海洋底質沉積物研究簡史及採樣技術簡述

海洋底質沉積物研究簡史

海洋底質沉積物是指各種海洋沉積作用所形成的海底沉積物的總稱。傳統上，按深度將沉積物劃分為：近岸沉積（0～20米）：主要是分布在海灘、潮灘地帶的機械碎屑，即不同粒度的沙、礫石和生物骨骼、殼體的碎屑等。淺海沉積（20～200米）：淺海帶佔海洋面積的25%，但這一海域的沉積物卻佔海洋全部沉積物的90%。半深海沉積（200～2000米）：通常以陸源泥為主，也有少量化學沉積物和生物沉積物。深海沉積（大於2000米）：通常以浮遊生物遺體為主，而極少陸源物質，並通常為各種生物軟泥為主。海洋沉積物，尤其是深海沉積物的研究對海洋地質學、海洋生物學、古氣候學等等都有極其重要的意義。

1872～1876年

1872～1876年英國「挑戰者」號考察，揭開了海洋沉積物調查研究的序幕，特別是有關深海沉積物的分類至今仍有重要意義。1899～1900年，荷蘭船「西博加」號進行的調查在沉積物的分布及組成等方面也取得重要成果。第二次世界大戰後，隨著軍事的需求和海底石油等礦產資源的勘探開發，海洋沉積物的研究獲得長足進展。40年代末期，F.P.謝潑德和M.B.克列諾娃的海洋地質學專著相繼問世，系統地總結了當時對海洋沉積物的認識。50年代末和60年代初期，由於大規模的國際合作和新技術、新方法的運用，使海洋沉積物的研究提高到一個新水平。尤其是海底沉積礦產、濁流沉積、現代碳酸鹽沉積和陸架沉積模式的研究取得了不少新認識。60年代末期開始實施的深海鑽探計劃，使海底沉積的研究進入新的階段，特別是在深海沉積物的類型與分布以及成巖作用的研究方面獲得了大量重要資料。

70年代以來

70年代以來，海洋沉積物的研究派生出一些新的研究方向。如沉積動力學的研究已為很多國家所重視，它的主要目的是解決碎屑物質在不同水動力條件下的搬運過程，以及海底的沉積和侵蝕機制，強調現場觀測，在海上使用沉積動力球，可同時測定含砂量、底層流速、流向等多種參數，使研究由靜態階段向動態方向發展。

中國海洋沉積物研究

中國從20世紀50年代末開始開展大規模的海洋調查，這是中國海洋沉積研究的開端。60年代以來，又先後對渤海、黃海、東海、南海的沉積類型，物質組成，沉積速率以及陸架沉積模式和沉積發育歷史進行了深入的專題調查。在海岸和海底沉積物的搬運及其動力過程的研究方面也有很大進展，同時還開展了深海遠洋沉積的調查研究。

海洋底質沉積物採樣技術簡述

深海沉積物採樣的技術難點

從沉積環境上來看，淺海與深海的區分界限並不是很統一的，自500m至2000m不等。在海洋環境調查中，一般把水深1000m以上的海域稱為深海。在深海進行沉積物採樣，往往面臨以下幾個方面的難點和困擾：

1.定位困難

由於定位儀器通常安放在船上，因此獲得的數據是船的位置。但實際採集的樣品是在水下的海底，這樣就可能造成船位與樣品位置之間有著很大的偏差。在深海區採集一個樣品往往時間很長，有時單放纜一項就需要數小時以上，在這麼長的時間裡要保證準確的定位是極其困難的。

2.水流影響大

海水無論是在水平方向上，還是在垂直方向上都是流動的。海水的流動對採樣過程產生直接的影響。現階段深海區沉積物採樣大多數採取有纜作業方式，在釋放幾千米纜繩的過程中，水流首先是導致纜繩的傾斜，使之與投放點(即船位點)產生水平偏差，並且水深越大、水流越急，偏差就越大；其次是對採樣器的垂直位置很難判斷，由於纜繩的傾斜是不均勻的，因此從放纜長度上是很難確定採樣器是否接近海底，這就給重力類採樣法帶來一定的困難，同時也增加了採樣器損壞的機率。

3.深海底質資料少

相對淺海區而言，深海區的底質沉積物資料一般較少，特別是大洋海底。比如一次重力活塞採樣失敗，原因有很多種可能：底質是基巖或大塊礫石，底質是密實沙礫層，海底水流衝刷強，採樣器機械故障或沒有真正到達海底等。

海洋底質沉積物採樣技術

柱狀重力採泥器

柱狀重力採泥器是最常見的海底沉積物採樣設備，它可以保證樣品的自然層次不被打亂，適用於沉積物各層次的化學成分和底棲生物在泥中的垂直分布狀況的研究。Gravity Corer柱狀重力採泥器是由德國OKTOPUS公司生產的高品質柱狀採泥器，主要為湖泊、河流、海洋等水體泥底或半硬底質環境中沉積物採樣而設計。主體部件使用高強度不鏽鋼，德國品質，防止腐蝕和損壞。OTS Balancer平衡部件保證垂直採樣的姿態。它的有效採樣深度取決於採泥器的型號（重量）和沉積物的種類. Gravity Corer採樣管的直徑為60mm至125mm，也可以按照需要定製其他規格的採樣管或者採泥器。此外OKTOPUS公司也提供各種高品質的樣品處理工具和易損件，例如（樣品壓出器、樣品切割器、採樣管切割器、巖心提取器等等）。

視頻多管採泥器

多管採泥器也是重力採樣器的一種，相比於柱狀採泥器，多管採泥器可以一次性採集多個無擾動沉積物樣品。Oktopus Multiple Corer 視頻多管採泥器有超過30年穩定使用的經驗，在全世界現有200多套Oktopus Multiple Corer正在使用中。視頻多管採泥器搭載自主式高清深海攝像系統，可記錄採樣過程及採樣環境的高清影像。相比於其他產品，Oktopus Multiple Corer 具有更加人性化的設置，更牢固的品質，全系列產品都支持樣品管以及相關模塊的快速更換。有效採樣深度可以通過插入深度限位器進行調節。設備可額外搭載傳感器、CTD等模塊。

從MC 1-3x100到MC 16-20x100，Oktopus GmbH公司提供不同位數的多管採泥器，適用於不同的採樣需求。設備配置自容式深海攝像系統，可提供高清採樣過程視頻。由於深海採樣有各種各樣的技術難點和不確定性，採樣過程和採樣環境高清視頻影像有著極其重要的參考價值，它可以提供採樣的各種信息以及失敗原因分析。

箱式採泥器

箱式採泥器主要用於海洋非擾動底質樣品的大體積採樣，可確保採集的樣品沒有遭受外力破壞，保持比較完整的狀態，適合於進行化學樣品尤其是生物樣品的分析。通過絞車釋放採泥器，插入底泥；採樣時，採泥器的頂部保持打開狀態，讓水自由流過，這樣防止壓力增大引起沉積物和水體界面被攪動；採樣器沉放到海底達到最大深度時，自動機械裝置將釋放挖鏟，使其處於關閉狀態；當挖鏟位於垂直位置時，採泥箱底部關閉，採集到的樣品保存在採泥箱中；當我們從海底升起採泥器時，採泥器的頂部將關閉 ，並通過一個帶有軟橡膠蓋的絞翼密封。Oktopus箱式採泥器Box Corer 2500採用高強度不鏽鋼，經久耐用，而且操作非常方便。

深海電視抓斗

電視抓斗主要由採樣器、鎧裝電纜和船上操縱系統組成。採樣器框架內裝有深海電視攝像機、光源及電源裝置，通過鎧裝同軸電纜將採樣器連接到船上操縱板及電視顯像裝置上，操作時用深海絞車將採樣器投放到離海底5～10米的高度上，以1～2節慢速航行並通過船上的電視顯像設備連續觀察海底尋找採樣目標，一旦找到目標立即用船上操縱板將採樣器沉放到海底並關閉採樣爪捕抓樣品。採樣爪的開啟和關閉是通過電動液壓式機械手完成的。主要用於海底塊狀硫化物、多金屬結核、錳結殼及其他沉積物的採樣。

Oktopus Video-Guided Hydraulic Grab（VgHG）電視抓斗可以完成箱式採泥器無法完成的採樣任務. 由於他的高自重(2t) 和極大的邊緣剪切力 (45 kN max.), 電視抓斗甚至可以穿透粗砂和石塊。它搭載了Oktopus 遙測系統和液壓系統, 通過同軸電纜可以進行操作和信號傳輸，可以將高解析度原位彩色圖像和採樣進程傳輸至電腦. 它還可以集成各種傳感器(CTD等). VgHG是德國第一個獲得挪威船級社認證的科學儀器-德國勞氏船級社（DNV GL）