海底冷泉作为一类重要的海洋极端特殊生境，是研究海洋生态系统演化、岩石圈-生物圈相互作用等重大基础科学问题的视窗。本研究使用SeaRaptor AUV采集海马冷泉两个喷口区高分辨率多波束、侧扫、浅剖数据，首次展示了海马冷泉区浅-表层三维结构和生态群落全景图。同时载人潜水器搭载高清摄像系统，可以现场观测海马冷泉的气体溢出以及生物聚集的现象，辅以高精度定位导航技术，可以将现场观测和全局地形地貌以及浅部气体通道等构造进行时空相关性的对比。高分辨率地形地貌和浅地层剖面准确勾勒出海马冷泉生态的生物富集范围、气体溢出和喷发引起的地形地貌的变化、以及浅部地层中气体渗漏系统的组成。同时，可以为未来开展海马冷泉区更大规模时空序列尺度上的观测以及岩石圈-生物圈相互作用奠定基础。
      本研究首先系统梳理船载和潜载地球物理探测数据的处理和成像方法技术，然后利用高分辨率近海底探测图像和原位视频观测数据，围绕冷泉环境下岩石圈-生物圈相互作用的研究主题，主要针对海马冷泉区微地貌成因和海马冷泉气体渗漏体系与海底生态系统空间对应关系两个具体科学问题，系统解剖海马冷泉区气体渗漏系统及周围生物群落。高分辨率成像以及数据分析对比所揭示的科学发现包括：
（1）2018年和2021年分别在海马冷泉区对羽状流进行船载多波束水体探测，结果表明两年度羽状流规模相差明显，2021年羽状流已近乎消失。载人潜水器水下实地观测证实海底气体溢出现象减弱、生物覆盖面积缩减，我们推测海马冷泉在2021年处于相对不活跃的阶段。
（2）高分辨率浅剖图像揭示HM-1喷口下气体通道为直径262米的单一气烟囱，而HM-3喷口下覆气体通道有两个，直径分别为69米（气烟囱A）和48米（气烟囱B）。HM-1和HM-3两个喷口虽仅相距5.3公里，但两个喷口的地貌和浅部气体通道形态迥异，表明海马冷泉区尽管发源于同一深部气源，但浅地层结构控制的气体通道形态并不相同。
（3）高分辨率地形地貌和侧扫数据，揭示了HM-1和HM-3海底地形地貌以及生物富集规律的差异。其中HM-1地貌整体呈现环状特征，环形区长轴264米，短轴197米。以气体通道为中心，上覆地貌呈现规律性的环状凹坑，环状凹坑不同方位的地形起伏存在差异，中部地形隆起上叠加小尺寸的丘状隆起。HM-1喷口区生物群落聚集区面积约为38572平方米，生物聚集区域的分布特征和地貌的环形特征并非完全一致。我们推测HM-1经历了不同期次的集中喷发，局部地貌起伏是由于不同期次集中喷发形成的麻坑叠加作用，而不同期次的喷发也在生物群落上形成了涟漪状交叉的环形生物群落聚集性特征。 
（4）HM-3喷口下覆气体通道有两个，气烟囱A和气烟囱B起源于同一气源，顶部横向相距约10米，其中气烟囱A显示已经临近海底并喷出，而气烟囱B未到达海底，距离海底约10米。两个结构、来源一致，相距仅10米的气体通道，带来了海底迥异的地貌和生物群落活动特征。气烟囱A形成典型的麻坑，麻坑长轴51米，短轴17米，最大深度约4米，是典型的气体超压形成的负地貌，周围生物群落围绕麻坑呈同心圆分布，生物群落聚集区面积估算为11874平方米。相比之下，气烟囱B并未形成麻坑，而是形成了丘状地貌隆起，圆丘长轴35米，短轴18米，该区域没有气体到达海底，也没有形成明显的生物群落。
      高分辨率的地形地貌、浅地层剖面和生物群落摄影拼接，共同组成了冷泉区的由浅及表的三维结构。高分辨率的图像及时空对比关系，使得我们可以首次详细解剖两个冷泉喷口，两个喷口的定量分析为研究冷泉生态提供了新的认识：（1）相邻冷泉喷口的地形地貌以及生物群落分布差异，主控因素是浅部气烟囱规模和断裂通道体系，而且麻坑规模和下覆气烟囱通道直径规模相近。据此未来可以根据海马冷泉区其他喷口的麻坑地貌规模推测下覆气烟囱直径；（2）年度羽状流规模差异，以及相邻喷口和气烟囱构造响应的差异，表明海马冷泉区的气体渗漏活动存在年季尺度的时间变化，以及米级尺度的空间变化。
     依赖于深海技术装备的发展和进步，使得我们可以在海马冷泉区首次开展系统的近海底高分辨率地球物理观测，高分辨率声光图像定量描述了海马冷泉系统内气烟囱、地貌单元和生物群落之间的空间关系。新获取高精图像以及定量规律，为未来开展海马冷泉区更大规模时空序列尺度上的观测以及岩石圈-生物圈相互作用的基础科学研究奠定了基础。