海洋资源--人类可持续发展的依托

［ 1］ 点” 139 处 ， 现已发现数十个百万吨级硫化物矿
分布于水深 4 000 ~ 6 000 m 海底， 富含 Cu、 Ni、 CO、 Mn 等金属元素。结核资源量估计可达 3 X 10
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t， 仅太平洋就有 1. 7 X 10 t。其中一些 Mn、 Ni、 Cu、 CO 等主要有用金属的含量是地壳平均含量的 300 多倍， 将成为 21 世纪这些金属的主要来源。 英国 “ 挑战者” 号考察船于 1983 年 2 月 18 日在 摩洛哥西南约 300 km 处的海底首次采集到多金属 结核， 随后开展的科研调查活动从大西洋开始， 慢慢 地转到印度洋与太平洋， 截止到 20 世纪末， 大洋多 金属结核的矿区圈定基本结束。目前各国正在集中 力量研制深海潜水器、 水下居住舱以及海底采矿装 置。预计从 2010 年开始， 海底多金属结核的商业性 开采将大规模展开。 我国 “ 大洋专项” 于 1991 年启动以来， 在太平 洋海区顺利开展了多金属结核的调查， 经过 10 多个 航次的工作， 我国自己的深海采矿技术得到长足发 展。1999 年， 我国获得了在东太平洋中部克拉里 昂—克林帕顿断裂带海域一块面积为 7. 5 万 km 的 国际海底矿区的专属勘探权和优先开发权， 在数千 米深的大洋底部争得了一处 “ 战略资源基地” 。通 过大洋矿产资源研究开发 “ 九五” 计划的实施， 我国 已基本探明了该海底矿区内的多金属结核资源储 量。根据中国大洋矿产资源研究开发协会制定的 《 大洋 多 金 属 结 核 资 源 研 究 开 发 第 一 期 （ 1991 — 2005 年） 发展规划》 ， 每年在 “ 开辟区” 采集 300 万 t 多金属结核， 开采期 20 年， 可综合回收 Cu、 CO、 Ni、 Mn 等金属， 以弥补国家发展的需要。据估算， 商业 开采后 11 年即可收回全部成本， 更重要的是在开发 多金属结核的基础上， 可继续加深对富钴结壳和热 液硫化物矿床的研究， 为中国可持续发展寻求更多 的战略资源储备。 1. 2. 2 富钴结壳 富钴结壳主要赋存在太平洋水下顶面平坦、 两 翼陡峭、 形似 “ 圆台” 的海山斜坡上， 水深 1 000 ~ 3 500 m， 色黑似煤， 质轻性脆， 结构疏松， 表面常布
国际海底区域面积约 2. 517 亿 km2 ， 占地球面 积的 49% ， 这一广阔区域内蕴藏着丰富的金属、 能 源和生物资源， 但尚未被人类充分认识和开发利用， 它是人类共同继承的财产， 是 21 世纪重要的陆地可 接替资源基地。而且深海大洋研究还孕育着重大的 理论突破， 我国的深海研究非常薄弱， 随着地球科学 进入以全球性的各圈层相互作用为特色的系统科学 阶段， 深海大洋的研究更为迫切。 从 20 世纪中叶开始的深海热液成矿体系研究、 深海热泉生物群落的发现与应用研究、 天然水合物 的应用开发、 大洋结核的采集与开发， 使国际深海研 究高潮迭起。即将开始的新一轮 “ 蓝色圈地” 运动 将成为 21 世纪争夺国际海洋资源的主旋律。海洋 资源的研究与开发是世界各国充分展示综合实力、 争取海洋权益、 发展高新技术和开展外交与合作的 综合性活动。 我国陆上自然资源严重不足、 人口压力巨大， 这一切迫使我们必须将眼光转向海洋。发展海洋高 新技术探查和开采海底石油、 天然气、 天然气水合物
［ 4］ 考察， 第一次报道发现海底热泉生物群落 ， 海洋
生物的研究翻开了新的一页。1984 年美国制定了 海底火山考察计划 （ VENTS Program ） ， 在对温度高 达 400C 的海底火山喷发物的研究中发现， 几乎所 有的热泉周围都存在着生命。2001 年科学家们发 现在寒冷的北冰洋水面下从格棱兰岛北部到西伯利 亚纵横 1 770 km 的 Gakkei 屋脊 （ 全球海屋脊中最 深及最遥远的地方） 中也存在着深海热泉及热泉生
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要：广阔的蓝色海洋蕴藏着丰富的金属、 能源和生物资源， 除了传统的石油与天然气， 近年来，
一些非常规的资源受到全球性的广泛关注， 并在国际上引起新一轮的 “ 蓝色圈地” 运动。大洋多金 属结核、 富钴结壳、 多金属硫化物、 天然气水合物、 深海热泉生物等新型资源具有很好的科研与商业 应用前景， 被誉为 21 世纪人类可持续发展的战略接替能源。在各种海洋资源可利用性分析的基础 上， 针对应用开发， 提出的海洋资源开发中的重大科学理论与技术集成应引起科学界与管理部门的 充分关注， 包括深海生物资源商业应用开发的技术集成、 海底热液成矿作用理论研究、 水 （ 热液） — 岩反应研究、 天然气水合物与固体金属矿产的识别与开采技术集成。海洋高技术是建立在现代海 洋科技理论和相关技术领域最新成就基础上的综合技术体系， 重大科技理论创新突破与技术集成 将成为海洋科学与海洋工程发展的动力。 关 键 词：蓝色海洋资源； 科学理论； 技术集成 文献标识码：A 等重要矿物资源， 合理、 高效开发海洋生物资源是保 持我国海洋经济乃至国民经济稳定、 高速、 持续发展 的关键。 中图分类号： P74
第 18 卷第 5 期 2003 年 10 月 文章编号： 1001-8166 （ 2003 ） 05-0806-06
地球科学进展 ADVANCE IN EARTH SCIENCES
VOI. 18 NO. 5 2003 OcI. ，
海洋资源— — —人类可持续发展的依托
张鸿翔， 赵千钧
（ 中国科学院资源环境科学与技术局， 北京 100864 ） 摘
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输、 安全技术等。我国的研究要落后一些， 但水合物 研究与开发必将成为 20 年后我国的后继能源， 具有 重大的经济和社会效益。 1. 2. 5 深海生物资源 1977 —1979 年美国、 法国和墨西哥联合科研小 组利用载人潜水器 （ Aivin ） 对加拉帕戈斯裂谷 （ Gaiapagas RifI） 和北纬 21 N 东太平洋海隆的顶部进行
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如东太平洋海隆北段勘探者海脊块状硫化物矿 床， 直径 200 m， 厚 10 m， 储量大于 1. 5 > 10 I。 目前世界海底热液硫化物矿床勘察试采的竞争 局面已经拉开。理论研究方面， 热液发育过程、 矿化 作用和成因机制， 以及热液活动在壳幔循环演化过 程中的作用等重大的科学问题， 已获得大量的轰动 性研究成果。英美等国仍在执行的洋中脊计划和已 经进行的 DSDP / ODP 项目， 更使这项研究得到空前 发展。 我国早在 80 年代初， 矿床学家涂光炽院士和沉 积学家叶连俊院士就呼吁重视对海底热液矿床的研 究。1985 年曾庆丰提出热液成矿的多元理论， 并注 意到大洋中脊热液在 Fe、 Cu、 Zn、 Pb 等硫化物沉淀 中的成矿意义
收稿日期： 2003-02-09 ； 修回日期： 2003-05-16. 作者简介： 张鸿祥 （ 1972-） ， 男， 河北省高碑店市人， 助理研究员， 主要从事地球化学研究 . E-mail： hxzhang@ cashg. ac. cn
第5 期
张鸿祥等： 海洋资源— — —人类可持续发展的依托
［ 5］ 物 ， 这一发现进一步表明深海热泉生物在地球上
。在中国大洋矿产资源研究开发
协会、 国家海洋局、 国土资源部和中国科学院等有关 部门的支持下， 科研人员先后对冲绳海槽和马里亚 纳海沟的 热 液 活 动 及 其 矿 产 资 源 进 行 了 调 查， 在 “ 九五” 完成的 “ 世界海底热液硫化物矿点资源评价 与编图” 课题和 “ 深海资源的前瞻性研究” 项目中， 都已把海底热液硫化物矿点资源和海洋环境勘查放 在重要位置。 1. 2. 4 天然气水合物 天然气水合物是天然气和水组成的冰状固态物 质， 又称 “ 可燃冰” ， 主要分布在近海的大陆架、 有厚 沉积物覆盖的深海海盆， 以及永冻层。在世界各大 洋中天然气水合物中蕴含的甲烷气体量为 1. 8 > 10 16 ~ 2. 1 > 10 16 m3 ， 大约相当于全世界煤、 石油和 天然气总碳量的 2 倍， 相当于目前世界年能源消耗 的 200 倍， 是一种潜力很大、 可供 21 世纪开发的新 型能源， 并可能在 10 年内商业化应用。据 1999 年 11 月日本资源能源厅调查， 日本南部海沟的 42 000 km2 范围内， 水合物蕴藏量为日本年天然气消耗量 的 1 400 倍。 我国东海陆坡、 南海北部陆坡、 台湾省东北和东 南海域、 冲绳海槽、 东沙陆坡和南沙海槽等地均有水 合物产出的良好地质条件。新近台湾省也报道了在 台湾西南海域蕴藏千亿立方米的 “ 天然气水合物” ，
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满花蕾似的瘤状体， 厚度一般为几毫米至十几厘米， 形状为板、 结核或砾状等的海相固结沉积物。由于 沉积时古海洋环境的差异， 富钴结壳常呈现为成分 和颜色不断变化的多层构造特征， 如褐煤状、 多孔状 或无 烟 煤 状 结 壳 分 层。富 钴 结 壳 钴 含 量 可 高 达 2% ， 贵金属铂含量相当于地壳含铂量的 80 倍。据 不完全统计， 太平洋西部火山构造隆起带上， 富钴结 壳矿床的潜在资源量达 10 亿 t， 钴金属量数百万吨， 经济总价值超过 1 000 亿美元。 20 世纪 50 年代， 美国中太平洋考察队在开展 大洋基础地质科学考察时， 就发现了太平洋水下海 山上存在着铁锰质的壳状氧化物， 但未引起重视。 此后， 美国、 俄罗斯亦分别对夏威夷群岛和中太平洋 海山上的铁锰氧化物开展过调查。直到 1981 年， 德 国 “ 太阳号” 科考船率先对中太平洋富钴结壳开展 专门调查后， 富钴结壳才真正受到世界各国政府的 高度重视和海洋学家的密切关注。 我国于 20 世纪 90 年代中期开展了富钴结壳的 正式航次调查。2002 年 5 月 10 日 ~ 10 月 30 日， 广 州海洋地质调查局 “ 海洋四号” 远洋科学考察船全 面完成 我 国 国 际 海 底 区 域 研 究 开 发 “ 十 五” 计划 “ DY105-13 ” 航次科学考察任务， 航行历时 174 天， 航程 24 000 多海里， 开展了西太平洋的麦哲伦海山 区和中太平洋海山区富钴结壳新区和预选区的加密 调查， 为基本圈定满足商业开发规模所需资源量要 求的富钴结壳区域打下基础。本次航行意味着中国 大洋勘查开发活动正由单一的多金属结核资源拓展 为面向国际海底多种资源的重要战略调整。 1. 2. 3 海底热液硫化物矿床 海底热液活动是人类认识地球深部过程的窗 口， 具有重要的科学研究意义。海底热液硫化物是 另一种重要的海底金属矿床资源， 富含 Cu、 Zn、 Fe、 Mn、 Pb、 Ba、 Ag、 Au、 CO、 MO 等金属和稀有金属， 赋存 水深数十米至 2 500 m， 且大量出现在 2 500 m 附 近。与大洋多金属结核和钴结壳相比， 虽然富钴结 壳赋存水深和热液硫化物大体相当， 但因其基本矿 物组分皆为非晶质或隐晶质的 Fe、 Mn 物质， 冶炼工 艺较为复杂。相比之下， 热液金属硫化物矿床易于 开采和冶炼。 1979 年首次在东太平洋海隆发现活动热水硫 化物黑烟囱， 近些年的科学考察， 已探明多金属硫化 物矿床， 广泛分布于大洋中脊、 弧后盆地和板内热 点， 1993 年 圈 定 出 世 界 海 底 热 液 “ 矿 点” 和 “ 矿化