陳軍典，白昕冉，韓曉濤，吳 曼，羅銀花，衣 欣

（1.遼寧省物測勘查院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110031；2.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽110033；3、遼寧省有色地質(zhì)勘查總院有限責(zé)任公司（遼寧省有色地質(zhì)局勘查總院），遼寧 沈陽 110013）

二十一世紀(jì)可以說是海洋發(fā)展的世紀(jì)，雖然海洋離人類日常生活較遠(yuǎn)，但卻是供給全球人口快速增長所需原料的重要源泉。在過去的十幾年當(dāng)中，深海礦產(chǎn)資源的勘查工作在國際上引起各國的重視，各國都嘗試著開展深海礦產(chǎn)資源勘查工作，或者通過國家和政府的立法，給民間深海礦產(chǎn)資源勘查開采提供更有利的條件。近年來，各項(xiàng)法律法規(guī)都隨著全球深海礦產(chǎn)資源勘查能力的不斷升級而日益完善。從客觀角度來看，原材料價(jià)格的上漲和大幅度波動造成的深海材料供應(yīng)危機(jī)，已經(jīng)成為各個國家進(jìn)行深海礦產(chǎn)資源商業(yè)化開發(fā)的驅(qū)動力。文章首先分析了深海礦產(chǎn)資源勘查開采的新進(jìn)展，隨后就深海采礦中的新技術(shù)、經(jīng)濟(jì)環(huán)境背景以及國際問題等來展開探討，最后筆者提出了自身對深海礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)前景的看法。

1 深海礦產(chǎn)資源的開采驅(qū)動力

書面意義上的深海，指的是大陸架以外的海洋，水深需要在200m以上。深海資源指的是公?；蛘邍医?jīng)濟(jì)區(qū)以外的海洋資源。同時(shí)，深海資源可以分為兩大類別，分別是礦產(chǎn)資源和生物資源。深海的礦產(chǎn)資源例如結(jié)核、結(jié)殼、海底塊狀硫化物等，其中都蘊(yùn)含著豐富的金屬和非金屬成分。結(jié)核當(dāng)中的金屬資源有鎳、銅、錳，非金屬資源有鈷、鋰、鉬、REE、釔、鋯；結(jié)殼中的金屬資源有鈷、鎳、錳，非金屬資源有鉍、鉬、鈮、鉑、REE、碲、釷、鈦、鎢、釔、鋯；海底塊狀硫化物的主要金屬有銅、鋅、金、銀，非金屬資源有砷、鎘、鎵、鍺、銦、銻、硒。這些在深海當(dāng)中的金屬和非金屬資源，幾乎都是在新時(shí)代高新技術(shù)和綠色技術(shù)研發(fā)中必不可少的原料。例如，鈷被廣泛利用在混合動力的汽車和電動車電池、太陽能電池、手機(jī)中；鉑被用在化學(xué)傳感器、平板電腦顯示器等電子產(chǎn)品當(dāng)中；釔被用在led燈、平板電視、醫(yī)療制品、陶瓷當(dāng)中。開發(fā)深海礦產(chǎn)資源不僅能促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)增長，還能滿足各個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，同時(shí)也可以促進(jìn)海底采礦技術(shù)和相關(guān)設(shè)備、裝備的研發(fā)，加強(qiáng)新時(shí)代人們對深海資源的認(rèn)識和重視，維護(hù)國家的利益。目前各國對深海礦產(chǎn)資源的開采力度與日俱增，競爭日益激烈。在荷蘭的資源數(shù)據(jù)庫中顯示，美國深海采礦技術(shù)和創(chuàng)新力排在全球首位，歐洲各國排名第二，第三就是中國，中國后是日本和韓國。

2 深海礦產(chǎn)資源開發(fā)技術(shù)和裝備需求

雖然深海礦產(chǎn)資源的儲量高、質(zhì)量好，但由于地理及海洋條件的限制，深海礦產(chǎn)資源開發(fā)工作較為艱難，導(dǎo)致原本在陸地上較為完善的專業(yè)技術(shù)設(shè)備不能在深海礦區(qū)中表現(xiàn)出高度的適用性。世界各國都未能對深海礦產(chǎn)資源進(jìn)行大規(guī)模的商業(yè)化勘查和開發(fā)，但在測繪聲納愈加體現(xiàn)商業(yè)價(jià)值的趨勢下，很多先進(jìn)的深海礦產(chǎn)資源勘查技術(shù)設(shè)備都陸續(xù)得到相關(guān)應(yīng)用，為深海礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)助力。不僅如此，相關(guān)技術(shù)的不斷改進(jìn)升級，也給深海資源勘查創(chuàng)造了許多優(yōu)勢條件，讓深海礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)愈加具有合理性和專業(yè)性。從科學(xué)技術(shù)種類的角度來說，深海礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)技術(shù)的相關(guān)工作會涉及基本探索、實(shí)踐探索、試驗(yàn)更新等發(fā)展流程，各個發(fā)展流程都會在技術(shù)、設(shè)備方面提出不同的要求。

2.1 前期勘探階段

基本探索、實(shí)踐探索、試驗(yàn)更新等發(fā)展流程的技術(shù)要點(diǎn)是資源勘查技術(shù)和評價(jià)技術(shù)，也會涉及樣本抽取技術(shù)、成礦機(jī)理、礦場勘查、資源整體評測、礦場勘查區(qū)域規(guī)劃等。主要設(shè)備會涉及鉆探設(shè)備、潛水設(shè)備、地質(zhì)勘查設(shè)備等。

2.2 開采階段

在近些年來的深海資源勘查工作中，基本上都是對一些硫化物以及殼類資源進(jìn)行勘查與采集，并且勘查過程中涉及的技術(shù)措施和設(shè)備都得到了專業(yè)性的驗(yàn)證。但一些商業(yè)性勘查和設(shè)備的開發(fā)運(yùn)行還都處于機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的狀態(tài)，從技術(shù)層面分析得知，深海礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)技術(shù)主要包括了基本技術(shù)和專項(xiàng)技術(shù)，基本技術(shù)涉及通訊和動力兩個種類，專項(xiàng)技術(shù)涉及勘查區(qū)域規(guī)劃、試采集、資源傳遞技術(shù)等方面。從設(shè)備的角度來說，包括船只、傳送設(shè)備、提升設(shè)備和采礦車等。在上述技術(shù)設(shè)備不斷改進(jìn)升級的條件下，定能為相關(guān)單位發(fā)展提供先進(jìn)助力，使深海礦產(chǎn)資源勘查開采向國際范圍發(fā)展。

3 世界各國在深海采礦項(xiàng)目上的進(jìn)展

中國、韓國、日本、歐洲等國以及古巴、俄羅斯和斯洛伐克共和國共同組成了“洋際金屬”，同時(shí)也共同簽署了鐵-錳結(jié)核的相關(guān)合同，目前，中國、韓國、俄羅斯等國也已經(jīng)簽署了共同勘查深海海底硫化物礦床的合同；中國、日本、俄羅斯三國制定了深海海底鐵-錳結(jié)殼的相關(guān)合同。海底礦產(chǎn)資源的勘查工作正在如火如荼的進(jìn)行，在未來的發(fā)展中還會有更多的國家和企業(yè)參與到新合同的簽訂當(dāng)中。

4 深海礦產(chǎn)資源在勘查過程中的優(yōu)勢以及面臨的重大挑戰(zhàn)

相比起地面的采礦工作，深海采礦工作有著更多的優(yōu)勢。首先，深海采礦工作不需要修路，也不需要建設(shè)任何海底設(shè)施。鐵錳結(jié)核和鐵錳結(jié)殼幾乎都暴露在海底的海床上，厚度達(dá)到幾十米的海底硫化物上也幾乎沒有覆蓋物，幾乎都是暴露在海下的，所以深海采礦船可以比較便捷的在規(guī)模較小但是價(jià)值含量較高的礦床上進(jìn)行開采。另外，海底采礦一般會在采礦場回收金屬，這些金屬可以用于后續(xù)的科研工作當(dāng)中。最具優(yōu)勢的一點(diǎn)在于，深海采礦工作不會涉及到民眾居住糾紛問題，而且礦工相對安全。但當(dāng)前國際面臨的共同問題是，深海采礦資源探明程度不高，相關(guān)的國際法律法規(guī)也不夠完善，再加上勘查開展技術(shù)難度較高、社會影響較大等，這些都是深海礦產(chǎn)資源勘查的重大挑戰(zhàn)。

4.1 對深海礦產(chǎn)資源的認(rèn)識程度不足

在深海礦產(chǎn)資源的勘查過程當(dāng)中，深海礦床的位置比較明顯，但是規(guī)模和價(jià)值難以明確，這成為制約海底資源開發(fā)的重要原因。例如，加拿大研制的索爾瓦拉一號是當(dāng)前世界上比較先進(jìn)的深海采礦資源項(xiàng)目，但是所探明的資源僅僅夠在海底開采兩年。在經(jīng)濟(jì)層面，制造一艘海底勘查的船只，就要花費(fèi)將近10億歐元，所以深海礦產(chǎn)資源勘查的經(jīng)濟(jì)性難以保證。深海礦產(chǎn)資源開采的問題和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)存在于社會環(huán)境影響方面。深海礦產(chǎn)資源的勘查工作一般都在各個國家的管轄區(qū)域之外，但是國際監(jiān)管框架的制定還不夠完善，這就導(dǎo)致深海礦產(chǎn)資源勘查企業(yè)在開采過程中無章可循，一些投資者望而卻步。相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家和學(xué)者也提出深海采礦會給自然生態(tài)環(huán)境造成較大的影響和破壞的觀點(diǎn)，因此需要預(yù)防在采礦過程中對海洋環(huán)境的影響，同時(shí)評估和制定嚴(yán)格的采礦規(guī)則來確定是否能開展深海礦產(chǎn)資源的開采工作。

4.2 國際相關(guān)法律法規(guī)框架不夠完善

絕大多數(shù)的深海礦產(chǎn)資源都在國際水域當(dāng)中，因?yàn)槭菄H水域，所以法律框架比較復(fù)雜，國際法中暫時(shí)缺乏對深海資源開采問題的制定，現(xiàn)階段國際上海洋活動主要被聯(lián)合國海洋法公約所制約。為了加強(qiáng)管理協(xié)調(diào)深海采礦工作的相關(guān)事宜，目前已經(jīng)有166個簽約國家在1994年成立了國際海底管理局。截止到目前ISA分別在2000年、2010年和2012完成了勘查海底硫化物結(jié)核和結(jié)殼的條款。但是與深海礦產(chǎn)資源開采的相關(guān)條款還在制定當(dāng)中。

4.3 海底結(jié)殼開采難度性大

深海礦產(chǎn)資源的開采需要運(yùn)用足夠現(xiàn)代化的船只，當(dāng)前已經(jīng)有幾艘在運(yùn)行中的勘查船，但這些船是屬于不同國家研究機(jī)構(gòu)和地質(zhì)調(diào)查局的。同時(shí)深海采礦船只的運(yùn)營成本是非常貴的，一般運(yùn)營成本在50，000歐元～100，000歐元，巡航研究費(fèi)也非常昂貴。另外在深海采礦中，還有一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是遙控機(jī)器人。海底塊狀硫化物需要用遙控機(jī)器人來開采，對于散落在海底泥土中的錳結(jié)核，就可以通過遙控機(jī)器人的真空功能，把錳結(jié)核從海底吸附出來。錳結(jié)殼能夠被海底作業(yè)的遙控機(jī)器人分離、磨碎，同時(shí)把這些混合物運(yùn)輸?shù)较嚓P(guān)的開采系統(tǒng)當(dāng)中，并管運(yùn)到開采礦船上。一般來說，一套完整的深海礦產(chǎn)資源開采系統(tǒng)，包括四個子系統(tǒng)，分別是提升系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、采掘系統(tǒng)和海面平臺系統(tǒng)。相關(guān)深海礦產(chǎn)資源的業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，當(dāng)前的深海礦產(chǎn)資源開采技術(shù)足以滿足當(dāng)前的需求，因此對深海礦產(chǎn)資源的商業(yè)化開展模式非常有信心。這些技術(shù)主要源自油氣鉆探，鉆探深度可以達(dá)到1km以上。然而，對于不同類型的深海礦產(chǎn)資源開采過程中要求的技術(shù)也是不同的。國際上現(xiàn)有的，或者目前正在研發(fā)的深?？辈榧夹g(shù)只能是用在海底塊狀硫化物和結(jié)核資源的開采當(dāng)中，難以應(yīng)用在猛結(jié)殼當(dāng)中。開采海底擴(kuò)張硫化物的相關(guān)技術(shù)是將深海石油開采技術(shù)和金剛石砂礦開采技術(shù)兩者改造融合成的，相關(guān)技術(shù)人員正在根據(jù)深海大陸架到深水作業(yè)的相關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步改進(jìn)創(chuàng)新金剛石砂礦開采技術(shù)，因此開采技術(shù)算是較為成熟。但是當(dāng)前面對的最重要的一個問題，就是錳結(jié)殼在海底的特征不夠明顯，所以在開采技術(shù)的選擇上存在著比較大的難度和挑戰(zhàn)。

在開采結(jié)殼過程中，需要克服勘查和礦山特征這兩個重大的技術(shù)難題。相關(guān)的勘查工具也必須是可以裝載在遙控機(jī)器人上的設(shè)備，同時(shí)還能在開采過程中測量錳結(jié)殼的厚度和儲存量。當(dāng)前最為理想的一種開發(fā)途徑就是多光譜地震探測工具以及伽馬輻射探測儀，但是在伽瑪輻射探測儀使用的過程當(dāng)中，必須要解決伽馬射線信號可能會在深海中逐漸減弱的問題。與結(jié)核相比，結(jié)殼的種類非常繁多，伽馬射線探測儀在深海中區(qū)分結(jié)殼物理性能方面的效果是最好的。開采的難題是深海采礦過程中，必須要把結(jié)殼和結(jié)殼的基巖分離，如果只開結(jié)殼，忽略了結(jié)殼基巖，那么會進(jìn)一步降低深海礦石的價(jià)值，但是因?yàn)榻Y(jié)殼在深海中牢固地吸附在基巖之上，而且一般都是在深海下1500m～2500m處粗糙的海床上進(jìn)行開采，再加上各種結(jié)殼基巖韌性不同，所以還需要不斷研發(fā)、創(chuàng)新更先進(jìn)的開采技術(shù)。

4.4 礦產(chǎn)品價(jià)格和資本成本制約了深海采礦工作的開展

深海礦產(chǎn)資源的開采會受到礦產(chǎn)產(chǎn)品價(jià)格和資本成本等內(nèi)外部因素的影響，由于深海開采船只的開發(fā)和科研技術(shù)投資成本巨大，所以不是所有商業(yè)化的開采項(xiàng)目都可行。采礦行業(yè)一直以來都作為國際上的高成本產(chǎn)業(yè)，深海礦產(chǎn)資源開采的成本比陸地采礦的成本更高。對于陸地采礦來說，總成本可能會包含著環(huán)境、成本基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本和相關(guān)的人力勞動成本等方面，對比深海采礦來說也體現(xiàn)出深海礦產(chǎn)資源開采的一些簡潔性，這一方面對相關(guān)的商業(yè)投資者來說是比較有吸引力的。近幾年，歐盟計(jì)算出國際深海礦產(chǎn)資源勘查工作每天的成本都會超過100，000美元，絕大多數(shù)的勘查船只預(yù)算在50，000，000美元～200，000，000美元之間，同時(shí)深海礦產(chǎn)資源的開采工作的運(yùn)營成本是由礦床和資源的位置來決定的，若是在開采過程中遇到了困難，可能會造成高達(dá)數(shù)億歐元的成本。

5 發(fā)展對策

5.1 構(gòu)建學(xué)科耦合和多圈層意識

真正意義上的深海資源勘查開發(fā)，必須要有多方面專業(yè)領(lǐng)域知識融入以及有關(guān)單位專項(xiàng)技術(shù)的助力，需要對這些專業(yè)常識和技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用。比如說，進(jìn)行多專業(yè)知識交叉基本探索，創(chuàng)新深海礦產(chǎn)資源勘查設(shè)備。例如帶有智能自控系統(tǒng)、資源收集系統(tǒng)的海上運(yùn)輸設(shè)備研發(fā)技術(shù)、深海礦場配電技術(shù)，深海通訊定位技術(shù)，資源深化勘查開發(fā)技術(shù)、環(huán)境質(zhì)量評測維護(hù)技術(shù)等，充分發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的顯著效應(yīng)，提高多專業(yè)、多圈層意識，構(gòu)建和完善多專業(yè)協(xié)同發(fā)展的人力資源培養(yǎng)機(jī)制，構(gòu)建具有高度技能和職業(yè)素養(yǎng)的實(shí)戰(zhàn)型人力資源隊(duì)伍。生態(tài)學(xué)、計(jì)算信息學(xué)、探采礦等多領(lǐng)域知識的融合，將為深海資源開發(fā)相關(guān)工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。對于深海資源勘查技術(shù)要求嚴(yán)格、成本高、風(fēng)險(xiǎn)高的現(xiàn)狀，需要借助地質(zhì)勘查技術(shù)、遙感技術(shù)等先進(jìn)手段聯(lián)合，助力地球信息科學(xué)的快速發(fā)展，使地球信息科學(xué)技術(shù)更加具有前瞻性，從而為更多專業(yè)常識和技術(shù)的聯(lián)合創(chuàng)造有利條件。

5.2 研判產(chǎn)業(yè)技術(shù)著力點(diǎn)，推動形成產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢

在深海礦產(chǎn)資源勘查機(jī)構(gòu)與科研單位進(jìn)行有效合作的基礎(chǔ)上，積極開展全面革新工作，明確資源勘查開發(fā)技術(shù)原理及其意義，積極改善發(fā)展戰(zhàn)略。著重強(qiáng)調(diào)底層設(shè)計(jì)的快捷高效，以目前最先進(jìn)最具效用的技術(shù)為支撐，妥善解決相關(guān)科研工作中的各方面難題。充分結(jié)合深海資源勘查開發(fā)的要求，科學(xué)配置優(yōu)勢資源。除此之外，要妥善處理深海資源勘查開采中的難題，使相關(guān)工作的開展進(jìn)一步具有節(jié)能性和安全性，進(jìn)一步注重?cái)?shù)字礦區(qū)商業(yè)采礦方面的設(shè)計(jì)，注重模塊化系統(tǒng)、深海資源勘查設(shè)備管護(hù)、環(huán)保以及生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)的改進(jìn)升級，進(jìn)一步全面化深海資源成礦機(jī)制，進(jìn)一步明確礦產(chǎn)資源儲層結(jié)構(gòu)的特征，加強(qiáng)深海資源勘查開發(fā)相關(guān)機(jī)構(gòu)的綜合實(shí)力。

5.3 盤活資金投入、加強(qiáng)政策支持

通過頂層設(shè)計(jì)工作的高效開展，為深海礦產(chǎn)資源勘查、開發(fā)工作提供全程性的技術(shù)保障，有效鼓勵企業(yè)投入，集中企業(yè)精干力量和技術(shù)設(shè)備。在稅收、硬件物資等環(huán)節(jié)上施以政策上的幫扶，激勵企業(yè)為相關(guān)工作獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，促使相關(guān)科研機(jī)構(gòu)確立開發(fā)礦產(chǎn)資源、優(yōu)化礦場環(huán)境的發(fā)展路線，為海洋經(jīng)濟(jì)的快速增長提供有利條件。

5.4 創(chuàng)新發(fā)展促合作共享

在盡量短的時(shí)間內(nèi)，構(gòu)建完善的深海資源實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)，為相關(guān)技術(shù)設(shè)備的持續(xù)向好發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，與此同時(shí)，還需要對深海礦場災(zāi)害仿真系統(tǒng)、資源掃描系統(tǒng)進(jìn)行完善、優(yōu)化。進(jìn)一步合理化資源共享機(jī)制，完善優(yōu)化具有戰(zhàn)略意義的科研系統(tǒng)，開放管理科研設(shè)備，為相關(guān)工作的開展提供有利條件，進(jìn)一步注重對深海礦產(chǎn)資源勘查專業(yè)高資質(zhì)人才的招聘，逐步強(qiáng)化深海礦產(chǎn)資源勘查、開采等方面專業(yè)隊(duì)伍成員的崗位技能和職業(yè)素養(yǎng)。

6 深海礦產(chǎn)資源勘查的前景展望

在未來深海礦產(chǎn)資源開采中，一個更困難的問題就是需要在深海原地測量浸透海水的樣品，這一測量樣品工作就代表著需要開展更多的技術(shù)工作，例如從海水中獲取金屬的機(jī)理、對比結(jié)殼與結(jié)殼基巖的探測技術(shù)要求、探尋結(jié)殼的強(qiáng)度以及結(jié)殼對開采技術(shù)的承受程度。雖然海底礦產(chǎn)資源的開采技術(shù)近年來得到了明顯的發(fā)展，但是相比起理想程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此也就說明不斷實(shí)現(xiàn)開采技術(shù)上的創(chuàng)新，采用更多低成本的綠色開采技術(shù)，是國際深海礦產(chǎn)業(yè)資源開采的必然趨勢。例如，使用簡單的酸浸法就可以吸附出結(jié)核和結(jié)殼中的珍貴稀有金屬，因此需要加強(qiáng)對化學(xué)和生物開采工藝的研發(fā)。例如，使用能與金屬充分結(jié)合的化學(xué)藥劑，針對性的回收稀有金屬，同時(shí)把剩下的礦渣運(yùn)送到提取流程當(dāng)中，回收其他與各個產(chǎn)業(yè)原材料相關(guān)的金屬，實(shí)現(xiàn)這一戰(zhàn)略是需要國家和國際上的經(jīng)濟(jì)鼓勵政策來支持才能實(shí)現(xiàn)的。通過一些專業(yè)部門的大量探索和努力，深海礦產(chǎn)資源研究、勘查以及開發(fā)工作，都實(shí)現(xiàn)了階段性目標(biāo)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)持續(xù)向好的態(tài)勢。國內(nèi)相關(guān)部門也會為以上工作的開展提供更加適宜的條件。在蛟龍看海工程快速發(fā)展，以及深?？辈榧夹g(shù)逐步升級的條件下，在不遠(yuǎn)的將來，深海礦產(chǎn)資源定會得到更加深化的采集，進(jìn)而為廣大民眾更好生活提供助力。

7 結(jié)論

總的來說，深海礦產(chǎn)資源勘查、開發(fā)技術(shù)是二十一世紀(jì)最能滿足人們生存和發(fā)展的戰(zhàn)略之舉，但是在發(fā)展過程中會受到多種因素帶來的挑戰(zhàn)，例如經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、政治、國際法等等。當(dāng)前必須要認(rèn)識到深海礦產(chǎn)資源的勘查開采工作，不僅關(guān)乎著民族發(fā)展，還關(guān)乎著國家興盛，因此，政府要不斷加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)作用，強(qiáng)化監(jiān)督和服務(wù)加強(qiáng)政策的引領(lǐng)為我國開辟一條全新的深海采礦創(chuàng)新之路。