；Martinetal，1985)；Hein(1992)发现底流能量与结壳外形存在关系；南极底层流与微生物也是重要的环境因子。另外，随着大规模勘探开发活动的开展，国际社会也开始关注其可能引起的环境问题，环境调查开始成为富钴结壳资源调查中不可或缺的一环。综上，富钴结壳环境调查具有2层重要意义：开展自然环境变化基线调查研究，以评价深海采矿活动对环境的影响程度；研究最低含氧层、底层流等富钴结壳

4、成矿因子(梁楚进等，2004)。在富钴结壳环境调查中，温盐深测量及采水分析是最基本的手段，可以为其他环境研究工作提供背景参数。基于前人在CTD测量及传感器研制领域的相关研究成果，提出一种多参数CTD测量模式。l国内技术现状温盐深测量及采水，即使用CTD实时观测压力、温度、盐度参数，并对采集的非连续水样进行实验分析，得到叶绿素、pH值以及溶解氧等其他参数(图1)。SBE9plusCTD(美国海鸟公司)常规搭载24瓶8L采水瓶，是富钴结壳调查中使用的主流设备。对于以上技术，采水深度的选择一般通过预测目标参数的拐点深度或参考标准经验层位，存在不确定性。另外，水样现场化学测试方法费时费力

5、，多专业需求让水样分配成难题；非原位气体测量易引入误差；非连续采水获得的样本有限，这决定了方法的低垂向分辨率，低采样频率也必然会忽略海洋中的小尺度时间和空间变化。与水样现场化学测试方法相比，传感器方法显得更加方便、经济、高效。全剖面采样的特点弥补了人为预测中存在的不确定性，避免错失海洋中的某些特殊现象。赵卫东等(2000)指出了化学传感器从污水应用转向海洋应用所存在的问题，并就20世收稿日期：2015—07—09；修回日期：2015—08—05；编辑：侯鹏飞，陈露基金项目：国家海洋局大洋“十二五”项目(DYl25—13一R一01、DYl25—13一R一04、DYl25—13一R一

6、05、DYl25—13一R一09)作者简介：郭斌斌(1990一)，男，工程师，主要从事海洋物理调查及研究工作，E—mail：603764550@qq．eom第39卷第4期郭斌斌等：多参数CTD测量在富钴结壳环境调查中的应用图1传统温盐深测量及采水示意图Fig．1Sketchshowingtraditionaltemperature，salinityanddepthmeasurementandwatersampling纪60年代末以来海洋化学传感器的研制情况进行了总结。夏达英(1997)描述了我国发明的水中荧光剂，并在不同水质的海区进行试验，获得了大量实践经验。刘长华等(2008)

7、则对浊度计在海底热液活动调查中的应用进行介绍，分析该技术的改进方向。戴民汉等(2001)对国际上的化学生物传感器及其海洋环境现场监测手段进行了详细介绍，为我国在该领域的发展提供借鉴。可见，20世纪60年代末以来，我国一直致力于多参数传感器的研制工作，并取得了相应进展。目前，商用可集成的附加传感器种类繁多，可分别针对溶解氧、叶绿素、浊度、pH值及CDOM等参数进行测量(图2)。为推广附加传感器，主流CTD厂商一般捆绑销售合作方的传感器产品，但国内的调查人员并不会实际使用它们，依旧更