1）南澳大利亚SP测量

1998年为确定南澳大利亚的埃尔半岛糜棱岩走向，Flinder大学Heinson等人开展了SP测量工作。借助拖船同时安装有磁力仪和SP测量装置，其中磁力仪近水面拖曳，SP近海底拖曳，水平电极距为3 m。在埃尔半岛南部，利用SP方法沿垂直陆上糜棱岩带走向方向探测到了一个2 km宽、异常幅度为100μV／m的水平SP异常带。自然电位异常与磁场相关性较小，这表明该电位差来源于金属矿物如石墨，或者是由于地下水在断裂带的动电效应。

图5.40为埃尔半岛拖曳式测线，测线覆盖了埃尔半岛最南端2 km内的区域，并穿越了几个南北走向的航磁异常带。在埃尔半岛采集了近12 h试验数据，航速约3节，测线长约65 km。

图5.40　埃尔半岛SP测线布置图（图片源自Heinson，1999）

如图5.41所示，磁场数据已刨去59 000 n T基线值，SP数据使用21点Robust中值滤波器进行滤波以去除运动海底电磁干扰。整个拖曳系统SP电场的增加可能是由于电极漂移造成的。初步数据处理结果表明，在北部测线开始拖曳后约150 min（图中第550 min位置，沿主测线大约13.8 km）产生约100μV／m的SP电场异常，该异常具有负峰值和正峰值，其可与海床下方的异常区域边缘相关联。这个异常的宽度从高峰到低谷，这个区域大约有2 km。之后的时间内还存在有更小和更广泛的SP异常。而磁异常大约为1 000 n T，并且波长比SP异常短得多。

图5.41　SP电场（下细）和磁异常（上粗）观测数据（磁场基线59 000 nT）

SP电场和磁场之间存在很小的相关性，这表明海洋中高磁化率的矿体不会产生SP异常，SP异常的可能来源是沿着糜棱岩带的石墨，其沿着南北走向穿过半岛的东部边缘。推测可能由于通过浅表层几米沉积物的氧化还原反应形成，并已经通过试验证实。然而图5.41中的SP异常具有非常长的波长（＞2 km），这表明异常的来源比沉积层深得多。

SP场源的另一种假设是流体通过裂缝流动。流体流动通过电动效应产生电势，海洋流体也可能产生可被测量的电场。特别是如果基底岩石的动电势很大，且根据沿着艾尔半岛东部的糜棱岩带的氡和镭同位素的地球化学分析，糜棱岩带存在深水循环的可能性。因此糜棱岩区可能是地下水流入南部海域的通道。

2）冲绳海域热液矿调查

2016年，日本JAMSTEC的Kawada在一个活跃的热液场——Izena海域进行了一次SP调查。该区域位于日本南部冲绳海的中部，已知该区域含有大量黑矿型块状硫化物矿床。此次调查使用深拖曳式阵列连续测量海洋中的自然电位，包括一根30 m长杆（加挂一定间隔的电极）和独立数据采集单元。这次调查观察到负电位信号不仅存在于活动的热液喷口上和硫化物堆积体附近，也在沉积物覆盖的平坦海底之上存在。对采集数据的分析表明这些信号来源于海平面之下，同时一些信号在高于海底50 m依然能观测到，这表明SP方法可以有效探测热液矿床。研究结果证实，自然电位法是一种探测黑矿型海底热液矿床的简便方法。

Hakurei热液区位于冲绳海槽中部火山喷口——Izena喷口的西南侧附近（图5.42a、b）。火山口高400 m，平均水深为1 600 m。在Hakurei热液区观测到许多热液堆积体。在这些热液堆积体周围观察到强烈的高磁异常。深海钻探显示，硫化物分布在两个深度，表明Hakurei热液区的矿床不仅限于可见的丘状结构，露头硫化物向下延伸约30 m。此外，从海底以下约50 m也取到了硫化物样品，表明硫化物不只存在浅表层热液堆。但浅层硫化物堆和深层硫化物之间的连续性目前是未知的。除了这些热液堆外，还有一个活跃的热液区——Dragon烟囱体，热液温度高于300℃。

图5.42　工区作业图（图片源自Kawada，2017）

图5.42a中，黄色五角星为（Izena）热液口位置；图5.42b中，黄色和黑色方块表示Hakurei区域；图5.42c中，黑色、蓝色、黄色和红色曲线分别表示两条测线拖曳测量时不同高度的拖曳轨迹。

东西两条测线南北长约2 000 m，东西约250 m。在每条测线上测量四次，约0.5节的恒定速度的深拖曳以研究SP信号与离底高度的关系。西部测量线的相对海底拖曳高度分别为50 m、30 m、20 m和5 m，东部测量线50 m、30 m、5 m和5 m。其中为了验证结果的可重复性，沿东部测线沿同一个拖曳轨道在同一高度拖曳两次深拖曳，但方向相反。

测量结果如图5.43所示，确定了几处主要的负自电位异常，在x为-500 m（南部场地）、-150 m（中部场地）和250 m（北部场地）处观测到明显的自电位异常。图5.43显示SP异常呈现以下几点特征：

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图5.43　东部测线SP测量结果（图片源自Kawada，2017）

（1）四分图分别为不同拖体离底高度时的测量结果，离底高度越小，SP负异常值越明显。

（2）不同的通道一致性强。

（3）SP异常值的同时在其上也观察到温度和电导率异常。

在测线北面的火山区域未发现明显的SP异常，推测该点位无热液活动。

SP方法是进行初步调查的有力工具，可以根据如下特征探索海底热液矿床：首先，SP方法可以探测硫化物堆积体的位置，在热液丘地点及活动的热液喷口位置可观察到负电位异常，其他出露的丘状结构无这种现象，可以利用自然电位排除非热液活动的海山；其次，SP方法可探测到海底以下隐伏的热液矿床。当海底以下隐伏的热液矿床穿过氧化还原梯度带时，会产生大于其他位置的自电位异常，同样可以被自然电位方法探测到。

3）西南印度洋多金属硫化物勘探

图5.44　玉皇热液区位置

图5.45　自然电位观测装置（搭载TEM拖体）

2018年5月，海洋二所组织大洋49航次在西南印度洋的玉皇海山进行了SP测量工作，旨在开展多金属硫化物调查。如图5.44所示，玉皇热液区位于西南印度洋中脊第29脊段南侧，距离中央洋脊7.5 km。已有的钻孔和取样资料表明，在玉皇海山的北面出露硫化物堆积体，暂未观测到热液活动。SP设备搭载在瞬变电磁仪拖体上，三组电极等间距排列组成水平阵列，电极距5 m，采集电场水平分量，装置如图5.45所示。测量时船速1～2节，离底高度约40 m。原始数据经重采样、滤波后提取的SP异常（电位梯度）如图5.46所示，测线在GMT时间14∶00左右经过玉皇热液区上方，在热液区上方电位梯度发生变化，异常约2 mV／5 m。已有钻孔在该异常西侧约100 m见硫化物。

图5.46　SP异常调查结果图

对于探测海底热液矿床，SP方法是进行初步调查的有用工具，这种源自19世纪的经典方法目前仍然是检测海底热液矿床信号的最快和最简单的方法。该方法易于实施，仅在海底上方数十米处牵引电极阵列且不需复杂的分析，适用于勘探暴露的或甚至完全埋藏的热液矿床。海洋SP测量的成功将翻开硫化物地球物理勘探的新篇章，对于发现海底埋藏的热液矿床具有重要意义。

当然，SP方法也具有局限性。首先，SP方法本身尚不能直接给出海底检测到的SP信号的产生机制。电偶极子的存在可认为是由于流体在海底以下发生的氧化还原反应的结果。矿体周围电荷的空间不平衡通常可以通过电偶极子来近似。找出电流偶极子源是探寻矿体的接下来一步。同时，测量SP和氧化还原电位对于区分SP异常的起源与在海底和排出的热液中发生的氧化还原反应的区别非常重要。其次，在勘探过程中应考虑矿床分布的三维性。由于试验是沿着近乎直线获取相关数据，因此研究数据建立在二维系统中。如果可以提前获得精确的水深数据，则可以估计实际源位置。为了精确找出实际源的位置，基于电场特征，必须在源上设置两条以上的测量线，或者可以沿同一测量线的多个高度调查。在后一种情况下，源强度的响应取决于对测量线的偏移，但无法确定源是位于测量线的左侧还是右侧。