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Ni1.42%、Cu1.15%、Co0.23%、Mn30.17%。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%、Ni0.44%-0.5%、Mn20.75%-21.3%，伴生组分：Cu0.12%、Mo0.04%-0.06%、Fe15.8%、稀土元素（轻质）+Y1.5-2千克/吨，贵金属Pt0.21-0.5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Co0.56%、Mn21%、Ni0.45%，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