[科普中国]-海底矿产

简介

海洋是人类的巨大宝库，蕴藏着大量的资源，除海水中氢、氧、氯、钠、镁、钙、钾、金、铀、溴、碘等80多种元素外，海底矿产资源亦极为丰富。海滩中的砂矿、磷钙石和海绿石，深海底的锰结核和重金属软泥以及基岩中的矿脉等统称为海底矿产。海底锰结核是著名深海矿产，含锰、铁、镍、钴等20多种元素，经济价值很大。海底金属软泥是在洋海底覆盖着的一层红棕色沉积物，含有硅、氧化铝、氧化铁、锰、镍、钴、铜、钒、铅、锌、银、金等。这些未固结的泥质沉积物，不仅具有潜在的经济意义，在科学研究上也具有重要价值2。

世界上海底煤矿开采早在16世纪就开始了。目前滨海砂矿已进行工业规模的开采，其他矿产尚处于勘查研究和试验性开采阶段。1982年通过的《联合国海洋法公约》中规定：国际海底区域(国家管辖范围以外的大洋底部)及其资源是人类共同继承的财产3。

分布特点及来源海洋不仅覆盖着71%的地球表面，也覆盖着极为丰富的海底矿产资源。汹涌澎湃的海浪，肆无忌惮地冲击着犬牙交错的海岸，湍流不息的江河，夜以继日地搬运着大量的泥沙，在海滨形成了丰富的砂矿，有闪闪发光的金、铂，有用途广泛的铁、钛、锆、锡以及那极为贵重的金刚石等。邻接着海岸的大陆架浅海海域，不仅拥有丰富的生物资源和化学资源，还埋藏着工业上不可缺少的煤、金、硫、铜、镍、磷和石灰岩等矿产资源。而在深海地带，那里虽有漫漫长夜，但却沉积着大量富含锰、铁、铜、镍、钴和其他金属的锰结核，以及富含锌、铜、金、银的含金属沉积物，深海底下的岩石中还可能含有汞、镍、铬、钼等矿产4。

按矿床的结构形态和禀赋状况分为沉积矿物和基岩矿物(固结矿物)两大类。沉积矿物是以地表水体为介质，使某些有用物质以水溶液或矿物碎屑状迁移、沉积(聚集)而成的自生或外生矿物。有以矿物碎屑状沉积的矿砂(机械沉积)、以胶体溶液或真溶液状沉积的金属和非金属矿床(化学沉积)、由火山或热液作用形成的火山沉积矿床以及因蒸发作用使矿物集中而形成的盐类矿床等。重要的有滨海砂矿、海底锰结核、海底多金属热液矿床等。基岩(固结)矿产是存在于海底松软沉积物以下岩石中的矿床，主要有海底硫矿、煤、岩盐、重晶石等。海底矿产资源储量巨大，分布在从海岸到大洋的广泛区域。据估计总储量达6000亿亿吨3。

海底虽然储藏有丰富的矿产资源，但是由于开采条件所限，目前最具有经济价值的要算砂矿，其次是磷钙石和基岩中的矿产，而锰结核和含金属沉积物已在准备开采之中4。

海底矿产有的分布于沉积物中，有的则埋藏在数千米深的基岩里。虽然沉积物中的矿产是在现代海洋环境中形成的，海底基岩中的矿产则形成于不同的地质年代，相对要古老得多，但它们都是在海洋的形成、发展和演化过程中，由成矿作用而生成的4。

海洋里形成矿产的作用比较复杂，来源的物质也是多方面的，既有碎屑矿物沉积，也有海水中溶解元素的沉淀，还有生物有机体的堆积和海底火山的作用4。

矿产种类简介可以毫不夸张地说，海洋中几乎有陆地上有的各种资源，而且还有陆地上没有的一些资源。目前人们已经发现的有以下几类：

煤铁等固体矿产世界许多近岸海底已开采煤铁矿藏。日本海底煤矿开采量占其总产量的30%；智利、英国、加拿大、土耳其也有开采。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。已发现的海底固体矿产有20多种。我国大陆架浅海区广泛分布有铜、煤、硫、磷、石灰石等矿。

海滨砂矿海滨沉积物中有许多贵重矿物，如：含有发射火箭用的固体燃料钛的金红石；含有火箭、飞机外壳用的铌和反应堆及微电路用的钽的独居石；含有核潜艇和核反应堆用的耐高温和耐腐蚀的锆铁矿、锆英石；某些海区还有黄金、白金和银等。我国近海海域也分布有金、锆英石、钛铁矿、独居石、铬尖晶石等经济价值极高的砂矿。

多金属结核、富钴锰结核多金属结核含有锰、铁、镍、钴、铜等几十种元素。世界海洋3500～6000米深的洋底储藏的多金属结核约有3万亿吨。其中锰的产量可供全世界用18000年，镍可用25000年。我国已在太平洋调查200多万平方千米的面积，其中有30多万平方千米为有开采价值的远景矿区，联合国已批准其中15万平方千米的区域分配给我国作为开辟区。富钴锰结核储藏在300～4000米深的海底，容易开采。现在美、日等国已设计了一些开采系统。

热液矿藏热液矿藏是一种含有大量金属的硫化物，海底裂谷喷出的高温岩浆冷却沉积形成，已发现30多处矿床。仅美国在加拉帕戈斯裂谷储量就达2500万吨，开采价值39亿美元。海底热液矿床是与海底热泉有关的一种多金属硫化物矿床。系海水侵入水深2000至3000米海底裂缝中，被地壳深处热源加热后，溶解了地壳内的多种金属化合物，再从洋底喷出，遇冷海水而凝结生成的沉淀物。又称“多金属软泥”或“热液性金属泥”。含有铜、铅、锌、锰、铁、金、银等多种金属。其中金、银等贵金属的含量高于锰结核矿，被称为“海底金库”。分布水深一般为800至2400米。海底热液矿床的发现，引起世界各国的高度重视。专家们普遍认为，海底热液矿是极有开发价值的海底矿床。一些深海探查开采技术发达的国家纷纷投入巨资研制各种实用型采矿设备。我国也将海洋技术列为未来重点发展的高新技术之一。

可燃冰是一种被称为天然气水合物的新型矿物，在低温、高压条件下，由碳氢化合物与水分子组成的冰态固体物质。其能量密度高，杂质少，燃烧后几乎无污染，矿层厚，规模大，分布广，资源丰富。据估计，全球可燃冰的储量是现有石油天然气储量的两倍。在上世纪日本、前苏联、美国均已发现大面积的可燃冰分布区。我国也在南海和东海发现了可燃冰。据测算，仅我国南海的可燃冰资源量就达700亿吨油当量，约相当于我国目前陆上油气资源量总数的1/2。在世界油气资源逐渐枯竭的情况下，可燃冰的发现又为人类带来新的希望。

由于人类对两极海域和广大的深海区还调查得很不够，大洋中还有多少海底矿产人们还难以知晓。

几种主要海底矿产介绍滨海砂矿我国海滨砂矿资源主要有钛铁矿、锆英石、独居石、金红石、磷钇矿、铌袒铁矿、玻璃砂矿等共十几种，此外还发现了钻石和砷铂矿颗粒。海滨砂矿主要可分为8个成矿带，如海南岛东部海滨带、粤西南海滨带、雷州半岛东部海滨带、粤闽海滨带、山东半岛海滨带、辽东半岛海滨带、广西海滨带和台湾北部及西部海滨带等。特别是广东海滨砂矿资源非常丰富，其储量在全国居首位。

海滨地区形成丰富的海滨砂矿，又称滨海砂矿。是结晶岩风化后被河流、冰川等搬运至河口或海滨，又经波浪、海流、潮流等水动力分选作用，使某些重矿物在一定地段富集而形成的矿床，分布很广，储量也较大，矿种多，含有金、铂、金刚石、金红石、锆石、钛铁矿、独居石、锡石、石榴石、磁铁矿、磷钇矿、铌铁矿、钽铁矿、铬铁矿、石英等几十种有用矿物，其中经济和开采价值较多的有20多种。砂矿开采已有多年历史， 比较著名的有：阿拉斯加海滩上的金、铂，西南非洲沿岸的金刚石，印度尼西亚勿里洞岛、邦加群岛和泰国普吉岛近海的沙锡，澳大利亚东海岸的金红石、锆石、独居石，美国佛罗里达海滩的钛铁矿等。我国也是世界上海滨砂矿种类较多的国家之一5。

滨海砂矿的开采方法有多种，通常是根据砂矿区所在的水深和矿层特点来选择的。目前普遍采用的主要有：①钢索法，利用钢索一端系以1～10立方米的大容积采砂器放到海底进行抓采。采砂器安有制动装置，在投放之前使之张开，当其楔入砂层时即自行咬闭，采得矿砂，再由卷扬机提升到船上，这种采矿法的设备、操作简单，适用于不同水深环境，且具不受海底地形限制，灵活性大等优点，但有不能连续作业和采矿回收率低的缺点。②链斗法，在采砂船前部的梯状支架上装挂数十个采矿链斗，由船上链轮带动链斗，放入海底进行连续挖矿并传到船上，倒入储砂库。此采矿法的生产率和回采率都较高，且成本低，适于50米水深以内的平坦海底作业。③吸矿法，利用船上的大马力(几百～几千马力)浆泵通过几十厘米直径的吸管把砂和水吸到船上。在开采半胶结的砂层时，可在吸管头装配高压喷水嘴或旋转刮刀以提高开采效率。此采矿法可在50米水深作业，具有成本低，效率高的优点。④潜水采矿法，用专门设计的潜水型采矿机潜到海底作业。采矿机所需的氧气和动力由陆上或辅助船供给，用旋转挖头搅动海底砂层，通过直径30厘米的管道把砂、水吸送到海面。此采矿法可在70米水深的海底作业，具有自动化和灵活性大的优点，特别适于风浪、海流强烈的海区采矿，但目前仅在少数国家试用6。

大洋锰结核矿物1873年，英国海洋学家在北大西洋采集洋底沉积物时发现一种类似卵石般的团块，经过化验，他们发现这种团块几乎全由纯净的氧化锰和氧化铁组成。此后，他们相继在太平洋、印度洋的各深海区都获取了这样的团块。这就是锰结核。锰结核是一种深海海底自生的锰矿产。主要成分为锰和铁的氧化物和氢氧化物，含铜、镍、钴等多种金属元素，广泛分布于太平洋、大西洋和印度洋水深4至6千米的海底，一般呈球状或椭圆球状或块状，直径1至20厘米。世界洋底的锰结核总量约3万多亿吨，其中太平洋底最多，约1.7万亿吨，含锰4000亿吨、镍164亿吨、铜88亿吨、钴58亿吨。这些储量相当于目前陆地锰储量的400多倍，镍储量的1000多倍，铜储量的88倍，钴储量的5000多倍。按现在世界年消耗量计，这些矿产够人类消费数千甚至数万年。更重要的是这种卵状矿物还在不断生长。太平洋底的锰结核以每年1000万吨左右的速度生长，一年的产量就可供全世界用上几年。上个世纪70年代，国际上出现锰结核开发热。随着勘探技术和开发技术的发展，对锰结核的开采将形成新兴的海洋矿产业。1978年，美国根据多年的考察、探测结果，综合了大量的研究资料，正式出版了《海底沉积物和锰结核公布图》，使世界各国对各大洋特别是太平洋海域的锰结核情况有了一个较全面、正确的了解。我国自上个世纪70年代也开展了大洋海底资源勘查活动，并制定了大洋锰结核资源调查开发研究计划，在太平洋CC区选出可供采矿作业的结核矿区30万平方公里。1991年联合国国际海底管理局和国际海洋法法庭批准中国获得15万平方公里的国际海底矿区优先开采权。

大洋锰结核这一巨大的潜在矿产，广泛分布于世界的洋底。由于其形态和成分上的特征各异，人们通常又把它称为锰结核、锰团块、锰矿球或锰瘤等。它人多产于海底表层，赋存的海域主要为水深3000～5000米的深海平原、海沟、海谷、海底火山和群岛附近。锰结核矿的最大特点是蕴藏量巨大，所含的稀贵金属铜、钴、镍又多。仅就太平洋海域而言，据梅洛和梅纳德估计；其蕴藏量达16000多亿吨，约含锰2000多亿吨，铜50多亿吨，镍90多亿吨，钴30亿吨，相当于陆地矿山中储有铜的50倍，锰的200倍，镍的600倍，钴的3000倍。如果考虑到大洋锰结核矿如此大的储量，而且还在继续增长，可以毫不夸张地说，深海大洋锰结核矿是人类“用之不竭的资源”。