海底多金属结核和富钴结壳与多波束回波强度的定量关系模型研究

Multi-metal nodules on deep-sea basin and cobalt-rich crusts on seamount are two kinds of important marine mineral resources. Geological sampling and traditional geophysics methods have been used to explore these two kinds of resources. Recently, new geophysical method of multi-beam backscatter are used to explore multi-metal nodules and co-rich crusts. However, some questions as follows have not been solved: (1)The quantitative relationship between multi-beam backscatter characteristics and particle size and abundance of nodules is not clear; (2)The quantitative relationship between multi-beam backscatter characteristics and several geological types of seamount, such as co-rich crusts, carbonate rocks, calcium-pelagic sediments and debris flows, are also not clear. Therefore, in this project some critical studies as follows are conducted: the critical processing technology of multi-beam backscatter data, the quantitative relationship model between multi-beam backscatter characteristics and multi-metal nodules, geological types of seamounts, such as co-rich crusts and sediments, through GSAB modeling method. The studies in this project are in order to improve the efficiency of resources exploration, and to accelerate the process of contract area application and block abandon.

多金属结核和富钴结壳是赋存于大洋深海盆地和海山的两种重要固体矿产资源，它们在海底的分布特征和规律研究一直是国内外学者研究的重点。目前主要利用传统地球物理和地质取样技术进行探测，随着海底探测技术的不断发展，国内外学者开始利用多波束回波强度数据识别海底多金属结核和富钴结壳分布。然而，多金属结核粒径大小和丰度与回波强度之间的定量关系，以及富钴结壳海山几种声学底质类型的定量关系不甚清楚。为此，本项目拟开展多波束回波强度数据关键处理技术研究，不同粒径和丰度多金属结核、富钴结壳，及其周边深海沉积的回波强度特征研究，利用GSAB模型建立它们之间的声回波强度定量关系模型。最终服务于多金属结核和富钴结壳资源勘探和评价，提高勘探效率，加快矿区申请和区块优选进度。

本项目主要基于2014-2016年“海洋六号”科考船在西太平洋海山-海盆获取的EM122多波束回波强度和测深数据、并结合海底视像和地质取样资料，经过三年系统研究，基本建立了适用于深海矿产资源探测与评价的多波束回波探测技术体系，掌握了海底富钴结壳、不同丰度多金属结核、钙质远洋沉积和深海黏土沉积的多波束回波强度响应特征；并利用GSAB (General Seabed Acoustic Backscatter)声学模型，首次系统地建立了海山-海盆多金属结核、富钴结壳、钙质远洋沉积、深海黏土沉积等不同底质类型与回波强度的定量关系模型。研究结果显示，富钴结壳和高丰度多金属结核（丰度约40kg/m2）表现为均一的高回波强度特征，与海山钙质远洋沉积和海盆深海黏土沉积具有明显的回波强度差异，其差异高达近20dB；海盆高丰度多金属结核与海山富钴结壳较深海黏土沉积和远洋钙质沉积，显示为明显的高BS45°值（入射角45°时回波强度值），Lambert水平，但低反射水平，表明高丰度结核和富钴结壳区为硬且较粗糙的底质类型，远洋沉积区表现为高反射系数、低坡度变化的软且光滑的底质类型。.同时，主要利用2015-2016年获取的浅地层剖面资料，对中国富钴结壳合同区海山采薇平顶山群和嘉偕平顶山群沉积特征进行了较为系统的研究，揭示了海山钙质远洋沉积、鲕粒灰岩沉积和泻湖沉积三个沉积层序，并得出与海山山顶富钴结壳分布密切相关的钙质远洋沉积厚度信息，在此基础上勾画了海山富钴结壳资源远景区。.该项目研究成果及时服务海底资源勘探，应用效果显著，极大地促进了我国在国际海底区域进行海底矿产资源探测的效率和精度，一方面为我国在西太平洋第三块多金属结核矿区的成功申请提供了关键技术支撑，另一方面密切服务于我国西太平洋富钴结壳合同区资源评价和区块优选和放弃。受本项目资助共发表学术论文5篇，其中SCI收录3篇。