陆地上分布有各种各样的岩石和矿体，经过上千万年漫长的风化剥蚀、分崩离析，大的碎块变小，小的碎屑变成砂粒。这些砂粒在风力和流水等自然力的搬运下，“背井离乡”，顺流而下，从陆地上四面八方来到入海河口、海湾，堆积在浅海地带。

人类居住的地球，每分钟大约有3万立方米的泥沙被河流携带到海洋。这些含矿碎屑物在海流、潮流和海浪周而复始的作用下，按照它们比重、形状和大小的不同，进行自然分选。比重和大小比较接近的有用矿物，便会自行“物以类聚”，在一定的有利地貌部位，如古河床、砂堤、砂嘴、海滩、浅湾、岬角等，形成有用的矿物集合体——滨海砂矿。当它们的品位和储量足够并具有工业意义和经济价值时，人们就可以对它进行开采利用。

世界上有30多个国家在近岸和浅海开采砂矿。据统计，全世界96%的锆石、90%以上的金红石、80%的独居石、75%的锡石和30%的钛铁矿都来自滨海砂矿。据报道，现已探明的砂矿储量是：钛铁矿最多，10.5亿吨；其次是钛磁铁矿，8.25亿吨；第三位是磁铁矿，3亿吨；砂金红石9 246万吨，独居石255万吨，砂锡250万吨，砂金矿400吨，砂铂200吨，砂金刚石6 300万克拉。此外，滨海砂矿中的稀土矿储量可达1.28亿吨，石英砂则有几百亿吨。

滨海砂矿在浅海矿产资源中，其价值仅次于石油、天然气，居第二位。

图4-10　莫桑比克北部楠普拉省莫马某钛铁矿砂（笔者摄于2011年12月18日，黑色层为钛铁矿砂层）

已有调查成果表明，以上4种主要海洋矿产资源中，分布在水深最浅的是海滨砂矿，大多在10米以内，目前开采技术难度很小，也是开采利用最广泛的海洋矿种；海底热液矿床大多分布在海底2 000～3 000米之间，有的甚至达到4 000米。锰结核大多分布在海底300～6 000米之间，主要在4 000米左右。石油、天然气分布的水深很广，从不到100米的大陆架到水深6 000米的海底盆地。海底可燃冰一般分布深度为2 000～3 000米。

在如此深的水下勘探、开采和开发这些资源需要什么样的技术、什么样的装备及如何投资，这些都是值得我们矿业界和投资人必须思考的问题。

首先是勘探，在深达3 000～4 000米的黑黜黜的海底如何勘探确实是个问题。我们不能像在陆地上那样进行勘探，对我们的地质勘探队伍来说完全是一个陌生的领域。好在海底石油勘探给我们提供了一些经验。

海底油气的勘探阶段要经过地质调查、地球物理勘探、钻探3个步骤。地质调查是指在沿岸地质构造调查分析的基础上，用回声探测仪或航空拍照的资料来研究海底地质、地形的特点。完成地质调查后，就要对可能形成储油构造的海区进行地球物理勘探。这是寻找海底石油最基本的方法，主要包括重力、磁力、人工地震等勘探方式。地球物理勘探的结果只能是理论上说明海底储油构造的存在与否，至于海底是否有石油，还要取决于最后一步——钻探。分析钻探取得的岩芯，就可以得出油层的变化规律、性质以及分布情况，从而完成勘探阶段的使命而进入开采阶段。

油气的勘探深度有深水和浅水之分，但在世界范围内并没有固定的标准，仅仅是反映海洋工程发展的水平。对中国来说，300米水深以上即为深水。但国际上有种说法，即超过500米为深水。业界普遍认为，1 500米以上为超深水。从浅水到深水，主要是依据海上工程装备能力。按照国外技术发展的路径，海洋钻井能力从300～500米，500～750米或1 000米，然后是1 500米、2 000米、2 500米、3 000米，目前国外深水钻井能力已经达到3 052米。

我国超深海钻探目标定在3 000米，一方面是因为可以借鉴别国的经验实现跨越式发展，另一方面是与我国海底的地形地貌有关。从我国自身海洋资源条件来看，东海近海大陆架和大陆坡比较宽，走200千米水深不超过200米，而南海海底就很陡，走到200千米以外，一个陡坡水深很快就下到1 500米。中国海洋石油开发正在走向深水，南海石油储量非常丰富，75%的面积处在深水。在南海勘探，必须要有3 000米的钻井能力，才能把主要的地方覆盖。

油气勘探不仅存在水深的问题，还有一个水下钻探深度的问题。一般来说，钻探深度都在1 000米以上。海底金属矿的勘探要比油气勘探简单得多，因为海底的那些矿物都是松散的，勘探时就像在地表勘探红土型矿床一样。

图4-11　海洋石油钻井平台（图中火焰为见油气钻孔点燃后燃烧）

以勘查海底锰（钴）结核为例。

第一步，确定靶区。根据锰（钴）结核形成的地质条件，结合目前经济和技术基本可行的勘探深度来确定找矿勘查靶区。

第二步，进行基础地形测量。建造和利用性能优良的远洋调查船，配有先进的卫星导航定位系统、深海用绞车、起吊设备以及海底地形、深度的测量仪器等。通过船载深水多波束技术及海底电视摄像技术来探测海底地形地貌。该设备发射一系列窄束（2度）声波信号，呈扇形分布，与船体轴线正交排列。每次发射得出一系列同该船航迹下方及旁侧各点相对应的测深数据。现代化多波束回声探测仪（侧扫声呐）每次扫描带有150多个测量数据（平均每130米一个数据），覆盖宽达20千米，水深至4 000米的范围，可以辨别许多以前看不见的地形。在船上，一分钟之内即可绘出地图，从而得以实时“阅读”海底某区段的地形。加上精度达1米的全球定位系统，绘出的1∶25 000比例尺地图在准确度上堪与最佳的陆地地形图相媲美。海面测量还以深拖声呐在海底上方测量作为补充。

第三步，利用海底取样做地球化学测量和地质填图。利用带照相机的无缆取样器投入海底进行取样、拍照。每次能从0.25平方米地区采集数千克结核，并对2～4平方米地区拍照，利用一定的网度进行地质测量和地球化学测量，还可以利用海底机器人进行现场取样。根据这些资料，可以估算出海底结核丰度（千克/平方米），从而确定海底床表面锰（钴）结核的分布情况。

第四步，根据地质测量和地球化学数据测量结果确定进一步勘探的靶位，进行浅部钻探取样，确定含矿泥的厚度和含量，最后可以计算出矿床的地质储量，进行经济技术论证。

完成了海底锰（钴）结核的勘探后，即可进入开发程序。

锰结核的开采正逐步走向成熟。目前一般认为有3种方法比较经济、实用。一种是空气提升采矿系统，由高压气泵、采矿管、集矿装置等部分构成。高压气泵安装在船上，采矿时，首先在船上开动高压气泵，气泵产生的高压空气通过输气管道向下从采矿管的深、中、浅3个部分输入，在采矿中产生高速上升的固、气、液三相混全流，将经过集矿装置的筛滤系统选择过的锰结核提升到采矿船内，其提升效率为30%～50%。这种采矿系统已于1970年试验成功，它能在5 000米水深处达到日产300吨锰结核的采矿能力。

另外一种是水力提升式采矿系统。主要由采矿管、浮筒、高压水泵和集矿装置4部分组成。采矿管悬挂在采矿船和浮筒下，起输送锰结核的作用；浮筒安装在采矿管道上部15%的地方，中间充以高压空气以支撑水泵的重量；高压水泵装置在浮筒内，其功率为8 000马力，通过高压使采矿管道内产生5米/秒的高速上升水流，使锰结核和水一起由海底提升到采矿船内。集矿装置起着挑选、采集锰结核的作用。1975年采矿试验已获成功，现能达到日产500吨的采矿能力。

还有一种是连续链斗采矿系统，是在高强度的聚丙二醇脂材料编成的绳上，每隔25～50米安装一个采矿戽斗。采矿时，船上的牵引机带动绳索，使戽斗不断在海底拖过挖取锰结核，并将其提升到采矿船上，卸入船内储仓。这种采矿法是由日本人发明的，1970年8～9月在希塔提岛以北400千米、水深4 000米处进行试验并获得了成功。这种装置结构简单，适应性强，采矿成本低。

目前，一些国际性大公司已开始介入海底硫化矿的开发，如澳大利亚有两个公司（Nautilus、Neptune）在西南太平洋地区拥有超过50余平方千米海底硫化物矿勘探执照和申请区，韩国在汤加专属经济区申请勘探，日本在其自有专属经济区开采硫化物以补充稀土供应。

英文《中国日报》2011年3月17日报道：中国五矿总裁周中枢在接受《中国日报》专访时表示五矿已开展了海底勘探与采矿，输送及选、冶试验等环节的重点研究。五矿所属长沙矿冶研究院目前正在就锰结核、多金属硫化物、钴结壳开展深海采矿方面的研究开发工作。据他介绍，开采环境为2 400米的水深，年产量为100万吨原矿的生产规模，每吨矿石的成本为80美元，这包括从海底采掘输送到船上、脱水处理的全过程。这个相当于采矿成本，如果加上矿物分离成本，综合成本可能超过100美元。从目前的金属价格来看，还是有一定的经济价值的。

海洋矿物资源的勘查和开发技术已基本趋于成熟，投资海洋矿物资源的勘探和开发是一个具有战略意义的选择。2020年甚至更早（2015年）将会有公司开始进军海洋矿物资源的开采并且盈利。21世纪中后期，海洋矿物资源开发将会像油气开发一样成为金属来源的主战场。

当然，除了勘查和开采领域外，围绕勘探和开发所涉及的材料以及装备制造也是将来一个重要的投资领域。(www.daowen.com)

重点链接——我国2006—2020年深海底金属矿产资源研究开发的重点

Ⅰ.深海底金属矿产资源集矿技术

研究内容

a.研制适应水深6 000米及极稀软海底上行走的采矿作业车，研究作业车的定位、姿态、行走测控技术；

b.研制适应深水、丰度变化和微地形变化的多金属结核集矿机构；研制满足钴结壳或热液矿床采掘作业要求的海底作业站及测控技术；

c.漂浮材料开发应用研究；

d.恶劣环境下开采系统机电设备耐压技术和材料防腐技术的研究。

Ⅱ.深海采出矿物向水面输送技术

研究内容

a.深海底向海面输送技术，研究能从深海底向海面输送多种固体矿物的输送技术（包括适合不同水深和开采条件的机械提升、管道提升和机械管道联合提升技术），研究固体矿物制备装载技术，研制适用于深海矿物提升的管道和设备定位及提升设备作业控制的测控技术；

b.研制大功率高扬程粗颗粒深水输送泵及电机，研制功率1 000千瓦，扬程1 000米以上的多级深水粗颗粒潜水输送泵；研究水下大功率高压输配电及大型设备的控制与保护技术；

c.固体物料在柔性管道中的输送技术；

·研制能适应深海工作、空间形态变化的柔性管道输送工艺和技术及相应的监测技术；

·研制运输船与采矿船之间动态对接输送固体物料技术和相应的监测技术；

d.轻型、高强度、耐磨、防腐管材及泵材研制。

Ⅲ.深海采矿的水面支持系统

研究内容

a.深海采矿船用悬挂、吊放、解脱及动力定位技术；

·研制深海采矿船用起伏摇摆伸缩补偿装置，用于悬挂大吨位的水下设备；

·研究深海采矿水下设备的吊放回收技术和控制技术，包括采矿机、输送系统及动力通信电缆的吊放与回收，以及此作业过程中的测控技术；

·研究深海采矿水下系统和水面系统的紧急解脱装置，用于恶劣气候或其他灾害时将水下系统和水面系统迅速脱开；

·研制水面采矿船在风、浪、流作用下的动力定位技术；

b.水面采矿船动态跟踪和随动海底采矿系统集矿路线的导航与控制技术，海底设备高精度动态三维定位技术；

c.采集输送过程监测控制技术，采矿作业整体系统监测、控制与信息集中管理；

d.深海采矿系统及作业过程的故障诊断、自动修复及可靠性保障技术。