[科普中国]-海底勘探

释义

海底勘探是指为探明资源的种类、储量和分布对海底资源，尤其是海底矿产资源，进行的取样、观察和调查的过程。海底矿产资源丰富，从海岸到大洋均有分布，如全球海底石油储藏量约为世界已探明石油储量的两倍，深海锰结核和海底热液矿床等储量也很巨大，都有待于勘探和开发利用。

海底勘探技术海洋勘察船钻井取样技术2011 年 10 月，由宝鸡石油机械有限责任公司为 “海洋石油 708”勘察船研制的深水勘察钻井及取样系统，作为我国深水重大科技攻关的综合配套项目之一，可适应 3 000 m 水深、海底最大钻深 600 m 的钻探取样作业需求。1其作业过程为: 当勘察船驶入目标海域后，首先通过钻井系统对海床进行钻孔，在钻孔过程中通过钻井泵向钻杆内孔中喷注循环海水，使钻杆与井眼的环孔岩屑及时排出，方便持续钻进。当钻到海床以下目标层位时，由一条电缆将取样及测试装置通过钻井系统顶部驱动装置上方的喇叭口，沿着钻杆内孔下放到海底进行取样测试作业。其配套的取样测试工具是一种通过电缆操作控制的井下液压装置，泥面以下的钻具质量和海底基盘将为测试探头和液压取样管提供反力，可在钻井全深度范围内进行作业。这种作业模式的系统复杂，配套设备多，运行成本高。

电视抓斗勘探技术电视抓斗勘探技术是通过科考船上的铠装电缆将抓斗下放至海底，以程序指令控制抓斗的开合来实施勘探作业。该装置主要用于海底浅表层的勘探取样，其驱动型式为水下液压驱动，控制方式为甲板操作与自动控制相结合，抓斗最大工作水深6000 m，动力功率可达 4kW，抓样面积大于1m ，可抓取200 kg 以上的样品，抓斗质量约2. 2 t。电视抓斗主要由抓斗机械装置、铠装电缆和控制系统组成。抓斗上还装有海底电视摄像头、光源和电源等辅助装置。在勘探作业过程中，用 A 吊将抓斗下放到离海底5 m 左右的高度，此时科考船慢速航行并通过船上的显视器寻找采样目标，当找到目标时立即下放抓斗，准备抓取样品。电视抓斗的开启与关闭通过抓斗内的液压机械手完成。在勘探作业时，首先利用甲板监控平台，在观测海底地貌特征和海底样品图像的基础上，通过控制电视抓斗水下作业状态，使动力机械抓斗实现海底目标样品的准确采集。2009 年 12 月 “大洋一号”科考船执行 DY21 航次第四航段的大西洋洋中脊考察任务，在南大西洋洋中脊上利用我国自行研制的深海电视抓斗，首次获取块状热液硫化物样品。

深海硬岩取样钻机勘探技术深海硬岩取样钻机是一种海底硬岩勘探装置，用于深海底浅表地层固体矿产资源岩心钻探取样。在水下钻探过程中，该钻机可根据需要实现一次下水在海底不同位置钻取 1 ～ 3 个岩心，适用于深海富钴结壳矿产资源的勘探。该钻机外形尺寸为1. 8 m ×1. 8 m ×2. 3 m，干质量2. 8 t，适应水深 4 000 m，钻孔深度 700 mm，取心直径 60 mm。该硬岩钻机钻探深度浅，将配有逆变器的 220 V 油浸三相交流电机作为动力源，为液压系统提供动力，以驱动钻具回转、进给等作业。该钻机主油泵采用恒功率控制技术，在设定的钻进压力下，钻头切削岩石的扭矩随岩石硬度的变化而变化。若针对不同岩性的岩石，则需给钻头提供足够的扭矩以实现对岩石的切削。

液动冲击式海底勘探技术液动冲击式海底勘探取样技术是一种利用高压海水驱动高频液动锤产生的强冲击能量，来撞击岩心管及钻头，同时对岩心管内产生抽吸作用，使岩心样品进入取样管的勘探取样手段。液动冲击式海底勘探装置可直接搭载在普通科考船上进行作业，在钻具钻进时，冲击液动锤工作后的流体沿钻具与井眼孔壁循环上返，使钻具避免了冲击岩心管引起的 “桩效应”，使井下工具钻进取心完成后顺利提出。该冲击式勘探装置适于水深 100 m 的海域，钻进效率高，取样长度 6 ～10 m，取心成本低。但随着勘探深度的增加，摩擦力急剧增大，阻碍了土样继续进入管内并造成样品被压实，岩心组织形态变化大。

重力柱状勘探取样技术重力柱状勘探取样技术主要用于海底浅表层取样，以获取柱状沉积物样品。根据触底方式的不同，可分为重力柱状取样器和重力活塞取样器。重力柱状取样器由重锤和取样管组成。重力活塞取样器由重锤、取样管、释放器系统和活塞系统等组成。在作业过程中，通过缆绳将取样器释放到水下，取样器通过自由落体的方式插入海底，同时绳缆将内置活塞迅速拉至取样器顶部，海底沉积物也随着活塞的上行而进入取样器，最后其上的闸阀将取样器底部闭合密封，完成取样过程。重力柱状取样设备的质量可达3 t，取样管长度为2 ～18 m，直径为 89、108 和 127 mm。该装置结构简单，但可控性差，勘探取样精度低。2

国外海底资源勘探开发实践现状发展因素五个因素促使人类将海底资源勘探和开发的议题提上日程。

(1)对金属需求的增加；(2)金属价格的上涨；(3)从事开发行业的公司的高利润；(4)陆源镍、铜以及钴硫化物储存的减少；(5)深海资源勘探和开发的科学技术的发展。

勘探和开发实践申请从事海底资源勘探和开发的企业不断增加，深海活动涉及的资源种类也由起初的多金属结核扩展到多金属硫化物和富钴铁锰结核。目前还是主要集中于对此类资源的勘探，有个别企业已经开始了商业性开发。虽然商业性开发尚未普遍化，但是前述的五个因素必然会促使商业性开发的发展。情况如下：

(1)巴布亚新几内亚向加拿大Nautilus Mining Company发放了在其管辖海域内的俾斯麦海(Bismarck Sea)开采海底资源的许可证。这意味着企业以及为其提供资金资助的金融机构已经意识到海底资源开采所可能带来的巨大的经济上的利益。

(2)国际海底管理局第17届会议于2011年7月11日至22日在管理局所在地牙买加金斯敦举行，会议核准了瑙鲁海洋资源公司、汤加近海采矿有限公司提交的两份多金属结核勘探工作计划和中国大洋矿产资源研究开发协会、俄罗斯联邦自然资源和环境部提交的两份多金属硫化物勘探工作计划。

(3)国际海底管理局第18届会议于2012年7月16日至27日在管理局所在地牙买加金斯敦举行。会议审议、通过并核准了《“区域”内富钴铁锰结壳探矿与勘探规章》；核准韩国政府、法国海洋开发研究院提交的两份多金属硫化物勘探工作计划和基里巴斯马拉瓦研究与勘探有限公司、英国海底资源有限公司和比利时G—TEC海洋矿物资源公司提交的三份多金属结核勘探工作计划。

(4)国际海底管理局第19届会议于2013年7月8日至26日在管理局所在地牙买加金斯敦举行。会议核准了中国大洋矿产资源研究开发协会和日本国家石油、天然气和金属公司分别提交的两份富钴结壳勘探矿区申请。

(5)2014年4月29日，国际海底管理局与中国大洋协会在北京就富钴锰铁结壳签订为期15年的勘探合同。中国大洋协会是管理局授予勘探许可的第十五个实体，也是第二个签订富钴结壳勘探合同的实体。

规定海底资源增加随着海底勘探科学技术的发展，目前管理局已经就其他种类的资源完成制定《“区域”内多金属结核探矿和勘探规章》(2000年)和《“区域”内多金属硫化物探矿和勘探规章》(2010年国际海底管理局第16届会议)，《“区域”内富钴铁锰结壳探矿与勘探规章》(2012年国际海底管理局第18届会议)。随着海洋科研的进一步发展和进步，海洋学家发现区域海底存在多金属硫化物，此种矿物亦具有极大的开发潜力和经济价值。1998年在俄罗斯的提议下．管理局开始进行有关开发多金属硫化物的勘探规章的制定，并最终于海底管理局第16届会议通过；随后富钴铁锰资源亦进入管理局管制勘探和开发的对象，国际海底管理局于第18届会议上通过有关富钴铁锰结核探矿和勘探的规章。

从上述的分析来看，各国已经认识到深海资源勘探和开发活动可以带来巨大的经济利益，技术发达的国家已经开始积极投入深海海底资源勘探和开发活动中，并且有诸多国家已经通过相关法律对本国的作业者的深海活动作出规制，英国为迎接新的海底勘探和开发时代的到来，于2013年就提出对其深海采矿法的修改，并于2014年3月通过了该法的修正案。以上诸因素加剧了我国开始并完善相关立法的紧迫性。我国作为海洋大国，在深海海底资源勘探和开发领域不应落后于其他国家。但是与其他国家相比，我国在这一领域尚未起步，相应的制度也未建立。

国内海底勘探立法空间与必要考虑到深海海底资源潜在的巨大经济利益，国际上其他国家已经开始了深海海底勘探和开发的活动。并且开始并完善相关立法，就目前的分析可知：

(1)从数量上看，进行深海海底资源勘探开发专门立法的国家并不多，但是海洋大国、强国基本都有了该方面的立法。

(2)深海海底资源勘探开发活动是一个渐进的过程，应该提前做好立法的准备，提高我国从法律制度上因应将来深海资源勘探开发过程中可能产生的法律问题的能力。

(3)从目前的发展状况来看，中国对深海海底资源的需求比任何国家都迫切。

(4)中国的企业要走向大洋，进行深海海底资源的勘探开发，必须要有相应的国内法律制度的规范、促进和保障。

(5)我们要有足够的立法自信，在处理好与国际立法关系的同时，要及早掌握深海海底制度构建、标准制定的话语权。因此，用战略的眼光看，目前制定该方面的法律是紧迫的也是必须的。3