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履行富钴结壳勘探合同国际义务 维护我国国际海底权益——“富钴结壳合同区资源勘探与评价”项目成果
2019-11-04
中国从1997年开始，先后在太平洋的麦哲伦海山区、马尔库斯-威克海岭区、马绍尔海山区、中太平洋海山区和莱恩海山链区等5个海山区的28座海山开展了富钴结壳资源调查，至今已走过20余年的勘探历程。2014年，中国与国际海底管理局（ISA）签订了为期15年（五年为一个阶段，共分三个阶段）的国际海底富钴结壳勘探合同，为中国在西北太平洋麦哲伦海山区获取到一块具有专属勘探权和优先开采权、面积为3000km2的富钴结壳矿区。中国地质调查局广州海洋地质调查局作为我国富钴结壳资源调查的先驱及核心力量，牵头支撑了富钴结壳勘探矿区申请工作。5年间，广州海洋地质调查局联合自然资源部第二海洋研究所、长沙矿山研究院有限责任公司、北京矿冶科技集团有限公司等单位，先后在合同区开展了资源勘查与评价、环境调查与评价、采矿技术开发与试验、选冶技术开发与评价、资源开发利用综合评价等工作，取得重要的阶段性成果。
2019年4月，由广州海洋地质调查局牵头承担的“富钴结壳合同区资源勘探与评价”重大项目，在中国大洋事务管理局与中国大洋协会的指导下，顺利完成富钴结壳勘探合同首个五年阶段成果报告编制工作，并提交至国际海底管理局。这标志着我国在西北太平洋麦哲伦海山区开展的国际海底富钴结壳勘探合同首个五年活动方案阶段性目标任务已圆满完成，同时为实施下一个五年活动方案打下了坚实的基础。
1 合同区资源勘查与评价
通过实施中国大洋32、36、41、41B和51等调查航次，先后在采薇海山群和嘉偕平顶山群圈定矿化区15个，获得合同区推断的资源量和标示的资源量，为下一步区域放弃奠定了基础。根据20余年的勘探实践，形成一套适用于不同勘探阶段的技术方法体系。根据承包者对富钴结壳资源勘查阶段划分，分为资源调查、一般勘探以及详细勘探3个阶段，对应不同勘查阶段，将有针对性地采用相应的技术方法手段。编制了GB/T 35572-2017《大洋富钴结壳资源勘查规范》，为合同区富钴结壳资源勘探提供了重要依据。提出并证实了多波束回波勘探技术在富钴结壳资源勘查与评价中具有良好的应用潜力，回波强度值的高低变化反映了海山底质的软硬变化，回波强度高值区在很大程度上可以认为与富钴结壳分布相关，而回波强度低值区与沉积物分布相关。开发了1.5 m钻机、6 m钻机等新型勘查装备，无人遥控潜水器（ROV）和载人潜水器（HOV）在富钴结壳勘探中得到常态化的应用，新型近海底探测装置（如原位结壳高频声学测厚装置、三点激光测距装置等）得到长足的发展，勘探效率和勘探精度显著提高。
2 合同区矿床地质研究
按照自由分幅的原则，分别对采薇海山群和嘉偕平顶山群进行了自由分幅，已经完成了采薇海山群的3、4、5号图幅和嘉偕平顶山群的1、2、3号图幅的编图工作。通过研究，阐明合同区富钴结壳分布与水深、地形之间的关系，初步揭示了富钴结壳分布特征，进一步摸清富钴结壳分布规律和控矿因素，提出了富钴结壳铁锰矿物相形成阶段、微量元素的富集阶段和后期改造阶段的三阶段成矿模型，有力地指导了富钴结壳勘探实践。
3 环境调查与评价
在合同区以及毗邻海域，使用现场观测、锚系、CTD等方法，获取了气象数据、水柱温度、盐度的剖面数据、近底层水体温度、盐度的长时间序列数据。使用CTD采水、浮游生物分层拖网和浮游生物垂直拖网、箱式取样器、多管取样器、大型生物诱捕系统、底栖生物撬网、无人遥控潜水器（ROV）和载人潜水器（HOV）等调查手段，采集海水、浮游生物、底栖生物、沉积物、沉降颗粒物等各类样品；通过样品分析获得了海水pH、溶解氧、营养盐、叶绿素a、浮游植物粒级结构、初级生产力、微微型浮游生物数据，中上层浮游生物数据，小型底栖生物、大型底栖生物、巨型底栖生物、食腐生物数据，颗粒物沉降通量数据等。通过对海底视频资料和样品的研究，初步分析了合同区底栖生物群落的构成、生物多样性和成带分布特征。利用获取的流场数据，初步分析了合同区海山近底层流速变化规律。
4 采矿和选冶技术开发与试验
根据富钴结壳矿床、矿体特征和地质、地形特性，完成了年开采量100万吨系统方案设计，该开采概念系统由采掘、扬矿、水面支持等子系统组成。同时，开展了双滚筒采样模型机在陆地破碎模拟结壳的实验研究，通过高速摄影观察了结壳破碎过程，测试记录了破碎结壳的采掘力、粒度、破碎深度、效率、功率等；针对富钴结壳矿区的复杂地形特征和薄脆矿体特性，研制了单螺旋滚筒采矿头，并完成了海上采掘功能性试验。根据水下作业获取半吨级规模的富钴结壳样品需求，研制了1台富钴结壳规模取样器原理样机。完成了实验室水池环境下的功能联动试验，并在合同区2 000 m水深开展了取样功能性试验，获得了150 kg结壳矿样。
采用选冶联合工艺对富钴结壳矿进行加工，即先通过选矿方法将富钴结壳矿中夹带的基岩矿物剔除，然后通过冶炼回收镍、钴、铜、锰等。其中选矿研究将通过重选、磁选、浮选等多方案试验比较，以确定合理的选矿方案和选矿-冶金联合工艺。开展了富钴结壳工艺矿物学、可选冶性评价、多种选矿方案对比等研究；形成合同区富钴铁锰结壳可选冶性的评价报告。
5 资源开发综合利用评价
通过对富钴结壳有关金属市场进行持续跟踪，建立了富钴结壳开发利用的技术和经济评价模型。针对富钴结壳，开展了初步概略评价和前景预测研究，形成富钴结壳开发利用的概略研究与商业前景分析报告。初步结果显示，项目的投资利润率、财务内部收益率和净现值等财务指标都在基准指标之下，因此富钴结壳的商业开发前景近期尚不明朗。
6 国际学员培训
项目完成了8名国际学员系统培训工作（海上勘探培训3名、奖学金培训3名、工程技术培训2名）。培训学员来自墨西哥、加纳、肯尼亚、巴西、孟加拉、亚美尼亚、厄瓜多尔、喀麦隆等国家。海上勘探培训在“海洋六号”船上执行，为期40天，培训内容包括地球物理调查技术方法及应用等。奖学金培训为期3个月，分为专业课程培训、地质和地球物理调查方法培训、采矿和选冶技术培训三个部分，分别由中山大学、广州海洋地质调查局、长沙矿山研究院和长沙矿冶研究院具体执行。工程技术培训为期30天，分为地质和地球物理调查方法培训和专业课程培训，分别由广州海洋地质调查局和中南大学具体执行。总体上，项目圆满完成第一阶段国际学员培训工作，增进了与国际大洋矿产资源调查与研究机构之间的技术交流。
7 勘探合同区年度报告及五年阶段报告编写
2014年至2019年，项目共编制“执行富钴铁锰结壳勘探合同”年度报告（中、英文版）5份，编制《富钴铁锰结壳勘探合同第一个五年活动方案执行情况与第二个五年活动方案》（中、英文版）1份，有效应对了国际海底管理局法律与技术委员会对我国富钴结壳勘探合同执行情况的审查。
根据勘探合同，我国将于签订合同后的第八年（2021年）和第十年（2023年）完成勘探区的放弃工作，并最终保留1 000km2拥有专属开采权的矿区。为更好地履行勘探合同第二阶段任务，在首个五年阶段成果的基础上，广州海洋地质调查局牵头编制了第二个五年活动方案，将继续在合同区开展一般勘探和详细勘探工作，以支撑富钴结壳勘探合同国际义务的履行，维护我国国际海底权益，树立负责任的大国形象。
项目完成人简介
何高文，1968年生，教授级高级工程师，广州海洋地质调查局副总工程师。2016年入选第二批国家“万人计划”，入选首批“国土资源高层次创新型人才培养工程——科技领军人才开发和培养计划”，入选中国地质调查局杰出地质人才，2016年荣获海洋工程科学技术特等奖。作为项目负责人和航次首席科学家，长期从事多金属结核、富钴结壳和深海稀土等海底矿产资源调查与研究，主要完成了国际海底区域“十二五”“富钴结壳资源评价”重大项目，中国大洋29航次、32航次、36航次及深海稀土资源调查评价等方面的调查与研究工作。获得海洋工程科学技术奖特等奖、国土资源科学技术奖二等奖和海洋创新成果奖二等奖等多个奖项。
