首页 > 创新平台 > 正文

开发海洋矿藏:探寻大海中的“聚宝盆”

2011-09-06 16:06:23   作者:记者 李冬阳   来源:www.cxsdw.com   点击:
0

  2011年7月26日,“蛟龙”号深海载人潜水器首次成功突破5000米,这意味着中国载人深潜水平已位居世界前列。“蛟龙”号的成功深潜对我国海洋资源尤其是深海资源的开发具有重要的意义。正如蛟龙号潜航员叶聪所说,如果没有载人深潜器,就只能看不能得,那才真叫“入宝山却空手而回”。


海洋“聚宝盆”待人开发


    用“聚宝盆”来形容海洋资源是再确切不过的。单就矿产资源来说,其种类之繁多,含量之丰富,令人咋舌。在地球上已发现的百余种元素中,有80余种在海洋中存在,其中可提取的有60余种,这些丰富的矿产资源以不同的形式存在于海洋中:海水中的“液体矿床”;海底富集的固体矿床;从海底内部滚滚而来的油气资源。据专家估计,海水中含有的黄金可达550万吨,银5500万吨,钡27亿吨,铀40亿吨,锌70亿吨,钼137亿吨,锂2470亿吨,钙560万亿吨,镁1767万亿吨等等。这些资源,大都是国防、工农业生产及日常生活的必需品。
    海水是宝,海洋矿砂也是宝。海洋矿砂主要有滨海矿砂和浅海矿砂。它们都是在水深不超过几十米的海滩和浅海中的由矿物富集而具有工业价值的矿砂,是开采最方便的矿藏。从这些砂子中,可以淘出黄金,而且还能淘出比金子更有价值的金刚石,以及石英、独居石、钛铁矿、磷钇矿、金红石、磁铁矿等,所以海洋矿砂成为增加矿产储量的最大的潜在资源之一,愈来愈受到人们的重视。

海洋矿砂主要分布在浅海部分,而在那深海海底处,更有着许多令人惊喜的发现:多金属结核就是其中最有经济价值的一种。它是1872-1876年英国一艘名为“挑战者”号考察船在北大西洋的深海底处首次发现的。这些黑乎乎的,或者呈褐色的多金属结核鹅卵团块,有的象土豆,有的象皮球,直径一般不超过20厘米,呈高度富集状态分布于3000-6000米水深的大洋底表层沉积物上。
    据专家估计,整个大洋底多金属结核的蕴藏量约3万亿吨,如果开采得当,它将是世界上一种取之不尽,用之不竭的宝贵资源。目前,锰多金属结核矿成为世界许多国家的开发热点。在海洋这一表层矿产中,还有许多沉积物软泥,也是一种非同小可的矿产,含有丰富的金属元素和浮游生物残骸。例如覆盖1亿多平方公里的海底红粘土中,富含轴、铁、锰、锌、钴、银、金等,具有较大的经济价值。
    近年来,科学家们在大洋底发现了30多处“热液矿床”,是由海底热液成矿作用形成的块状硫化物多金属软泥及沉积物。这种热液矿床主要形成于洋中脊,海底裂谷带中,热液通过热泉,间歇泉或喷气孔从海底排出,遇水变冷,加上周围环境中及酸碱度变化,使矿液中金属硫化物和铁锰氧化物沉淀,形成块状物质,堆积成矿丘。有的呈烟筒状,有的呈土堆状,有的呈地毯状从数吨到数千吨不等,是又一种极有开发前途的大洋矿产资源。石油和天然气是遍及世界各大洲大陆架的矿产资源。石油可以说是海洋矿产资源中的宠儿。全世界海底石油储量为1500多亿吨,天然气140万亿立方米。油气的价值占海洋中已知矿产总产值的70%以上。
    石油是“工业的血液”,然而目前全世界已开采石油640亿吨,其中的绝大部分产自陆地。陆地石油的过快耗竭使得人们转而求助于海洋石油资源。天然气是一种无色无味的气体,又称为沼气,成分主要是甲烷。由于含碳量极高,所以极易燃烧,放出大量热量。1000立方米天然气的热量,可相当于两吨半煤燃烧放出的势量。因此,天然气的价值在海洋中仅次于石油而位居第二。


我国海洋矿产资源开发利用现状


    据海洋专家介绍,我国海洋矿产资源的开发起步较晚,从总体来看,技术仍然比较落后,与发达国家相比,存在着一定的差距。但在某些种类资源的开发方面,大有后来者居上的势头。海洋专家表示,我国海洋矿产资源开发利用情况主要表现在以下几个方面:
  一、滨海砂矿的开发起步早,但规模有限。我国滨海砂矿种类较多,已发现60多种矿种,估计地质储量达1.6万亿吨。根据现有技术经济条件,目前大多数具有工业价值的滨海砂矿都有开采,但开采规模有限,规模较大的主要有钛铁矿、锆石、金红石、钛铁矿、铬铁矿、磷钇矿、砂金矿、石英砂、型砂、建筑用砂等10余种。
    二、海洋油气开发已成重点,但主要局限在浅水区。海洋油气资源在海底矿产资源中勘探开发的规模最大,价值最高,但起步较晚。自60年代开始,我国已在近海发现了7个大型含油气盆地,估计石油资源总量约260亿吨,天然气资源量约14万亿立方米。
    海洋油气的开发价值主要由开发成本和油价等因素决定。海上油田的建设成本约为陆上的3—5倍,但由于海上油田储量一般比较大,单位成本并不算高;另一方面,国际原油价格中长期维持高位,使得海洋油气资源的勘探开发具有很现实的意义。渤海是中国第一个开发的海底油田。渤海大陆架是华北沉降堆积的中心,大部分新生代沉积物厚达4000米,最深达7000米。这是很厚的海陆相交互层,周围陆上的大量有机质和泥沙沉积其中,浅海的沉积又是在新生代第三纪适于海洋生物繁殖的温暖气候下进行的。这对油气的生成极为有利。由于断陷伴随褶皱,产生一系列的背斜带和构造带,形成各种类型的油气藏。渤海油田与陆上大港油田、胜利油田、辽河油田同属一个大油气区,是陆上油田的海底延伸。中国石油部门已在渤海进行开发,打出了一批高产油气井。1980年开始,中法、中日在渤海中部、西部和南部进行联合勘探开发,发现日产原油千吨、天然气60万立方米的高产井,展示了渤海石油开发的乐观前景。此外,南海陆架新生代地层厚约2000~3000米,有的达6000~7000米。第三纪沉积有海相、陆相及海陆交互相,具有良好的生油和储油岩系。有三角洲、生物礁、古潜山等多种储油类型。珠江口盆地面积约15万平方公里,沉积厚度为几千米,盆地中心部分达7500~11000米,沉积岩主要由上、下第三系组成,并有良好的生油层、储油层和成群的构造圈闭。北部湾盆地面积约4万多平方公里,沉积层厚度为数千米,最大7000米,且生油、储油条件好,水浅、离岸近,是油气丰富、投资少、易开发的油气盆地。莺歌海盆地面积约7万平方公里,沉积层厚达6000~7000米,主要为第三系地层,有8个二级构造和2个礁块带。1977~1980年,中国石油部门对上述3个盆地分别进行钻探,获得工业油气流。1980年开始,中国又与法国、英国、美国等合作打出若干口原油质量好、比重轻、含硫低的高产油气井。2003年,中海油下属的中国海洋石油有限公司也通过自营勘探,在南海西部获得一个新油气发现。该发现位于南海西部涠西南凹陷构造上,距涠洲岛西南方向约35公里,钻井深3476米,水深约34米。在两次钻探测试中,该井通过11.11毫米的油嘴,可日产原油近1900桶、天然气约1.5万立方米。从长远来看,南海深水石油储量潜力比东海、黄海要大。南海石油潜力最大的地段是中国台湾与海南岛之间的大陆架一带。某些国外石油专家认为,南海可能成为另一个波斯湾或北海油田。
    三、国际海底资源研究尚处于初创阶段。在这一重要的国际竞争场所,我国的研究开发活动虽然已经走出了重要的一步,但在战略上尚处于初创阶段,主要表现为单一的资源研究而且技术开发薄弱。而西方国家则早在1950年代末便开始投资这一领域,早已占有了最具商业远景的多金属结核富矿区,并基本完成了多金属结核矿商业开发前的技术准备。1990年代以来,西方国家在深海富钴结壳、海底热液多金属硫化物、天然气水合物等方面的开发投资力度不断加大,并继续保持着在深海领域的高新技术领先地位。在这方面,我国与之相比,有一定差距。
  四、天然气水合物的开发正处于初期研究阶段。天然气水合物埋藏于海底的岩石中,和石油、天然气相比,它不易开采和运输,世界上至今还没有完美的开采方案。
    天然气水合物开采是柄“双刃剑”。有学者认为,在导致全球气候变暖方面,甲烷所起的作用比二氧化碳要大10—20倍。如果在开采中甲烷气体大量泄漏于大气中,造成的温室效应将比二氧化碳更加严重。而天然气水合物矿藏哪怕受到最小的破坏,甚至是自然的破坏,都足以导致甲烷气的大量散失,从而增加温室效应,使地球升温更快;同时,由于迄今尚没有非常稳妥而成熟的勘探和开发的技术方法,一旦出了井喷事故,就会造成海水汽化,导致海啸船翻。天然气水合物也可能是引起地质灾害的主要因素之一。由于天然气水合物经常作为沉积物的胶结物存在,它对沉积物的强度起着关键的作用。天然气水合物的形成和分解能够影响沉积物的强度,进而诱发海底滑坡等地质灾害的发生。美国地质调查所的调查表明,天然气水合物能导致在大陆斜坡上发生滑坡,这对各种海底设施是一种极大的威胁。
    目前,包括我国在内的世界许多国家正在积极研究天然气水合物资源开发利用技术。迄今为止,天然气水合物的开采方法主要有热激化法、减压法和注入剂法三种。开采的最大难点是保证井底稳定,使甲烷气不泄漏、不引发温室效应。针对这些问题,日本提出了“分子控制”的开采方案。天然气水合物气藏的最终确定必须通过钻探,其难度比常规海上油气钻探要大得多,一方面是水太深,另一方面由于天然气水合物遇减压会迅速分解,极易造成井喷。日益增多的成果表明,由自然或人为因素所引起的温压变化,均可使水合物分解,造成海底滑坡、生物灭亡和气候变暖等环境灾害。


未来海洋矿产资源开发的趋势


    21世纪是发展海洋经济的时代,浩瀚的海洋是资源和能源的宝库,也是人类实现可持续性发展的重要基地。当今世界人类正面临着日趋严峻的陆地资源和能源危机威胁,世界各国都把经济进一步发展的希望寄托在占地球表面积71%的海洋上,越来越多的国家都把合理有序地开发利用海洋资源和能源,以及保护海洋环境作为求生存、求发展的基本国策。海洋中蕴藏着丰富的各类矿产资源、能源和生物资源。目前,全球已兴起一个开发利用和保护海洋资源、攻克海洋开发高新技术的热潮,海洋经济已成为世界经济发展新的增长点,成为我们这个时代的特征。就未来海洋矿产资源开发的趋势,海洋专家谈了以下几点:
    加强海洋资源的调查评价是实施海洋开发战略的前提条件。海洋开发具有重要战略地位,从我国国情出发,我国海洋资源调查与评价必须把海岸带到大陆架专属经济区的广阔区域作为一个整体来考虑。主要任务是:根据国民经济和社会发展的需要,基本查清从海岸带到大陆架、专属经济区广阔区域的海洋资源开发利用现状,发现一批新的可开发资源,重点是一海(渤海)、一湾(北部湾)、一峡(台湾海峡)、三洲(黄河三角洲、长江三角洲、珠江三角洲);调查海岸带、大陆架及专属经济区海洋资源类型、数量、特征、分布规律及开发现状;开展海洋灾害类型、引发机制及变化规律研究,建立灾害及海平面变化动态监测网;调查我国海岸带最大环境承载量;完成大陆架及专属经济区底土环境质量评价与功能区划;查明军事海洋环境与国防建设要素,为维护国家海洋权益、统筹海洋开发和整治服务。同时,开展大洋深海资源及极地的调查研究。
    滨海砂矿的开发将从以岸上为主转变为水上、水下并举。我国人口众多,资源相对贫乏。社会经济的高速度发展对矿产资源的需求越来越大。在经过几十年的强化开采之后,滨海砂矿在岸上的部分已经越来越少,日益严格的资源管理制度,将迫使人们把眼光投向水下,滨海砂矿开发的趋势必然是水上、水下并举。显然,矿业开发部门需要有更多的抓斗式和吸扬式挖泥船及其他功率大、效率高、砂矿回收率高的海上采矿设备。深海油气资源开发迅速发展,已成趋势。深海油气资源潜力巨大,随着海洋石油钻探和开采技术及其装备的迅速发展,海洋勘查开发深度不断增加,海洋石油勘查开发成本不断降低,海洋石油产量不断增加。目前深海石油勘查已经达到在2500米的深水区作业,钻探深度达到1万多米;“智能完井”技术实现了实时数据的采集;钻探成本从1980年的平均每口井(深度平均在3000米以上)530万美元降到1999年的100-120万美元。目前,世界石油产量中约30%来自海洋石油。
  深水勘探技术进步迅速、勘查成果显著。深海油气钻探始于1965年,早期钻探深度大多限于水深600米以内,先后探明了一批具有相当储量规模的油、气田,包括墨西哥湾地区的布理文科尔、莱纳油田,加利福尼亚地区的派因特阿古洛、佩斯卡多油田,巴西坎波斯盆地的科维纳等油田,挪威的特罗尔的大型气田。这些油气田的发现表明深海油气有巨大的资源前景。
  世界海洋平均深度约为3730米,水深0-200米仅占海洋总面积的7.49%,水深在6000米以上仅占海洋总面积的1.38%,90%以上的水深在200-6000米之间,大量海域面积等待人们开发。海洋勘查开发技术的发展是未来海洋油气资源勘查开发的关键。
    我国海洋石油开采技术与装备相对落后,但随着国际上深海油气勘探开发热潮的不断发展与海洋石油开采技术的进步,我国的海洋石油勘探与开发活动,也必然需要顺应这一潮流,从目前的以浅水区为主,而逐步走向深水区,由目前的以近海区为主,而逐步走向中深海区。为适应这一战略转变,这个的石油工业也必须对其勘探和开发装备进行必要的更换。现在尤其迫切需要能适应在大陆架海域活动、水深在2500米以上的中深海域进行作业且机动性能比较优异的海洋地球物理勘测船,在水深100-400米的海区进行作业的石油开采装备。
    海底多金属资源的勘查、开采和冶炼技术进一步提高。 以锰多金属结核为代表的海底固体矿产资源的开发利用主要取决于勘查、开采和冶炼技术的进步。目前,一般利用采矿船来开采锰团块。由装有深海电视的采矿机在海底收集锰团块,通过软管抽气像吸尘器一样,把锰团块经软管连续地吸到地面上的采矿船中,每天采矿量可达3000吨。