我国发展现状
1.矿址表层高精度探测装备
我国近年来依托科技部等部门支持下，中国科学院声学所、中船715所、海军工程大学等单位研发出类型齐全的近底声学探测装备。国内在深海使用最多的是兼有测绘和成像功能的高分辨率测深侧扫声呐，已开发多个型号并安装在多种深海潜器上，其中双频全海深型号正在进行海试；国产合成孔径声呐沿着航迹分辨率可达恒定5 cm；已有全海深应用的二维前视声呐和浅水应用的三维前视声呐；国产地形数据后处理软件也已商业化。
我国多波束测深仪研究始于20世纪80年代中期，目前浅水型多波束测深仪已完成多款产品的研制，依托科技部重点研发计划项目，深海近底多波束测深仪已经完成硬件研制工作。此外，国内也涌现出多种不同原理的二维和三维多波束前视声呐，主要应用在浅水，近年来在深海也出现了国产装备应用的案例。
国内测深侧扫声呐出现于20世纪90年代末，由中国科学院声学所发明研制。经过多年的发展，测深侧扫声呐已进入系列化发展阶段，产品稳定性和处理效果得到了显著提升。目前，150 k Hz产品已经应用于多套声学深拖系统、“潜龙”系列、“深海勇士”号和“蛟龙”号上。目前，全海深双频测深侧扫声呐已经完成样机研制，其特点是高耐压、小型化、数字化、多通道，具备更佳性能。
我国浅地层剖面仪研究始于20世纪70年代，“八五”和“十五”期间，都曾立项研制相关样机，目前中国科学院声学所东海站完成了参量阵样机研制。
我国合成孔径声呐研究始于20世纪90年代。在国家“863”计划的支持下，中国科学院声学所和中船重工715所联合研制成功了合成孔径声呐湖试样机；2005年我国首部具有自主知识产权的合成孔径声呐海试成功。目前，中国科学院声学所与海军工程大学研制的合成孔径声呐分辨率可到5 cm×5 cm，相关技术已达到国际先进水平。
在深海近底探测中，国外目前主要采用侧扫声呐加近底多波束的组合，而国内主要采用测深侧扫声呐加浅剖的组合，又称为一体化微地貌探测系统（见图7－11）。目前，国内正在综合设计前视、下视和侧视多个视角的声呐组合方式，通过多部声呐的协同工作和数据融合来适应越来越高的近底探测需求（见图7－12）。
1）可见光探测装备
图7－11 测深侧扫声呐换能器阵
图7－12 “科学号”声学深拖测深侧扫声呐冲绳海槽获得探测结果
我国目前基本解决了深海摄像机技术，涵盖了模拟摄像机和1080P高清摄像机，开发出了1 200万像素级深海高清数码照相机，基本满足了国产深海装备“可视化”的需要。近年在科技部“深海关键技术与装备”重点专项等国家财政持续支持和部分民企自主投资研发下，具有自主知识产权的深海超高清4K摄像机、深海双目立体相机、2 000万像素级深海高清数码照相机等成像设备和水下蓝绿光高速通信也取得了一定进展。我们利用国产深海可见光视觉设备并结合人工智能技术在深海科学研究和资源探测活动中有了广泛应用，如AUV水下站位自主对接和无线可见光数传、深海底多金属结核资源的光学勘探普及应用等。
2）激光探测装备
水下激光探测装备成像分辨率高，可实现遥感探测和物质成分探测，成为近年来国际上海洋探测装备的研究热点。国内的上海光机所、华中科技大学、北京理工大学和哈尔滨工业大学等单位都研制了近底的激光探测装备，能够实现海底和水下目标的三维成像。浙江大学、上海光机所和中国海洋大学等单位在海水水体光学参数测量方面也开展了技术和仪器研究，并进行多次海上测量试验，获得了大量的有效观测数据（见图7－13、图7－14）。
2.矿址三维勘探装备
用于海底资源的深海潜器研究工作始于20世纪80年代，近年来打造了实用性的“潜龙”系列，集成了我国自主研制的三分量磁力仪和自然电位设备勘探技术，形成了一套实用化多金属硫化物等深海矿产资源勘查系统（见图7－15）。我国近年来也研发了国际先进水平瞬变电磁装备（见图7－16），并在大西洋和印度洋进行了试验性应用。
图7－13 水下不同距离的目标成像结果
图7－14 水体后向散射系数和消光系数剖面测量结果
图7－15 基于“潜龙二号”AUV的深海资源探测系统
利用浅地层剖面仪可以对矿址表面沉积物范围和厚度进行识别，但无法获取矿址深度上的结构特征。利用主动源和被动源海底地震仪在多金属硫化物区进行了三维地震探测，能够对矿址地壳厚度、大尺度断层断裂以及深部构造等进行成像，但无法满足矿址范围小尺度构造成像需求。近年来，以垂直缆为主的近底地震在天然气水合物区构造探测中取得了初步成效，但仍处于技术积累阶段，尚未在深海矿产资源勘探中获得应用。
图7－16 我国深海硫化瞬变电磁探测系统
3.矿体取样装备(https://www.daowen.com)
近年来，随着国家海洋强国战略的逐步推进，国内众多研究所、高等院校兴起了建造海洋科考船的热潮，而矿体取样装备作为科考船的基础装备，也进入了快速发展的阶段，主要集中在可移动、可视化、大深度等发展方向，例如“海洋地质十号”配备了国内首套深海移动电视抓斗（见图7－17），“大洋”号装备了可视箱式取样器，“海牛”号海底钻机（见图7－18）将我国的深海钻探深度从20米拓展到了60米。
4.矿床评价原位测量装备
我国自20世纪70年代开始海底沉积物力学性质原位测试研究，近年取得了长足进展。1973年中国科学院海洋研究所研制了国内第一套海底CPT，其触探深度为7米，适用于浅层淤泥质地层。1994年中国地矿部海洋地质研究所研制成功钻探、触探一体化的船载式CPT。2008年广州海洋地质调查局研制生产井下式海底CPT系统，其由液压驱动，一次触探多回次贯入，作业深度为10~100米。2014年中国海洋大学研制了轻型滩浅海静力触探，进行海底10米范围内的沉积物强度测试。2017年武汉磐索地勘科技有限公司自主研发了PeneVector－Ⅲ重型海床式静力触探系统，在浅海区探测深度达数十米。2019年中国海洋大学研制了深海海床基综合静力触探系统，可进行海底下5米深度沉积物强度测试，如图7－19所示。
在动力触探方面，国内研究者较少。中国海洋大学研发了深海浅层沉积物强度贯入式原位测试装置，该装置总长度约为6米，贯入深度约为5米，极限工作水深为1 500米，已经在南海开展了海试应用。
图7－17 深海移动电视抓斗
图7－18 “海牛”号海底钻机
图7－19 国产静力触探装置
（a）中国海洋大学研制的轻型CPT；（b）武汉磐索公司研制的重型PeneVector－Ⅲ
长沙矿山研究院有限责任公司研发了十字板剪切仪和触探仪，在东太平洋中国开辟区西矿区的深海稀软底质中进行了剪切强度和贯入阻力测试。在深海孔隙水压力原位观测方面，中国海洋大学研发了光纤式海底沉积物孔压原位长期监测系统，最大工作水深为2 000米，已经应用在天然气试采工程中[13]。
21世纪初期，我国研制了一种用于测量海底沉积物原位声学特性的多频海底原位声学测量系统[见图7－20（a）]，推进了国内原位测量装备自主研发的发展。该领域的研制成果较为丰硕，研制成功的主要有基于液压驱动贯入的自容式海底沉积原位声学探测系统[HISAMS，见图7－20（b）]，主要应用于边沿海沉积物测量，在深海资源方面并未得以应用。
图7－20 海底原位声学测试系统结构示意图
（a）多频海底原位声学测试系统；（b）液压驱动贯入的自容式海底沉积原位声学探测系统
我国目前没有直接用于深海矿床原位测量装备，亟须借鉴陆地上已成熟的原位测量装备技术，并将其移植到深海矿床评价原位测量领域中。
在富钴结壳高频声学测厚技术方面，我国自2015年以来，先后利用“海马”号、“蛟龙” 号等作业平台，搭载由我国自主研发的富钴结壳声学原位探测器，在结壳合同区完成了实际工作海况下的功能和性能考核，验证了利用声学参量阵技术实现富钴结壳厚度测量的可行性和有效性，完成了从原理样机到工程样机的轻小型化工作，经试验验证，测厚精度优于1厘米，成为继日本之后第二个拥有富钴结壳资源专用探测设备的国家。
中国海洋大学、四川大学和中国科学院海洋研究所等单位研制了拉曼和激光诱导击穿光谱测量装备，并成功开展了深海的原位探测试验。中国海洋大学研发了国内首套深海自容式激光拉曼光谱探测（deep ocean compact autonomous Raman spectrometer，DOCARS）系统，并在国际上首次获得了4 003米深度自带样品双波长激发的深海原位拉曼光谱。此后，通过对DOCARS系统进行后续改造与升级，研制了两套搭载海底观测网的激光拉曼光谱仪，并作为我国南海海底观测网的观测节点，稳定运行超过1年，获取了大量连续原位观测数据。中国科学院大连化学物理研究所李灿、范峰滔团队在深海紫外激光拉曼光谱领域进行探索，研发了国际上首台以紫外激光作为激发光源的深海拉曼光谱仪，成功通过了在马里亚纳海沟进行的7 000米海试验证，创造了最大工作水深记录，并且获取了原位光谱数据。
中国科学院海洋研究所研发了世界首台耐高温原位拉曼光谱探针，并拓展研发了适用于深海固体、液体以及气体目标物的系列化拉曼光谱探针。该系列化拉曼探针已经在全球典型的深海热液、冷泉区域进行了6年十几个航次近百个潜次的科学应用，并提供给自然资源部用于我国在西南印度洋热液硫化物矿区的环境评价。通过研发的系列化拉曼光谱探针，为我国首次获取了裸露在海底的天然气水合物和利用冷泉流体原位快速生成的天然气水合物的拉曼光谱，分析了水合物笼型、笼占比等性质，为揭示水合物形成机理提供了重要的线索；在喷口附近生物群落中发现一种类AOM反应过程，为冷泉区域硫元素转换通道和过程的研究提供了参考；在深海热液区发现自然状态下存在超临界二氧化碳，为地球初始有机物的形成和生命起源提出新的可能；在弧后热液区观测到一种特殊的气相热液喷发系统，加深了对深海热液系统发育过程的认识。
5.矿床长期观测装备
进入21世纪，尤其是提出海洋强国战略以来，在国家重点研发计划等的大力资助下，我国在海底矿床长期观测相关装备的研发方面取得了长足的进步，尤其是海底地震仪的研发和应用方面。单体观测设备从最初单纯的国外引进到部分仿制，再到目前的完全国产化，已实现了质的飞跃，并且拥有了完全自主知识产权[14]。经过数年的近海甚至深远海的实际应用，此类装备已日渐成熟，功能也逐步得到完善，基本能够满足日常的调查需求。此外，在深渊（大于6 000米水深）长期观测装备方面，我国已走在了世界前列，并取得了初步的应用成果。但是，与国外同类装备相比，国产装备仍然存在一些不足之处，主要体现在装备性能的稳定性和一致性两方面。
2017年开始，针对海域环境监测，我国在东海和南海分别建立了海底观测系统，实现中国东海和南海从海底向海面的全天候、实时和高分辨率的多界面立体综合观测，但至今为止，我国针对矿床研发的长期观测网还未有应用报道。自2014年以来，我国已在西南印度洋多金属硫化物矿区使用长周期锚系、深海观测站等系统设备，开展过多次小规模的矿床长期观测。虽然此类观测还缺乏长期的能源供给单元和数据实时交互传输单元，但也取得了矿区内长周期的地球物理和环境数据，为今后实施大规模的矿床长期观测积累了丰富经验。目前，我国已基本具备了在海底矿区开展大规模矿床长期观测的条件。相信在不久的将来，我国自行研制的海底长期观测网也将广泛应用到海底矿床。
6.智能平台装备
我国从2000年初开始，支持研究了一系列深海潜水器研制项目。在大洋勘探领域，形成了以“蛟龙”号载人潜水器、“海龙”号无人有缆潜水器、“潜龙”号无人无缆潜水器为代表的“三龙”深海潜水器系列装备。“三龙”是我国进入深海、探测深海、开发深海的“利器”，对我国深海潜水器的发展具有重要的里程碑意义，是我国自行设计、自主集成、具有自主知识产权、在深海勘察领域最早和最广泛应用的深海运载器。
继“蛟龙”号之后，4 500米“深海勇士”号载人潜水器于2017年底研制成功并投入应用，“海龙Ⅲ”型、“海龙Ⅳ”和“潜龙三号”“潜龙四号”相继建成，装备于大洋科考船并投入应用。随着众多国产潜水器的研制和应用，我国深海潜水器进入历史发展的快车道，如图7－21所示。
