深海矿产资源勘查开发进展及挑战
时间：2022-12-04 10:35:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
陈军典，白昕冉，韩晓涛，吴 曼，罗银花，衣 欣
（1.辽宁省物测勘查院有限责任公司，辽宁 沈阳 110031；
2.辽宁省地质矿产研究院有限责任公司，辽宁 沈阳110033；
3、辽宁省有色地质勘查总院有限责任公司（辽宁省有色地质局勘查总院），辽宁 沈阳 110013）
二十一世纪可以说是海洋发展的世纪，虽然海洋离人类日常生活较远，但却是供给全球人口快速增长所需原料的重要源泉。在过去的十几年当中，深海矿产资源的勘查工作在国际上引起各国的重视，各国都尝试着开展深海矿产资源勘查工作，或者通过国家和政府的立法，给民间深海矿产资源勘查开采提供更有利的条件。近年来，各项法律法规都随着全球深海矿产资源勘查能力的不断升级而日益完善。从客观角度来看，原材料价格的上涨和大幅度波动造成的深海材料供应危机，已经成为各个国家进行深海矿产资源商业化开发的驱动力。文章首先分析了深海矿产资源勘查开采的新进展，随后就深海采矿中的新技术、经济环境背景以及国际问题等来展开探讨，最后笔者提出了自身对深海矿产资源勘查开发前景的看法。
书面意义上的深海，指的是大陆架以外的海洋，水深需要在200m以上。深海资源指的是公海或者国家经济区以外的海洋资源。同时，深海资源可以分为两大类别，分别是矿产资源和生物资源。深海的矿产资源例如结核、结壳、海底块状硫化物等，其中都蕴含着丰富的金属和非金属成分。结核当中的金属资源有镍、铜、锰，非金属资源有钴、锂、钼、REE、钇、锆；
结壳中的金属资源有钴、镍、锰，非金属资源有铋、钼、铌、铂、REE、碲、钍、钛、钨、钇、锆；
海底块状硫化物的主要金属有铜、锌、金、银，非金属资源有砷、镉、镓、锗、铟、锑、硒。这些在深海当中的金属和非金属资源，几乎都是在新时代高新技术和绿色技术研发中必不可少的原料。例如，钴被广泛利用在混合动力的汽车和电动车电池、太阳能电池、手机中；
铂被用在化学传感器、平板电脑显示器等电子产品当中；
钇被用在led灯、平板电视、医疗制品、陶瓷当中。开发深海矿产资源不仅能促进全球经济增长，还能满足各个产业发展的战略需求，同时也可以促进海底采矿技术和相关设备、装备的研发，加强新时代人们对深海资源的认识和重视，维护国家的利益。目前各国对深海矿产资源的开采力度与日俱增，竞争日益激烈。在荷兰的资源数据库中显示，美国深海采矿技术和创新力排在全球首位，欧洲各国排名第二，第三就是中国，中国后是日本和韩国。
虽然深海矿产资源的储量高、质量好，但由于地理及海洋条件的限制，深海矿产资源开发工作较为艰难，导致原本在陆地上较为完善的专业技术设备不能在深海矿区中表现出高度的适用性。世界各国都未能对深海矿产资源进行大规模的商业化勘查和开发，但在测绘声纳愈加体现商业价值的趋势下，很多先进的深海矿产资源勘查技术设备都陆续得到相关应用，为深海矿产资源勘查开发助力。不仅如此，相关技术的不断改进升级，也给深海资源勘查创造了许多优势条件，让深海矿产资源勘查开发愈加具有合理性和专业性。从科学技术种类的角度来说，深海矿产资源勘查开发技术的相关工作会涉及基本探索、实践探索、试验更新等发展流程，各个发展流程都会在技术、设备方面提出不同的要求。
2.1 前期勘探阶段
基本探索、实践探索、试验更新等发展流程的技术要点是资源勘查技术和评价技术，也会涉及样本抽取技术、成矿机理、矿场勘查、资源整体评测、矿场勘查区域规划等。主要设备会涉及钻探设备、潜水设备、地质勘查设备等。
2.2 开采阶段
在近些年来的深海资源勘查工作中，基本上都是对一些硫化物以及壳类资源进行勘查与采集，并且勘查过程中涉及的技术措施和设备都得到了专业性的验证。但一些商业性勘查和设备的开发运行还都处于机遇与挑战并存的状态，从技术层面分析得知，深海矿产资源勘查开发技术主要包括了基本技术和专项技术，基本技术涉及通讯和动力两个种类，专项技术涉及勘查区域规划、试采集、资源传递技术等方面。从设备的角度来说，包括船只、传送设备、提升设备和采矿车等。在上述技术设备不断改进升级的条件下，定能为相关单位发展提供先进助力，使深海矿产资源勘查开采向国际范围发展。
中国、韩国、日本、欧洲等国以及古巴、俄罗斯和斯洛伐克共和国共同组成了“洋际金属”，同时也共同签署了铁-锰结核的相关合同，目前，中国、韩国、俄罗斯等国也已经签署了共同勘查深海海底硫化物矿床的合同；
中国、日本、俄罗斯三国制定了深海海底铁-锰结壳的相关合同。海底矿产资源的勘查工作正在如火如荼的进行，在未来的发展中还会有更多的国家和企业参与到新合同的签订当中。
相比起地面的采矿工作，深海采矿工作有着更多的优势。首先，深海采矿工作不需要修路，也不需要建设任何海底设施。铁锰结核和铁锰结壳几乎都暴露在海底的海床上，厚度达到几十米的海底硫化物上也几乎没有覆盖物，几乎都是暴露在海下的，所以深海采矿船可以比较便捷的在规模较小但是价值含量较高的矿床上进行开采。另外，海底采矿一般会在采矿场回收金属，这些金属可以用于后续的科研工作当中。最具优势的一点在于，深海采矿工作不会涉及到民众居住纠纷问题，而且矿工相对安全。但当前国际面临的共同问题是，深海采矿资源探明程度不高，相关的国际法律法规也不够完善，再加上勘查开展技术难度较高、社会影响较大等，这些都是深海矿产资源勘查的重大挑战。
4.1 对深海矿产资源的认识程度不足
在深海矿产资源的勘查过程当中，深海矿床的位置比较明显，但是规模和价值难以明确，这成为制约海底资源开发的重要原因。例如，加拿大研制的索尔瓦拉一号是当前世界上比较先进的深海采矿资源项目，但是所探明的资源仅仅够在海底开采两年。在经济层面，制造一艘海底勘查的船只，就要花费将近10亿欧元，所以深海矿产资源勘查的经济性难以保证。深海矿产资源开采的问题和风险，同时存在于社会环境影响方面。深海矿产资源的勘查工作一般都在各个国家的管辖区域之外，但是国际监管框架的制定还不够完善，这就导致深海矿产资源勘查企业在开采过程中无章可循，一些投资者望而却步。相关领域的科学家和学者也提出深海采矿会给自然生态环境造成较大的影响和破坏的观点，因此需要预防在采矿过程中对海洋环境的影响，同时评估和制定严格的采矿规则来确定是否能开展深海矿产资源的开采工作。
4.2 国际相关法律法规框架不够完善
绝大多数的深海矿产资源都在国际水域当中，因为是国际水域，所以法律框架比较复杂，国际法中暂时缺乏对深海资源开采问题的制定，现阶段国际上海洋活动主要被联合国海洋法公约所制约。为了加强管理协调深海采矿工作的相关事宜，目前已经有166个签约国家在1994年成立了国际海底管理局。截止到目前ISA分别在2000年、2010年和2012完成了勘查海底硫化物结核和结壳的条款。但是与深海矿产资源开采的相关条款还在制定当中。
4.3 海底结壳开采难度性大
深海矿产资源的开采需要运用足够现代化的船只，当前已经有几艘在运行中的勘查船，但这些船是属于不同国家研究机构和地质调查局的。同时深海采矿船只的运营成本是非常贵的，一般运营成本在50，000欧元～100，000欧元，巡航研究费也非常昂贵。另外在深海采矿中，还有一项关键技术就是遥控机器人。海底块状硫化物需要用遥控机器人来开采，对于散落在海底泥土中的锰结核，就可以通过遥控机器人的真空功能，把锰结核从海底吸附出来。锰结壳能够被海底作业的遥控机器人分离、磨碎，同时把这些混合物运输到相关的开采系统当中，并管运到开采矿船上。一般来说，一套完整的深海矿产资源开采系统，包括四个子系统，分别是提升系统、处理系统、采掘系统和海面平台系统。相关深海矿产资源的业内人士认为，当前的深海矿产资源开采技术足以满足当前的需求，因此对深海矿产资源的商业化开展模式非常有信心。这些技术主要源自油气钻探，钻探深度可以达到1km以上。然而，对于不同类型的深海矿产资源开采过程中要求的技术也是不同的。国际上现有的，或者目前正在研发的深海勘查技术只能是用在海底块状硫化物和结核资源的开采当中，难以应用在猛结壳当中。开采海底扩张硫化物的相关技术是将深海石油开采技术和金刚石砂矿开采技术两者改造融合成的，相关技术人员正在根据深海大陆架到深水作业的相关技术，进一步改进创新金刚石砂矿开采技术，因此开采技术算是较为成熟。但是当前面对的最重要的一个问题，就是锰结壳在海底的特征不够明显，所以在开采技术的选择上存在着比较大的难度和挑战。
在开采结壳过程中，需要克服勘查和矿山特征这两个重大的技术难题。相关的勘查工具也必须是可以装载在遥控机器人上的设备，同时还能在开采过程中测量锰结壳的厚度和储存量。当前最为理想的一种开发途径就是多光谱地震探测工具以及伽马辐射探测仪，但是在伽玛辐射探测仪使用的过程当中，必须要解决伽马射线信号可能会在深海中逐渐减弱的问题。与结核相比，结壳的种类非常繁多，伽马射线探测仪在深海中区分结壳物理性能方面的效果是最好的。开采的难题是深海采矿过程中，必须要把结壳和结壳的基岩分离，如果只开结壳，忽略了结壳基岩，那么会进一步降低深海矿石的价值，但是因为结壳在深海中牢固地吸附在基岩之上，而且一般都是在深海下1500m～2500m处粗糙的海床上进行开采，再加上各种结壳基岩韧性不同，所以还需要不断研发、创新更先进的开采技术。
4.4 矿产品价格和资本成本制约了深海采矿工作的开展
深海矿产资源的开采会受到矿产产品价格和资本成本等内外部因素的影响，由于深海开采船只的开发和科研技术投资成本巨大，所以不是所有商业化的开采项目都可行。采矿行业一直以来都作为国际上的高成本产业，深海矿产资源开采的成本比陆地采矿的成本更高。对于陆地采矿来说，总成本可能会包含着环境、成本基础设施建设成本和相关的人力劳动成本等方面，对比深海采矿来说也体现出深海矿产资源开采的一些简洁性，这一方面对相关的商业投资者来说是比较有吸引力的。近几年，欧盟计算出国际深海矿产资源勘查工作每天的成本都会超过100，000美元，绝大多数的勘查船只预算在50，000，000美元～200，000，000美元之间，同时深海矿产资源的开采工作的运营成本是由矿床和资源的位置来决定的，若是在开采过程中遇到了困难，可能会造成高达数亿欧元的成本。
5.1 构建学科耦合和多圈层意识
真正意义上的深海资源勘查开发，必须要有多方面专业领域知识融入以及有关单位专项技术的助力，需要对这些专业常识和技术进行联合应用。比如说，进行多专业知识交叉基本探索，创新深海矿产资源勘查设备。例如带有智能自控系统、资源收集系统的海上运输设备研发技术、深海矿场配电技术，深海通讯定位技术，资源深化勘查开发技术、环境质量评测维护技术等，充分发挥先进技术的显著效应，提高多专业、多圈层意识，构建和完善多专业协同发展的人力资源培养机制，构建具有高度技能和职业素养的实战型人力资源队伍。生态学、计算信息学、探采矿等多领域知识的融合，将为深海资源开发相关工作奠定坚实基础。对于深海资源勘查技术要求严格、成本高、风险高的现状，需要借助地质勘查技术、遥感技术等先进手段联合，助力地球信息科学的快速发展，使地球信息科学技术更加具有前瞻性，从而为更多专业常识和技术的联合创造有利条件。
5.2 研判产业技术着力点，推动形成产业竞争优势
在深海矿产资源勘查机构与科研单位进行有效合作的基础上，积极开展全面革新工作，明确资源勘查开发技术原理及其意义，积极改善发展战略。着重强调底层设计的快捷高效，以目前最先进最具效用的技术为支撑，妥善解决相关科研工作中的各方面难题。充分结合深海资源勘查开发的要求，科学配置优势资源。除此之外，要妥善处理深海资源勘查开采中的难题，使相关工作的开展进一步具有节能性和安全性，进一步注重数字矿区商业采矿方面的设计，注重模块化系统、深海资源勘查设备管护、环保以及生态系统维护技术的改进升级，进一步全面化深海资源成矿机制，进一步明确矿产资源储层结构的特征，加强深海资源勘查开发相关机构的综合实力。
5.3 盘活资金投入、加强政策支持
通过顶层设计工作的高效开展，为深海矿产资源勘查、开发工作提供全程性的技术保障，有效鼓励企业投入，集中企业精干力量和技术设备。在税收、硬件物资等环节上施以政策上的帮扶，激励企业为相关工作献计献策，促使相关科研机构确立开发矿产资源、优化矿场环境的发展路线，为海洋经济的快速增长提供有利条件。
5.4 创新发展促合作共享
在尽量短的时间内，构建完善的深海资源实验机构，为相关技术设备的持续向好发展奠定坚实基础，与此同时，还需要对深海矿场灾害仿真系统、资源扫描系统进行完善、优化。进一步合理化资源共享机制，完善优化具有战略意义的科研系统，开放管理科研设备，为相关工作的开展提供有利条件，进一步注重对深海矿产资源勘查专业高资质人才的招聘，逐步强化深海矿产资源勘查、开采等方面专业队伍成员的岗位技能和职业素养。
在未来深海矿产资源开采中，一个更困难的问题就是需要在深海原地测量浸透海水的样品，这一测量样品工作就代表着需要开展更多的技术工作，例如从海水中获取金属的机理、对比结壳与结壳基岩的探测技术要求、探寻结壳的强度以及结壳对开采技术的承受程度。虽然海底矿产资源的开采技术近年来得到了明显的发展，但是相比起理想程度还远远不够。因此也就说明不断实现开采技术上的创新，采用更多低成本的绿色开采技术，是国际深海矿产业资源开采的必然趋势。例如，使用简单的酸浸法就可以吸附出结核和结壳中的珍贵稀有金属，因此需要加强对化学和生物开采工艺的研发。例如，使用能与金属充分结合的化学药剂，针对性的回收稀有金属，同时把剩下的矿渣运送到提取流程当中，回收其他与各个产业原材料相关的金属，实现这一战略是需要国家和国际上的经济鼓励政策来支持才能实现的。通过一些专业部门的大量探索和努力，深海矿产资源研究、勘查以及开发工作，都实现了阶段性目标，相关产业发展呈现持续向好的态势。国内相关部门也会为以上工作的开展提供更加适宜的条件。在蛟龙看海工程快速发展，以及深海勘查技术逐步升级的条件下，在不远的将来，深海矿产资源定会得到更加深化的采集，进而为广大民众更好生活提供助力。
总的来说，深海矿产资源勘查、开发技术是二十一世纪最能满足人们生存和发展的战略之举，但是在发展过程中会受到多种因素带来的挑战，例如经济、技术、政治、国际法等等。当前必须要认识到深海矿产资源的勘查开采工作，不仅关乎着民族发展，还关乎着国家兴盛，因此，政府要不断加强领导作用，强化监督和服务加强政策的引领为我国开辟一条全新的深海采矿创新之路。
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