劉永剛，姚會(huì)強(qiáng)，于 淼，任江波，楊 永

（廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州市 510075）

國(guó)際海底區(qū)域蘊(yùn)藏著豐富的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，其中多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物和深海稀土幾種深海固體礦產(chǎn)越來越受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。從上世紀(jì)50年代開始至今，世界各國(guó)對(duì)幾種深海固體礦產(chǎn)開展了不同規(guī)模的勘查和研究。隨著研究的深入，幾種深海固體礦產(chǎn)潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值越來越受到人們的重視，許多國(guó)家為占有國(guó)際海底資源，發(fā)展國(guó)家后備戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，加快了國(guó)際海底資源勘查和評(píng)價(jià)的步伐。國(guó)際海底區(qū)域資源競(jìng)爭(zhēng)的形勢(shì)愈加緊迫，“藍(lán)色圈地”運(yùn)動(dòng)愈演愈烈。對(duì)國(guó)際海底區(qū)域內(nèi)幾種深海固體礦產(chǎn)資源的分布和勘查現(xiàn)狀進(jìn)行綜合評(píng)述，以期對(duì)國(guó)際海底礦產(chǎn)的當(dāng)前形勢(shì)有所了解和把握。

1 國(guó)際海底礦產(chǎn)的分布

1.1 多金屬結(jié)核

多金屬結(jié)核是大洋中最早被發(fā)現(xiàn)而且研究時(shí)間最長(zhǎng)的深海固體礦產(chǎn)。研究結(jié)果表明，多金屬結(jié)核分布于水深4 000—6 000 m 的洋盆中，產(chǎn)出在松軟沉積物表層。它含有70 多種元素，其中Mn、Cu、Co、Ni 的平均含量分別為25.00%、1.00%、0.22%和1.30%，其資源量高出陸地相應(yīng)資源量的幾十倍到幾千倍。據(jù)估算，全球大洋底多金屬結(jié)核資源總量為3 萬億t，僅太平洋就約有1.7 萬億t[1]，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，被認(rèn)為可能是海底分布最廣、儲(chǔ)量最大的金屬資源。

多金屬結(jié)核在太平洋、印度洋和大西洋都有分布，但很不均勻（圖1）。從經(jīng)濟(jì)價(jià)值角度考慮，太平洋的多金屬結(jié)核經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高且分布最廣泛，其次是印度洋。多金屬結(jié)核在太平洋呈帶狀分布，主要有東太平洋海盆、中太平洋海盆、南太平洋海盆和東南太平洋海盆（秘魯海盆）4 個(gè)分區(qū)，其中東太平洋海盆內(nèi)克拉里昂、克利帕頓斷裂帶之間的區(qū)域（CC 區(qū)）是公認(rèn)的結(jié)核最為富集和潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的海區(qū)，除印度外的所有先驅(qū)投資者申請(qǐng)的礦區(qū)都在該區(qū)域內(nèi)。中印度洋海盆是印度洋中結(jié)核豐度和品位均較高的分布區(qū)，印度申請(qǐng)的礦區(qū)就位于該海盆內(nèi)。大西洋的結(jié)核分布十分有限，其分布水深雖淺但金屬品位較低。

圖1 多金屬結(jié)核礦點(diǎn)在國(guó)際海底的分布

1.2 富鈷結(jié)殼

富鈷結(jié)殼是繼多金屬結(jié)核資源之后被發(fā)現(xiàn)的又一深海固體礦產(chǎn)資源。它分布的主要水深范圍為1 000-3 500 m，產(chǎn)出于海山、海脊、臺(tái)地和海丘的頂部和側(cè)翼，或在巖石露頭上形成厚結(jié)殼，或在碎石堆上形成結(jié)皮。富鈷結(jié)殼富含Co、Ni、Cu、Pb、Zn 等金屬元素以及稀土元素（REE）和鉑族元素（PGE），其中Co 含量尤為顯著，最高可達(dá)2%，是陸地原生礦鈷含量的20 倍以上[2]，是多金屬結(jié)核礦中鈷含量的2.5 倍以上[3]。而最近的研究結(jié)果[4]表明，僅太平洋海山的富鈷結(jié)殼中錳、鈷、鎳、銅的金屬量與全球陸地資源量和多金屬結(jié)核量[5]相比都是非?？捎^的，分別是陸地資源量的11.11 倍、71.58 倍、8.26 倍、0.29 倍。

圖2 富鈷結(jié)殼礦點(diǎn)在國(guó)際海底的分布

根據(jù)研究[6]，結(jié)殼在太平洋、大西洋和印度洋的海底均有分布（圖2），其中以太平洋居多，而在太平洋的廣大海域中，西、中太平洋海山區(qū)是富鈷結(jié)殼的主要產(chǎn)出區(qū)，主要包括麥哲倫海山區(qū)、馬爾庫斯-威克海山區(qū)、馬紹爾海山區(qū)、中太平洋海山區(qū)、夏威夷海嶺、萊恩海山區(qū)等幾座大型海山鏈，這些區(qū)域是各國(guó)進(jìn)行結(jié)殼資源勘查的重點(diǎn)海區(qū)，俄羅斯、韓國(guó)、日本、中國(guó)等國(guó)家都在這些海區(qū)及周邊海域開展了大量的調(diào)查研究工作。相比較而言，無論在結(jié)殼厚度還是金屬Co含量方面，這些海山區(qū)的結(jié)殼質(zhì)量都明顯優(yōu)于其他海山區(qū)。

1.3 多金屬硫化物

多金屬硫化物是繼大洋多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼外的又一種新型海底金屬礦物資源。它普遍發(fā)育在大洋中脊、板內(nèi)火山和弧后盆地，賦存水深一般在數(shù)十米至3 700 m，大量出現(xiàn)在2 500 m 水深附近[7]。多金屬硫化物富含Cu、Fe、Mn、Pb、Co、Mo 等金屬和稀有金屬，單個(gè)硫化物礦床礦體的資源量高達(dá)1×108t[7]，資源潛力十分可觀。

從地理環(huán)境來看，多金屬硫化物礦床主要分布于太平洋、大西洋和印度洋（圖3）。太平洋是多金屬硫化物的主分布區(qū)，主要集中于東太平洋洋?。ㄈ鏓xplorer、Middle Valley、Endeavour、Axial Seamount、Juan de FUCA、Galapagos 等）、西太平洋火山弧（如Okinawa Trough、Mariana Trough 等）和西南太平洋火山?。ㄈ鏛au Basin、Manus Basin、North Fiji Basin 等）；大西洋的多金屬硫化物主要分布于赤道以北的大西洋中脊（如TAG、Snake Pit、Logatchev 等）；印度洋的多金屬硫化物主要分布于印度洋洋脊，集中于三聯(lián)點(diǎn)附近[7-9]。此外，北冰洋洋脊、紅海、地中海也有少量多金屬硫化物礦化點(diǎn)分布。

1.4 深海稀土

稀土（REE）資源不僅存在于陸地上，也存在于深海中。研究表明[10]，海盆內(nèi)的多金屬結(jié)核和海山上的富鈷結(jié)殼都含有稀土元素。太平洋多金屬結(jié)核的∑REE 范圍為229.7~2 076.7 ppm，平均1 195.7 ppm[11]。太平洋富鈷結(jié)殼中的∑REE 隨海山分布而有所不同，其中麥哲倫海山區(qū)∑REE范圍1 093.0~3 286.4 ppm，平均為2 087.2 ppm；馬爾庫斯-威克海山區(qū)∑REE 范圍1 047.0~3 897.0 ppm，平均為1 890.4 ppm；馬紹爾海山區(qū)∑REE 范圍1 249.1~1 753.8 ppm，平均為1 506.4 ppm；中太平洋海山區(qū)∑REE 范圍1 278.5~2 654.9 ppm，平均為1 933.1 ppm[12-16]。

圖3 多金屬硫化物礦點(diǎn)在國(guó)際海底的分布

除了鐵錳礦石外，稀土元素也賦存于深海沉積物中。研究表明[17-20]，太平洋、印度洋的深海沉積物中都含有稀土元素。日本科學(xué)家在對(duì)太平洋78 個(gè)站位的沉積物樣品分析后發(fā)表了初步的研究成果[20]，稱東南太平洋和中北太平洋深海粘土中含有高品位的富釔稀土（REY），其中東南太平洋深海粘土中∑REY 范圍880~1 628 ppm，平均1 054 ppm；中北太平洋深海粘土中∑REY范圍451~1 002 ppm，平均625 ppm，這兩個(gè)區(qū)域都可看作高潛力稀土資源分布區(qū)（圖4）。根據(jù)日本科學(xué)家的估算，東南太平洋和中北太平洋每平方千米深海粘土中稀土資源量分別達(dá)2010年世界年消費(fèi)量的1/15 和1/5，整個(gè)太平洋深海稀土資源總量與陸地探明資源量相當(dāng)，按照目前陸地開采量，可供全世界使用1 000年左右，引起了世界科學(xué)界和礦業(yè)界的極大關(guān)注。

2 國(guó)際海底礦產(chǎn)資源勘查現(xiàn)狀

2.1 多金屬結(jié)核勘查

圖4 深海沉積物稀土礦點(diǎn)在國(guó)際海底的分布

圖5 東太平洋CC 區(qū)多金屬結(jié)核勘探區(qū)承包者

從上世紀(jì)60年代起，美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本、法國(guó)等國(guó)相繼在中、東太平洋開展了大規(guī)模的調(diào)查研究，獲取了大量的資料，并取得了豐富的研究成果。從1983年開始，海金聯(lián)、前蘇聯(lián)、日本、法國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)先后向國(guó)際海底管理局申請(qǐng)成為先驅(qū)投資者，在CC 區(qū)獲得多金屬結(jié)核開辟區(qū)，并與國(guó)際海底管理局簽訂了勘探合同。從“十二五”開始，國(guó)際海底競(jìng)爭(zhēng)局勢(shì)發(fā)生了變化。2011年起，瑙魯、湯加、英國(guó)、基里巴斯、比利時(shí)等國(guó)家先后向國(guó)際海底管理局提交了多金屬結(jié)核礦區(qū)申請(qǐng)并獲得核準(zhǔn)。截至2013年底，多金屬結(jié)核礦區(qū)承包者數(shù)量急劇增加至12個(gè)（見圖1），新加坡、庫克群島也提交了礦區(qū)申請(qǐng)并等待審議，原先的多金屬結(jié)核保留區(qū)逐漸被瓜分，表明國(guó)際海域“藍(lán)色圈地”運(yùn)動(dòng)迎來了新一輪熱潮。

我國(guó)從20 世紀(jì)80年代開始，在國(guó)際海底區(qū)域開展系統(tǒng)的多金屬結(jié)核資源調(diào)查，并于1991年成為繼前蘇聯(lián)、日本、法國(guó)、印度之后的第5個(gè)先驅(qū)投資者。2001年5月，中國(guó)大洋協(xié)會(huì)與國(guó)際海底管理局簽訂了為期15年的多金屬結(jié)核《勘探合同》，自此我國(guó)在東北太平洋CC 區(qū)獲得了7.5 萬平方公里、擁有專屬勘探權(quán)和優(yōu)先開采權(quán)的多金屬結(jié)核合同區(qū)，拓展了我國(guó)的戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備。目前，正是合同中規(guī)定的第3 工作階段（2011-2015年），國(guó)家海洋局和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局根據(jù)合同要求，結(jié)合海上詳細(xì)勘探工作獲取的數(shù)據(jù)資料，對(duì)可能的開采礦段進(jìn)行圈定和評(píng)價(jià)，從而為履行我國(guó)與國(guó)際海底管理局簽訂的《勘探合同》提供有力的支持，為我國(guó)將來多金屬結(jié)核商業(yè)開采提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參數(shù)。

2.2 富鈷結(jié)殼勘查

自20 世紀(jì)80年代初以來，繼大洋多金屬結(jié)核資源調(diào)查之后，德國(guó)、美國(guó)、日本、俄羅斯、法國(guó)等國(guó)家都投入了大量的人力、物力、財(cái)力，積極開展富鈷結(jié)殼資源的調(diào)查研究，對(duì)富鈷結(jié)殼的分布、類型、成礦特征、成礦環(huán)境和形成模式等問題進(jìn)行了深入調(diào)查和研究。國(guó)際上為爭(zhēng)奪深海礦產(chǎn)資源展開了新一輪的競(jìng)爭(zhēng)和角逐。2012年7月，國(guó)際海底管理局第18 屆會(huì)議上通過了《“區(qū)域”內(nèi)富鈷結(jié)殼探礦和勘探規(guī)章》，中國(guó)和日本先后提交了礦區(qū)申請(qǐng)，并于2013年7月在國(guó)際海底管理局第19 屆會(huì)議上審議獲得核準(zhǔn)。俄羅斯、巴西也于2013年分別向國(guó)際海底管理局提交了礦區(qū)申請(qǐng)，目前尚在等待審議。

我國(guó)從1997年開始進(jìn)行富鈷結(jié)殼資源調(diào)查，截至2013年統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)在中、西太平洋海山區(qū)進(jìn)行了19 個(gè)航次（40 個(gè)航段）的調(diào)查工作，開展了拖網(wǎng)、抓斗、淺鉆地質(zhì)采樣和海底照相、多波束測(cè)深、重力、磁力、淺地層剖面等海洋物探工作，在收集數(shù)據(jù)資料的同時(shí)積極開展資源評(píng)價(jià)工作，為向國(guó)際海底管理局提交礦區(qū)申請(qǐng)做準(zhǔn)備。2013年7月，我國(guó)向國(guó)際海底管理局提交的富鈷結(jié)殼礦區(qū)申請(qǐng)獲得核準(zhǔn)通過，從而在國(guó)際海底區(qū)域獲得了3 000 平方公里具有專屬勘探權(quán)的富鈷結(jié)殼礦區(qū)。

圖6 西太平洋富鈷結(jié)殼礦區(qū)位置圖（a 為中國(guó)，b 為日本）

2.3 多金屬硫化物

20 世紀(jì)60年代，紅海發(fā)現(xiàn)高熱海水和多金屬軟泥，標(biāo)志著現(xiàn)代海底熱液活動(dòng)和多金屬硫化物成礦研究的開始。繼多金屬結(jié)核和富鈷結(jié)殼調(diào)查之后，美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、日本、中國(guó)等國(guó)家相繼開展了大規(guī)模的多金屬硫化物資源調(diào)查。2010年5月，國(guó)際海底管理局大會(huì)通過了《“區(qū)域”內(nèi)多金屬硫化物探礦和勘探規(guī)章》，中國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)、法國(guó)、德國(guó)先后提交了礦區(qū)申請(qǐng)，目前除德國(guó)的礦區(qū)申請(qǐng)尚等待審議外，其他4 份礦區(qū)申請(qǐng)都已獲得核準(zhǔn)通過（圖7）。

我國(guó)多金屬硫化物資源調(diào)查起步雖晚，但成果顯著。2003年之前，我國(guó)多金屬硫化物調(diào)查主要以國(guó)際合作為主。從2003年以來，我國(guó)正式進(jìn)入多金屬硫化物調(diào)查研究階段，通過環(huán)球航次，先后在太平洋、大西洋和印度洋等熱液活動(dòng)區(qū)進(jìn)行調(diào)查取樣，積累了豐富的資料。在《“區(qū)域”內(nèi)多金屬硫化物探礦和勘探規(guī)章》通過后，我國(guó)第一時(shí)間向國(guó)際海底管理局提交了礦區(qū)申請(qǐng)并獲得核準(zhǔn)通過，從而在國(guó)際海底區(qū)域獲得了1 萬平方公里具有專屬勘探權(quán)的多金屬硫化物礦區(qū)。

圖7 多金屬硫化物礦區(qū)位置圖（a 為中國(guó)，b 為法國(guó)，c 為韓國(guó)，d 為俄羅斯）

2.4 深海稀土

深海粘土稀土資源的發(fā)現(xiàn)（Kato et al，2011），無疑受到全世界各國(guó)的普遍關(guān)注，它很有可能成為繼多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、熱液硫化物之后又一種極為重要的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源。根據(jù)已有的研究，深海粘土稀土資源在太平洋國(guó)際海底區(qū)域具有廣泛的分布且潛力巨大，印度洋海盆的深海沉積物稀土資源潛力還尚未可知。圍繞著深海沉積物稀土資源，國(guó)際海底區(qū)域?qū)?huì)迎來更加激烈的資源競(jìng)爭(zhēng)。

對(duì)于深海沉積物稀土資源的發(fā)現(xiàn)，我國(guó)給予高度重視。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2013年首次開展大洋稀土資源專項(xiàng)調(diào)查，由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施，采用多種手段對(duì)太平洋稀土資源進(jìn)行系統(tǒng)探查。調(diào)查結(jié)果證實(shí)了深海沉積物賦存稀土礦的可能性。我國(guó)將繼續(xù)展開調(diào)查，積累資料，進(jìn)一步查清深海沉積物稀土資源的空間分布情況，為制定我國(guó)新形勢(shì)下的稀土資源戰(zhàn)略提供依據(jù)。

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