世界海洋矿产资源研究现状与开发前景

世界海洋矿产资源研究现状与开发前景

2010-6-30

海洋矿产资源非常丰富，如铁锰结核、钴锰结壳、多金属硫化物等，是未来人类开发利用有价金属（铜、锰、镍、钴、稀土金属等）的重要原料来源。研究开发海底矿产资源意义深远，海洋矿产可弥补人类持续快速增长的消费需求。

据从事矿产资源勘查与勘探研究的相关机构预测，在21世纪，各种类型的矿物原料消耗将呈持续快速增长趋势，预计在2001-2050年，全球矿产资源消耗量将成倍增加，如石油增长2-2.2倍，天然气3-3.2倍，铁1.4-1.6倍，铝1.5-2倍，铜1.5-1.7倍，镍2.6-2.8倍，锌1.2-1.4倍，其它类型的矿物原料2-3.5倍。2025年之前，预计全球主要有色金属与贵金属产量的平均年增速为铜12.3%、镍1.5%、锌2.5%、金和银2.2%。

海洋“镜面”面积是陆地面积的2倍多。世界海洋矿产资源非常丰富，是未来人类开发利用有价金属的重要原料来源。

世界海底矿产资源的开发与航空航天技术、原子能、宇宙、激光、计算机等一样，正处于文明社会发展过程中的重要阶段。海洋中蕴藏着取之不尽的矿产资源，部分海底矿产资源的潜在资源量见表1。关于海洋的深度，是人类必须面对并克服的问题，如此才能实施海底采掘并将矿石提升输送至陆地。更何况，21世纪陆地上大量的矿产资源也将从深度约几千米的矿井和深度约500-600米的露天矿中采出。

目前，海底矿床有前景的地质工业类型有铁锰结核、钴锰结壳、多金属硫化物、气水合物（可燃冰）等。

由表1数据对比可以看出，钴在海底推测资源数量是钴在陆地推测资源数量的许多倍（55.2倍）；镍和钼的数量也远超过其在陆地推测资源数量（分别达到6.5倍和2.6倍）；而锰和银在海底与陆地的推测

资源数量大致相等（分别为1.2倍和0.9倍）；海底中铜、铂和锌的推测资源量仅是其在陆地的二分之一左右（分别为0.56倍、0.47倍、0.40倍）；铅约占陆地资源量的20%左右，而金的资源量更为有限（0.04倍）。

与陆地矿床（特指俄罗斯）相比，海底氧化矿石的特点是主要成分含量较高，而陆地矿床的金属品位随着开采时间的推移呈平稳下降的趋势（见表2）。

地质勘探工作

早在1872-1876年，英国王室一帮人乘坐小型护卫舰，经历了一次长达4年之久的海洋地理探险。在探险过程中采集到了铁锰结核、钴锰结壳和海洋磷块岩。然而，这些蕴藏在深海区域的矿产资源，人类对其真正认识却经历了长达80年的时间。1957年，在塔希提岛（太平洋）东部举办了国际地球物理年活动，在编制提纲过程中，有人提到含Ni（1%）和Co（2%）的铁（钴）锰结核，真相也由此揭开，并立即引起了全球矿业界的高度关注，竞相展开对铁锰结核和钴锰结壳聚集物的研究。美国探险队先是从大西洋开始，之后在东太平洋克拉里昂断裂处发现（1974年）了第一个铁锰结核矿床，上报美国国务院，并向联合国提出了进一步研究与开发的申请。1970年下半年到1980年间，掀起了研究铁锰结核的热潮，法国、日本、德国、美国、澳大利亚等国几乎每年都派出专门科考船探险，以查明并确定自己采掘的领海范围。

前苏联对深水矿产资源的研究始于1950年，俄罗斯科学院海洋研究所（位于莫斯科）的专家们对人类认识海洋地质学做出了重大贡献。

俄罗斯（全苏海洋地质科学研究所）正式从事铁锰结核的地质勘探工作始于1970年，在对位于大西洋（几内亚海盆、北亚美尼亚海盆和加纳利海盆）、印度洋（中印度洋海盆、西澳大利亚海盆和迪亚曼蒂纳海盆）、太平洋（中太平洋海盆、南及东太平洋海盆）等区域的勘查研究以后，最终将克拉里昂-克利珀顿结核区域作为进一步研究的目标区域。与此同时，结合海洋考察工作，编制出国际海洋法协定，并以此为框架制定出国际区域的地质勘探工作细则。1982年，协定全文获得通过，且得到多数国家（包括前苏联）的支持。值得注意的是，没有在协定上签字的国家有美国、英国、法国等，但这并没有妨碍文件的法律效率，因为它得到了世界共同体三分之二以上国家的支持。目前，有155个国家及其联盟（如欧盟）已成为联合国海底国际组织的成员，其中7个成员国（俄罗斯、法国、日本、中国、韩国、德国和东欧联合体）在克拉里昂-克利珀顿区域（太平洋）拥有固定的申请区段。印度获得了中印度洋区域（印度洋）区段。美国依然没有加入成员国之列，但始终坚持拟定单独的“海底深水区域问题的临时性协议”的小协议。

如今，美国处于两难境地。因为海洋法协定不仅规定了海底深水区矿产资源的研究与开发规则，而且还规定了大陆架国际线的规则，与此密切相关的是北极区域的大陆架外围蕴藏着丰富的石油和天然气资源。

社会政治方向与国家政策的改变没有影响俄罗斯对开发海洋矿产资源的立场。根据1994年11月22日俄联邦“关于俄罗斯自然人与法人在大陆架区域外从事勘探与开采海底矿产资源活动”的第3252号总统令，俄罗斯将保持前苏联时期从事海洋工作的连续性，当然也包括当时的争议性问题。

在1976-1982年间，在克拉里昂-克利珀顿区域进行了针对15万平方公里海底区段勘探的前期筹备工作。在1982-1987年间，对该区段进行了普查勘探（评估），最终圈定出7.5万平方公里海域进行深入研究工作。

海底矿产资源

1.铁锰结核矿床

根据地质勘探工作进展情况，联合国海底国际组织向俄罗斯颁发了国际证书，授权俄罗斯在申请海域继续从事铁锰结核矿床的勘探与工业开发。在克拉里昂-克利珀顿区域，铁锰结核研究的成果源于科学的研究方法。依据对铁锰结核形态形成类别的研究资料，可以按外部特征预判出结核体的化学成分、生产效能（矿层密度/米2）、形成条件和技术成因。有经验的海洋地质专家通过铁锰结核的外观，就可以判断出铁锰结核的地质化学类型、海洋分布区域、埋藏深度。还查明了海洋Fe-Mn矿体成因的纵向地质成带性，并在此基础上研究了铁锰结核和钴锰结壳的地质化学类别，并将Fe-Mn构成物划分为6种成因类型，它们都是在海洋深水区形成的。在Ni-Cu-Co结核体的形成过程中，基于水生沉积机理，Ni-Cu型和Ni-Mn型结核体的沉积存在有沉积变质作用，钴结壳的形成过程伴随有水生岩化作用。2Co结壳（注：地球化学专业术语，表示Co含量是铁锰结核中平均钴含量的2倍以上）主要是因水生机理形成的。Fe-Mn沉积物类型呈现为热液壳状，沉积在任何深度的有活性热水源附近。

依据当代地质经济评估观点，最具潜质的当属Ni-Cu结核（克拉里昂-克利珀顿类型）、Ni-Mn结核（秘鲁类型）和钴锰2Co结壳（夏威夷类型）。表3给出了Fe-Mn沉积物的成分及资源量。

最具潜力的是位于克拉里昂-克利珀顿区域和中印度洋区域西北部的克拉里昂-克利珀顿类型。这里几乎全部的含矿面积已经查明，提出开采申请的有8个缔约国（俄罗斯、法国、日本、韩国、中国、东欧联盟组织、德国和印度）和4个国际性财团，其投资者包括美国、英国、德国、比利时、意大利、荷兰、加

拿大和日本。在申请区域，根据联合国海底国际组织契约，从2001年起就开展勘探工作。勘探工作计划分三个阶段实施，每五年为一个阶段，计划于2016年结束。目前处于第二阶段（2007-2011年）。勘探结束后将进入开发阶段。联合国海底国际组织在此方面要求非常高，针对勘探进程，每年都要进行严格检查。如果某缔约国不能完成协议进度，将会受到行政与金融方面的制裁，直至失去申请区域的国际资格证。联合国海底国际组织的策略就是最大限度地推进地质勘探工作，力争在规定期限内实现人类对海洋矿产资源的开发。

在俄罗斯和其它申请海域，目前的勘探工作还是令人满意的。在第一阶段完成并提交报告的有印度、日本、韩国、法国、中国、俄罗斯等。据报告数据，含矿面积内（含矿率约0.65%，基础深度4800米）的潜力资源量可能超过4亿吨（干矿量），其中的金属平均品位为Ni 1.42%、Cu 1.15%、Co 0.23%、Mn 30.17%。矿层平均密度为14.7千克/米2。如果将克拉里昂-克利珀顿区域俄罗斯申请区段的金属贮量换算成潜在指标，即按综合性大型矿床划分，那么可相当于两个大型陆地铜镍矿床（含镍量568万吨，含铜量460万吨）和两个独立的锰钴矿床（含钴量92万吨，含锰量1.2亿吨）。如果每年开采出300万吨结核体，那么可从中产出镍4.03万吨，铜2.88万吨，钴6350吨，锰80万吨。依据俄罗斯中央有色金属和贵金属矿山勘查科学研究所提供的数据，金属回收率为镍94.6%、铜83.6%、钴92.1%、锰91%。年产值可达到480亿美元。与目前俄罗斯金属生产量相比，相当于镍产量的约20%、铜产量的10%-15%，钴产量超出1倍多，锰产量可满足俄罗斯国内的年消费量。应强调指出，上述所有指标仅针对一种或几种综合性矿石而言，并不包括其中伴生的有价组分：钼、稀土元素+Y。在钼平均品位为0.04%-0.06%时，每年可从中回收金属钼1500吨。

在俄罗斯申请区域贮藏的4亿吨铁锰结核中，按2006-2007年平均价格计算，矿产中的金属估计价值达到9120-9550亿美元。

2.钴锰结壳

就研究深度、勘探程度及最终开发而言，钴锰结壳并不逊于铁锰结核，且在最近5-7年间难分伯仲。如果说铁锰结核蕴藏在深海凹地“软”海底沉积物的表层，那么，钴锰结壳则是沉积在水下海山的基岩表层，深度在1450-3200米之间。钴锰结壳为聚集的集合体，厚度约6-7厘米，矿层平均密度为60-100千克/米2。与铁锰结核一样，钴锰结壳也呈多层构造。最为常见的是三层钴锰结壳体，由上（褐煤层）、中（疏松层）、下（白煤层）三层构成，具体成分见表4。结壳的主要有价组分构成为Co0.51%-0.58%、Ni 0.44%-0.5%、Mn 20.75%-21.3%，伴生组分：Cu 0.12%、Mo 0.04%-0.06%、Fe 15.8%、稀土元素（轻质）+Y 1.5-2

千克/吨，贵金属Pt 0.21-0.5克/吨。就钴品位而言，结壳可划分为两种类型：一种是含钴0.4%-0.8%的普通型，分布在深度500-3500米的各类含矿物料中；另一种是含钴约1.6%的富矿型，常见于深度约2000米的上层区域。结核矿体通常沿海山周边赋存。在一座海山上可能会出现约8-10种矿体，每种矿体的平均面积为32-120平方公里。

相对于钴锰结壳而言，有针对性的地质勘探工作始于1986-1987年，由全苏海洋地质科学研究所在麦哲伦海山区域完成。在进行勘探的海山当中（2008年统计数据），最具价值的当属南部海山群，包括MA-15、MЛ-30、MЖ-35、MЖ-36、MЖ-37a与MЖ-37b、MЖ-39等海山。在申请区域范围内，毛矿储量大约为3.5-4亿吨，其平均品位为Co 0.56%、Mn 21%、Ni 0.45%，矿藏中钴锰镍的储量分别为190-220万吨、7400-8400万吨和150-180万吨。因此，可将钴锰结壳划分为综合性矿床，亦即富含钴特大型综合矿床、低含锰中型综合矿床和综合型镍矿床。若每年开采100万吨干式结壳毛矿，则产品价值在15亿美元以上，如果按2006-2007年全球市场价计算，钴锰结壳矿床潜在的金属总价值在4000亿美元以上。

目前，相关机构已准备就麦哲伦海山区域钴锰结壳区段勘探提出申请。不过，由于联合国海底国际组织还没有制定出正式的含钴结壳找矿与探矿规则而暂时搁置。

3.深水多金属硫化物

深水多金属硫化物于1978年在东太平洋隆起区域被发现，发现这种新的海洋矿产意义重大。1985年，俄罗斯全苏海洋地质科学研究所组织专家在东太平洋隆起区域专门针对深水多金属硫化物开展了勘探工作，此项工作一直持续到东太平洋隆起的南部区域。

从1986年开始，针对深水多金属硫化物进行的地质勘探工作重点区域转向北大西洋海岭，如今世界各国地质工作者在该区域已发现超过15个硫化物聚集体，其中俄罗斯发现8个，美国3个，法国2个，美国与英国合作1个，美国与法国合作1个。在该区域，德国也表现积极，中国与日本的地质工作者也参与了专项勘查工作。由俄罗斯地质工作者发现的深水多金属硫化物的矿物特点如表5所示。

由俄罗斯地质工作者勘探出的深水多金属硫化物聚合体的总资源量可达7500万吨干矿。

深水多金属硫化物是世界各国非常关注的资源。有一些国家的地质工作者对北大西洋海岭区域进行了研究，但截至目前还没有哪个国家能够向联合国海底国际组织提交研究结果。另外，还没有制定出国际海洋区域从事多金属硫化物找矿与探矿的规则。不过，在最近几年，人类对多金属硫化物的勘探热情特别高涨，这非常有利于围绕深水多金属硫化物在其它海域开展工作，例如，在西太平洋所属的巴市亚新几内亚国家经济区，在深水1600-1800米处发现丁帕克玛努斯深水多金属硫化物聚集体，其品位为铜5%、锌22%和金13.5克/吨。此次新发现大幅度提升了深水多金属硫化物在海洋矿产资源中的地位，拥有深水多金属硫化物勘探与开采权的一家国际矿业公司，计划在2009-2010年实施工业开采，并向国际市场供应此类矿

产品。无论此项计划进展如何，可以确定的是：第一，将开创开发海洋矿床的先例，第二，将为制订海洋矿山地质工作的国际法律奠定基础。不管怎样，开发资源（在国际区域或者在区域性经济区）应当有统一标准，并要征得至少三方的同意，所谓三方就是取得开采权的国家、计划开发海洋矿产的企业或公司和联合国海底国际共同体法人代表。总体而言，这样做将对开发深水多金属硫化物产生积极的影响，有利于加快在深水多金属硫化物区域申请探矿的法律制定，明确国际海域地质勘探工作的方向。

开发中央海岭（位于国际海域）深水多金属硫化物的不利因素是：陆路运输线路过长，而且产业结构配置不理想。前述的帕克玛努斯矿体在此方面具有无可争议的优势，该矿体所在区域的采矿基础设施齐全，新几内亚海距新爱尔兰岛最近的货物港口不超过100公里。在利希尔岛偏东区域正在开采罕见的拉多拉姆矿床，在布干维尔岛南部（所罗门群岛）正在开发一个多金属含金矿床。另有几个大的矿山项目也在新几内亚岛开发。在珊瑚海南部的新喀里多尼亚岛上，目前正在开发世界资源量排名第三的镍钴矿床。

就地理位置而言，日本南部的深水多金属硫化物工程项目前景较好。在该岛屿查明的硫化矿成分具有品位高的特点，其矿石品位为Cu 3.7%-5.5%、Zn 20.1%-21.9%、Pb 2.3%-9.3%、Au 4.8-20克/吨和Ag l213-1900克/吨。

4.天然气水合物

天然气水合物（可燃水）是针对固体矿物的特殊叫法，它只是在一定条件（压力与温度）下稳定的类冰水合物，主要埋藏在大陆架深部和深度400-500米或更深的大陆斜坡处。世界各国对气水合物的研究非常重视，完成了一系列钻探工作，特别是在深度819-1111米沉积层发现了厚度110米的气水合物矿层，气水合物的体积浓度为70%-100%，生产面积约3.5万平方公里。

在俄罗斯领海最具前景的工程项目位于杰吕根盆地（鄂霍茨克海）萨哈林岛边邦附近。为此，全苏海洋地质科学研究所参与了研究工作。在该区域的勘查总面积达到2000平方公里，查明气水合物（体积浓度70%-100%）矿体排放点187处，评估出鄂霍茨克海气水合物中气体资源量约4-4.5万亿立方米。据2008年有关资料介绍，俄罗斯边疆海域全部气水合物的资源量达到20万亿立方米。

结束语

人类对世界海底矿产资源的研究毋庸容质疑，因为海底矿产资源是未来开发的有形资源。问题的关键在于要从国家的利益出发，合理进行经济、社会、市场方面的评估，并要考虑地质经济的合理性，这些是研究与开发海底矿产资源的基本观点。为此，全苏海洋地质科学研究所经过全面分析后，提出了相应的观点。在俄罗斯，成立海洋矿业机构具有重大的社会意义。因为开发工程项目（铁锰结核和钴锰结壳）涉及太平洋海域，从而为远东海岸地带奠定基础，同时也有利于发展生产力，进而巩固远东地区的核心地位，最终达到稳固俄罗斯在远洋领域的地理政治地位。如果确认到2020年能够实现铁锰结核和钴锰结壳的工业开发，那么，尝试对其开采已经刻不容缓。实施海底矿产资源开发，包括有：深水钻探，制造无人居住和有人居住的深水潜水装置，地质勘探、实验研究和工业采矿的航海安全保障，以及矿料的运输保障体系。当前，深水潜水装置的潜水深度可达6000-6500米，能够开展作业研究的有法国、美国、日本和俄罗斯等。为了扩充并培养新的海洋专业领域的专家，必须从现在开始就在中学及高校增设海洋专业方面的新课程，适时培养海洋专业的地质学家和矿业工程师。

总之，世界海洋中蕴藏着极其丰富的矿产资源和能源，深海矿产资源的开发利用是世界一项长期战略。除了上述几种资源外，还有许多有重要价值的矿产资源，也都等待着人类去开发利用。人类对深海的探索

和研究相对于探索陆地来说才刚刚起步，随着人类新需求的出现和科学技术的发展，随着对深海的不断探索，还会在深海底发现更多新的矿产资源。

来源：录入《世界有色金属》