在大陆坡沿线的地震勘测影响范围内，鱼类深度分布发生了微妙的变化

《Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences》：Subtle shift in depth distribution of fish within the impact range of seismic surveying along a continental slope

三维地震气枪勘探对纽芬兰海域鱼类和浮游生物的影响研究。采用被动声学监测和主动声学技术，发现声压级＞122 dB时，50-350米深度的鱼类会下沉至更深水域，最大影响距离达70公里，而250-340米深度的浮游生物未现显著变化。研究证实深海环境中地震勘探对鱼类的垂直分布影响可超60公里，且行为改变持续6-7周。

　　本研究聚焦于加拿大纽芬兰和拉布拉多地区的商业捕鱼海域，探讨了基于工业的3D地震空气枪调查对鱼类和浮游动物的影响。研究时间跨度长达100天，涵盖了夏季的大部分时间。通过部署在海底的自主多通道声学记录器，研究人员测量了声压水平，同时使用配备38 kHz和333 kHz换能器的宽频带自主接收器，记录了水体中鱼类和浮游动物的回波数据。研究区域距离仪器设备最远可达152公里，而仪器设备位于地震调查船活动区域的西部边缘，这使得研究人员能够捕捉到不同距离下声学环境的变化。研究结果显示，当地震调查船距离在60公里以内，且平均声压水平超过122分贝（dB re 1 μPa2）时，水深在50至350米之间的鱼类表现出明显的反应，如向更深水域迁移。相比之下，浮游动物在250至340米水深范围内并未显示出显著的丰度或行为变化。这一发现表明，在远离海床的深水环境中，地震调查对鱼类行为的影响更为显著，而对浮游动物的影响则相对有限。

地震空气枪调查是石油和天然气行业在海上勘探地质结构的重要手段。这类调查通过向水体中发射高强度的低频声波，帮助研究人员识别海底潜在的油藏和气藏。空气枪阵列的声压水平可以达到260 dB re 1 μPa2，远高于常规的海洋噪音水平。在这一过程中，声波会穿透水体并反射回地表，由拖曳在调查船后方的接收器捕获并分析。然而，这种高强度的声波对海洋生物的影响一直备受关注，尤其是在对鱼类和浮游动物的生态行为产生潜在威胁方面。一些研究指出，鱼类可能会因声波刺激而改变其分布或行为，甚至导致种群数量的减少。而关于浮游动物的研究则显示出更为复杂的结果，既有研究发现其丰度和行为受到显著影响，也有研究指出影响微乎其微。这种研究结果的差异可能是由于实验设计、调查区域、使用的声源类型以及调查持续时间的不同所导致。

为了更准确地评估地震调查对海洋生物的影响，研究人员采用了被动声学监测和主动声学监测两种方法。被动声学监测主要关注声压水平的变化，而主动声学监测则用于分析水体中鱼类和浮游动物的丰度、分布和行为。通过这种方式，研究人员能够实时获取声学数据，并结合时间、距离和声压水平等因素进行综合分析。例如，被动声学数据表明，随着地震调查船远离监测设备，声压水平呈现对数下降趋势，而主动声学数据则揭示了鱼类和浮游动物在水体中的分布模式。研究人员发现，当声压水平超过122 dB re 1 μPa2时，鱼类会向更深水域迁移，这种行为在白天和夜晚都表现得较为明显。然而，对于浮游动物而言，其在水体中的分布并未发生显著变化，尤其是在250至340米水深范围内。

在实验设计方面，研究团队特别注重于模拟真实的工业地震调查条件，包括持续时间、调查区域和声源强度。他们使用的地震调查船“Ramform Titan”在2021年6月2日至9月9日期间，对纽芬兰东北部斜坡进行了为期100天的调查。调查区域分为三个部分，其中第三部分直接覆盖了监测设备。这种长时间、大范围的调查为研究人员提供了更全面的数据，有助于揭示地震调查对海洋生态系统的影响范围。研究中使用的空气枪阵列体积较大，达到了4130立方英寸，远高于一些小型实验中使用的空气枪体积。这使得研究人员能够更好地理解实际工业地震调查对海洋生物的潜在影响。

此外，研究团队还利用了两种不同频率的声学换能器，38 kHz和333 kHz，分别用于检测鱼类和浮游动物。38 kHz换能器能够探测到水体中较大的目标，如鱼类，而333 kHz换能器则更适合捕捉较小的浮游动物。然而，由于333 kHz频率在海水中的吸收率较高（约为73 dB/km），其有效探测范围相对较短，仅能覆盖距离换能器100米以内的水体。因此，研究人员在分析浮游动物行为时，可能会遗漏某些发生在水体上层区域的反应。这种局限性在一定程度上影响了研究结果的全面性，但也为后续研究提供了改进的方向。

研究团队还采用了广义线性混合模型（GLMM）和广义可加混合模型（GAMM）等统计方法，以分析地震调查对鱼类和浮游动物的影响。这些模型能够处理非线性和复杂的生态数据，并提供更准确的预测结果。例如，GLMM分析显示，当声压水平超过120 dB re 1 μPa2时，鱼类的垂直分布会发生显著变化，而浮游动物的丰度和行为则未受到影响。GAMM分析进一步揭示了鱼类在接近地震调查船时，其垂直分布的变化是渐进的，而不是突然的“惊吓反应”。这种渐进变化表明，鱼类可能并未完全避开地震调查区域，而是通过调整其活动深度来适应高声压环境。

在研究过程中，研究人员还发现，鱼类在白天和夜晚的垂直分布存在差异。白天，鱼类更倾向于分布在较浅的水层，而在夜晚则向更深水域迁移。这种现象与鱼类的昼夜垂直迁移（DVMs）一致，表明鱼类在不同时间段内会根据环境条件调整其活动范围。然而，当地震调查船接近时，鱼类的这种自然迁移行为可能会被干扰，导致其在水体中的分布发生变化。例如，在白天，当声压水平超过120 dB re 1 μPa2时，鱼类的垂直分布平均下降了32米，而在夜晚，下降幅度为24米。这些数据表明，即使在较远的距离下，地震调查仍然会对鱼类的行为产生影响。

值得注意的是，尽管研究发现鱼类在接近地震调查船时表现出垂直分布的变化，但并未观察到明显的“惊吓反应”。这种“惊吓反应”通常指的是鱼类在遇到突发噪声时，迅速向深水区迁移的现象。然而，在本研究中，鱼类的迁移是渐进的，而不是突然的。这可能是因为鱼类在水体中的停留时间较短，或者它们已经适应了这种长期的声学环境。此外，研究人员还分析了单个鱼类的轨迹数据，发现其在地震调查船接近时的移动速度并未显著变化，这进一步支持了渐进反应的结论。

浮游动物的反应则显得更为复杂。虽然333 kHz换能器捕捉到了浮游动物的回波信号，但研究结果显示，其丰度和行为并未受到地震调查的显著影响。这可能是因为浮游动物对低频声波的敏感度较低，或者它们的活动范围主要集中在水体的上层，而333 kHz换能器的有效探测范围有限。此外，浮游动物的种类和数量也可能影响研究结果。例如，在研究区域中，主要的浮游动物种类包括 copepod（如 Oithona spp.）和 Calanus finmarchicus，这些物种在夏季通常分布在较浅的水层，而333 kHz换能器的探测范围可能无法覆盖这些区域。因此，研究结果可能低估了地震调查对浮游动物的潜在影响。

研究团队还指出，尽管本研究的发现表明地震调查对鱼类行为有显著影响，但其影响程度可能不如一些其他研究中所报告的严重。例如，某些研究发现，当声压水平达到120 dB re 1 μPa2时，鱼类的种群数量会显著下降，甚至出现死亡。然而，在本研究中，鱼类并未完全离开调查区域，而是通过调整其活动深度来适应高声压环境。这种适应性可能意味着鱼类在长期暴露于地震调查声波后，能够逐渐降低其对噪声的敏感度，从而减少行为变化的幅度。然而，这种适应性是否普遍存在于所有鱼类，还需要更多的研究来验证。

从生态学角度来看，地震调查对海洋生态系统的影响不仅限于个体生物的行为变化，还可能涉及更广泛的生态过程。例如，鱼类的垂直分布变化可能会影响其捕食行为、繁殖活动以及与其他物种的相互作用。这些变化可能会对整个食物链产生连锁反应，进而影响海洋生态系统的稳定性。然而，本研究并未深入探讨这些潜在的生态影响，而是更关注于鱼类和浮游动物的直接反应。未来的研究可以进一步结合生态模型，以评估地震调查对整个海洋生态系统的长期影响。

研究团队还强调了在实际环境中进行地震调查影响研究的重要性。由于地震调查通常持续数月，并且涉及大规模的声波传播，因此在实验设计中必须考虑到这些因素。例如，本研究中，地震调查船在150公里的范围内持续活动，这为研究人员提供了更全面的数据，以揭示地震调查对海洋生物的影响范围。相比之下，一些短期的实验可能无法捕捉到这种长期的影响，导致研究结果存在偏差。因此，未来的研究应更加注重于模拟真实的工业地震调查条件，以确保研究结果的代表性和可靠性。

此外，研究团队还提到了研究中的一些局限性。例如，由于浮游动物的活动范围主要集中在水体的上层，而333 kHz换能器的有效探测范围有限，因此研究可能未能完全捕捉到浮游动物的反应。此外，研究中使用的被动声学监测和主动声学监测方法，虽然能够提供有价值的声学数据，但在某些情况下可能无法准确反映所有生物的反应。例如，某些小型浮游动物可能在更高的水层活动，而这些区域并未被333 kHz换能器覆盖。因此，未来的研究可以考虑使用更高频率的换能器，或者结合其他监测手段，如视频观测和生态采样，以更全面地评估地震调查对浮游动物的影响。

综上所述，本研究通过长期、大范围的地震调查，揭示了地震空气枪对鱼类和浮游动物的影响。研究结果表明，当声压水平超过一定阈值时，鱼类会表现出明显的垂直分布变化，而浮游动物则未显示出显著的反应。这些发现对于制定有效的海洋保护措施和管理政策具有重要意义，特别是在商业捕鱼区进行地震调查时，需要权衡勘探需求与生态保护之间的关系。未来的研究应进一步探索不同声源强度、调查持续时间和水深条件对海洋生物的影响，并结合多种监测手段，以更全面地理解地震调查对海洋生态系统的潜在影响。