海洋二所深海找矿工作纪略 “海底两万里”新传

信息来源:中国自然资源报 作者:孙湫词 发布时间:2022-11-11

2007年,全球首个超慢速扩张西南印度洋脊活动热液区——“龙旂”热液区被我国发现,图为俗称“黑烟囱”的多金属硫化物。

2009年,我国首次在大西洋发现热液活动区,图为利用深海抓斗抓取热液硫化物后,科考队员合影。海洋二所供图

习近平总书记在2016年全国科技创新大会上指出:深海蕴藏着地球上远未认知和开发的宝藏,但要得到这些宝藏,就必须在深海进入、深海探测、深海开发方面掌握关键技术。2022年10月,习近平总书记给山东省地矿局第六地质大队全体地质工作者的回信令所有地质工作者为之振奋、深感鼓舞。党的二十大报告中将深海深地探测列为十年成就的亮点,更将“维护海洋权益”上升到维护国家安全的高度。深海矿产资源是全人类共有的财产,在国际规则范围内为国家勘探开发更多的海底矿产资源就是维护国家的海洋权益。

20世纪50年代,西方发达国家开始了深海矿产资源调查,随着1983年联合国国际海底管理局和国际海洋法法庭筹备委员会的成立,国际社会找寻并开发国际海域矿产资源的争夺进入了白热化。

自然资源部第二海洋研究所(海洋二所)结合多年海洋地质工作实际深入开展了回信精神专题学习,总结30多年来该所参与我国深海找矿事业的初心与历程,力争向着国家海洋事业的新征程不断奋进。

申请专属勘探区

多金属结核主要分布在全球大洋水深3500~6000米的海床上,含有锰、铁、镍、钴、铜等几十种金属,因其被发现早、勘查时间长、分布广泛且相对易于开采而广受关注。我国直到20世纪70年代末才在太平洋获得了第一块结核样品。1985—1990年间,海洋二所先后执行了4个航次的大洋多金属结核勘查任务,克服了船只、装备和保障不足的种种困难,在东太平洋相关区域开展了一系列水文、重力、磁力测量,获取了一手数据和数百公斤锰结核样品,最终圈划了约20万平方千米的远景区。

1991年,我国向联合国国际海底管理局递交了位于东太平洋、面积约15万平方千米的多金属结核专属勘探区的申请,时任海洋二所研究员的金翔龙(现为中国工程院院士)赴联合国进行技术答辩并成功获批,我国由此成为国际大洋多金属结核资源开发的第五个先驱投资者。之后的十年里,海洋二所的海洋地质工作者通过多个航次的不懈努力,履行了规定的勘探义务。2001年,中国大洋协会与联合国国际海底管理局签订了勘探合同,最终为我国在东太平洋 CC区(全球多金属结核的富集区)获得具有专属勘探权和优先开发权的7.5万平方千米多金属结核矿区,勘探储量可满足年产300万吨干结核,供开采20年的需求。

签订勘探合同只是第一步,中国如要按照合同成功履约还有诸多工作等待着海洋地质工作者。“十三五”期间,海洋二所作为航次组织实施单位和技术支撑单位累计组织开展大洋航次调查12个航段,先后对我国在东太平洋和西太平洋的3块多金属结核合同区完成资源勘探和环境调查评价。其中,在东太平洋某合同区圈定矿址1.3万平方千米,其蕴藏的关键金属镍和钴可为约6700万辆电动汽车提供原材料。

找到矿、找富矿

伴随着大洋事业的兴起,海洋矿产资源的开发受到国家的高度关注,海洋二所也逐步成长为我国海底矿产勘查的主力军和中坚力量。1997年,国家海洋局在首批局属重点实验室中设立了海底科学重点实验室,依托海洋二所发展海底科学的学科理论体系及深海高新技术,为海洋地质工作者搭建了一个充满活力、朝气蓬勃的科研平台。

在多金属结核勘探工作捷报频传的时候,另一种深海矿产——多金属硫化物进入了海洋二所地质工作者们的视野。多金属硫化物富含铜、锌、金和银等金属,矿床经数万年的热液活动而形成,主要分布在平均水深3000米的大洋中脊和弧后扩张中心。随着全球板块扩张理论和洋中脊地质过程研究的兴起,2004年,中国加入了国际大洋中脊协会,开始与全球科学家同台竞技。

2005年,中国大洋中脊综合调查研究正式启动,中国大洋协会组织实施了我国首次环球大洋科学调查航次,对三大洋洋中脊上多个关键热液活动区的多金属硫化物开展探索,使用了多波束、电视抓斗、摄像拖体等调查设备,在东太平洋海隆、大西洋中脊和中印度洋脊对热液喷口进行观测采样,获得了宝贵的海底多金属硫化物等样品。

全球洋中脊科学调查推动了中国洋中脊研究领域的起步和发展,为了在茫茫大洋中更有针对性地找矿、找富矿,中国科学家们将目标从资源勘探拓展到成矿机理研究。

2010年,中国大洋中脊综合调查研究项目首席科学家李家彪主持完成了全球首次在西南印度洋中脊进行的海底地震仪三维地震探测,第一次获得超慢速扩张洋中脊地壳与上地幔三维速度结构,获取了超厚地壳、活动岩浆房和基底拆离断层存在的关键证据,构建了首个硫化物资源全球数据库,深化了资源分布规律的认识,有力支撑了西南印度洋中国硫化物矿区选区和申请工作。2011年,中国成为全球首个递交多金属硫化物矿区申请的国家,并成功在西南印度洋获得了1万平方千米的多金属硫化物勘探区,使中国在多金属硫化物资源勘探这条赛道上实现了超越。

党的十八大以来,大洋事业不断发展,在中国大洋矿产资源研究开发协会的支持下,海洋二所通过持续的科技创新,不断强化我国多金属硫化物资源勘探与评价的技术支撑,完成的多金属硫化物合同区资源评价报告(2011-2021)支撑我国率先完成国际海域硫化物合同区75%区域放弃工作;自主研发了深海多金属硫化物瞬变电磁、自然电位探测系统和深海近底高精度探测技术,实现了深海硫化物的三维勘探,在深海矿产资源勘探的进程中推动了我国深海探测设备的不断进步。2017年,海洋二所研究员韩喜球主持的“西北印度洋卡尔斯伯格脊现代海底热液成矿活动的发现”成果入选中国十大地质科技进展;2019年,海洋二所研究员陶春辉和中国工程院院士李家彪完成的“超慢速扩张洋中脊热液硫化物发现与探测关键技术创新”获国家科技进步奖二等奖。

挖掘深海宝藏

今年10月,习近平总书记给山东省地矿局第六地质大队全体地质工作者的回信中指出“矿产资源勘查开发事关国计民生和国家安全”“一代代队员跋山涉水,风餐露宿,攻坚克难,取得了丰硕的找矿成果,展现了我国地质工作者的使命担当。”这种使命担当同样在一代代海洋地质工作者身上得到传承和发扬。

据初步统计,30多年来,仅海洋二所就投入人力近5000人次,作业天数超7000天,累计作业航迹里程达80万海里,为我国取得5块国际海底矿区做出了重要贡献。同时,与我国海洋地质事业同步成长的自然资源部海底科学重点实验室成果斐然,培养出了2名中国工程院院士和一支完整的人才队伍,承担了科技部、国家自然科学基金委、自然资源部等多项重大科研专项,支撑了国家海底资源探测与开发、大洋与极地海洋权益维护等科技需求。

海底矿产资源从找矿勘查、资源评价到矿产开发等各项环节环环相扣,如何找到找准资源富集区,在开采时以最小的环境代价获得矿产资源成为所有投资国的关注焦点。

近年来,海洋二所相关科研团队针对深海大洋的特殊生境开展研究,以深海矿产资源勘查和深海生物多样性与环境保护为主体的多学科综合交叉海底动力学理论创新为牵引,不断增加对深海环境的认知水平,力争形成深海绿色采矿解决方案,为有效管理深海采矿提供决策依据。

人类踏足海洋进行深海矿产资源开发的时间不过百余年,深海矿藏仍静静地躺在大洋深处等待人们去发现。海洋二所的海洋科技工作者们将同广大海洋地质工作者一道,以加快海洋强国建设、推动海洋科技自立自强为己任。坚持弘扬爱国奉献、开拓创新、艰苦奋斗的优良传统,为不断维护国家海洋权益,保障国家能源资源安全,全面建设社会主义现代化国家作出新的更大的贡献。