“大洋一号”上的科学考察队员准备向深海中投放设备。

机械手抓硫化物

海底富含硫化物的高温热液活动区，俗称“黑烟囱”。

不久前，日本科学家宣布在太平洋海域发现富含稀土的矿床。据称，在夏威夷和法属波利尼西亚周边海域水深3500米到6000米的地带，有总面积达1100万平方米的稀土矿床，约含1000亿吨稀土，可采量超过陆地的1000倍

传说中龙王爷的手中总有很多的宝物。而事实上，随着现代科学技术的发展，海洋矿产资源的重要性也正在日益凸显出来。

日本科学家宣布在太平洋底发现丰富稀土资源的消息引起了很多人的注意。稀土资源在高科技时代的重要意义历来为人瞩目，那么，除了新近的这个发现外，占地球表面70%多的辽阔海洋中，还藏着哪些宝贝呢？对它们的勘查和开采又有哪些方法？

有些海底宝矿陆地上见不到

在辽阔大洋蔚蓝的海水下，埋藏着丰富多样的矿产资源。有陆地常见的一些类型，如石油和天然气，煤和铁等固体矿产；也有陆地没有的一些类型，如多金属结核和富钴结壳；还有近十多年来发现和认识的新类型，如天然气水合物和热液硫化物等矿产资源。

海底石油和天然气 目前发现的海上油气田，大都分布在浅海陆架区的盆地，如我国珠江口盆地；深水(通常指水深大于500米)油气则主要见于大陆架，如我国南海白云凹陷海域。有资料显示，海洋油气资源量约占全球石油资源总量的34%。不同国家周边海洋油气资源量情况不同，如美国海面下储存的石油量高达850亿桶，足够美国按照当前速度消耗10年以上。有分析认为，到2020年，美国石油的40%将来自海底。又如，南海石油地质储量约在230亿至300亿吨之间，号称全球“第二个波斯湾”。

煤、铁等固体矿产 主要分布在世界许多近岸海底，分布于深海的极少。如日本海底煤矿开采量占其总产量的30%。而日本九州附近海底发现了世界上最大的铁矿之一。亚洲一些国家还发现许多海底锡矿。我国大陆浅海大陆架区也有铜、煤、硫、磷、石灰石等矿分布和发现。

多金属结核 多金属结核含有锰、铁、镍、钴、铜等几十种元素。主要分布于大洋3500至6000米深海盆的海山；也见于边缘海，如我国南海也有多金属结核。据测算，分布在太平洋的锰储量达2000亿吨，相当于陆地上的57倍；镍90亿吨，相当于陆地的83倍；铜50亿吨，相当于陆地上的9倍。

天然气水合物 俗称可燃冰，是低温、高压条件下，由碳氢化合物与水分子组成的冰态固体物质。在海洋中主要分布在大陆架的沉积物中。早在上世纪末，日本、美国等周边海域内发现大面积的可燃冰分布区。最近十年，我国在南海和东海获得了大量的可燃冰存在的证据，并于2007年在南海神狐海域钻获可燃冰实物标本。

热液硫化物矿藏 是一类与海底热液活动有关的含大量金属的矿产，有热液硫化物和多金属软泥等类型。主要分布在洋中脊、岛弧火山、弧后盆地和板块内部热点等环境。热液硫化物中富含金属元素，其中铜、锌、铅、银、金等金属的潜在资源量巨大。几年前有学者估计，世界各海域具有开采潜力的大型热液矿床约有12个，主要分布在西南太平洋。

发现海底宝矿要有“定力丸”和“透视眼”

对远离陆地、埋藏在数千米海水下的这些矿产资源的勘查，面临着许多科学和技术的挑战。如何在茫茫大海精确地稳定船舶的位置？如何透过海水去探测海底矿产的异常标志？又怎样在深邃与黑暗的海底观察和发现海底矿产的露头？用什么方法和技术从海底把矿产标本“捞”出来，看看“真面目”？

首先，最主要的大型装备是科考和勘查船只，这些船只具备了与科考和勘查要求相配套的设施，以及具有精确动力定位的能力。拿我国的“大洋一号”来说，它能稳定在数十米的作业范围内，或按科学家的要求前进、倒退、侧行数十米，为发现和观察数千米海水下面积只有数十平方米的矿产露头提供保证。

国外目前只有少数船只具有深水钻探能力，如国际整合大洋计划所用的“决心号”和“地球号”等。另外，也有针对深水油气勘查所设计的深水钻探平台等大型装备，如壳牌公司在墨西哥湾的“深水地平线”平台等。我国近年来也加大投入深水平台的研发。如“海洋石油981”是中国首次自主设计、建造的第六代3000米深水半潜式钻井平台，代表了当今世界海洋石油钻井平台技术的最高水平，堪称海工装备里的“航空母舰”，总造价近60亿元，预计于今年8月初赴南海作业，从而开启我国深水油气勘探开发之路。

人们所运用的深海资源勘查设备和技术大致上分为几类，如地球物理和地球化学异常探测的设备和技术、海底观测设备和技术、海底取样装备和技术等。拿地球物理勘查来说，常用的是地震方法，该方法可以获得矿区的构造、地层和沉积等信息。地球化学方法则可以探测到油气渗漏等有关异常现象。有多种设备来进行对海底的观察和取样，如海底照相和摄像系统、装备了摄像装置的电视抓斗和多管取样装置等。还有能进行精确海底观察和取样的各类机器人和载人深潜器。

不同的海底矿产有不同的开采方法

对这些海底矿产的开采，面临更多科学和技术上的挑战。针对不同矿产有不同的设备和技术。同时，海底的生态环境十分脆弱，一些海底区域具有薄弱的地质构造和潜在的地质灾害风险。因此，对这些矿产资源的开发利用都必须考虑和设计如何保护海底环境。

海底各种矿产开采技术中比较成熟的是深水油气开采方法，包括了开发钻井、完井采油、油气分离处理和油气集输等主要方面。

对多金属结核和富钴结壳的开采已经有了近30年的研发历史，其主要思路是按生产规模，把五六千米深海底下的多金属结核连续、高效地采集并输送到海面采矿船上。主要有3种方案：如连续绳斗式开采系统、自动穿梭式采矿车采矿系统和集矿机加管道输送采矿系统。前两种较单纯，只把海底结核用抓斗抓到船上，而后者则包括了集矿机对海底采集到的结核进行脱泥和破碎等处理，然后经软管输送到一个中间矿仓，再送到海面的采矿船上。

而对海底可燃冰的开采，其主要开采思路是将海底沉积物中蕴藏的天然气水合物分解，抽取其中所含的甲烷气体。主要有降压法、热水灌注法和灌注化学物质3大类方法。

延伸阅读

发现海底稀土资源

主要靠分析旧样品

近日，日本科学家在《自然地球科学》发表文章，报道在中太平洋发现稀土资源。

经对该文章的查阅得知，这次“发现”实际上是利用地球化学元素分析仪器，对以往数十年国际合作计划中在太平洋钻获的岩心沉积物进行室内再分析，分析这些沉积物的稀土元素含量和其物质来源成因。从相关资料可查到，该区稀土含量很高的几个深海钻探站位的沉积物与周边热液活动有关，从矿物学和沉积学等分析结果来看，推测这些沉积物中的稀土元素可能主要以离子状态吸附于黏土矿物的表面或颗粒间。

目前来说，稀土矿的选矿主要方法有：重力选矿法；磁选分离法；浮选法；电选法；化学选矿法等。以微量离子吸附状分布在海底沉积物中的稀土元素，比较适用的开采方法只能是化学选矿法。

目前还不了解日本科技人员会研发哪些新技术来开采和提取稀土元素。就已知的方法和技术情况而言，由于在采矿当地进行化学选矿会污染海水，推测他们可能会将沉积物先采到船上，然后运到陆地进行选矿试验。至于商业和经济上的开发和利用价值，参与决定的因素就更为复杂了，目前很难预测。

作者为中国地质大学(北京)海洋学院教授