海底礦產

海洋是人類的巨大寶庫，藴藏着大量的資源，除海水中氫、氧、氯、鈉、鎂、鈣、鉀、金、鈾、溴、碘等80多種元素外，海底礦產資源亦極為豐富。海灘中的砂礦、磷鈣石和海綠石，深海底的錳結核和重金屬軟泥以及基岩中的礦脈等統稱為海底礦產。海底錳結核是著名深海礦產，含錳、鐵、鎳、鈷等20多種元素，經濟價值很大。海底金屬軟泥是在洋海底覆蓋着的一層紅棕色沉積物，含有硅、氧化鋁、氧化鐵、錳、鎳、鈷、銅、釩、鉛、鋅、銀、金等。這些未固結的泥質沉積物，不僅具有潛在的經濟意義，在科學研究上也具有重要價值 ^[2]  。

世界上海底煤礦開採早在16世紀就開始了。目前濱海砂礦已進行工業規模的開採，其他礦產尚處於勘查研究和試驗性開採階段。1982年通過的《聯合國海洋法公約》中規定：國際海底區域(國家管轄範圍以外的大洋底部)及其資源是人類共同繼承的財產 ^[3]  。

海洋不僅覆蓋着71%的地球表面，也覆蓋着極為豐富的海底礦產資源。洶湧澎湃的海浪，肆無忌憚地衝擊着犬牙交錯的海岸，湍流不息的江河，夜以繼日地搬運着大量的泥沙，在海濱形成了豐富的砂礦，有閃閃發光的金、鉑，有用途廣泛的鐵、鈦、鋯、錫以及那極為貴重的金剛石等。鄰接着海岸的大陸架淺海海域，不僅擁有豐富的生物資源和化學資源，還埋藏着工業上不可缺少的煤、金、硫、銅、鎳、磷和石灰岩等礦產資源。而在深海地帶，那裏雖有漫漫長夜，但卻沉積着大量富含錳、鐵、銅、鎳、鈷和其他金屬的錳結核，以及富含鋅、銅、金、銀的含金屬沉積物，深海底下的岩石中還可能含有汞、鎳、鉻、鉬等礦產 ^[4]  。

按礦牀的結構形態和稟賦狀況分為沉積礦物和基岩礦物(固結礦物)兩大類。沉積礦物是以地表水體為介質，使某些有用物質以水溶液或礦物碎屑狀遷移、沉積(聚集)而成的自生或外生礦物。有以礦物碎屑狀沉積的礦砂(機械沉積)、以膠體溶液或真溶液狀沉積的金屬和非金屬礦牀(化學沉積)、由火山或熱液作用形成的火山沉積礦牀以及因蒸發作用使礦物集中而形成的鹽類礦牀等。重要的有濱海砂礦、海底錳結核、海底多金屬熱液礦牀等。基岩(固結)礦產是存在於海底鬆軟沉積物以下岩石中的礦牀，主要有海底硫礦、煤、岩鹽、重晶石等。海底礦產資源儲量巨大，分佈在從海岸到大洋的廣泛區域。據估計總儲量達6000億億噸 ^[3]  。

海底雖然儲藏有豐富的礦產資源，但是由於開採條件所限，目前最具有經濟價值的要算砂礦，其次是磷鈣石和基岩中的礦產，而錳結核和含金屬沉積物已在準備開採之中 ^[4]  。

海底礦產有的分佈於沉積物中，有的則埋藏在數千米深的基岩裏。雖然沉積物中的礦產是在現代海洋環境中形成的，海底基岩中的礦產則形成於不同的地質年代，相對要古老得多，但它們都是在海洋的形成、發展和演化過程中，由成礦作用而生成的 ^[4]  。

海洋裏形成礦產的作用比較複雜，來源的物質也是多方面的，既有碎屑礦物沉積，也有海水中溶解元素的沉澱，還有生物有機體的堆積和海底火山的作用 ^[4]  。

可以毫不誇張地説，海洋中幾乎有陸地上有的各種資源，而且還有陸地上沒有的一些資源。目前人們已經發現的有以下幾類：

煤鐵等固體礦產

世界許多近岸海底已開採煤鐵礦藏。日本海底煤礦開採量佔其總產量的30%；智利、英國、加拿大、土耳其也有開採。日本九州附近海底發現了世界上最大的鐵礦之一。亞洲一些國家還發現許多海底錫礦。已發現的海底固體礦產有20多種。我國大陸架淺海區廣泛分佈有銅、煤、硫、磷、石灰石等礦。

海濱砂礦

海濱沉積物中有許多貴重礦物，如：含有發射火箭用的固體燃料鈦的金紅石；含有火箭、飛機外殼用的鈮和反應堆及微電路用的鉭的獨居石；含有核潛艇和核反應堆用的耐高温和耐腐蝕的鋯鐵礦、鋯英石；某些海區還有黃金、白金和銀等。我國近海海域也分佈有金、鋯英石、鈦鐵礦、獨居石、鉻尖晶石等經濟價值極高的砂礦。

多金屬結核、富鈷錳結核

多金屬結核含有錳、鐵、鎳、鈷、銅等幾十種元素。世界海洋3500～6000米深的洋底儲藏的多金屬結核約有3萬億噸。其中錳的產量可供全世界用18000年，鎳可用25000年。我國已在太平洋調查200多萬平方千米的面積，其中有30多萬平方千米為有開採價值的遠景礦區，聯合國已批准其中15萬平方千米的區域分配給我國作為開闢區。富鈷錳結核儲藏在300～4000米深的海底，容易開採。現在美、日等國已設計了一些開採系統。

熱液礦藏

熱液礦藏是一種含有大量金屬的硫化物，海底裂谷噴出的高温岩漿冷卻沉積形成，已發現30多處礦牀。僅美國在加拉帕戈斯裂谷儲量就達2500萬噸，開採價值39億美元。海底熱液礦牀是與海底熱泉有關的一種多金屬硫化物礦牀。系海水侵入水深2000至3000米海底裂縫中，被地殼深處熱源加熱後，溶解了地殼內的多種金屬化合物，再從洋底噴出，遇冷海水而凝結生成的沉澱物。又稱“多金屬軟泥”或“熱液性金屬泥”。含有銅、鉛、鋅、錳、鐵、金、銀等多種金屬。其中金、銀等貴金屬的含量高於錳結核礦，被稱為“海底金庫”。分佈水深一般為800至2400米。海底熱液礦牀的發現，引起世界各國的高度重視。專家們普遍認為，海底熱液礦是極有開發價值的海底礦牀。一些深海探查開採技術發達的國家紛紛投入巨資研製各種實用型採礦設備。我國也將海洋技術列為未來重點發展的高新技術之一。

可燃冰

是一種被稱為天然氣水合物的新型礦物，在低温、高壓條件下，由碳氫化合物與水分子組成的冰態固體物質。其能量密度高，雜質少，燃燒後幾乎無污染，礦層厚，規模大，分佈廣，資源豐富。據估計，全球可燃冰的儲量是現有石油天然氣儲量的兩倍。在上世紀日本、前蘇聯、美國均已發現大面積的可燃冰分佈區。我國也在南海和東海發現了可燃冰。據測算，僅我國南海的可燃冰資源量就達700億噸油當量，約相當於我國目前陸上油氣資源量總數的1/2。在世界油氣資源逐漸枯竭的情況下，可燃冰的發現又為人類帶來新的希望。

由於人類對兩極海域和廣大的深海區還調查得很不夠，大洋中還有多少海底礦產人們還難以知曉。

濱海砂礦

我國海濱砂礦資源主要有鈦鐵礦、鋯英石、獨居石、金紅石、磷釔礦、鈮袒鐵礦、玻璃砂礦等共十幾種，此外還發現了鑽石和砷鉑礦顆粒。海濱砂礦主要可分為8個成礦帶，如海南島東部海濱帶、粵西南海濱帶、雷州半島東部海濱帶、粵閩海濱帶、山東半島海濱帶、遼東半島海濱帶、廣西海濱帶和台灣北部及西部海濱帶等。特別是廣東海濱砂礦資源非常豐富，其儲量在全國居首位。

海濱地區形成豐富的海濱砂礦，又稱濱海砂礦。是結晶岩風化後被河流、冰川等搬運至河口或海濱，又經波浪、海流、潮流等水動力分選作用，使某些重礦物在一定地段富集而形成的礦牀，分佈很廣，儲量也較大，礦種多，含有金、鉑、金剛石、金紅石、鋯石、鈦鐵礦、獨居石、錫石、石榴石、磁鐵礦、磷釔礦、鈮鐵礦、鉭鐵礦、鉻鐵礦、石英等幾十種有用礦物，其中經濟和開採價值較多的有20多種。砂礦開採已有多年曆史， 比較著名的有：阿拉斯加海灘上的金、鉑，西南非洲沿岸的金剛石，印度尼西亞勿里洞島、邦加羣島和泰國普吉島近海的沙錫，澳大利亞東海岸的金紅石、鋯石、獨居石，美國佛羅里達海灘的鈦鐵礦等。我國也是世界上海濱砂礦種類較多的國家之一 ^[5]  。

濱海砂礦的開採方法有多種，通常是根據砂礦區所在的水深和礦層特點來選擇的。目前普遍採用的主要有：①鋼索法，利用鋼索一端系以1～10立方米的大容積採砂器放到海底進行抓採。採砂器安有制動裝置，在投放之前使之張開，當其楔入砂層時即自行咬閉，採得礦砂，再由捲揚機提升到船上，這種採礦法的設備、操作簡單，適用於不同水深環境，且具不受海底地形限制，靈活性大等優點，但有不能連續作業和採礦回收率低的缺點。②鏈鬥法，在採砂船前部的梯狀支架上裝掛數十個採礦鏈鬥，由船上鍊輪帶動鏈鬥，放入海底進行連續挖礦並傳到船上，倒入儲砂庫。此採礦法的生產率和回採率都較高，且成本低，適於50米水深以內的平坦海底作業。③吸礦法，利用船上的大馬力(幾百～幾千馬力)漿泵通過幾十釐米直徑的吸管把砂和水吸到船上。在開採半膠結的砂層時，可在吸管頭裝配高壓噴水嘴或旋轉刮刀以提高開採效率。此採礦法可在50米水深作業，具有成本低，效率高的優點。④潛水採礦法，用專門設計的潛水型採礦機潛到海底作業。採礦機所需的氧氣和動力由陸上或輔助船供給，用旋轉挖頭攪動海底砂層，通過直徑30釐米的管道把砂、水吸送到海面。此採礦法可在70米水深的海底作業，具有自動化和靈活性大的優點，特別適於風浪、海流強烈的海區採礦，但目前僅在少數國家試用 ^[6]  。

大洋錳結核礦物

1873年，英國海洋學家在北大西洋採集洋底沉積物時發現一種類似卵石般的團塊，經過化驗，他們發現這種團塊幾乎全由純淨的氧化錳和氧化鐵組成。此後，他們相繼在太平洋、印度洋的各深海區都獲取了這樣的團塊。這就是錳結核。錳結核是一種深海海底自生的錳礦產。主要成分為錳和鐵的氧化物和氫氧化物，含銅、鎳、鈷等多種金屬元素，廣泛分佈於太平洋、大西洋和印度洋水深4至6千米的海底，一般呈球狀或橢圓球狀或塊狀，直徑1至20釐米。世界洋底的錳結核總量約3萬多億噸，其中太平洋底最多，約1.7萬億噸，含錳4000億噸、鎳164億噸、銅88億噸、鈷58億噸。這些儲量相當於目前陸地錳儲量的400多倍，鎳儲量的1000多倍，銅儲量的88倍，鈷儲量的5000多倍。按現在世界年消耗量計，這些礦產夠人類消費數千甚至數萬年。更重要的是這種卵狀礦物還在不斷生長。太平洋底的錳結核以每年1000萬噸左右的速度生長，一年的產量就可供全世界用上幾年。上個世紀70年代，國際上出現錳結核開發熱。隨着勘探技術和開發技術的發展，對錳結核的開採將形成新興的海洋礦產業。1978年，美國根據多年的考察、探測結果，綜合了大量的研究資料，正式出版了《海底沉積物和錳結核公佈圖》，使世界各國對各大洋特別是太平洋海域的錳結核情況有了一個較全面、正確的瞭解。我國自上個世紀70年代也開展了大洋海底資源勘查活動，並制定了大洋錳結核資源調查開發研究計劃，在太平洋CC區選出可供採礦作業的結核礦區30萬平方公里。1991年聯合國國際海底管理局和國際海洋法法庭批准中國獲得15萬平方公里的國際海底礦區優先開採權。

大洋錳結核這一巨大的潛在礦產，廣泛分佈於世界的洋底。由於其形態和成分上的特徵各異，人們通常又把它稱為錳結核、錳團塊、錳礦球或錳瘤等。它人多產於海底表層，賦存的海域主要為水深3000～5000米的深海平原、海溝、海谷、海底火山和羣島附近。錳結核礦的最大特點是藴藏量巨大，所含的稀貴金屬銅、鈷、鎳又多。僅就太平洋海域而言，據梅洛和梅納德估計；其藴藏量達16000多億噸，約含錳2000多億噸，銅50多億噸，鎳90多億噸，鈷30億噸，相當於陸地礦山中儲有銅的50倍，錳的200倍，鎳的600倍，鈷的3000倍。如果考慮到大洋錳結核礦如此大的儲量，而且還在繼續增長，可以毫不誇張地説，深海大洋錳結核礦是人類“用之不竭的資源”。