载人潜水器在深海科学考察中的应用研究进展

刘保华，丁忠军，史先鹏，于凯本，李德威，李宝钢

(1. 国家深海基地管理中心，山东 青岛 266061)

载人潜水器在深海科学考察中的应用研究进展

刘保华1，丁忠军1，史先鹏1，于凯本1，李德威1，李宝钢1

(1. 国家深海基地管理中心，山东 青岛 266061)

载人深潜技术是深海技术的前沿与制高点，也是深海科考最先进的技术手段之一。20世纪60年代以来，随着高新技术的发展，美国、法国、俄罗斯、日本等国在载人潜水器的研制和应用上取得了快速的发展，先后掌握了大深度载人深潜技术，具备了在复杂海况下进行水下作业的能力，实现了对深海和大洋洋底的现场观察、探测和取样等。目前，深海载人潜水器的考察范围已经遍及全球大陆坡深水区、洋中脊、海山、海沟和洋盆等海底区域，获得了大量的深海地质、地球物理、生物、化学和环境方面的信息或样品，取得了一批重大的发现和创新性的研究成果，推动了深海科学的发展。我国自主集成研制的“蛟龙”号载人潜水器顺利完成了7 000 m级海试，并于2013年开始开展了试验性应用，取得了丰硕的科考成果。本文简要介绍了世界载人潜水器的发展现状及其在深海科学考察中的技术优势，综述了国内外载人潜水器在深海地质学、生物学和物理海洋学等领域中的应用情况。

载人潜水器；深海；科学考察；地质科学；生物科学；物理海洋

1 引言

载人潜水器是深海运载装备的一种，由于载人潜水器在现场观察、水下作业等方面的技术优势，得到了世界发达国家的高度重视，美国、法国、俄罗斯、日本先后研发了大深度载人潜水器，并且在深海地球科学、生命科学、水下工程施工等领域得到广泛应用，其中美国的“阿尔文”号(见图1)下潜已经超过5 000次，取得了一批重大科学发现和原创性研究成果，为深海科学的发展发挥了不可替代的作用。2012年7月16日，我国自主集成研发的“蛟龙”号(见图1)载人潜水器圆满完成了7 000 m级海试，最大下潜深度达到7 062 m，使我国成为继美国、法国、俄罗斯、日本之后第5个掌握大深度载人深潜技术的国家。自2013年至今，“蛟龙”号在南海、东北太平洋、西北太平洋、西南印度洋等海域开展了试验性应用航次，取得了丰硕的科考下潜成果，有效地推动了我国的深海科学与技术发展。

本文简述了国内外载人潜水器的发展现状和技术特点，介绍了国内外载人潜水器在深海地质学、生物学和物理海洋学等领域的应用情况，旨在使我国海洋科技工作者对载人潜水器有更多的了解，推动“蛟龙”号载人潜水器及其在深海科学考察中的应用。

2 国内外载人潜水器研究进展

载人潜水器包括大深度型和中浅水型载人潜水器。美国、日本、法国、俄罗斯和中国均操作有当前世界上仅有的几艘大深度载人潜水器。近些年来，印度、韩国、葡萄牙和西班牙等国也正在开展或着手开展载人潜水器的研制与应用[1]。从载人潜水器的发展历史分类，可分为3个发展阶段。

图1 美国的“阿尔文”号和我国的“蛟龙”号载人潜水器Fig.1 Alvin manned submersible of the U.S and Jiaolong manned submersible of China

第一个阶段载人潜水器的研制与应用始于20世纪30年代，应用目的主要在于追求人类潜入海底的深度，潜水器一般不具备动力，能力仅限于水下观察。该阶段载人潜水器发展两个里程碑性的代表事件是美国人应用的“彼比”号和“曲斯特”号载人潜水器。1934年，美国动物学家彼比和工程师巴顿钻进直径约为1.37 m的“彼比”号钢质圆球，通过与圆球连接的缆绳下潜到水深922 m处，观察到一些曾未见到的海底生物。“彼比”号是载人潜水器的雏形，潜水器外部仅配置有两个观察窗和一个250 W的照明灯，未配置动力及推进器，潜水器的上浮和下潜依赖于母船端控制绳索的收放。又经过约30年，在1960年1月，美国海军唐·沃什和雅克·皮卡德乘坐“曲斯特”号载人潜水器成功下潜至马里亚纳海沟“挑战者深渊”，并创造了10 915 m的下潜记录[1]。同“彼比”号潜水器相比，“曲斯特”号从结构和功能上都进行了诸多改进，但是仍然比较笨重，较难实现频繁下潜，自动化程度依然较低。

第二代载人潜水器进入了快速的主流发展时期，主要为大深度应用型载人潜水器。相比第一代，除了追求下潜深度外，其操纵控制性、水下通信、作业搭载能力、科学考察成果获取技术等方面都有了质的飞跃[2]。据美国海洋技术协会MTS载人潜水器分会的数据库显示，目前全世界比较活跃的载人潜水器有96台，其中下潜能力超过1 000 m的有16台(见表1)。这些潜水器被广泛地应用于深海科学考察、水下观光和国家安全等领域，特别在深海科考领域，取得了众多世界瞩目性的科学考察成果。该阶段具有代表性的潜水器包括美国的下潜能力为6 500 m级“阿尔文”号、法国的6 000 m级“鹦鹉螺”号、俄罗斯的6 000 m级“和平Ⅰ”和“和平Ⅱ”号[3]、日本的6 500 m级“深海6500”号载人潜水器[4-5]，这些深海应用型载人潜水器除了配备先进的动力系统外，还配置了水下照相机、摄像机以及机械手等作业工具，使科学家能够亲自进入海底开展丰富多样的深海科学考察。我国于2009年自主集成研制了7 000 m级“蛟龙”号载人潜水器，并于2012年在马里亚纳海沟顺利完成了海试，创造了同类型载人潜水器的最大下潜深度7 062 m。自2013年开始的3-5年，“蛟龙”号进入了试验性应用时期，并已在南海、西北太平洋、东北太平洋、西南印度洋等海域进行了科考下潜作业，为我国深海科学家探究深海提供了强有力的平台和技术支撑，科学家下潜热情异常踊跃，在取得了丰硕的深海科学考察成果的同时，也推动了深海技术及装备产业化的发展。为了实现载人深潜相关技术的国产化，目前我国正在着手4 500 m级载人潜水器的研制。可以说，第二代载人潜水器依然将是深海科学考察的主流。

第三代载人潜水器正处于初级发展阶段，主要是以万米级载人潜水器为主要发展方向，在追求最大下潜深度的同时，更注重潜水器搭载人数的增加及水下作业的灵活性和成效性。继“曲斯特”号下潜至挑战者深渊后，著名电影导演卡梅隆独自搭乘“深海挑战者”号实现了挑战者深渊的再次下潜，实现了挑战者深渊区域的进一步考察。然而，“深海挑战者”号更多地以深海探索和冒险为主要目的，不是一台真正意义的科考应用型载人潜水器。另外，包括中国在内，日本、美国等国均启动了万米级载人潜水器的研制计划。深海海槽、海沟将是万米级载人潜水器大显身手的主战场。

表1 大深度载人潜水器统计(大于1 000 m)Tab.1 Statistics of deep manned submersibles (over 1 000 m)

与其他深海科学考察装备相比，载人潜水器具有如下应用优势：(1)由于配备了完善的动力和操作系统，具有前进后退、上浮下潜、悬停定位等能力，可以精确行驶到预定目标区；(2)可搭载科学家进入海底深处，身临其境，利用人的感官视觉实现对海底地质、生物等目标物的长时间连续、直接观测；(3)科学家和潜航员的密切配合，可以实现“边观察、边操作”，灵活自如地执行海底作业任务；(4)搭载有先进的海底地形地貌、海洋环境参数等探测仪器，可以对目标物进行近距离精细测量；(5)载人潜水器一般还预留多个标准接口，可根据考察任务的需要，灵活搭载各类取样器、传感器等作业仪器装备，完成多种深海作业任务。

深海载人潜水器总体的发展方向朝着能源供给效益更高、观察范围更广、作业能力更强、下潜深度更大、下潜成本降低的方向发展。

3 载人潜水器在深海科考中的应用研究

载人潜水器在深海科考中主要应用在地质科学和生物科学领域，下潜应用取得了丰硕的科考成果，研究成果多次在GGR、Deep-SeaResearch等著名国际杂志发表。载人潜水器在深海地质方面的潜在研究应用领域主要包括洋中脊板块运动过程、板块汇聚边界动力学、被动大陆边缘、深海地球化学、深海天然气水合物形成等。载人潜水器在生物科学中得到了更加广泛地应用，通过载人潜水器对深海极端特殊环境生物及其群落的科考下潜，人们对生命起源、生物进化繁衍机制、生物基因等方面有了全新的认识，开启了诸多重大发现。载人潜水器在生物科学方面的潜在研究应用领域主要包括深海底栖生物进化及其生态系统、碳循环对中层水和深海底层生态群落的影响机制、中层水体生态群落的结构、深海生物交互方式、凝胶状动物(如水母)及其浮游生物食物链、物种形成及生物多样性等。另外，载人潜水器在物理海洋学研究方向也有应用，主要是通过自身搭载的温盐深等物理海洋学传感器，实现深海特定区域的观测研究[6]。为此，本部分将重点从载人潜水器在深海地质、深海生物和物理海洋3个方面的应用进行论述。

3.1 深海地质

3.1.1 海底地质现象观察

载人潜水器配置有先进的水下照明、照相和摄像设备，随着电子信息技术的不断改进，该类设备的性能也迅速发生着质的飞跃。利用该类设备，科学家不仅能够在深海海底近距离观察各种地质现象，而且还能将观测信息进行记录和保存，从而为深海地质学基础理论研究提供有效的证据。

1971—1975年美国和法国联合实施了French-American Mid-Ocean Undersea Study(FAMOUS)计划[7—10]，其目的是在深海钻探的基础上，由科学家乘坐载人潜水器直接对大洋中脊进行近距离观测。在该计划中，美国的“阿尔文”号与法国的 “西安纳(Cyana)”号载人潜水器共执行下潜57次，对洋中脊谷底进行了超过200 h的观察、照相等作业，直接观察到了新生的洋壳和转换断层，在洋中脊谷底发现了新鲜的熔岩和年青的火山，以及平行于裂谷延伸的正断层、张性裂隙和岩墙露头等，证明了大洋中脊的确是洋壳生长和扩张的场所，为板块构造理论提供了最直接、最可靠的证据。

1977年，美国的“阿尔文”号在东太平洋加拉帕斯裂谷进行深海地质考察时，在水深2 500 m处发现了高温热液喷口以及喷口附近人们从未见过的生物群落，这也是人类第一次近距离观察到海底热液喷口。随后，科学家们利用载人潜水器又相继在大西洋、印度洋、北冰洋、红海和西太平洋等海域发现了多处海底热液喷口[11—20]。

我国“蛟龙”号载人潜水器自2009年海试以来，对我国东北太平洋多金属结核合同矿区、西北太平洋富钴结壳矿区及西南印度洋多金属硫化物矿区，以及中国南海发现的冷泉区的部分区块进行了较为详尽的地质调查，开展了卓有成效的底质地形勘测、矿物丰度评估等科考工作。图2为“蛟龙”号搭载海洋地质学家在2013年度西南印度洋航次中拍摄的低温弥散流喷口。

在西南印度洋试验性应用航次中，对我国位于西南印度洋的多金属硫化物矿区进行了深入的地质环境观测，对该区域的热液喷口分布进行了较为详尽的勘查，这对于今后进一步利用载人潜水器开展下潜科考，提高调查效率，奠定了基础(图2)。

图2 “蛟龙”号在西南印度洋发现的低温弥散流喷口Fig.2 Jiaolong discovered low-temperature diffuse flow vents in southwest Indian Ocean

3.1.2 海底地质取样

深海作业型载人潜水器均配置有先进的多功能机械手以及保真取样、潜钻取芯工具等作业工具，使科学家在海底非常方便地进行沉积物或岩石取样。在FAMOUS计划中，美国的“阿尔文”号与法国“西安纳”号载人潜水器联合对大西洋中脊开展了为期5年的科学考察，科学家通过机械手取得了大量的海底沉积物、岩石和矿物样本，为大洋中脊的深入研究提供了有力的支撑。1977年，美国的“阿尔文”号在东太平洋加拉帕斯裂谷发现海底热液喷口的同时，直接抓取到了热液硫化物样品，开启了海底热液硫化物研究的时代。

在海试和试验性应用航次中，“蛟龙”号利用机械手或铲斗等作业工具也取得了大量的地质样品。图3为“蛟龙”号在西南印度洋我国多金属硫化物矿区采集硫化物烟囱体时的照片。

图3 “蛟龙”号在西南印度洋高温热液喷口采取硫化物烟囱体样Fig.3 Jiaolong sampled massive sulfide from high-tem-perature hydrothermal vents of southwest Indian Ocean

3.1.3 深海地球物理调查

载人潜水器可搭载先进的深海多波束及侧扫声纳系统，贴近海底目标区进行详细勘测，这样不仅避开了海面各种干扰的影响，而且提高了勘测的分辨率，从而可以获得精细的海底地貌形态。

在1974年的FAMOUS项目和1979年的RITA项目中，利用搭载在“阿尔文”号上的多波束测深和侧扫声纳系统，对大西洋中脊和东太平洋海隆进行了精细勘测[21—22](见图4)，获得了大量有价值的海底地形地貌数据，为研究各种地质现象提供了重要依据[23—24]。1999年，美国和日本两国利用“深海6500”号，对夏威夷群岛海底火山进行了联合勘查，并获得了海底火山的精细地貌特征，为研究这些海底火山的成长及衰亡规律提供了第一手的资料。

图4 “阿尔文”号载人潜水器测得的洋中脊地形图Fig. 4 The topographic map of mid-ocean ridge measured by Alvin

目前，“蛟龙”号载人潜水器主要配置有测深侧扫声呐系统、拟增置多波束声呐系统，从而为精确测量一定区域内的精细地形地貌提供技术条件保障。

3.2 深海生物

载人潜水器及其搭载的探测和取样设备，可以到达海洋深处，方便地对深海底栖生物进行直接观察、拍照，还可以对目标物进行保真取样，回到实验室对其进行分析和培育，揭示深海生物生存和演化之谜[25]。

3.2.1 深海热液区生物群落

深海热液区是目前国际上开展深海生物勘察研究最为活跃的区域，主要存在于水深2 000 m左右的大洋中脊和活动断裂带上。深海热液区附近生物群落物种及数量极为繁盛，这些生物从热液化学物质中摄取营养和能量，比如H2S、CO2、H2和CH4等，它们具有独特的生存代谢机制。自从在海底热液喷口附近发现生物群落以来，逐渐掀起了深海生物研究的热潮[26]。在过去的30多年间，对热液喷口生物的新种发现速度一直维持在平均每个月描述两种的水平。目前已描述的热液生物新种已有近600种，包括了原生动物门和12个后生动物门，其中超过85%的热液生物为地方特有种(见图5)。从寄生在热液喷口附近的嗜热微生物中提取的嗜热菌，可用于细菌浸矿、石油及煤炭的脱硫，在发酵工业中，可以利用其耐高温的特性，提高反应温度，增大反应速度，减少中温型杂菌污染的机会。此外，嗜热菌研究中最引人注目的方向之一就是深海生物基因及其遗传工程的相关研究。

1977年，“阿尔文”号载人潜水器在太平洋加拉帕戈斯群岛东北300 km水深约2 550 m处的海底热液喷口附近，发现了繁盛的生物群落，包括环节类、甲壳类、软体类、须腕动物和鱼类等[27]。1984年，“阿尔文”号载人潜水器又在大西洋3 200 m的海底洋中脊附近发现了类似的生物群落，这些生物生长很快，从海底喷出的热水含有大量的H2S，这些动物不仅本身有同化H2S的能力，它们还能依靠共生的硫磺细菌的化能合成作用，将H2S转化为有机物。在“阿尔文”号的MAR97航次，在大西洋洋中脊的热液区，利用配备在载人潜水器本体上的机械手和吸管采样器，采集到了大量的深海生物样本[28]。

法国的“鹦鹉螺”号载人潜水器在深海生物研究领域也开展了大量的工作。在1997年8月至9月的MARVEL航次中，对大西洋洋中脊(36°13.8′N，2 270～2 320 m水深)处的热液喷口开展了首次科考下潜[29]。一年之后，在“鹦鹉螺”号载人潜水器的AMORES航次，对该热液口进行了再次科考下潜，利用载人潜水器上配备的保真采样器，采集到了热液口附近的6个采样本，为后期深入开展深海生物研究奠定了基础[30—31]。针对热液喷口附近厌氧氨氧化微生物(anammox)对生物群落的作用[32]，该项目科考队利用“鹦鹉螺”号载人潜水器和“Victor 6000”号水下机器人，在大西洋中脊海域不同温度的5个热液喷口附近采集到热液和生物样本，开展了对比研究。

2013年，“蛟龙”号西南印度洋科考航次，是我国首次利用载人潜水器开展热液区精细勘查，首次对西南印度洋热液区的热液、生物、地质的耦合作用进行了多学科综合研究。“蛟龙”号对西南印度洋中脊3个不同热液区的生物组成、丰度和分布进行了较为系统的勘察。载人潜水器下潜作业获得生物样品635份。目前，我国深海生物学家正在结合获得的样品开展种类鉴定、特征参数测量、群落多样性、分子系统发育、种群遗传、微生物等相关研究，有望获得新的重大科学发现。

图5 深海热液区生物群落Fig. 5 Deep-sea biological communities in hydrothermal vent area

图6 西南印度洋热液黑烟囱附近生长的贻贝Fig.6 Mussels live around the black smokers of hydrothermal vents in southwest Indian Ocean

3.2.2 深海冷泉区生物群落

在大陆坡和深海区的天然气水合物分布区域，当海底升温或减压，就会释放出大量的甲烷，在海水中形成甲烷柱，即所谓的“冷泉”。在冷泉附近往往发育着依赖这些流体生存的冷泉生物群落，这是一种独特的黑暗生物群落，最常见的生物有靠化能合成作用生存的管状蠕虫、双壳类、腹足类和微生物菌等，因此又被称为“碳氢化合物生物群落”。

2006年5月，在墨西哥海湾北部的大陆斜坡约1 070～2 740 m的8个冷泉区域，科学家利用“阿尔文”号载人潜水器进行了冷泉生物群落的调查，发现冷泉附近动物生活习性各不相同，同时还发现了动物群体和海底沉积物中的微生物群体之间的独特联系，对冷泉附近微生物的演变过程开展了深入研究[33—35]。在2007年马尔马拉海的MARNAUT任务航次，利用“鹦鹉螺”号载人潜水器对该海域的冷泉、海底底栖动物、生物多样性、生物的化能合成作用以及海底生态环境进行了系统地调查研究[36]。

2013年，“蛟龙”号试验性应用航次在南海实施，载人潜水器首次搜索观测到了面积约为2 000 m2的由大量的毛瓷蟹、蜘蛛蟹、深海虾、贻贝等构成的冷泉生物群落(图7)。科学家通过对冷泉区生物生存方式和状态的各项研究，了解该冷泉区生物群落结构的独特性以及与其他冷泉区生物群落的异同点，这对保护海洋生物多样性和海洋生态环境具有积极的促进作用。

图7 “蛟龙”号机械手采集贻贝等冷泉区生物样品Fig.7 Mussels and other biological samples of the cold seep area were collecting by the manipulator of Jiaolong

3.2.3 深海大生物

除了对深海生物群落开展综合研究外，国内外生物学家还搭乘载人潜水器，对生活在深海中的大生物进行了重点研究。

1977年，“阿尔文”号载人潜水器在太平洋加拉帕戈斯群岛东北水深2 550 m处的海底热液喷口附近的生物群落中发现了大量的环节类、甲壳类、软体类、须腕动物和鱼类等深海大生物，其中，大型的管栖蠕虫状须腕动物成团成簇存在，管长达5 m，直径4 cm，生物密度可达15 kg/m2。在1984年“阿尔文”号对大西洋洋底深海热液喷口附近生物群落的调查中，发现了热液喷口附近的蛤类，其代谢速度比一般蛤类快约500倍。“阿尔文”号在MAR97航次中首次在大西洋中脊的热液区利用配备的机械手和吸管采样器，采集到了包括蚌类、小虾、螃蟹、腹足动物和多毛目环节动物等大量生物样本(见图8)，并且在清洗蚌类及采样篮的时候，又发现了大量的无脊椎生物。

对深海大生物的研究不仅是对现存的深海生物进行研究，还包括对生物遗骨及其附近生物的研究。1992年，“深海6500”号载人潜水器在日本鸟岛海域4 146 m深处发现了古鲸遗骨，在22块古鲸骨附近发现了大量寄生的贝类和小虾。1998年和1999年间，“阿尔文”号在Santa Cruz海盆人为放置的鲸鱼尸骨附近进行了线虫生物群落的采样试验，在鲸骨放置好后的第1.5和第18个月，利用“阿尔文”号机械手上的取样装置，在离鲸骨分别为0 m、1 m、3 m、9 m和30 m的地方，对鲸骨附近的沉积物进行了收集采样[37]。另外，利用“阿尔文”号在美国东海岸布放海底试验箱，收集到深海软体动物标本，进一步对深海软体动物及其与家族关联性进行了研究[38]。

“蛟龙”号载人潜水器自海试至试验性应用航次以来，利用高清摄像系统，也拍摄记录了众多的深海大生物系统，包括深海海参、海星、海葵、鼠尾鱼、狮子鱼、蜘蛛蟹、磷虾、毛瓷蟹、贻贝、端足类生物等(见图9)。利用机械手还获取了部分深海大生物。目前，一些深海大生物吸取、诱捕型作业工具正在被研制，潜水器有望在未来应用中获取更多的深海大生物。

3.3 物理海洋

载人潜水器在物理海洋研究中也得到了广泛的应用，主要应用在海流热通量、大洋环流、热液口温度场分布等研究领域。

1977年，“阿尔文”号在太平洋加拉帕哥斯群岛附近的海底发现了第一个热液口，之后又相继在大西洋和太平洋发现了24余个热液喷口。从此，海底热液喷口附近海水的流动形态、热液喷发对大洋环流模型的影响、洋壳热通量等一大批新的科学问题成为物理海洋学研究的重要内容。1988年7—9月，Schultz等人利用“阿尔文”号潜水器对东北太平洋Juan de Fuca洋中脊Endeavour段热液喷口热通通量进行了测量，并利用温度传感器阵列获得了热液喷口周边的温度场分布。1993年12月，“鹦鹉螺”号潜水器对大洋中脊存在的表流(sheet flows)进行了观察。1994年，日本“深海6500”潜水器在东太平洋隆起南部进行了8次下潜，开展热液流场等方面的观察与研究。

图8 “阿尔文”号在大西洋海底拍摄到的深海软体动物(左图)和虾类生物(右图)Fig.8 The deep-sea mollusks (left) and shrimp (right) were captured by Alvin in Atlantic

图9 “蛟龙”号拍摄的深海大生物(左上：海参；右上：鼠尾鱼；左下：海葵、贻贝；右下：磷虾)Fig.9 Big creatures captured by Jiaolong (left upper: sea cucumber; right upper: sagefish; left lower: sea anemone; right lower: krill)

4 结语

利用搭载在载人潜水器上的仪器设备，可以实现对深海目标进行有效的观察、探测和取样等，是开展深海科学研究的重要手段。20世纪60年代以来，载人深潜器在深海地质、深海生物等研究领域得到广泛的应用，取得了一大批深海科学重大发现和研究成果。我国在深海科学研究领域明显落后于发达国家，其根本原因是深海探测能力不足。“蛟龙”号载人潜

水器7 000 m级海试成功及试验性应用航次的开展，标志着我国已具备了载人深潜的作业能力。充分利用这一先进技术和手段，开展深海相关科学考察和研究，对于推动我国深海科学的快速发展有重要意义。

[1] William K. Review of deep ocean manned submersible activity in 2013[J]. Marine Technology Society Journal，2013，47(5): 56-68．

[2] 顾继红，廖又明，胡震. (美)伍兹·霍尔海洋研究中心载人深潜器计划探究暨(美)新概念ALVIN号载人深潜器关键技术浅析[J]. 船舶，2008，2：8-12．

Gu Jihong，Liao Youming，Hu Zhen. WHOI’s new concept manned deep-sea vehicle project，ALVIN，with key technique[J]. Ship，2008，2：8-12．

[3] Sagalevitch A M. 10 years anniversary of deep manned submersibles MIR-1 and MIR-2[C]. OCEANS，1997，1：59-65．

[4] Takagawa S，Takahashi K，Sane T，et al. 6,500m deep manned research submersible “SHINKAI 6500” system[C]. OCEANS，1989，3：741-746．

[5] Nakanishi T，Takagawa S，Tsuchiya T，et al. Japanese 6,500M deep manned research submersible project[C]. OCEANS，1986：1438-1442．

[6] Committee on future needs in deep Submergence Science. Future needs in deep submergence science-occupied and unoccupied vehicles in basic ocean research[M]. Washington D C: The National Academies Press，2004．

[7] Heirtzler J R，Van Andel T H. Project FAMOUS: Its origin，programs and setting[J]. Geol Soc Am Bull，1997，88: 481-487．

[8] Arcyana. Transform fault and rift valley from bathyscaphe and diving saucer[J]. Science，1975，190: 108-116．

[9] Ballard R D，Vanandel T H. Morphology and tectonics of the inner rift valley at Lat 36°50′PN on the Mid-Atlantic Ridge[J]. Geol Soc Am Bull，1977，88: 507-530．

[10] Choukroune P，Francheteau J，Le Pichon X.Insitustructural observations along transform fault A in the FAMOUS area[J]. Mid-Atlantic Ridge. Geol Soc Am Bull，1978，89: 1013-1029．

[11] Von Damm K L，Edmond J M，Grant B，et al. Chemistry of submarine hydrothermal solutions at 21°N，East Pacific Rise[J]. Geochim Cosmochim Acta，1985，49：2197-2220.

[12] Metz S，Treery J H. Chemical and mineralogical influences on concentrations of trace metals in hydrothermal fluids[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta，2000，64(13): 2267-2279.

[13] Van Dover C L. The ecology of deep-sea hydrothermal vents[M]. Princeton: Princeton University Press，2000．

[14] Shepard A N. Applications of Human Occupied Vehicles at Hydrocarbon Seeps and Vents in the Gulf of Mexico[J]. MTS/IEEE Conference and Exibition on Oceans，2001，2: 799-806．

[15] Nakamura K, Toki T, Mochizuki N, et al. Discovery of a new hydrothermal vent based on an underwater, high-resolution geophysical surver[J].Deep-Sea Research I, 2013,74:1-10.

[16] Henry P，Lallemant S，Nakamura K，et al. Surface expression of fluid venting at the toe of the Nankai wedge and implications for flow paths[J]. Marine Geology，2002，187(1/2): 119-143．

[17] Zbinden M，Bris N L，Compere P，et al. Mineralogical gradients associated with alvinellids at deep-sea hydrothermal vents[J]. Deep-Sea Research Ⅰ，2003，50(2): 269-280．

[18] Glowak L. Putting marine scientific research on a sustainable footing at hydrothermal vents[J]. Marine Policy，2003，27(4): 303-312．

[19] Phillips H，Wells L E，Johnson R V，et al. LAREDO: A new instrument for sampling and in situ incubation of deep-sea hydrothermal vent fluids[J]. Deep-Sea Research Ⅰ，2003，50: 1375-1387．

[20] Dupre S，Woodside J，Foucher J P，et al. Seafloor geological studies above active gas chimneys off Egypt[J]. Deep-Sea Research Ⅰ，2007，54: 1146-1172．

[21] Macdonald K，Luyendyk B P，Mudi J D，et al. Near-bottom geophysical study of the Mid-Atlantic Ridge median valley near 37°N: Preliminary observations[J]. Geology，1975，3(4): 211-215.

[22] Luyendyk B P，Macdoald K C. Physiography and structure of the inner floor of the FAMOUS rift valley: Observations with a deep-towed instrument package[J]. Geol Soc Am Bull, 1977，88：648-663.

[23] Huguen C，Mascle J，Woodside J，et al. Mud volcanoes and mud domes of the Central Mediterranean Ridge: Near-bottom andinsituobservations[J]. Deep-Sea Research Ⅰ，2005，52: 1911-1931.

[24] Bayon G，Loncke L，Dupre S，et al. Multi-disciplinary investigation of fluid seepage on an unstable margin: The case of the Central Nile deep sea fan[J]. Marine Geology，2009，261: 92-104．

[25] 崔维成，徐岂南，刘涛，等. “和谐”号载人深潜器的研制[J]. 船舶科学技术，2008，30(1): 17-25．

Cui Weicheng，Xu Qinan，Liu Tao，et al. Design and construction of the deep manned submersible “Harmony”[J]. Ship Science and Technology，2008，30(1): 17-25．

[26] Nakamura K，Morishita T，Bach W，et al. Serpentinized troctolites exposed near the Kairei Hydrothermal Field，Central Indian Ridge: Insights into the origin of the Kairei hydrothermal fluid supporting a unique microbial ecosystem[J]. Earth and Planetary Science Letters，2009，280(1/4): 128-136．

[27] Shepard A N. Applications of Human Occupied Vehicles at Hydrocarbon Seeps and Vents in the Gulf of Mexico[J]. MTS/IEEE Conference and Exibition on Oceans，2001，2: 799-806．

[28] Colaco A，Dehairs F，Desbruyeres D. Nutritional relations of deep-sea hydrothermal fields at the Mid-Atlantic Ridge: a stable isotope approach[J]. Deep-Sea Research Ⅰ，2002，49: 395-412．

[29] Biscoito M，Segonzac M，Almedi A J. New zoarcid fish species from deep-sea hydrothermal vents of the Atlantic and Pacific Oceans[J]. International Ridge-Crest Research: Biological Studies, 2001，10(1): 15-17．

[30] Biscoito M，Almedi A J. New species of pachycara zugmayer (Pisces: Zoarcidae) from the Rainbow hydrothermal vent field (Mid-Atlantic Ridge)[J]. Copeia，2004(3): 562-568．

[31] Zbinden M，Bris N L，Compere P，et al. Mineralogical gradients associated with alvinellids at deep-sea hydrothermal vents[J]. Deep-Sea Research I，2003，50(2): 269-280．

[32] Byrne N，Strous M. Presence and activity of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria at deep-sea hydrothermal vents[J]. Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology，2009，3(1)，117-123．

[33] Samantha B J，Marshal W B，Vladimir A S，et al. Biogeochemical signatures and microbial activity of different cold-seep habitats along the Gulf of Mexico deep slope[J]. Deep-Sea Research Ⅱ，2010，57: 1990-2001．

[34] Roberts H H，Shedd W，Hunt Jr J. Dive site geology: DSV ALVIN (2006) and ROV JASON Ⅱ dives to the middle-lower continental slope，northern Gulf of Mexico[J]. Deep-Sea Research Ⅱ，2006，57: 1837-1858．

[35] Feng D，Roberts H H. Initial results of comparing cold-seep carbonates from mussel-and tubeworm-associated environments at Atwater Valley lease block 340，northern Gulf of Mexico[J]. Deep-Sea Research Ⅱ，2010，57: 2030-2039．

[36] Ritt B，Sarrazin J，Caprais J C，et al. First insights into the structure and environmental setting of cold-seep communities in the Marmara Sea[J]. Deep-Sea Research Ⅰ: 2010，57(9): 1120-1136．

[37] Debenham N J，John P，Lambshead D，et al. The impact of whale falls on nematode abundance in the deep sea[J]. Deep-Sea Research Ⅰ，2004，51: 701-706．

[38] Scheltema A H，Ivanov D L. A natural history of the deep sea aplacophoran prochaetoderma yongei and its relationship to confamilials (Mollusca，Prochaetodermatidae) [J]. Deep-Sea Research Ⅱ，2009，56: 1856-1864．

Progress of the application and research of manned submersibles used in deep sea scientific investigations

Liu Baohua1，Ding Zhongjun1，Shi Xianpeng1，Yu Kaiben1，Li Dewei1，Li Baogang1

(1.NationalDeepSeaCenter，Qingdao266061，China)

Deep submergence technology is the cutting edge and one of the most advanced deep-sea technologies. With the development of high technology since 1960s，countries such as America，Japan，France and Russia have made a rapid progress in the development and application of manned submersibles; they have mastered this technology successively and are capable of applying it to theinsituobservation，detection and sampling at complex deep ocean conditions. To date，the vehicles have been applied to obtain deep-sea geological，geophysical，biological，chemical and environmental information at areas including continental slopes，mid-ocean ridges，seamounts，sea-floor trenches and ocean basins all over the world，based on which，a batch of important findings and innovative results have been achieved and thus improving the deep sea research. China self-designedJiaolongmanned submersible has successfully completed 7 000 m class sea trial. The test operational phase has been conducted since 2013，and rich scientific investigations have been achieved via the successful voyages. This paper briefly describes the current status of the development of manned submersibles of each country and their advantages in deep ocean research，and reviews the application in marine geology，biology and physical oceanography of manned submersibles developed by domestic and foreign countries．

manned submersibles; deep sea; scientific investigation; geosciences; biological sciences; physical oceanography

2015-06-26；

2015-08-12。

科技部国际科技合作项目(2012DFA20970)。

刘保华(1960—)，男，山东省嘉祥县人，博士，研究员，从事海洋地球物理调查与研究。E-mail:bhliu@fio.org.cn

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.10.001

U674.941

A

0253-4193(2015)10-0001-10

刘保华，丁忠军，史先鹏，等. 载人潜水器在深海科学考察中的应用研究进展[J].海洋学报，2015，37(10)：1—10，

Liu Baohua，Ding Zhongjun，Shi Xianpeng，et al. Progress of the application and research of manned submersibles used in deep sea scientific investigations[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(10)：1—10，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.10.001