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第18章 深海珍宝: 海底矿产资源(3)

中国在近岸带开采基岩矿产目前还不多,台湾省的橙基煤矿已在海底开采多年,辽宁省的大型铜矿也从陆上开采到海底。据勘探证明,像山东的金矿带,辽宁和山东黄县、蓬莱的一些煤矿已延伸到了海底。

镇海之宝:深海锰结核

锰结核是一种多金属结核,它含有锰、铁、镍、钴和铜等几十种元素。锰结核也称为多金属结核或锰矿球。锰结核遍布在世界各个海域,据估计,全球锰结核半数以上在太平洋的洋底,约1.7万亿吨。太平洋3000~6000米水深的海底表面是世界最大的锰结核基地。我国已在太平洋海底调查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,联合国已把其中15万平方千米的区域分配给我国作为开采区。还有一种矿藏,名叫富钴锰结核,它储藏在3000~4000米深的海底,比锰结核容易开采,美国、日本等国已为此设计了一些开采系统。

由于锰结核内含的各种物质是现代工业所急需的原料,为此开采海底锰结核迫在眉睫。美国的锰矿全靠进口,所以对锰结核的开发最为重视。目前美国在大洋锰结核开发技术方面处于领先地位。

锰结核不仅储量巨大,而且还会不断地生长。生长速度因时因地而异,平均每千年长1毫米。以此计算,全球锰结核每年增长1000万吨。锰结核堪称“取之不尽,用之不竭”的可再生多金属矿物资源。在陆地资源日趋枯竭的今天,海底锰结核的存在实在令人类振奋不已。

锰结核资源来自全宇宙,来自天上,来自海底,来自大陆。宇宙每年要向地球降落2000~5000吨宇宙尘埃。宇宙尘埃中含有许多金属元素,分解后部分进入海水;大陆或岛屿的岩石风化后也能释放出铁、锰等元素,其中一部分被海流带到大洋沉淀;当火山岩浆喷发,产生的大量气体与海水相互作用时,从熔岩中搬走一定量的铁、锰,使海水中锰、铁越来越多;海洋浮游生物体内富集微量金属,它们死亡后,尸体分解,金属元素也会进入海水。当这些金属元素沉积海底后,在海水巨大的压力作用下,带极性的分子在电子引力作用下彼此吸附,并与海底火山喷出的物质和海底的鱼类残骸相结合,经过漫长的历史演变而形成锰结核。

§§§第三节矿产资源开发乐园

海洋固体矿产资源开发

在世界主要经济发达国家抢先占领有利的海上经济地位,把海洋作为未来经济的热点和增长点的形势下,我们应当急起直追,除国家做好战略规划和部署之外,至少应当做到:

①制订规划,保护资源,合理开发利用:做到有长远设想,也有近期安排,统一规划,统一管理,做到有计划有步骤地组织生产,以杜绝采富弃贫,采易弃难,采浅弃深的状况造成的资源浪费和环境污染。

②提高调查程度,寻找新矿源,探明更多的储量:资源储量的多少是经济发展快慢的主要因素之一。建议加强对矿床成因、成矿条件、富集规律和沉积特点的研究,扩大找矿方向和调查范围,开展国际合作,引进先进技术和设备,深化和扩大海上调查工作。

③扩大生产,更新设备,提高经济效益:为了扩大生产规模,增加产量,国家应适当增加对矿山建设的投资、融资渠道,提高自动化程度和机械化作业水平,提高劳动生产率。

④加强探、采、选、冶各环节的研究;搞好综合利用、增加经济效益的重要一环:应建立专门专业技术队伍,适当引进先进技术装备,扭转技术落后的局面,达到最大限度地利用海底矿产资源。

海底矿产资源勘探

海底矿产资源的勘探分为浅海勘探和深海勘探。深海勘探的对象主要是锰结核矿、热液矿;浅海勘探的对象很多,有石油、煤、铁和各种金属矿砂。近年来,石油勘探已向深海发展。浅海勘探的地点主要是滨海及大陆架,大陆架的地质和大陆的地质与勘探有一定的联系,因而岸上的地质资料可供浅海勘探参考。此外,勘探海底矿物需要合适的调查船,对调查船的要求主要取决于想要寻找的矿产类型和位置。

勘探方法有直接方法和间接方法。直接方法主要有观测和取样;而间接方法主要有声学探测技术、地球物理方法和地球化学的方法。

1.直接方法

直接方法即观测海底矿床在海底中的位置,在浅的水域主要靠潜水员进行观测,而深的水域要靠载人潜水器进行观测。较常用的直接观测海底的方法是利用照相机和水下电视。目前水下照相机在海洋地质调查中已发展成一种较完善的工具,在研究海洋矿床方面已被广泛采用。水下照相机能够连续地拍摄海底相片,在拍摄过程中使照相机刚好在高于海底的位置上,同时周期性地被触发。

目前已利用各种具有广角镜头并能拍摄数百帧照片的大型静止照相机。德国采用的70毫米海底静止照相机,能曝光大约300次。这种照相机由具有能源和电子控制装置的照相机、闪光灯和触发器三部分构成。当触发器触及海底,它能够自动摄取海底照片。最新的发展是以声呐控制代替机械能触发器并配备自返式取样装置,在拍摄照片后自动返回海面而被回收。但是,水下照相的缺陷是不能连续地进行拍照,不得不将照相机从海底回收,并且必须等到照片冲出来后才能获得关于海床矿床的资料。利用水下电视可以连续监测海底,并可将观测结果制成录像磁带作永久保留。但由于深海缺少光线以及摄像系统的分辨率有限,每次摄像只能获得相对小范围的海底像,另外由于摄像机不得不以缓慢的速度拖动,因此在水下电视操作期间所耗费的时间相对较多。

2.间接方法

间接方法是在勘探中并不与岩石矿物直接接触,而是利用精度很高的仪器来探测岩石矿物的性质和埋藏深度的勘探方法。如利用声学探测技术中的精密回声测深仪、旁侧扫描声呐等。利用岩石矿石具有各种不同的物理性质,如密度、溶度、磁性、导电性等物理性质,采用地球物理方法等。

利用旁侧扫描声呐可以发现任何含锰结核地区中的其他的富集区。此外,高分辨率的旁侧扫描声呐还可以绘出粗糙海底锰结核分布区的概况。

利用地层剖面仪可以探测数千米水下的海底沉积层厚度及地质构造,实时获得海底地质剖面图,利用多普勒流速剖面仪可以在航行中连续测量水层剖面的多个层次的流速,最多可达64个层次,甚至更多。测量的数据由计算机实时处理。水下高速声信息传输系统可以将海底观察到的电视图像和声图像输送到水面。

海滩砂矿开采

砂矿是在水下环境中由碎屑矿物颗粒的机械富集作用形成矿床,存在于海滩和近海海底。人们不仅可以从这些灰黄的泥沙中淘出金灿灿的黄金,提炼出原子能、航空、冶金和国防工业的原料,如锆、钛、锡、铂,还可以用它来炼铁,就是砂子本身也是建筑上不可缺少的重要材料,如可用来制混凝土,以及用于玻璃和矿轮的生产中。

海滨砂矿分布十分广泛,矿种也很多,由于分布在海滨地带或水深不大的海域,因而比其他海底矿产的开采技术容易得多。此外,它们经过水流的淘刷和分选,分布比较集中,品质比较高,往往又含有可供综合利用的多种矿产,所以在目前海底矿产资源的开发中,产值仅次于海底石油,列居第二位。

海滨砂矿的开采已有100多年的历史,1852年起美国就在西海岸采砂金和砂铬,1902年泰国在近海采砂锡,西南非洲1962年起开采近海金刚石砂矿。海滨砂矿在世界矿产中占有一定的位置。海滨钛铁矿产量占世界总产量30%,锡石占70%,独居石占80%,金红石占98%,锆英石几乎占100%,金刚石占90%。此外,砂金、铂等也都占了显要位置。

现在在海滨进行大规模开采的,有世界上最大的金刚石矿,东南亚的砂锡矿,阿拉斯加的砂金矿和砂铂矿,大洋洲的钛矿和锆石,日本的磁铁矿砂,冰岛的贝壳,以及美国西岸外的各种重砂矿和英国的沙砾矿等。

锰结核的开发

20世纪初,美国海洋调查船“信天翁”号在太平洋东部的许多地方采到了锰结核,并且得出初步的估计,认为太平洋底存在锰结核的地方,其面积比整个美国都大。尽管如此,当时这个消息并没有引起人们多大的重视。

斗转星移,半个多世纪后,1959年,美国科学家约翰·梅罗发表了有关锰结核商业性开发可行性的研究报告,锰结核巨大的商业利益引起了许多国家政府和冶金公司的关注。此后,海洋锰结核资源的调查、勘探才大规模展开,开采、冶炼技术的研究试验也得以迅速推进。在这方面,投资力度逐年增加,取得显著成绩的有美国、英国、法国、德国、日本、俄罗斯、印度及中国等。到20世纪80年代,全世界已涌现了100多家从事锰结核勘探开发的公司,并且成立了8个跨国集团公司。

锰结核开采方法有许多种,比较成功的方法有链斗式、水力升举式和空气升举式等。

链斗式采掘机就像旧式农用水车那样,利用绞车带动挂有许多戽斗的绳链,不断地把海底锰结核采到工作船上来。

水力升举式海底采矿机械,是通过输矿管道,利用水力把锰结核连泥带水地从海底吸上来。

空气升举式同水力升举式原理一样,只是直接用高压空气连泥带水地把锰结核吸到采矿工作船上来。

20世纪80年代,美国、日本、德国等国矿产企业组成跨国公司,使用这些机械,取得日产锰结核 300~500吨的开采成绩。在冶炼技术方面,美国、法国和德国等也都建成了日处理锰结核80吨以上的试验工厂。总之,锰结核的开采、冶炼,在技术上已不成问题,一旦经济上有利可图,新的产业便会应运而生,进入规模生产。

我国从20世纪70年代中期开始进行大洋锰结核调查。1978年,“向阳红05”号海洋调查船在太平洋4000米水深的海底首次捞获锰结核。此后,从事大洋锰结核勘探的中国海洋调查船还有“向阳红16”号“向阳红09”号“海洋04”号“大洋1”号等。经多年调查勘探,我国在夏威夷西南,处于北纬7°~13°,西经138°~157°的太平洋中部海区,探明一块可采储量为20亿吨的富矿区。为了维护我国在国际海底的权益,我国积极参与国际海底及其资源的开发利用与保护。自1991年以来,在中国大洋矿产资源研究开发协会的组织下,我国先后组织了16次远洋考察,在太平洋国际海底圈定了7.5万平方千米的多金属结核矿区,并与国际海底管理局签订了合同,争得了一块属于中国的金属结核矿区,使它成为中国在太平洋中一块宝贵的资源。中国继印度、法国、日本、俄罗斯之后,成为第5个注册登记的大洋锰结核采矿“先驱投资者”。中国大洋矿产资源研究开发协会也由此成为我国远洋考察与开发研究的主力军。

日本是一个陆地资源极其贫乏的国家,自然对海底锰结核兴趣极大,他们对海底锰结核开发做了多年的研究与调查工作,1970年在太平洋塔希提岛附近3700米水深的洋底试开采成功。1974年以来,日本以国际贸易部为首的数家企业公司组成深海矿物资源开发协会,负责主持有关锰结核的开发和利用。日本由通产省主持大洋的矿藏资源开发,投资2万亿日元,于1989年研制成功了锰结核液压式开采设备。日本由近50家公司联合进行大洋矿产资源的勘查,其投入之高,堪称世界第一。此外,前苏联曾借助两艘5000多吨的调查船“勇士”号及“门捷列夫”号,进行过海上调查研究。法国和德国对锰结核的开发也投入了一定的财力和人力。

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