罗蒙诺索夫海岭调查现状

发布网友 发布时间：2022-04-19 16:31

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热心网友 时间：2023-08-30 08:05

北冰洋的大部分地区成片覆盖着1～6m厚的冰层，开展地球物理调查是一项极富挑战性的工作。尽管夏季*架海面上的冰层有所消融，但在北冰洋中心地区的冰盖则全年都不会融化。由于北冰洋地区这种特殊的自然条件，研究区的地球物理调查工作异常艰辛。北冰洋深水区的地球物理调查开始于20世纪60年代初，仅美国、加拿大、俄罗斯、德国、瑞典在内的少数几个国家在罗蒙诺索夫海岭及附近地区，利用浮冰岛（ARLIS II和LOREX）、潜艇（SCICEX）以及破冰船作为载体或科学平台进行了各类地球物理数据的采集工作。图10-1展示了历次科考路线及所采集的地震测线的位置。以下将按时间顺序对历次的北冰洋罗蒙诺索夫海岭区地球物理调查的科考活动进行简述。

一、ARLISⅡ1961～1965年科考

1961年，第二美国海军北极研究实验冰站（ARLIS II）布设在距阿拉斯加州巴罗角约350km处的浮冰岛上（Ostenso et al.，1977）。在1963年12月间该浮冰岛向法罗海峡漂移，最北点到达罗蒙诺索夫海岭侧部，面临马卡罗夫海盆（图10-1）。此次的科考项目包括了水深、重力测量以及地震勘探。ARLIS II科考中沿着从马卡罗夫海盆边缘穿越罗蒙诺索夫海岭峰脊的路径进行了地震数据采集，并通过对地震反射数据的重新处理（Weber et al.，1985），揭示了覆盖于罗蒙诺索夫海岭峰脊之上60 m厚的连续沉积盖层。此外，沿着倾斜角度穿越罗蒙诺索夫海岭的漂移路径中，地震资料同样揭示出这一连续的具有很好成层性的沉积盖层，其厚度在海岭的平顶部位增厚至 ＞850 m（Weber et al.，1985）。

二、LOREX 1979年科考

1979年，加拿大组织实施了罗蒙诺索夫海岭实验项目（LOREX），再一次利用浮冰岛进行了地震勘探工作（Weber，1979）。此次地震勘探中，配备了0.164 L（10 in³）气*作为震源，通过浮冰岛上的一个洞进行激发，另外，还应用了穿透能力较深的多道地震激发系统（Weber，1979）。LOREX项目为了获取高精度地震数据，还装配了一台3 kHz的基底探测剖面仪（Weber，1979）。该地震资料反映了在极点附近罗蒙诺索夫海岭最狭窄部分的地质结构特征（图10-1）。这些地震资料的分析结果表明罗蒙诺索夫海岭是由一系列倾斜的雁列状排列的断块组成的，其顶部覆盖着一层厚度小于75 m的未固结的沉积物（Weber et al.，1985）。此外，在LOREX项目实验冰站穿越罗蒙诺索夫海岭的地区，还发现了固结沉积层被剥蚀的现象（Blasco et al.，1979）。

三、Arctic Ocean 1991/ARK-VIII/3科考

LOREX项目完成之后，时隔12年，1991年再次实施北极科考计划，对整个罗蒙诺索夫海岭进行了地震资料采集（Fütterer，1992；Jokat et al.，1992）。Polarstern号（德国）和Oden号（瑞典）破冰船共同为此次科考开路护航。Polarstern号用一个能在北极海冰上运行的装置牵引着地震设备，这种方法借鉴了先前北极地震探测活动中的一些成功经验，这些经验被证明在北极这种极端环境中应用是十分有效的（Grantz et al.，1986）。

此次科考中，地震震源采用了两个3L（大约183 in³）的气*，气*被悬挂于一个1t重的液压器之下，以便能使气*尽可能靠近破冰船尾甲板（Jokat et al.，1992）。另外采用300 m长12道地震拖揽。此次科考在冰盖下成功获得了覆盖罗蒙诺索夫海岭的地震反射资料（Jokat et al.，1992）。另外，声呐浮标也被应用于探测罗蒙诺索夫海岭的速度结构以及盖层特征（Jokat et al.，1992）。其中分别位于87°55′N和87°40′N的两条地震反射剖面（AWI-91090和AWI-91091）完全穿越罗蒙诺索夫海岭峰脊（图10-1、图10-2）。这两条剖面首次清晰地展现了峰脊之上＜450m厚的地层特征，该套地层具有很好的成层性，呈现未受干扰的沉积披覆特征（Jokat et al.，1992）。这两条测线随后为古海洋学钻孔位置的选定提供了依据。

图10-1 覆盖罗蒙诺索夫海岭的地震采集航线图

（据Jakobsson et al.，2000）

此次科考中，利用安装在Polarstern号破冰船上的Parasound系统在2.5～5.5 kHz频率下获得了高精度海底浅层剖面资料（Fütterer et al.，1992）。沿 AWI-91090 和 AWI-91091测线采集的海底浅层剖面数据很清晰地显示出罗蒙诺索夫海岭上30～40 m厚未受干扰的沉积层。Polarstern号破冰船也装配了Atlas Hydrosweep多波束测深声呐，用其采集罗蒙诺索夫海岭峰脊水深数据（Fütterer et al.，1992）。以上采集的数据都已汇入北冰洋国际水深数据库（IBCAO）（Jakobsson et al.，2000），后来该数据库也为302科考提供了罗蒙诺索夫海岭水深数据。

四、Arctic Ocean 1996/ARK-XII/1科考

1996年，北冰洋科考中Oden号和Polarstern号再度合作。采集的地球物理资料包括地震反射资料、地震反射试验数据（Kristoffersen et al.，1997），以及用调频声呐采集到的高精度海底浅层测量数据（Backman et al.，1997）。这也是首次利用调频声呐在北冰洋中心地区进行数据采集。与北极1991年科考相比，此次的地球物理调查主要集中于靠近西伯利亚*边缘一侧的罗蒙诺索夫海岭地区（图10-1）。所采集的地震反射剖面同样成功地横切罗蒙诺索夫海岭（图10-1）。总共采集了700多千米的地震资料。此次科考中，由4条套筒式空气*组成的气*组（5.5 L）提供震源。该气*组被装配在一个铁笼子中，并用1t重的液压器进行压坠。可惜该组装置由于浮冰的撞击而丢失（Kristoffersen et al.，1997）。之后又安装了两只预备的3L Prakla Seismos气*，并为其装配了一个轻型压坠薄片，问题得以解决。另外，此次科考配备了200 m长的16道地震拖缆，炮检距为150 m。

图10-2 AWI-91091 地震剖面

（据Jakobsson et al.，2000）

剖面位置见图10-1

此次科考的另外一项成果是增补了85°20′N、135° E与87°40′N、155° E范围内罗蒙诺索夫海岭的水深数据（Jalobsson，1999）。这些数据同样为北冰洋国际水深数据库（IBCAO）的建设提供了重要的帮助（Jakobsson et al.，2000）。

五、ARK-XIV/1a科考

ARK-XIV/1a科考的主要目的是采集样品以及在美属北冰洋地区的阿尔法海岭获取地球物理资料（Jokat，1998）。由于阿尔法海岭地区存在极端的自然条件，动用了两艘破冰船：Polarstern号作为科学研究平台，而俄罗斯的核动力破冰船Arktika号进行破冰作业。尽管研究区冰层厚达6 m且十分坚硬，但此次科考还是沿3条测线共采集了320km的多道地震资料，并揭示出500～1200 m厚的沉积层。

在向拉普捷夫海返航途中，选择了一条沿罗蒙诺索夫海岭走向冰情较好的线路，成功地获取了数条顺海岭走向以及横穿海岭的地震剖面（Jokat，1998）（图10-1、图10-3）。这些剖面揭示了85° N以南的罗蒙诺索夫海岭地貌学特征，而1991年和1996年的两次科考都是在85° N以北的区域进行的。另外，此次科考成果也反映出罗蒙诺索夫海岭顶部沉积层向拉普捷夫海边缘逐渐增厚的特征。之后302科考中的1个主钻井井位和3个备用井位都定在以上几条测线上。制定备用井位主要考虑到冰情不好出现意外的情况。

图10-3 1998年ARK-XIV/1a 科考中获得的AWI-98590 地震剖面

（据Jakobsson et al.，2000）

六、SCICEX 1999科考

SCICEX 1999科考，动用了美国核动力潜艇USS Hawkbill号，从而避免了极地浮冰的干扰，因此对罗蒙诺索夫海岭大面积的勘测工作得以进行（Edward et al.，2003）（图10-1）。沿设计的常规调查线路，利用安装在USS Hawkbill号上的SCAMP系统进行连续的侧扫声呐和多波束测深调查。其目的主要是探究罗蒙诺索夫海岭峰脊的侵蚀特征，以及在两条原有地震测线（AWI-91090和AWI-91091）附近进行补充调查。SCAMP调频声呐数据分析表明在海岭峰脊地区的剥蚀主要被*在水深小于1000 m的地区（Polyak et al.，2001），并且在AWI-91090和AWI-91091地震剖面附近的地区表现出未受任何干扰的沉积地层特征（Edward et al.，2003）。

七、北冰洋2001

2001年，为进行IODP302航次钻探，需对罗蒙诺索夫海岭补充采集地震联络测线。为此，瑞典科考队进行北冰洋2001补充调查（Kristoffersen et al.，2001）。此次科考采用了两个8.5L（约519 in³）的GI气*以及8 道200m长的地震拖揽组成的地震采集系统（Kristoffersen et al.，2001）。在严峻的冰情条件下，以AWI-91091测线的联络测线采集为目的，进行了100km的地震数据的采集工作（图10-1）。然而，此次科考由于复杂的冰情，使调查天数从5天缩短到3天，而且有400 m检波器拖缆被损坏。

八、IODP 302航次

2004年，IODP302航次科考实施了M0001～M0004四口钻探井（沿AWI-91090测线布置），并在井位附近采集了单道地震以及15 kHz的回声探测数据，为M0001～M0004四口井的钻探工作提供必要的基础资料支撑（图10-1）。此次数据采集，震源采用一只配有波整形套的0.65L（40in³）PAR1600气*。信号接收系统为有效长度16m的单道地震拖缆。地震拖缆由100个 AQ-1 检波器以及一个前置放大器组成。炮间距设定为2.7s，延迟1.0s，采样接受信号频率为4 kHz，采样点间隔1.3s。

在302航次科考的地震剖面上，新生代地层层序可划分为2套地震地层单元，相当于LR5/LR6和LR3/LR4。地震反射特征在整个剖面上基本没有变形。LR5～LR6地层上部地震反射较弱且不连续，指示有小的波阻抗差。几个层段中的波状地震反射特征表明海底地形不平整。LR5～LR6地层底部具有一套平整的层状地震反射（图10-4）。地震反射与地层的实际响应关系还需通过井-震结合的方法深入研究。

图10-4 M0001～M0003 井点附近的地震剖面三维图像

（据Jakobsson et al.，2000）