科技创新推动深蓝资源竞争——太平洋富钴结壳资源评价与我国矿区申请方案研究

2017-10-17

富钴结壳是一种海底潜在战略资源，一段时间以来，在富钴结壳资源竞争方面，我国面临着紧张而复杂的国际和国内形势。国际上，一方面，1998年俄罗斯提出在国际海域除了多金属结核资源，还存在富钴结壳和多金属硫化物资源，需要针对这两种资源制订新的勘探规章，2001年国际海底管理局（ISA）第7届会议启动富钴结壳和硫化物规章的制订工作，此后相关规章随时都有通过的可能性。另一方面，相关海洋强国，如日本、俄罗斯，已完成了相关调查，做好了申请的准备工作。在国内，1997年我国组织实施富钴结壳资源调查研究航次，然而由于调查技术方法手段、调查广度及调查深度上的差距，使得对富钴结壳矿床的理解和认识尚存明显的不足，难以满足圈定矿区的急迫需求。

为应对日益趋紧的竞争局势，做好新一轮的矿区申请准备工作，以更好地维护我国在国际海底的权益，在中国大洋协会的组织下，依托国际海底区域研究开发“十一五”子项目“多金属结核和富钴结壳资源调查与评价研究”，中国地质调查局广州海洋地质调查局联合国内优势单位国家海洋局第二海洋研究所、国家海洋局第一海洋研究所、国家海洋信息中心和北京矿冶研究总院开展了“太平洋富钴结壳资源评价与我国矿区申请方案研究”，经过数年的共同努力与不断创新，取得了丰硕的成果，实现了科技成果应用与转化。

项目研究人员：何高文、杨胜雄，主要成员：马维林、宋成兵、程永寿、朱本铎、蒋训雄、张富元、周宁、姚会强、刘季花、张学华、武光海、杨克红、梁德华、田赤英、郭丽华、任向文、杨永、刘永刚、任江波等。

一、建立了富钴结壳矿址面积模型

基于我国实际调查资料，结合国外相关研究成果，充分考虑复杂地质条件，创新性地提出“地质因子”的概念及其取值方法，建立了更为科学合理的矿址面积模型，提出“要满足年产100万吨结壳、开采20年资源量要求的申请区，开采面积至少约需1 200平方千米，勘探面积约需4 850平方千米”的结论。

二、提出并建立富钴结壳矿区圈定和资源评价的参数指标

基于我国中西太平洋富钴结壳资源调查资料，融合太平洋环境资料，在深入分析富钴结壳厚度、丰度、品位、覆盖率、资源量、面积、海山坡度和水深资料的基础上，提出富钴结壳矿区圈定和资源评价的参数指标：结壳厚度≥4厘米，水深≤2 500米，钴含量≥0.50%，坡度≤15°。

三、确定了富钴结壳锰、铁、钼、镍的K值

针对深海获取难度大的特点，采用“变粒径”方法对320千克富钴结壳（80个样品）进行了研究，获得了最少可靠测试样品重量，锰的K值为0.3，铁的K值为0.2，钼的K值为0.4，镍的K值为0.4，弥补了我国富钴结壳评价在此领域的不足，为下一步结壳资源评价工作开展提供了基础数据。

四、编制了12个海山1:25万地质图

应用全覆盖、高精度的多波束测深资料，编制了12个海山1:25万地形图，在地形图编制基础上，以地质取样和海底摄像资料为基础，深入融合多波束、单道地震、浅剖、重磁等地球物理资料，编制了12个海山1:25万地质图。

五、探索出一套矿区申请工作方法

从我国实际调查情况出发，总结出一套基于“海山资源评价-目标海山确定-含矿区段圈定-海山组合-区块确定”的工作方法，建立了基于ISA富钴结壳勘探规章的矿区圈定模型，创造性地提出了人机交互矿区圈定方法，实现了海山结壳远景区的划分、基于勘探规章的矿区圈定和海山富钴结壳资源量的估算方法和技术流程。与日本采用的网格微分法得到的结壳申请区块矿区相比，并与俄罗斯和法国的热液硫化物申请矿区组成矿块的分布特点比较分析，项目提出的类似于种子填充算法的人机交互矿区圈定法具有明显的优势。

六、提出我国富钴结壳申请方案

在对25座海山进行资源初步评价的基础上，优选出资源前景较好的9座海山，针对三种申请面积组合提出12套矿区组合申请方案建议，其中申请面积为2 000平方千米的方案有6套，申请面积为3 000平方千米的方案有4套，申请面积为4 000平方千米的方案有2套，并进行了评价对比，优选出矿区申请方案建议。

七、科技成果应用

基于该项目提出的“矿址面积模型”，项目负责人何高文在2011年7月ISA第17届理事会上作了专题报告，为我国外交代表团提出的旨在扩大矿区面积的修正案文提供了关键学术支持，该修正案文中的关键内容被ISA在最终通过的“富钴结壳勘探规章”中采纳，使勘探区申请面积由原来规则草案的2 000平方千米调整到3 000平方千米，最终保留矿区面积由原来的500平方千米增加到1 000平方千米。

“矿区组合申请方案”是我国富钴结壳矿区申请书的的核心支撑材料。在富钴结壳勘探规章通过后（2012年7月），我国率先向ISA提出了矿区申请并获得批准，在国际海底竞争中拔得头筹，使我国成为同时拥有三种资源（结核、硫化物、结壳）三块矿区的国家。富钴结壳勘探区钴金属推断资源量93.6万吨，钴当量资源量为207.3万吨，此外还有稀土、铂、锰等资源。

在项目开展过程中，团队建设和人才培养也取得了诸多成绩，组建的“深海矿产资源团队”入选国土资源科技创新团队培育计划。项目负责人入选国家“万人计划”、中青年科技创新领军人才、国土资源科技领军人才开发和培养计划、中国地质调查局杰出地质人才，1名青年骨干入选第二批国土资源杰出青年科学人才培养计划、第三批中国地质调查局青年地质英才培养计划。