SeaBeam 3030多波束系統在南海冷泉調查中的應用

張建興, 宋永東, 杜增豐, 馬小川, 欒振東, 張 鑫, 3, 閻 軍

SeaBeam 3030多波束系統在南海冷泉調查中的應用

張建興1, 2, 宋永東1, 2, 杜增豐1, 2, 馬小川1, 2, 欒振東1, 2, 張 鑫1, 2, 3, 閻 軍1, 2

(1. 中國科學院海洋研究所, 中國科學院地質與環境重點實驗室, 山東 青島 266071; 2. 中國科學院海洋大科學研究中心, 山東 青島 266071; 3. 青島海洋科學與技術試點國家實驗室, 海洋地質過程與環境功能實驗室, 山東 青島 266237)

在冷泉調查研究中, 多波束系統因其快速高效、成本較低的特點被廣泛應用。本文靶定南海北部陸坡瓊東南盆地冷泉發育區, 介紹了SeaBeam 3030多波束系統在冷泉發育區中的調查應用實例。通過分析多波束水深數據和水體數據, 確定了調查區海底地形地貌以及水體羽狀流特征, 同時對該冷泉區開展綜合調查的必要性進行了初步分析。研究表明, 調查區內地形整體平坦, 水深1 250～1 850 m, 水深向東北方向逐漸加深。調查區不均一麻坑的發育、水體資料清晰顯示的850 m左右高度的羽狀流噴發形態, 可以作為潛在冷泉發育區的有力證據。在冷泉的快速勘查與識別過程中, 自帶水體數據采集成像功能的多波束系統, 可以為冷泉調查提供科學可靠的技術依據。但對冷泉的精細刻畫與成因分析, 還需借助于多道地震、原位觀測、高分辨率攝像等其他探測手段的綜合應用。

多波束系統; 南海冷泉; 水體數據; 麻坑; 羽狀流

海底冷泉主要是指來自海底沉積地層(或更深)的氣體以噴涌或滲漏的方式逸出海底的一種海洋地質現象, 主要成分包括水、碳氫化合物、二氧化碳、細粒沉積物等, 溫度接近于海水溫度[1-2]。冷泉作為重要的深海極端環境系統, 是巖石圈與外部圈層之間進行物質、能量交換轉移的重要途徑[3]。近年來, 隨著海洋調查技術的進步和對海洋認知研究程度的提高, 海底冷泉在近岸淺水區以及陸坡區、增生體復合區等深水區均有發現, 從熱帶到兩極的各大洋中均有分布[4]。冷泉研究之所以備受關注, 主要因為其潛在的能源因素和生態環境效應[5]。從能源角度來講, 海底冷泉對于天然氣水合物資源的勘探具有重要的指示意義; 從生態環境角度來講, 冷泉氣體維持了化能自養生物系統, 與深海極端環境生態系統具有密切關系, 同時, 冷泉中的甲烷氣體在一定條件下可能進入大氣層, 是一種溫室效應氣體, 對全球氣候變化具有重要影響[6]。

在我國, 以南海冷泉的研究程度最高, 目前已發現的南海冷泉主要分布在臺西南盆地、東沙群島、神狐海域、西沙海槽、南沙海槽等區域[7]。海底冷泉調查通常采用海底可視技術、聲吶系統(單波束、多波束、側掃聲吶、深拖等)、地球物理(淺地層剖面、多道地震)、地球化學以及光學探測等手段。由于海底直接觀測的成本高、效率低、風險大, 冷泉區域調查常采用多道地震、側掃聲吶、淺地層剖面、單/多波束測深系統等調查手段[8]。這些手段主要是基于海底活動冷泉氣泡的滲漏、擴散特點, 氣泡與海水形成的強波阻抗界面會被高頻聲波的后向散射記錄下來, 在資料上形成明顯的響應識別特征[5, 9]。在傳統地球物理資料研究的基礎上, 近年來, 原位在線測量技術[10]、數值模擬技術[11]、粒子圖像測速技術[12]等也被廣泛地應用于冷泉形成機制、冷泉流場特征的研究中。

冷泉在海底附近水體中常形成規模毫米級到千米級的羽狀流, 多波束聲吶系統能夠在反映冷泉區麻坑、泥火山等特征地形的同時, 記錄水體中羽狀流特征, 工作效率高、成本相對較低, 是目前冷泉調查的主流探測系統。SeaBeam 3030多波束系統自帶水體數據采集功能, 且數據采集精度高、水柱成像效果優, 是冷泉調查的理想設備。因此, 本文在簡單介紹SeaBeam 3030多波束系統設備參數和工作流程的基礎上, 以2020年中國科學院“科學三號”科考船在瓊東南盆地靶定調查區采集的多波束數據為例, 分析調查區水深、地形地貌和水體數據特征, 探討調查區麻坑、羽狀流發育機制, 論述多探測手段、多資料分析在冷泉調查中的重要性和互補性, 這對冷泉區的快速勘查和識別定位具有重要的借鑒意義。

1 系統主要配置

SeaBeam 3030多波束系統由德國L-3 Communications Elac Nautik Gmbh公司生產, 測深范圍6～ 7 000 m, 最優測深分辨率4 cm, 工作頻率30 kHz, 覆蓋扇區可達140°。等角模式下波束數可達630個, 等距模式下波束數可達918個, 能夠同時采集水深數據、修正的后散射數據、測掃聲吶數據和水柱圖像數據(圖1)。此系統采用先進的發射技術, 可以實現船只艏搖、縱橫搖運動補償。為了提高測量時船只速度, SeaBeam 3030的發射機可以實現每次發射兩個條帶, 即便在惡劣條件下也能得到較好的掃測效果, 測量時最大船速可達13.7節, 大大提高了工作效率。此外, SeaBeam 3030系統提供了豐富的信息采集和處理功能, 它可以采集記錄海底的后向散射強度, 用于進行海底底質分類; 同時水柱成像軟件(Water Column Imaging) 記錄水柱數據, 并且能夠實時顯示船只下方和兩側來自于“水柱”的圖像, 這些目標可能是試驗礦井、噴發流體、坐底潛艇、沉船、魚類或其他生物等。

圖1 SeaBeam 3030多波束系統主要配置

2 系統應用實例

2.1 調查區概況

南海位于太平洋板塊、歐亞板塊和印度洋板塊的交匯處, 是西太平洋水深最深、面積最大的邊緣海[13]。南海北靠華南大陸, 南側延伸至加里曼丹島, 東側為臺灣、菲律賓群島, 西側與中南半島相鄰。自中生代末期以來, 南海依次經歷了古南海、新南海裂開-萎縮兩大邊緣海旋回演化過程, 形成了珠江口、臺西南、瓊東南、中建南等沉積盆地。在斷裂系統控制作用下, 沉積盆地內沉積了豐富的有機質, 具備良好的生烴條件。調查區位于南海北部的瓊東南盆地(圖2), 瓊東南盆地是一個新生代被動大陸邊緣盆地[14], 盆地在古近紀發生張裂, 新近紀發生熱沉降, 盆地內沉積了巨厚沉積物, 最大沉積厚度約12 km, 最大生烴面積約9 000 km2[15]。盆地內上覆第三系上新統和第四系泥巖, 具備異常高壓、高地溫等條件, 使盆地具有豐富的烴類資源。烴類氣體沿盆地內極其發育的斷層和裂隙發生運移, 使該區域成為了南海典型的冷泉活動活躍區, 也成為了我國天然氣水合物研究的重點區域。前人研究發現, 靶定調查區內活動冷泉的釋放形式主要有兩種: 一是以甲烷氣泡形式緩慢逸散入海水, 二是以羽狀流形式快速噴發出海底[12]。

圖2 調查區位置及測線布設圖

2.2 數據采集處理

本次調查區位于瓊東南盆地, 該盆地內發育較大規模的冷泉活動, 是冷泉和天然氣水合物重點調查區域。本次調查目的主要是在靶定調查區內開展多波束調查, 獲取多波束水深和水體數據, 對相關數據進行分析處理, 綜合研究調查區冷泉發育狀況。在2020年外業調查過程中, 臺風活動頻繁、海況較差, 為提高導航、定位精度, 避免因GPS信號中斷、定位導航數據缺失對后處理造成的誤差, 調查過程中采用了Applanix公司的POS MV OceanMaster 慣性導航系統。慣性導航系統具有全天候、不受外界干擾、不向外輻射任何信息等優點, 在多波束作業過程中, 當GPS信號較弱時, 可以結合慣性導航系統提供高精度的導航定位和姿態數據, 這為多波束數據的后處理提供了可靠保障。在測線布設過程中, 依據調查區陸坡構造走向和調查區實際情況, 選擇平行陸坡構造走向布設主測線, 垂直主測線方向布設聯絡測線, 共布設主測線18條, 每條長度76.61 km, 測線間距3 km; 聯絡測線3條, 每條長度54.78 km。設計多波束總工作量共計1 543.32 km(圖2)。

數據采集過程中, 進行了3個站位的聲速剖面測量, 并根據多波束數據質量, 對船速、設備工作模式進行了實時調整, 保證了原始資料的品質。數據采集完成后, 將數據導入Caris Hips & Sips 軟件中進行處理, 經過水深數據加載、聲速校正、數據合并、生成水深曲面、條帶數據編輯、子區數據編輯、水深數據選取等一系列過程后, 導出成果數據, 最終在Surfer、Global Mapper等軟件中進行成圖, 用于后續海底地形地貌及水體特征分析。

3 應用效果分析

3.1 地形地貌特征

經分析發現, 調查區內水深介于1 250～1 850 m之間, 西北、東南處水深較淺, 小于1 500 m, 沿南西～北東方向, 水深逐漸加深, 東北部水深最大超過1 850 m (圖3)。從地形地貌平面圖(圖4)上可以看出, 調查區構造走向為南西-北東向, 地形整體平坦, 沿中軸構造走向方向坡度約0.19°。從?′剖面可以看出, 沿南西-北東方向, 水深逐漸加深, 地形逐漸變低(圖5a), 從?′、?′剖面可以看出, 調查區地形兩側較陡、向中軸線位置過渡為平坦地形(圖5b、圖5c), 整體呈現為一個向東北方向向下傾斜的“凹”字形構造形態。

圖3 調查區水深分布特征

圖4 調查區海底地形地貌分布特征(A-A′, B-B′, C-C′為剖面線位置)

調查區內整體無特殊地貌發育, 但在調查區東南部有規模不一的海底凹坑發育, 結合前人研究調查成果[16], 初步判斷此處可能為麻坑發育區。海底麻坑的形成與冷泉活動具有密不可分的聯系。在冷泉流體向海底緩慢滲漏或者快速噴發的過程中, 可能會對海底細粒沉積物進行剝蝕搬運, 原處形成大小不等、形態各異的海底凹坑, 稱為麻坑。麻坑作為冷泉活動留下的遺跡, 可以作為指示過去以及現在海底流體活動的證據[17]。多波束測深資料系統宏觀地展示了麻坑的下陷地貌形態, 調查區麻坑直徑多在0.68～ 1.72 km范圍內, 形態多呈橢圓形、拉長形等(圖6)。

麻坑典型形態包括圓形、橢圓形、拉長形、新月形及其復合形態等。在不同的海洋環境中, 在底流、滑塌等多種地質營力的作用下, 麻坑大小、形態均會發生迥異的變化。目前, 沒有關于麻坑分類的統一標準。Pilcher等[18]根據長寬比將麻坑分為圓形、橢圓形、拉長形等三類; Hovland等[19]根據形態規模將麻坑分為單元麻坑、正常麻坑、拉長形麻坑、眼狀麻坑、鏈狀麻坑、復合麻坑等6類, 并將直徑大于1 000 m的麻坑成為超大型麻坑。調查區麻坑直徑多大于1 000 m, 屬于超大型麻坑。Sun等[20]在南海西沙西南海域發現了巨型海底麻坑, 這些麻坑直徑1 000～2 500 m, 深度60～100 m, 平面上主要為圓形、橢圓形和新月形, 其形態主要受到流體滲透和底流的共同作用。根據構造特征, 將其分為與氣煙囪相關、沉積邊界相關、傾斜構造相關的麻坑等類型。本調查區位置上毗鄰西沙西南, 因此, 類比推測調查區超大型麻坑的形成同樣是流體滲透和底流作用的共同結果。麻坑下的流體運移、滲透等活動現象在深層、淺層地震資料具有明顯的地球物理識別標志, 沉積物流體地球化學分析也能夠為麻坑流體滲漏成因及形成機制提供直接證據, 因此, 調查區麻坑區的深入研究還需借助地球物理、地球化學等進一步調查分析手段的實施。

圖5 調查區海底地形剖面特征

圖6 麻坑區地形地貌特征

3.2 羽狀流特征

在圖4標記位置處, 發現了氣泡羽狀流, 羽狀流完整形態如圖7所示。在水體影像上, 羽狀流呈火焰狀形態, 在水體中彎曲向上延伸。該羽狀流位置水深約1 765 m, 噴發高度約850～900 m。在羽狀流位置處, 未見明顯的地貌異常, 羽狀流東南部發現有規模不一的麻坑發育。在本次調查中, 不同時刻的羽狀流噴發規模變化不大, 但形態有明顯變化。圖7a、圖7b圖像中顯示的兩次羽狀流數據采集時間相隔約13 h, 對水體數據進行成像發現, 羽狀流形態發生了明顯的變化, 噴發高度相差約50 m。本次發現的羽狀流與鄰近海域發現的羽狀流在形態上是相似的[21], 由于海流的速度在垂向上是不一致的, 因此在不同深度上, 羽狀流的彎曲程度是不一致的。在海底區域, 羽狀流幾乎呈直線上升狀態。

圖7 不同時刻羽狀流形態

利用多波束系統的水體資料, 可以有效地識別羽狀流, 對羽狀流的位置、規模等參數進行描述, 但是多波束系統獲取的是羽狀流縱向、瞬時的特征, 只是對冷泉羽狀流的初步半定量研究, 多用于冷泉的識別和定位[12]。要想對羽狀流進行橫向、長時間序列特征的研究, 深刻解析冷泉滲漏通量、滲漏速度、流場空間結構特征, 在傳統聲學觀測方法的基礎上[22-23], 還需借助其他觀測手段和研究方法, 比如透射聲波法[24]、原位地球化學觀測[25]、視頻分幀技術[26]、粒子圖像測速技術[12]等。調查區內羽狀流在不同時間有不同的規模和形態變化, 這與冷泉氣體通量周期性變化的特點相符。Berndt 等[27]在斯瓦爾巴德島、Hsu 等[28]在臺西南盆地等區域的長時間尺度觀測數據發現, 冷泉活動具有長周期的季節性變化、短周期的日變化等特征。從調查區水體數據成像結果來看, 羽狀流盡管形態有所變化, 但噴發規模較為穩定, 由于羽狀流只是海底氣體滲漏的一種表現形式, 并不能直接確認該羽狀流噴口為冷泉噴口, 只能定義為疑似冷泉區噴口, 倘若對其成因進行確認分析, 還需地球物理、高分辨率攝像等其他探測手段的支持。

羽狀流的形成必須要有充足的氣體供應, 氣源包括深部的熱成因氣、淺部的生物成因氣等。在邊界斷層控制下, 深部油氣藏中的氣體可以沿開啟型斷層通道運移至海底。Brothers等[29]研究指出, 在被動大陸邊緣地區, 深部的甲烷氣體主要以溶解的方式向上運移, 大部分的甲烷氣體在運移過程中被氧化, 這種環境中的羽狀流來源主要為淺層的生物成因氣或者水合物分解的氣體。本文調查區構造上屬于新生代被動大陸邊緣, BSR特征明顯。根據調查區已有研究成果[21, 30], 推測調查區羽狀流的形成可能來自下伏地層水合物的分解。

3.3 冷泉區綜合調查必要性分析

麻坑、泥火山、水合物脊、丘狀體等往往是活動冷泉區的標志性地貌。活動冷泉區氣體的滲漏或噴發通常會在海底形成羽狀流[16]。在冷泉調查中, 海底地形地貌的探測與水體目標物的識別都是至關重要的, 多波束調查資料反映出的冷泉區地質現象也是客觀真實的。與其他調查手段相比, 多波束探測不僅能夠靈敏地響應羽狀流活動特征, 而且能夠實現對地形地貌的全覆蓋調查, 因此多波束調查具有得天獨厚的優勢。本次調查羽狀流的發現正是始于對多波束地形地貌資料的研究, 對多波束測深資料進行現場快速處理, 發現了調查區內有麻坑發育, 在麻坑區周圍布設加密測線, 降低船速, 提高水體數據采集精度與質量, 在麻坑區北部發現了海底羽狀流活動。

但本次調查發現, 調查區內麻坑和羽狀流在位置上并不是一一對應。在麻坑區, 并未發現明顯的羽狀流特征, 這可能是羽狀流規模較小、設備分辨率不夠導致, 也可能是氣體滲漏的間歇性特征導致, 甚至有可能是調查區淺層沉積物內發育良好的橫向運移通道導致。這些假設, 需要對多波束、高分辨率多道地震、淺地層剖面、原位觀測、高分辨率影像等資料進行綜合分析。隨著海洋探測技術及相關理論的成熟發展, 多技術手段的綜合運用, 優勢互補, 可進一步提高冷泉調查的正確性與精確性, 這對冷泉區開展更深一步的立體研究具有重要意義。

4 結論

本文是SeaBeam 3030多波束系統在冷泉系統調查中應用的成功案例。通過在南海北部瓊東南盆地冷泉活動區開展系統調查, 發現了疑似冷泉區, 并對調查區內麻坑以及海底羽狀流特征進行了初步分析。

調查區地形整體平坦, 水深介于1 250～1 850 m之間, 調查區東南部發現規模不一的麻坑發育, 麻坑直徑約0.5～1.2 km; 東北部發現羽狀流, 噴發高度超過850 m, 呈現出蜿蜒向上的火焰狀形態, 羽狀流形態規模隨時間的變化而變化。由于缺乏人工地震勘探、原位觀測等資料支持, 結合前人研究成果, 推測調查區超大型麻坑形態是流體滲透、底流作用共同導致, 羽狀流的形成可能來自下伏地層水合物的分解。

在冷泉調查過程中, 多波束聲吶系統與地球物理、地球化學、原位觀測等探測手段相比, 具有獨特的優勢(效率高、工作成本低、現場快速識別等)。但對冷泉系統的定性及定量刻畫描述以及成因分析, 還需借助其他探測手段的綜合應用。

[1] 陳多福, 陳先沛, 陳光謙. 冷泉流體沉積碳酸鹽巖的地質地球化學特征[J]. 沉積學報, 2002, 20(1): 34-40.

Chen Duofu, Chen Xianpei, Chen Guangqian. Geo-logy and geochemistry of cold seepage and venting- related carbonates[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2002, 20(1): 34-40.

[2] Feng D, Qiu J W, Hu Y, et al. Cold seep systems in the South China Sea: An overview[J]. Asian Earth Sciences, 2018, 168: 3-16.

[3] 吳能友, 孫治雷, 盧建國, 等. 沖繩海槽海底冷泉-熱液系統相互作用[J]. 海洋地質與第四紀地質, 2019, 39(5): 23-35.

Wu Nengyou, Sun Zhilei, Lu Jianguo, et al. Interac-tion between seafloor cold seeps and adjacent hydrothermal activities in the Okinawa Trough[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2019, 39(5): 23-35.

[4] Judd A G. The global importance and context of metha-ne escape from the seabed[J]. Geo-Marine Letters, 2003, 23(3/4): 147-154.

[5] 欒錫武, 劉鴻, 岳保靜, 等. 海底冷泉在旁掃聲納圖像上的識別[J]. 現代地質, 2010, 24(3): 474-480.

Luan Xiwu, Liu Hong, Yue Baojing, et al. Charac-teristics of cold seepage on side scan sonar sonogram[J]. Geoscience, 2010, 24(3): 474-480.

[6] 劉伯然, 宋海斌, 關永賢, 等. 南海東北部陸坡冷泉系統的淺地層剖面特征與分析[J]. 地球物理學報, 2015, 58(1): 247-256.

Liu Boran, Song Haibin, Guan Yongxian, et al. Characteristics and formation mechanism of cold seep system in the northeastern continental slope of South China Sea from sub-bottom profiler data[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015, 58(1): 247-256.

[7] 徐華寧, 楊勝雄, 鄭曉東, 等. 南中國海神狐海域天然氣水合物地震識別及分布特征[J]. 地球物理學報, 2010, 53(7): 1691-1698.

Xu Huaning, Yang Shengxiong, Zheng Xiaodong, et al. Seismic identification of gas hydrate and its distribution in Shenhu Area, South China Sea[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2010, 53(7): 1691-1698.

[8] 韓同剛, 童思友, 陳江欣, 等. 海底羽狀流探測方法分析[J]. 地球物理學進展, 2018, 33(5): 2113-2125.

Han Tonggang, Tong Siyou, Chen Jiangxin, et al. Analysis of detection methods for submarine plume[J]. Progress in Geophysics, 2018, 33(5): 2113-2125.

[9] 段沛然, 欒錫武, 余翼, 等. 海底冷泉氣泡羽流地震波數值模擬[J]. 地球物理學報, 2020, 63(2): 753-765.

Duan Peiran, Luan Xiwu, Yu Yi, et al. Numerical simulation of seismic waves of bubble plumes in submarine cold seepages[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2020, 63(2): 753-765.

[10] 邸鵬飛, 陳慶華, 陳多福. 海底冷泉滲漏氣體流量原位在線測量技術研究[J]. 熱帶海洋學報, 2012, 31(5): 83-87.

Di Pengfei, Chen Qinghua, Chen Duofu. In situ on- line measuring device of gas seeping flux at marine seep sites and experimental study[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2012, 31(5): 83-87.

[11] 劉善琪, 尹鳳玲, 朱伯靖, 等. 冷泉形成的數值模擬研究[J]. 地球物理學報, 2015, 58(5): 1731-1741.

Liu Shanqi, Yin Fengling, Zhu Bojing, et al. Nume-rical simulation on the formation of cold seepage[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015, 58(5): 1731-1741.

[12] 張錕, 宋海斌, 王宏斌, 等. 南海北部瓊東南海域活動冷泉流場特征初探[J]. 科學通報, 2020, 65(12): 1130-1140.

Zhang Kun, Song Haibin, Wang Hongbin, et al. A preliminary study on the active cold seeps flow field in the Qiongdongnan Sea Area, the northern South China Sea(in Chinese)[J]. Chinese Science Bulletin, 2020, 65(12): 1130-1140.

[13] 欒錫武, 張亮. 南海構造演化模式: 綜合作用下的被動擴張[J]. 海洋地質與第四紀地質, 2009, 29(6): 59-74.

Luan Xiwu, Zhang Liang. Tectonic evolution modes of South China Sea: passive spreading under complex actions[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2009, 29(6): 59-74.

[14] 王秀娟, 吳時國, 王大偉, 等. 瓊東南盆地多邊形斷層在流體運移和天然氣水合物成藏中的作用[J]. 石油地球物理勘探, 2010, 45(1): 122--128.

Wang Xiujuan, Wu Shiguo, Wang Dawei, et al. The role of polygonal faults in fluid migration and gas hydrate reservoir forming in Southeast Hainan Basin[J]. OGP, 2010, 45(1): 122--128.

[15] 何家雄, 蘇丕波, 盧振權, 等. 南海北部瓊東南盆地天然氣水合物氣源及運聚成藏模式預測[J]. 天然氣工業, 2015, 35(8): 19-29.

He Jiaxiong, Su Pibo, Lu Zhenquan, et al. Prediction of gas sources of natural gas hydrate in the Qiongdon-g-nan basin, northern South China Sea, and its migration, accumulation and reservoir formation pattern[J]. Natural Gas Industry, 2015, 35(8): 19-29.

[16] 楊力, 劉斌, 徐夢婕, 等. 南海北部瓊東南海域活動冷泉特征及形成模式[J]. 地球物理學報, 2018, 61(7): 2905-2914.

Yang Li, Liu Bin, Xu Mengjie, et al. Characteristics of active cold seepages in Qiongdongnan sea area of the northern South China Sea[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2018, 61(7): 2905-2914.

[17] 羅敏, 吳廬山, 陳多福. 海底麻坑研究現狀及進展[J]. 海洋地質前沿, 2012, 28(5): 33-42.

Luo Min, Wu Lushan, Chen Duofu. Research status and progress of seabed pockmarks[J]. Marine Geology Frontiers, 2012, 28(5): 33-42.

[18] Pilcher R, Argent J. Mega-pockmarks and linear pockmark trains on the west African continental mar-gin[J]. Marine Geology, 2007, 244(1/4): 15-32.

[19] Hovland M, Gardner J V, Judd A G. The sig-ni-ficance of pockmarks to understanding fluid flow pro-cesses and geohazards[J]. Geofluids, 2002, 2(2): 127- 136.

[20] Sun Q, Wu S, Hovland M, et al. The morphologies and genesis of mega-pockmarks near the Xisha Uplift, South China Sea[J]. Marine & Petroleum Geology, 2011, 28(6): 1146-1156.

[21] 劉斌, 劉勝旋. 南海北部陸坡氣泡羽狀流的發現: 多波束水體數據[J]. 海洋學報, 2017, 39(9): 83-89.

Liu Bin, Liu Shengxuan. Gas bubbles plumes obser-ved at north slope of South China Sea from multibeam water column date[J]. Haiyang Xuebao, 2017, 39(9): 83-89.

[22] Westbrook G K, Thatcher K E, Rohling E J, et al. Escape of methane gas from the seabed along the West Spitsbergen continental margin[J]. Geophysical Research Letters, 2009, 36(15): L15608.

[23] Klaucke I, Weinrebe W, Petersen C J, et al. Temporal variability of gas seeps offshore New Zealand: Multi-frequency geoacoustic imaging of the Wairarapa area, Hikurangi margin[J]. Marine Geology, 2010, 272(1/4): 49-58.

[24] 秦華偉, 范相會, 蔡真, 等. 海底冷泉區氣泡流量流速的聲學探測機理研究[J]. 熱帶海洋學報, 2016, 35(4): 35-39.

QIN Huawei, FAN Xianghui, CAI Zhen, et al. Acoustic detection of flow rate and flux of bubbles in cold spring area of the ocean[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2016, 35(4): 35-39.

[25] 趙廣濤, 徐翠玲, 張曉東, 等. 海底沉積物-水界面溶解甲烷滲漏通量原位觀測研究進展[J]. 中國海洋大學學報(自然科學版), 2014, 44(12): 73-81.

Zhao Guangtao, Xu Cuiling, Zhang Xiaodong, et al. Research progress in situ observations of dissolved me-thane seepage fluxed across the water sediment interface[J]. Periodical of Ocean University of China, 2014, 44(12): 73-81.

[26] Wang B, Socolofsky S A, Breier J A, et al. Observations of bubbles in natural seep flares at MC 118 and GC 600 using in situ quantitative imaging[J]. Journal of Geophysical Research Oceans, 2016, 121(4): 2203-2230.

[27] Berndt C, Feseker T, Treude T, et al. Temporal constraints on hydrate-controlled methane seepage off Svalbard[J]. Science, 2014, 343(6168): 284-287.

[28] Hsu S K, Wang S Y, Liao Y C, et al. Tide-modulated gas emissions and tremors off SW Taiwan[J]. Earth & Planetary Science Letters, 2013, 369/370: 98-107.

[29] Brothers L L, Van Dover C L, German C R, et al. Evidence for extensive methane venting on the southeastern U.S. Atlantic margin[J]. Geology, 2013, 41(7): 807-810.

[30] 陳多福, 李緒宣, 夏斌. 南海瓊東南盆地天然氣水合物穩定域分布特征及資源預測[J]. 地球物理學報, 2004, 47(3): 483-489.

Chen Duofu, Li Xuxuan, Xia Bin. Distribution of gas hydrate stable zones and resource prediction in the Qiong-dongnan Basin of the South China Sea[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2004, 47(3): 483-489.

Application of the SeaBeam 3030 multibeam system in cold seepages survey in the South China Sea

ZHANG Jian-xing1, 2, SONG Yong-dong1, 2, DU Zeng-feng1, 2, MA Xiao-chuan1, 2, LUAN Zhen-dong1, 2, ZHANG Xin1, 2, 3, YAN Jun1, 2

(1. Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 3. Laboratory for Marine Geology, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266237, China)

A multibeam sonar system is widely used in the investigation of cold springs because it is fast, efficient, and cost effective. In this paper, we introduce an application example of the SeaBeam 3030 multibeam system in the cold spring development area in Qiongdongnan Basin on the northern slope of the South China Sea. Based on the multibeam depth data and water data analysis, topographic features and characteristics of water plumes in the survey area were determined, and the necessity of conducting a comprehensive survey in the cold spring area was preliminarily discussed. Results show that the terrain is flat as a whole, the water depth of the survey area is 1 250～ 1 850 m, and the water depth gradually deepens to the northeast. The development of uneven pockmarks in the northeast of the investigation area and the submarine plume eruption pattern at about 850 m in the water data can be used as strong evidence for the the potential cold spring development area. In the exploration and identification of cold seepages, the multibeam system with a water column data acquisition function can provide a scientific and reliable technical basis for it.However, the fine characterization and genesis analysis of cold spring need the comprehensive application of multi-channel seismic, in situ observation, high-resolution camera and other detection methods.

multibeam system; cold seepages in South China Sea; water column data; pockmarks; submarine plumes

Jan. 28, 2021

P715.1

A

1000-3096(2022)1-0154-09

10.11759/hykx20210128004

2021-01-28;

2021-03-08

中國科學院海洋地質與環境重點實驗室開放基金(MGE2019KG16); 中國科學院關鍵技術人才項目(2018); 中國科學院戰略性先導科技專項(XDA22050502)

[Openning Fund of Key Laboratory of Marine Geology and Environment of the Chinese Academy of Sciences, No. MGE2019KG16; CAS Key Technology Talent Program, 2018; Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences, No. XDA22050202]

張建興(1990—), 男, 山東青州人, 工程師, 主要從事海底地形地貌、海洋三維可視化研究, 電話: 0532-82898669, E-mail: zhangjx@qdio.ac.cn; 欒振東(1976—),通信作者, 男, 山東青島人, 正高級工程師, 碩士生導師, 主要從事深海探測技術及海底地形地貌研究, E-mail: luan@qdio.ac.cn

(本文編輯: 趙衛紅)