世界大洋金屬礦產(chǎn)資源勘查開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及問(wèn)題

王淑玲，白鳳龍，黃文星，孫張濤

1.中國(guó)地質(zhì)圖書(shū)館，北京 100083

2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地學(xué)文獻(xiàn)中心，北京 100083

3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，青島 266071

4.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510075

世界大洋底不但蘊(yùn)藏著豐富的石油、天然氣、天然氣水合物等能源礦產(chǎn)，還蘊(yùn)藏著富含鎳、鈷、銅、錳、金、銀、稀有金屬和稀土等重要的戰(zhàn)略金屬礦產(chǎn)的多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物、深海稀土泥等固體礦產(chǎn)資源。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，陸地礦產(chǎn)資源消耗速度加快，海洋礦產(chǎn)資源勘查開(kāi)發(fā)日益受到世界各國(guó)的重視。伴隨技術(shù)進(jìn)步，以及地緣政治等因素，21世紀(jì)以來(lái)海洋礦產(chǎn)資源的勘查開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為世界礦產(chǎn)資源調(diào)查開(kāi)發(fā)的新熱點(diǎn)。

1 世界大洋金屬礦產(chǎn)資源資源豐富、類型眾多、潛力巨大

從工業(yè)價(jià)值和科學(xué)研究著眼，人們目前普遍關(guān)注的大洋金屬礦產(chǎn)資源主要有4大類：一是遍布各大洋洋底的多金屬結(jié)核或稱鐵錳結(jié)核；二是固著在洋底海山堅(jiān)硬巖石表面的富鈷結(jié)殼；三是與洋底火山口有關(guān)的多金屬硫化物；四是2011年發(fā)現(xiàn)的新類型：深海稀土。

1.1 多金屬結(jié)核資源

多金屬結(jié)核，或稱鐵錳結(jié)核，是由鐵的氫氧化物和錳的氧化物組成的結(jié)核狀礦物集合體。波紋狀、條帶狀、鐘狀的多金屬結(jié)核礦田，一般由一系列結(jié)核構(gòu)成，結(jié)核產(chǎn)于底積物表面，有一半或一半以上沒(méi)入淺表層沉積物中[1]，見(jiàn)有全部或部分埋藏的多金屬結(jié)核層。結(jié)核為具有中心核部的同心帶狀結(jié)構(gòu)。結(jié)核形態(tài)和大小多變，通常為1～12 cm，多產(chǎn)在水深 4 000～6 500 m 的深海底的淺表層沉積物中[2]（圖1）。分布豐度為 5～20 kg/m2或更多[1]。多金屬結(jié)核的成分非常穩(wěn)定。錳、鎳、銅、鈷是主要有用組分，鉬、釩、鉑族金屬、鉍、稀土是伴生組分[3]。

多金屬結(jié)核中經(jīng)濟(jì)意義最大的金屬是鎳和鈷，其次是銅和錳。最著名的富含鎳和銅的多金屬結(jié)核區(qū)位于東赤道太平洋的克拉里昂—克里帕頓斷裂帶（CCZ），海底的結(jié)核密度可達(dá) 75 kg/m2（濕重）[4-5]。據(jù)估算，結(jié)核總量達(dá)210億t，含有2.8億t鎳（是陸地鎳總儲(chǔ)量的3.5倍）、2.2億t銅、4 000萬(wàn)t鈷（是陸地鈷總儲(chǔ)量的5.5倍）?？死锇骸死锱令D帶面積與歐洲的陸地面積大致相當(dāng)，但它只是多金屬結(jié)核有遠(yuǎn)景的海底區(qū)域的一小部分。整個(gè)有多金屬結(jié)核遠(yuǎn)景海底面積超過(guò)5 100萬(wàn)km2，比亞洲陸地面積還要大[5]。

多金屬結(jié)核在南美的秘魯盆地和中印度洋盆地也有重要產(chǎn)出。在緊靠南太平洋科克群島的彭林盆地是最有遠(yuǎn)景的富鈷多金屬結(jié)核區(qū)（圖1）[2]。

1.2 富鈷結(jié)殼資源

富鈷結(jié)殼是富含金屬的一種層狀沉積物，它是通過(guò)水合氧化錳或水合氧化鐵膠體沉積到大洋深部任何固結(jié)的底質(zhì)上形成的，通常出現(xiàn)在水深400～7 000 m的海嶺、海山（海下活火山和死火山）和海臺(tái)等無(wú)沉積物的地區(qū)[4-5]，往往形成于基巖（玄武巖、灰?guī)r、硅質(zhì)產(chǎn)物、細(xì)粒巖）出露的海底地段。富鈷結(jié)殼的殼層厚度從薄膜到25 cm[6]，以多層蓋層的形式覆蓋在堅(jiān)硬的基巖露頭上。海山是形成富鈷結(jié)殼礦產(chǎn)最有利的環(huán)境。根據(jù)衛(wèi)星得到的重力資料預(yù)測(cè)，全球有幾千座海山（圖1）。最大的海山群出現(xiàn)在中太平洋，這里平頂海山平均表面積約為11 000 km2，相當(dāng)于牙買(mǎi)加的陸地面積，是富鈷結(jié)殼最多的海區(qū)[7]。

圖1 全球大洋多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物分布[2]CCZ-克拉里昂-克里帕頓斷裂帶，CIB-中印度洋盆地，PB-秘魯盆地，PCZ-原生結(jié)殼帶，PYB-彭林盆地。Fig.1 Global distribution of the three primary classes of metal-rich deep-ocean mineral deposits:polymetallic nodules,Cobalt-rich crusts,polymetallic sulfides[2]

富鈷結(jié)殼分布豐度為70～80 kg/m2或更多。錳、鈷、鎳、銅是主要有用組分，鉬、鉑族金屬、稀土（首先是鈰）、鉍、鈦、碲為伴生組分[1]。鈷是富鈷結(jié)殼中最有經(jīng)濟(jì)意義的金屬元素，含量最高可達(dá)到2%（重量），在“原生結(jié)殼帶”（PCZ）的富鈷結(jié)殼鈷的平均含量為0.66%（重量），據(jù)估算僅該帶鈷的總資源量就達(dá) 5 000萬(wàn) t[8]（圖2）。相比較，陸地上鈷的總儲(chǔ)量才710萬(wàn)t[9]，“中非鈷帶”的鈷礦床的鈷含量，通常也就0.1%～0.5%（重量）[10]。“原生結(jié)殼帶”的富鈷結(jié)殼還富含碲，最高含量可達(dá)200×10?6。據(jù)估算該帶的富鈷結(jié)殼含碲45萬(wàn)t。相當(dāng)于陸地上碲的總儲(chǔ)量3.1萬(wàn)t的15倍[9]。

1.3 多金屬硫化物（也稱海底塊狀硫化物）資源

多金屬硫化物與洋底的火山有關(guān)，廣泛出現(xiàn)在洋底年輕的火山活動(dòng)區(qū)。形成于世界大洋的大洋中脊軸部帶，或者形成于沿大洋邊緣的過(guò)渡帶，即轉(zhuǎn)換斷層的弧后構(gòu)造：裂谷、內(nèi)海盆地邊緣、破火山口，多金屬硫化物產(chǎn)出水深在800～900 m至4 200 m 之間[1]。主要有用組分為銅、鋅、金和銀，有時(shí)還有鉛，伴生組分為硒、碲、砷、銦。與多金屬結(jié)核及富鈷結(jié)殼不同的是，多金屬硫化物是三維地質(zhì)產(chǎn)物，產(chǎn)于海底玄武巖中，或者已產(chǎn)生強(qiáng)烈蝕變的構(gòu)造成因的基性—超基性巖體中。礦體可能向深部持續(xù)延伸數(shù)十米[1]。

迄今為止在全球大洋已發(fā)現(xiàn)了大約380個(gè)硫化物點(diǎn)或高濕熱液噴口（圖1、圖3），其中3/4的熱液還在活動(dòng)，只有1/4是不活動(dòng)的[11]。據(jù)估算，全球洋底大約有1 300多個(gè)熱液噴口，尚有1 000余個(gè)還有待發(fā)現(xiàn)[12]。

不同構(gòu)造環(huán)境下形成的多金屬硫化物的金屬含量變化很大（表1）[11]。從表1中可以看出，無(wú)沉積物的大洋中脊和含超基性巖的大洋中脊，以及洋內(nèi)后弧、過(guò)渡后弧和火山弧環(huán)境下的海底塊狀硫化物銅和鋅的含量很高。某些海底塊狀硫化物，特別是洋內(nèi)后弧和火山弧及含超基巖的大洋中脊系統(tǒng)中的海底塊狀硫化物富含金和銀。有些產(chǎn)地鎵、鍺、碲、硒、銦等稀有元素的含量很高。

對(duì)多金屬硫化物全球資源潛力的評(píng)價(jià)不同學(xué)者的看法不一。Cathles指出[13]，洋底是一個(gè)巨大的火山多金屬硫化物分布區(qū)，所含的金屬資源是陸地上已知的火山多金屬硫化物總儲(chǔ)量的600倍[11]。而Hannington等[14]則認(rèn)為，在大洋擴(kuò)張中心狹窄的新火山帶，硫化物的數(shù)量估計(jì)只有6億t[11]。二者差別如此之大，說(shuō)明對(duì)多金屬硫化物礦床的規(guī)模、構(gòu)造、分布、成分及保存狀況認(rèn)識(shí)得還很不夠。多金屬硫化物的資源潛力迄今依然是不明確的，需要更好地認(rèn)識(shí)洋底熱液活動(dòng)和不活動(dòng)系統(tǒng)的分布和產(chǎn)出，改進(jìn)全球資源量的估算。

圖2 富鈷結(jié)殼的金屬品位、全球資源分布和估算的金屬噸位以及陸地上的儲(chǔ)量[11]（A） 各個(gè)大洋富鈷結(jié)殼的金屬平均品位 （柱子的顏色參見(jiàn)B中的大洋顏色），每個(gè)彩色柱上面的數(shù)字表示平均品位依據(jù)的樣品數(shù)。除了北冰洋外，稀土元素和釔 （REY） 都未標(biāo)出樣品數(shù)，因?yàn)槠涓鱾€(gè)元素分析的樣品數(shù)是不同的；（B） 至今查明的最廣布的富鈷結(jié)殼礦床的大致分布。PCZ為“原生結(jié)殼帶”；（C） 在PCZ地區(qū)估算的富鈷結(jié)殼的金屬噸位。為了比較，列出了陸地上的總儲(chǔ)量。PGM為鉑族金屬，REO為稀土氧化物。Fig.2 Metal grade,global resource distribution and estimated metal tonnages for Cobalt-rich crusts and land-based reserves[11]

圖3 活動(dòng)的 （紅色） 和不活動(dòng)的 （黃色）海底塊狀硫化物點(diǎn)的全球分布[11]白色圓點(diǎn)表示該點(diǎn)沒(méi)有詳細(xì)的活動(dòng)信息 （N=378），封閉區(qū)域?yàn)閷俳?jīng)濟(jì)區(qū)。Fig.3 Global distribution of active （red） and inactive （yellow） seafloor massive sulfide sites[11]Sites where no detailed information on activity is given by white dots (N=378).Exclusive economic zones are indicated as enclosed areas.

表1 不同構(gòu)造環(huán)境中多金屬塊狀硫化物的金屬平均含量Table 1 The mean metal content of seafloor massive sulfide occurrences with respect to their tectonic settings

1.4 深海稀土資源

2011年6 月，以日本東京大學(xué)加藤泰浩教授為首的研究小組，對(duì)過(guò)去在太平洋海域?qū)嵤┑膰?guó)際“深海鉆探計(jì)劃”的78個(gè)站位2 000多個(gè)沉積物巖心樣品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在太平洋4 000 m深的深海底廣泛分布著含有高濃度稀土元素的稀土泥[15-16]，主要分布在東南太平洋和中北太平洋（圖4）[17]。其中，東南太平洋深海泥中富釔稀土含量為880～1 628×10?6，平均 1 054×10?6，中北太平洋深海泥中富釔稀含量 451～1 002×10?6，平均 625×10?6。據(jù)估算，太平洋深海稀土資源總量為目前陸上稀土資源總量的 800 倍[15-19]。

2013—2015 年，日本在其專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)以南鳥(niǎo)礁為中心面積為43萬(wàn)km2的海底進(jìn)行了深海稀土調(diào)查。利用活塞取樣器共采集了70個(gè)樣品。在南鳥(niǎo)礁拓洋第5海山的東部海域，發(fā)現(xiàn)了含稀土海底沉積物（稀土沉積物）的高品位分布區(qū)。其稀土品位（50 cm 區(qū)間的平均品位）最高可達(dá) 5 366×10?6，平均品位 1 221×10?6。根據(jù)樣品分析及聲學(xué)數(shù)據(jù)解釋結(jié)果，按現(xiàn)階段估算的稀土遠(yuǎn)景資源量約為77萬(wàn)t（稀土氧化物總量，濕重）[20-21]。開(kāi)展了采泥、揚(yáng)泥試驗(yàn)，進(jìn)行了可采經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，并提出了冶煉方案。稀土賦存于水深為 5 000～6 000 m 的深海沉積物中，80%的稀土富集在沉積物中的粗粒磷灰石中。富集區(qū)中重稀土含量為45.8%，且重稀土中釔占65.2%。采泥試驗(yàn)表明稀土沉積物具有黏土含量高、黏度大的特征。經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)表明，稀土價(jià)格要維持在歷史最高價(jià)（2011年年均最高價(jià)）20年才具經(jīng)濟(jì)性[20]。

圖4 深海沉積物稀土礦點(diǎn)在國(guó)際海底的分布 [19]Fig.4 Distribution of rare earth deposits in deep sea sediments on the international seabed [19]

2 全球大洋金屬礦產(chǎn)資源勘查興趣不斷增加，開(kāi)發(fā)提上日程

2.1 國(guó)際海底區(qū)勘查合同不斷增加，勘查類型增多

國(guó)際海洋法公約授權(quán)聯(lián)合國(guó)國(guó)際海底管理局管理國(guó)際海域的海底礦產(chǎn)，發(fā)放礦產(chǎn)勘探和開(kāi)采合同。截至2018年3月，國(guó)際海底管理局已經(jīng)簽訂和發(fā)放了29個(gè)在國(guó)際海底的礦產(chǎn)勘探合同[22-24]，涉及20個(gè)國(guó)家（圖5）。從2001年勘查開(kāi)始以來(lái)，年度合同數(shù)量以年均約8.7%的速度遞增?？碧絽^(qū)面積從2001年的52.5萬(wàn)km2，增加到2019年的132.4萬(wàn)km2以上。尤其是2011年以來(lái)，勘探合同和勘探國(guó)家迅速增長(zhǎng)。合同數(shù)年均遞增16.4%，勘探區(qū)面積年均增速為10.1%。前10年均為多金屬結(jié)核合同。從2011年開(kāi)始簽訂多金屬硫化物勘探合同。從2014年開(kāi)始簽訂富鈷結(jié)殼合同[25-30]。

在諸種合同中，以多金屬結(jié)核的勘探合同最多，為17個(gè)，最大面積達(dá)7.5萬(wàn)km2，合計(jì)勘探面積123.902萬(wàn)km2，占批準(zhǔn)總勘探面積的93.6%。東北太平洋面積約700萬(wàn)km2的克拉里昂—克里帕頓區(qū)是多金屬結(jié)核最有遠(yuǎn)景和最接近開(kāi)發(fā)的地區(qū)。截至2018年3月已有德國(guó)、中國(guó)、日本、韓國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、比利時(shí)等18個(gè)《聯(lián)合國(guó)海洋法》締約國(guó)與國(guó)際海底管理局簽訂了17份克拉里昂—克里帕頓地區(qū)多金屬結(jié)核勘探合同（圖6）[31]。印度在印度洋與國(guó)際海底管理局簽訂了1份多金屬結(jié)核勘探合同。

多金屬硫化物也是重點(diǎn)勘探對(duì)象。2011—2018年，中國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)、法國(guó)、德國(guó)和印度7國(guó)，一共簽訂了7份多金屬硫化物的勘探合同。其中大西洋中部3份，印度洋中部4份，它們都位于緩慢到中速擴(kuò)張的大洋中脊上，每個(gè)勘探區(qū)面積1萬(wàn)km2[23,30]。

富鈷結(jié)殼的勘探合同數(shù)量較少。2014—2018年間，總計(jì)只有5份。日本、中國(guó)、俄羅斯、巴西和韓國(guó) 5 國(guó)各 1 份。每個(gè)勘探區(qū)面積 3 000 km2[23,30]。

2.2 大洋金屬礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)已提上日程

盡管目前還沒(méi)有一個(gè)大洋金屬礦產(chǎn)的開(kāi)發(fā)合同，但是一些國(guó)家正在積極做開(kāi)發(fā)前的準(zhǔn)備，包括開(kāi)采和金屬提取的技術(shù)研發(fā)和環(huán)境影響評(píng)估，則是不爭(zhēng)的事實(shí)[31]。

目前，開(kāi)發(fā)的前期準(zhǔn)備工作多在沿海國(guó)家和島國(guó)的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)進(jìn)行，因?yàn)樵谶@里實(shí)施開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，不需要什么協(xié)定，也無(wú)須履行面對(duì)國(guó)際海底機(jī)構(gòu)的義務(wù)。

（1）多金屬結(jié)核。1999—2008年，俄羅斯就在波羅的海芬蘭灣的俄羅斯海域?qū)Χ嘟饘俳Y(jié)核進(jìn)行了普查評(píng)價(jià)工作。并于2000年進(jìn)行了首次大噸位多金屬結(jié)核的提升實(shí)驗(yàn)，2004年開(kāi)始研制多金屬結(jié)核開(kāi)采工藝。并對(duì)開(kāi)采和提升作業(yè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行了評(píng)估。對(duì)所獲得的多金屬結(jié)核在化學(xué)試驗(yàn)廠和鐵合金廠進(jìn)行了加工處理和金屬提取試驗(yàn)[32]。

根據(jù)普查評(píng)價(jià)工作及25 000多個(gè)海洋臺(tái)站調(diào)查資料處理和分析結(jié)果，按照國(guó)家儲(chǔ)量委員會(huì)的規(guī)定，俄羅斯已將庫(kù)爾加利、科波爾、維赫列夫和朗多等4個(gè)礦床的多金屬結(jié)核儲(chǔ)量列入了評(píng)價(jià)儲(chǔ)量（表2）[32]。

圖5 2001—2018年國(guó)際海底管理局批準(zhǔn)的29個(gè)國(guó)際海底的礦產(chǎn)勘探合同 [23]Fig.5 29 International Seabed Mineral Exploration Contracts approved by the International Seabed Authority from 2001 to 2018[23]

圖6 東北赤道太平洋克拉里昂—克里帕頓斷裂帶勘探合同[31]每個(gè)顏色方塊代表各個(gè)締約國(guó)目前在進(jìn)行多金屬結(jié)核勘探的地區(qū)。括號(hào)中表示的是相關(guān)發(fā)起的國(guó)家。帶有白色斜線的方框表示有特殊環(huán)境意義的地區(qū)。Fig.6 Exploration contracts of the Clarion-Clipperton Fracture Zone in the northeast Equatorial Pacific Ocean[31]

2016年6 月，中國(guó)在南海進(jìn)行了首次深海多金屬結(jié)核和富鈷結(jié)殼采掘與輸運(yùn)關(guān)鍵技術(shù)及裝備深海揚(yáng)礦泵管系統(tǒng)海上試驗(yàn)。海試管道布放水深304 m，管道總長(zhǎng) 638 m，輸送礦漿體積流量 500 m3/h，結(jié)核輸送量50 t/h，一舉突破了我國(guó)深海采礦系統(tǒng)研究多年來(lái)尚未解決的關(guān)鍵技術(shù)[33]。

2018年5 月1 日—6月18日，我國(guó)首次自主研發(fā)完成了500 m級(jí)水深海底多金屬結(jié)核集礦系統(tǒng)試驗(yàn)。海試中，“鯤龍500”海底集礦車共下水11次，其中70 m淺海試驗(yàn)下水6次，500 m海試下水5次，海試中最大作業(yè)水深514 m，多金屬結(jié)核采集能力10 t/h，單次行駛最長(zhǎng)距離 2 881 m，水下定位精度達(dá)0.72 m，實(shí)現(xiàn)了自主行駛模式下按預(yù)定路徑進(jìn)行海底采集作業(yè)的能力[34]。

表2 芬蘭灣海域大陸架多金屬結(jié)核礦床的礦山—地質(zhì)特征Table 2 Mining-geological characteristics of polymetallic nodule deposits on the continental shelf of the Gulf of Finland

（2）富鈷結(jié)殼。美國(guó)在夏威夷群島和約翰遜群島（在EIS項(xiàng)目框架內(nèi)）開(kāi)始開(kāi)采富鈷結(jié)殼，計(jì)劃在20 年內(nèi)每年開(kāi)采 100 萬(wàn) t富鈷結(jié)殼[32,35]。

（3）多金屬硫化物。鸚鵡螺礦業(yè)公司的Solwara1多金屬硫化物項(xiàng)目位于巴布亞新幾內(nèi)亞俾斯麥海，距海岸約 50 km，水深 1 600 m。經(jīng)過(guò)全面鉆探，取得250萬(wàn)t儲(chǔ)量，銅品位8%左右、金約0.6 g/t。已經(jīng)獲得了環(huán)境許可證，并簽訂了海底采礦租約，成為第一個(gè)計(jì)劃進(jìn)行商業(yè)性開(kāi)采的深海礦山[2,36-38]。

據(jù)Mining.com網(wǎng)站報(bào)道，近10年來(lái)，鸚鵡螺礦業(yè)公司雖然全力推進(jìn)巴布亞新幾內(nèi)亞Solwara1銅金銀礦項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，曾被認(rèn)為是首個(gè)海底多金屬礦山。但因遭遇到無(wú)數(shù)次社區(qū)反對(duì)，最終面臨法律訴訟，公眾向政府投訴，加之環(huán)境擔(dān)憂以及去年公司唯一的生產(chǎn)支撐船丟失，使投資者失去信心，2019年3月，鸚鵡螺礦業(yè)公司從多倫多股票交易所退市[39]。

但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，更多海底項(xiàng)目將涌現(xiàn)，國(guó)際海底管理局將允許在公海開(kāi)采礦產(chǎn)。

2017年8 月中旬至9月下旬，日本石油天然氣金屬礦物資源機(jī)構(gòu)（JOGMEC）在沖繩近海對(duì)海底約1 600 m深處的多金屬熱液硫化物礦床進(jìn)行了開(kāi)采實(shí)驗(yàn)（圖7），共采出 16.4 t 礦石，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省稱，在沖繩近海的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)，過(guò)去3年內(nèi)發(fā)現(xiàn)了6處礦床，今后繼續(xù)發(fā)現(xiàn)新礦床的可能性很高，如果能發(fā)現(xiàn)足夠的蘊(yùn)藏量，日本有可能擺脫目前礦物依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀而成為資源生產(chǎn)國(guó)。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省計(jì)劃力爭(zhēng)在2020年前后實(shí)現(xiàn)商用化開(kāi)采[40]。

（4）深海稀土。2013—2015年，日本石油天然氣金屬礦物資源開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JOGMEC）在其專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)南鳥(niǎo)礁周邊海域進(jìn)行稀土資源評(píng)價(jià)的同時(shí)，還進(jìn)行了可采性經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，測(cè)算結(jié)果表明，在資源具有充分保障的基礎(chǔ)上，只有稀土價(jià)格保持在2011年前的歷史最高價(jià)長(zhǎng)達(dá)20年，才具備經(jīng)濟(jì)上的可采性。并提出了初步開(kāi)采方案[20]。

盡管上述幾個(gè)實(shí)例都是在沿岸國(guó)家管轄權(quán)范圍之內(nèi)，但是不難看出，大洋金屬礦產(chǎn)的開(kāi)發(fā)已經(jīng)提上了議事日程。

3 世界大洋金屬礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)面臨技術(shù)挑戰(zhàn)與環(huán)境問(wèn)題

3.1 技術(shù)挑戰(zhàn)

海洋地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)勘查與陸地上的有很大的不同，其難度比陸地上大得多。目前深海地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)勘查已有一系列比較成熟的技術(shù)，包括船載帶狀掃描聲吶測(cè)深系統(tǒng)、地球物理調(diào)查裝備、攜帶系列傳感器、遙控水下潛水器（ROV）和水下自動(dòng)機(jī)器人（AUV）等（圖8）。當(dāng)務(wù)之急是研發(fā)新的設(shè)備和技術(shù)方法，以查明海底地質(zhì)構(gòu)造和可靠地評(píng)價(jià)礦產(chǎn)資源，尤其是海底高分辨率地質(zhì)填圖、精確資源評(píng)價(jià)的海底鉆探等先進(jìn)方法的開(kāi)發(fā)應(yīng)用[41]。

圖7 2017 年日本多金屬硫化物試采示意圖[40]Fig.7 Pilot production of seafloor massive sulfides （SMS） in Japan in 2017[40]

圖8 深?？碧胶筒傻V設(shè)備[42]（A） 英國(guó)海洋調(diào)查船RRS Discovery及設(shè)備，包括用于海洋環(huán)境調(diào)查和監(jiān)測(cè)的水下自動(dòng)運(yùn)載器；（B） 英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的遙控海底巖石鉆機(jī)（RD2），以獲取大西洋中脊海底塊狀硫化物的鉆探巖心；（C） 英國(guó)工程公司SMD為加拿大鸚鵡螺礦業(yè)公司制造的深海采礦設(shè)備。Fig.8 Deep-ocean exploration and mining equipment[42]

深海采礦的技術(shù)準(zhǔn)備需要考慮從勘探和資源評(píng)價(jià)直到開(kāi)采的全過(guò)程，還要考慮礦石運(yùn)輸、環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦石處理和金屬回收。圖9展示了目前設(shè)想的一個(gè)完整的深海采礦系統(tǒng)，包括船對(duì)船的礦石轉(zhuǎn)運(yùn)，以及5 000 m水深處的各種設(shè)備，然而這一切還需要進(jìn)行日后的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試[43]。

3.2 環(huán)境挑戰(zhàn)

深海采礦目前還未正式開(kāi)始，迄今為止尚未涉及開(kāi)采對(duì)環(huán)境的重大影響，但是人們對(duì)此存在重大的擔(dān)憂，海洋法公約為此對(duì)環(huán)境影響給予了重點(diǎn)關(guān)注，表3列出了海洋法公約與深海采礦環(huán)境有關(guān)的一些條款。今后環(huán)境方面面臨的最大挑戰(zhàn)是，采礦時(shí)如何制訂區(qū)域環(huán)境規(guī)劃和如何有效地管理區(qū)域環(huán)境規(guī)劃的落實(shí)[31]。

2019年7 月3 日，國(guó)際綠色和平組織發(fā)布報(bào)告警告說(shuō)，深海采礦業(yè)活動(dòng)可能導(dǎo)致部分物種滅絕，海洋可能面臨嚴(yán)重且不可逆轉(zhuǎn)的損害。該組織呼吁各國(guó)政府在未來(lái)12個(gè)月內(nèi)商定一項(xiàng)強(qiáng)有力的“全球海洋條約”，將海洋環(huán)境保護(hù)作為海洋治理的核心，各國(guó)應(yīng)制定更嚴(yán)格的環(huán)保措施，以免海洋遭受深海采礦帶來(lái)的不可逆轉(zhuǎn)的傷害[45]。

3.3 規(guī)章挑戰(zhàn)

《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》是世界的“海洋憲法”，經(jīng)過(guò)近10年的談判，1994年11月16日正式生效，到2018年3月已有168個(gè)成員（167個(gè)國(guó)家+歐盟）簽約[32]?！肮s”由320個(gè)條款和9個(gè)附件組成。國(guó)際海底管理局代表《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》管理深海采礦，《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》的所有締約國(guó)都是國(guó)際海底管理局的成員，國(guó)際海底管理局擁有唯一的授權(quán)，為全人類的利益管理海底礦產(chǎn)；有發(fā)放海底礦產(chǎn)勘探和開(kāi)采合同的特權(quán)。所有的國(guó)家都必須遵守《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》和國(guó)際海底管理局的規(guī)章。根據(jù)海洋法公約條款287（1）（a），設(shè)立了海洋法國(guó)際法庭。國(guó)際海底管理局面臨一個(gè)最大的規(guī)章挑戰(zhàn)，就是建立一個(gè)切實(shí)可行的、為公眾所接受的礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)規(guī)章框架，這個(gè)規(guī)章框架要體現(xiàn)出，國(guó)家管轄權(quán)之外的深海礦產(chǎn)是人類的共同遺產(chǎn)，不應(yīng)為少數(shù)技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷，而應(yīng)為所有國(guó)家（包括內(nèi)陸國(guó)家和極不發(fā)達(dá)國(guó)家）共同分享。如何應(yīng)對(duì)此類挑戰(zhàn)，可能比應(yīng)對(duì)技術(shù)挑戰(zhàn)和環(huán)境挑戰(zhàn)更為困難[44]。

圖9 深海多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)設(shè)想[44]Fig.9 Concept for a deep-ocean ferromanganese nodule mining operation[44]

表3 《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》中與深海采礦環(huán)境問(wèn)題有關(guān)的一些條款[31]Table 3 Some articles of the United Nations Convention on the Law of the Sea related to environmental issues in deep sea mining [31]

致謝：感謝自然資源部信息中心項(xiàng)仁杰研究員，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所何起祥研究員、許東禹研究員、黃威高工提出寶貴意見(jiàn)！