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基于多波束反向散射强度的西太平洋海山区锰结核分布规律研究

编辑:ZLY 作者:王明伟 时间:2020年10月20日 访问次数:184

       世界大洋底蕴藏着大量的矿产资源,如锰结核、钴结壳和多金属硫化物等。其中,锰结核因富含多种稀有元素且陆地资源紧缺而具有重要的战略意义。然而,在深远海环境中,传统海底采样方法面临作业困难、费用较高等诸多问题。如何结合少量底质样本,利用多波束等声学探测手段对锰结核的分布进行大范围、快速预测,并进一步揭示其地质成因,成为目前深海矿物资源调查中亟待解决的技术难题。
       基于多波束反向散射强度数据,吴自银课题组的王明伟博士研究生采用一种改进的siib-FCM非监督分类方法对西太平洋海山区(图1)锰结核/壳的分布规律进行了研究。研究发现,锰结核/壳的分布具有如下特征:(1)在地形相对平坦的海底盆地和平原区,锰结核呈片状或补丁状分布,且其分布较稀疏;(2)在地形起伏较大的海山区,锰结壳主要聚集在海山中等坡度处,且呈现类似环状分布的特征(如图2所示)。该研究还进一步探讨了三种深海底质类型(沉积物、基岩和锰结核/壳)与反向散射强度之间的对应关系。在本研究中,与其他两种底质类型(沉积物、基岩)相比,锰结核/壳对应中等反向散射强度,其值主要集中在-80 dB~-75 dB。实验结果表明,本文方法整体分类精度可达95.0%,相比于K-means和FCM传统分类方法,分别提高9.1%和3.9%。该研究的初步发现对深海矿物资源调查及分布预测具有积极的指导意义。


图1 研究区位置.(a)西太平洋马尔库斯-威克海山区,(b)多波束测深及反向散射强度数据分布范围

图2 锰结核/壳在三个子区块N、M、S的分布图.(a)子区块N,(b)子区块M,(c)子区块S

       相关成果发表于国际期刊《Applied Acoustics》,该研究得到国家自然科学基金(41830540,41906069,41930535)的联合资助。

该成果发表论文:
       1. Wang, M.(王明伟), Wu, Z. *, Best, J., Yang, F. *, Li, X., Zhao, D., Zhou, J. 2020. Using multibeam backscatter to analyze the distribution of manganese nodules: A case study of seamounts in the Western Pacific Ocean, Applied Acoustics, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2020.107729. (国际SCI)