海洋智能无人系统技术：水下热液站点图像观测结果

南马里亚纳海峡是TAIGA项目的密集研究区之一。在该区域已知三个活跃的轴外热液位点以及在后弧扩散轴上的另外两个位点。Archaean站点位于轴向高处（图13.18），Pika站点和Urashima站点位于轴外山丘的顶部和底部（图13.21）。

图13.18　使用安装在AUVUrashima上的Edgetech2200系统（120 kHz）获得的Archaean热液场和周围海底的侧扫声呐图像

较暗的颜色表示较低的反向散射强度。虚线表示YK1011巡航期间潜水器Shinkai6500的轨迹。蓝线和注释显示通过安装在AUV上的Seabeam2112系统（11 kHz）获得的背景测深。正方形是图13.19的位置。图（右下）是该区域的热液位置的位置图。五角星表示轴上和轴外热液位。双头箭头表示水深测量的山谷局部趋势。

这些位置距离扩散轴5 km，沿着几乎垂直于扩散轴的单线。为了研究这些热液站点的地质背景，并了解这些地点在热源或构造背景方面是否相互关联，研究团队使用AUVUrashima在进行了高分辨率声学观测，并使用潜水器Shinkai6500进行了目测对比。本节将提供在三个离轴热液站点（Archaean、Pika和Urashima站点）的调查结果。

AUVUrashima获得的声学数据集是从船上的数据记录器中提取的。使用软件Clean Sweep3（Oceanic Imaging Consultants，Inc）处理和拼接转换的SSS数据；使用软件HIPS和SHIPS（Caris）处理测深数据，并使用Generic Mapping Tools软件程序（Wessel和Smith，1991）绘图。

测深数据中的缺陷和伪影发生在Archaean站点顶部和Pika站点所在的离轴山丘附近。在调查区域的某一部分，SSS图像的质量很低，这由于在这些潜水期间AUV的不稳定姿态控制引起的，主要是受到DVL性能不佳的影响。

参考许多先前关于洋中山脊的研究，研究团队将声呐图像上的模式解释为地质特征。通常，熔岩露头具有高后向散射特征，而被沉积物覆盖的海底具有较低的后向散射特征。被沉积物覆盖的海底显示出较高的后向散射强度。声学阴影用于估计海底结构的高度，可以从基于背散射强度和声学阴影和分布的模式识别的相获得地质信息。

13.4.3.1　Archaean站点观测结果

Archaean站点位于轴向高处脚下约60 m高的圆锥形土丘上（图13.18）。锥形丘的连接处常是光滑的，具有波状表面纹理，并且后向散射强度很高（图13.19a～图13.9d）。Shinkai6500潜水器的目视观察显示，山丘表面被硫化物沉积物广泛覆盖（图13.20b）。SSS和MBES数据监测到沿着锥形山脊的声学阴影的小山脊（图13.19a～图13.19d）。通过目视观察证实了小山脊的位置。

在山丘南部的海底表面的特征是在NESW方向上存在粗糙和细长的织物（图13.19e，图13.19f），这与背景海底斜坡的走向一致（图13.18中的测深图）。目测观察显示存在覆盖有沉积物的较老的管状熔岩（图13.21iv）。这种特征织物可能在周围的海底发育，并且分布与当前的扩散轴和Archaean站点没有任何联系，这表明了在南部区域可能发生轴外火山活动的可能性。

13.4.3.2　Urashima和Pika站点观测结果

Pika站点于2003年发现，其特点是高温黑色和清澈的烟带。该场地位于离轴山丘西部的一部分，距离扩展轴约5 km。在研究团队的AUV调查中监测到声学和地磁异常之后，2010年在同一个小山的北麓新发现了Urashima站点。

研究团队在Pika和Urashima站点上方通过SSS监测到水柱中的异常后向散射信号（图13.22c，图13.22d），其中观察到活跃的热液烟囱（图13.23i，图13.22ii）。

一系列具有凸起形状的山丘（图13.22e，图13.22f，图13-23iii）从离轴小丘的南侧延伸到西南侧。山丘的直径和相对高度分别约为100 m和几十米。SSS图像显示山丘具有高后向散射强度的粗糙表面。潜水照片显示，山丘的表面被管状熔岩覆盖（图13.23v），沉积物很薄。山顶是平坦的，部分被沉积物覆盖，观察到具有网状表面结构的岩石露头（图13.23iii，图13.23iv中的圆圈）。SBP数据显示该区域沉积层的模糊图像，这意味着沉积层的厚度小于1～6 kHz声学信号的分辨率。(www.xing528.com)

SSS图像显示在离轴小丘的西顶部区域上相对高反向散射的地形，尽管Pika站点在有限区域被识别，由于SSS图像的高度扭曲，研究团队无法详细估计高后向散射地形，小结构和线性特征的分布。

图13.19　侧扫声呐图像和水深测量的详细视图

i～iv是图13.20所示照片的轨迹。

图13.20　在i～iv拍摄的照片如图13.19所示

图13.21　Pika站点和Urashima站点离轴山丘的Sidescan声呐图像

图13.22　Sidescan声呐图像

seabat7125系统与Sidecan声呐图像位于同一位置的测深图像，以及沿时间绘制的未处理侧扫声呐图像。i，ii，iv，v是图13.23所示照片的轨迹。

图13.23　图13.22中位置i，ii，iv，v的照片，以及iii未处理的多波束测深数据的快照

（i）Urashima站点的活跃热液烟囱；（ii）Pika站点的活热液烟囱；（iii）由seabat7125系统组成的未加工的测深数据，显示具有凸形的山丘的横截面；（iv）岩石露头，其表面上的“网状结构”位于山顶，呈凸形；（v）管状熔岩覆盖山坡的凸起形状的照片。