国际海底矿产资源勘查与研究进展

刘永刚，姚会强，于 淼，任江波，杨 永

（广州海洋地质调查局 广州市 510075）

国际海底区域蕴藏着丰富的战略矿产资源，其中多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物和深海稀土几种深海固体矿产越来越受到国内外的广泛关注。从上世纪50年代开始至今，世界各国对几种深海固体矿产开展了不同规模的勘查和研究。随着研究的深入，几种深海固体矿产潜在的经济价值越来越受到人们的重视，许多国家为占有国际海底资源，发展国家后备战略矿产资源，加快了国际海底资源勘查和评价的步伐。国际海底区域资源竞争的形势愈加紧迫，“蓝色圈地”运动愈演愈烈。对国际海底区域内几种深海固体矿产资源的分布和勘查现状进行综合评述，以期对国际海底矿产的当前形势有所了解和把握。

1 国际海底矿产的分布

1.1 多金属结核

多金属结核是大洋中最早被发现而且研究时间最长的深海固体矿产。研究结果表明，多金属结核分布于水深4 000—6 000 m 的洋盆中，产出在松软沉积物表层。它含有70 多种元素，其中Mn、Cu、Co、Ni 的平均含量分别为25.00%、1.00%、0.22%和1.30%，其资源量高出陆地相应资源量的几十倍到几千倍。据估算，全球大洋底多金属结核资源总量为3 万亿t，仅太平洋就约有1.7 万亿t[1]，具有很高的经济价值，被认为可能是海底分布最广、储量最大的金属资源。

多金属结核在太平洋、印度洋和大西洋都有分布，但很不均匀（图1）。从经济价值角度考虑，太平洋的多金属结核经济价值最高且分布最广泛，其次是印度洋。多金属结核在太平洋呈带状分布，主要有东太平洋海盆、中太平洋海盆、南太平洋海盆和东南太平洋海盆（秘鲁海盆）4 个分区，其中东太平洋海盆内克拉里昂、克利帕顿断裂带之间的区域（CC 区）是公认的结核最为富集和潜在经济价值最高的海区，除印度外的所有先驱投资者申请的矿区都在该区域内。中印度洋海盆是印度洋中结核丰度和品位均较高的分布区，印度申请的矿区就位于该海盆内。大西洋的结核分布十分有限，其分布水深虽浅但金属品位较低。

图1 多金属结核矿点在国际海底的分布

1.2 富钴结壳

富钴结壳是继多金属结核资源之后被发现的又一深海固体矿产资源。它分布的主要水深范围为1 000-3 500 m，产出于海山、海脊、台地和海丘的顶部和侧翼，或在岩石露头上形成厚结壳，或在碎石堆上形成结皮。富钴结壳富含Co、Ni、Cu、Pb、Zn 等金属元素以及稀土元素（REE）和铂族元素（PGE），其中Co 含量尤为显著，最高可达2%，是陆地原生矿钴含量的20 倍以上[2]，是多金属结核矿中钴含量的2.5 倍以上[3]。而最近的研究结果[4]表明，仅太平洋海山的富钴结壳中锰、钴、镍、铜的金属量与全球陆地资源量和多金属结核量[5]相比都是非常可观的，分别是陆地资源量的11.11 倍、71.58 倍、8.26 倍、0.29 倍。

图2 富钴结壳矿点在国际海底的分布

根据研究[6]，结壳在太平洋、大西洋和印度洋的海底均有分布（图2），其中以太平洋居多，而在太平洋的广大海域中，西、中太平洋海山区是富钴结壳的主要产出区，主要包括麦哲伦海山区、马尔库斯-威克海山区、马绍尔海山区、中太平洋海山区、夏威夷海岭、莱恩海山区等几座大型海山链，这些区域是各国进行结壳资源勘查的重点海区，俄罗斯、韩国、日本、中国等国家都在这些海区及周边海域开展了大量的调查研究工作。相比较而言，无论在结壳厚度还是金属Co含量方面，这些海山区的结壳质量都明显优于其他海山区。

1.3 多金属硫化物

多金属硫化物是继大洋多金属结核、富钴结壳外的又一种新型海底金属矿物资源。它普遍发育在大洋中脊、板内火山和弧后盆地，赋存水深一般在数十米至3 700 m，大量出现在2 500 m 水深附近[7]。多金属硫化物富含Cu、Fe、Mn、Pb、Co、Mo 等金属和稀有金属，单个硫化物矿床矿体的资源量高达1×108t[7]，资源潜力十分可观。

从地理环境来看，多金属硫化物矿床主要分布于太平洋、大西洋和印度洋（图3）。太平洋是多金属硫化物的主分布区，主要集中于东太平洋洋隆（如Explorer、Middle Valley、Endeavour、Axial Seamount、Juan de FUCA、Galapagos 等）、西太平洋火山弧（如Okinawa Trough、Mariana Trough 等）和西南太平洋火山弧（如Lau Basin、Manus Basin、North Fiji Basin 等）；大西洋的多金属硫化物主要分布于赤道以北的大西洋中脊（如TAG、Snake Pit、Logatchev 等）；印度洋的多金属硫化物主要分布于印度洋洋脊，集中于三联点附近[7-9]。此外，北冰洋洋脊、红海、地中海也有少量多金属硫化物矿化点分布。

1.4 深海稀土

稀土（REE）资源不仅存在于陆地上，也存在于深海中。研究表明[10]，海盆内的多金属结核和海山上的富钴结壳都含有稀土元素。太平洋多金属结核的∑REE 范围为229.7~2 076.7 ppm，平均1 195.7 ppm[11]。太平洋富钴结壳中的∑REE 随海山分布而有所不同，其中麦哲伦海山区∑REE范围1 093.0~3 286.4 ppm，平均为2 087.2 ppm；马尔库斯-威克海山区∑REE 范围1 047.0~3 897.0 ppm，平均为1 890.4 ppm；马绍尔海山区∑REE 范围1 249.1~1 753.8 ppm，平均为1 506.4 ppm；中太平洋海山区∑REE 范围1 278.5~2 654.9 ppm，平均为1 933.1 ppm[12-16]。

图3 多金属硫化物矿点在国际海底的分布

除了铁锰矿石外，稀土元素也赋存于深海沉积物中。研究表明[17-20]，太平洋、印度洋的深海沉积物中都含有稀土元素。日本科学家在对太平洋78 个站位的沉积物样品分析后发表了初步的研究成果[20]，称东南太平洋和中北太平洋深海粘土中含有高品位的富钇稀土（REY），其中东南太平洋深海粘土中∑REY 范围880~1 628 ppm，平均1 054 ppm；中北太平洋深海粘土中∑REY范围451~1 002 ppm，平均625 ppm，这两个区域都可看作高潜力稀土资源分布区（图4）。根据日本科学家的估算，东南太平洋和中北太平洋每平方千米深海粘土中稀土资源量分别达2010年世界年消费量的1/15 和1/5，整个太平洋深海稀土资源总量与陆地探明资源量相当，按照目前陆地开采量，可供全世界使用1 000年左右，引起了世界科学界和矿业界的极大关注。

2 国际海底矿产资源勘查现状

2.1 多金属结核勘查

图4 深海沉积物稀土矿点在国际海底的分布

图5 东太平洋CC 区多金属结核勘探区承包者

从上世纪60年代起，美国、前苏联、日本、法国等国相继在中、东太平洋开展了大规模的调查研究，获取了大量的资料，并取得了丰富的研究成果。从1983年开始，海金联、前苏联、日本、法国、中国、韩国、德国先后向国际海底管理局申请成为先驱投资者，在CC 区获得多金属结核开辟区，并与国际海底管理局签订了勘探合同。从“十二五”开始，国际海底竞争局势发生了变化。2011年起，瑙鲁、汤加、英国、基里巴斯、比利时等国家先后向国际海底管理局提交了多金属结核矿区申请并获得核准。截至2013年底，多金属结核矿区承包者数量急剧增加至12个（见图1），新加坡、库克群岛也提交了矿区申请并等待审议，原先的多金属结核保留区逐渐被瓜分，表明国际海域“蓝色圈地”运动迎来了新一轮热潮。

我国从20 世纪80年代开始，在国际海底区域开展系统的多金属结核资源调查，并于1991年成为继前苏联、日本、法国、印度之后的第5个先驱投资者。2001年5月，中国大洋协会与国际海底管理局签订了为期15年的多金属结核《勘探合同》，自此我国在东北太平洋CC 区获得了7.5 万平方公里、拥有专属勘探权和优先开采权的多金属结核合同区，拓展了我国的战略资源储备。目前，正是合同中规定的第3 工作阶段（2011-2015年），国家海洋局和广州海洋地质调查局根据合同要求，结合海上详细勘探工作获取的数据资料，对可能的开采矿段进行圈定和评价，从而为履行我国与国际海底管理局签订的《勘探合同》提供有力的支持，为我国将来多金属结核商业开采提供基础数据和参数。

2.2 富钴结壳勘查

自20 世纪80年代初以来，继大洋多金属结核资源调查之后，德国、美国、日本、俄罗斯、法国等国家都投入了大量的人力、物力、财力，积极开展富钴结壳资源的调查研究，对富钴结壳的分布、类型、成矿特征、成矿环境和形成模式等问题进行了深入调查和研究。国际上为争夺深海矿产资源展开了新一轮的竞争和角逐。2012年7月，国际海底管理局第18 届会议上通过了《“区域”内富钴结壳探矿和勘探规章》，中国和日本先后提交了矿区申请，并于2013年7月在国际海底管理局第19 届会议上审议获得核准。俄罗斯、巴西也于2013年分别向国际海底管理局提交了矿区申请，目前尚在等待审议。

我国从1997年开始进行富钴结壳资源调查，截至2013年统计，已经在中、西太平洋海山区进行了19 个航次（40 个航段）的调查工作，开展了拖网、抓斗、浅钻地质采样和海底照相、多波束测深、重力、磁力、浅地层剖面等海洋物探工作，在收集数据资料的同时积极开展资源评价工作，为向国际海底管理局提交矿区申请做准备。2013年7月，我国向国际海底管理局提交的富钴结壳矿区申请获得核准通过，从而在国际海底区域获得了3 000 平方公里具有专属勘探权的富钴结壳矿区。

图6 西太平洋富钴结壳矿区位置图（a 为中国，b 为日本）

2.3 多金属硫化物

20 世纪60年代，红海发现高热海水和多金属软泥，标志着现代海底热液活动和多金属硫化物成矿研究的开始。继多金属结核和富钴结壳调查之后，美国、俄罗斯、法国、日本、中国等国家相继开展了大规模的多金属硫化物资源调查。2010年5月，国际海底管理局大会通过了《“区域”内多金属硫化物探矿和勘探规章》，中国、俄罗斯、韩国、法国、德国先后提交了矿区申请，目前除德国的矿区申请尚等待审议外，其他4 份矿区申请都已获得核准通过（图7）。

我国多金属硫化物资源调查起步虽晚，但成果显著。2003年之前，我国多金属硫化物调查主要以国际合作为主。从2003年以来，我国正式进入多金属硫化物调查研究阶段，通过环球航次，先后在太平洋、大西洋和印度洋等热液活动区进行调查取样，积累了丰富的资料。在《“区域”内多金属硫化物探矿和勘探规章》通过后，我国第一时间向国际海底管理局提交了矿区申请并获得核准通过，从而在国际海底区域获得了1 万平方公里具有专属勘探权的多金属硫化物矿区。

图7 多金属硫化物矿区位置图（a 为中国，b 为法国，c 为韩国，d 为俄罗斯）

2.4 深海稀土

深海粘土稀土资源的发现（Kato et al，2011），无疑受到全世界各国的普遍关注，它很有可能成为继多金属结核、富钴结壳、热液硫化物之后又一种极为重要的战略矿产资源。根据已有的研究，深海粘土稀土资源在太平洋国际海底区域具有广泛的分布且潜力巨大，印度洋海盆的深海沉积物稀土资源潜力还尚未可知。围绕着深海沉积物稀土资源，国际海底区域将会迎来更加激烈的资源竞争。

对于深海沉积物稀土资源的发现，我国给予高度重视。中国地质调查局2013年首次开展大洋稀土资源专项调查，由广州海洋地质调查局组织实施，采用多种手段对太平洋稀土资源进行系统探查。调查结果证实了深海沉积物赋存稀土矿的可能性。我国将继续展开调查，积累资料，进一步查清深海沉积物稀土资源的空间分布情况，为制定我国新形势下的稀土资源战略提供依据。

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