[科普中國]-海底勘探

釋義

海底勘探是指為探明資源的種類、儲量和分布對海底資源，尤其是海底礦產(chǎn)資源，進行的取樣、觀察和調(diào)查的過程。海底礦產(chǎn)資源豐富，從海岸到大洋均有分布，如全球海底石油儲藏量約為世界已探明石油儲量的兩倍，深海錳結(jié)核和海底熱液礦床等儲量也很巨大，都有待于勘探和開發(fā)利用。

海底勘探技術(shù)海洋勘察船鉆井取樣技術(shù)2011 年 10 月，由寶雞石油機械有限責任公司為 “海洋石油 708”勘察船研制的深水勘察鉆井及取樣系統(tǒng)，作為我國深水重大科技攻關(guān)的綜合配套項目之一，可適應 3 000 m 水深、海底最大鉆深 600 m 的鉆探取樣作業(yè)需求。1其作業(yè)過程為: 當勘察船駛?cè)肽繕撕Ｓ蚝螅紫韧ㄟ^鉆井系統(tǒng)對海床進行鉆孔，在鉆孔過程中通過鉆井泵向鉆桿內(nèi)孔中噴注循環(huán)海水，使鉆桿與井眼的環(huán)孔巖屑及時排出，方便持續(xù)鉆進。當鉆到海床以下目標層位時，由一條電纜將取樣及測試裝置通過鉆井系統(tǒng)頂部驅(qū)動裝置上方的喇叭口，沿著鉆桿內(nèi)孔下放到海底進行取樣測試作業(yè)。其配套的取樣測試工具是一種通過電纜操作控制的井下液壓裝置，泥面以下的鉆具質(zhì)量和海底基盤將為測試探頭和液壓取樣管提供反力，可在鉆井全深度范圍內(nèi)進行作業(yè)。這種作業(yè)模式的系統(tǒng)復雜，配套設(shè)備多，運行成本高。

電視抓斗勘探技術(shù)電視抓斗勘探技術(shù)是通過科考船上的鎧裝電纜將抓斗下放至海底，以程序指令控制抓斗的開合來實施勘探作業(yè)。該裝置主要用于海底淺表層的勘探取樣，其驅(qū)動型式為水下液壓驅(qū)動，控制方式為甲板操作與自動控制相結(jié)合，抓斗最大工作水深6000 m，動力功率可達 4kW，抓樣面積大于1m ，可抓取200 kg 以上的樣品，抓斗質(zhì)量約2. 2 t。電視抓斗主要由抓斗機械裝置、鎧裝電纜和控制系統(tǒng)組成。抓斗上還裝有海底電視攝像頭、光源和電源等輔助裝置。在勘探作業(yè)過程中，用 A 吊將抓斗下放到離海底5 m 左右的高度，此時科考船慢速航行并通過船上的顯視器尋找采樣目標，當找到目標時立即下放抓斗，準備抓取樣品。電視抓斗的開啟與關(guān)閉通過抓斗內(nèi)的液壓機械手完成。在勘探作業(yè)時，首先利用甲板監(jiān)控平臺，在觀測海底地貌特征和海底樣品圖像的基礎(chǔ)上，通過控制電視抓斗水下作業(yè)狀態(tài)，使動力機械抓斗實現(xiàn)海底目標樣品的準確采集。2009 年 12 月 “大洋一號”科考船執(zhí)行 DY21 航次第四航段的大西洋洋中脊考察任務，在南大西洋洋中脊上利用我國自行研制的深海電視抓斗，首次獲取塊狀熱液硫化物樣品。

深海硬巖取樣鉆機勘探技術(shù)深海硬巖取樣鉆機是一種海底硬巖勘探裝置，用于深海底淺表地層固體礦產(chǎn)資源巖心鉆探取樣。在水下鉆探過程中，該鉆機可根據(jù)需要實現(xiàn)一次下水在海底不同位置鉆取 1 ～ 3 個巖心，適用于深海富鈷結(jié)殼礦產(chǎn)資源的勘探。該鉆機外形尺寸為1. 8 m ×1. 8 m ×2. 3 m，干質(zhì)量2. 8 t，適應水深 4 000 m，鉆孔深度 700 mm，取心直徑 60 mm。該硬巖鉆機鉆探深度淺，將配有逆變器的 220 V 油浸三相交流電機作為動力源，為液壓系統(tǒng)提供動力，以驅(qū)動鉆具回轉(zhuǎn)、進給等作業(yè)。該鉆機主油泵采用恒功率控制技術(shù)，在設(shè)定的鉆進壓力下，鉆頭切削巖石的扭矩隨巖石硬度的變化而變化。若針對不同巖性的巖石，則需給鉆頭提供足夠的扭矩以實現(xiàn)對巖石的切削。

液動沖擊式海底勘探技術(shù)液動沖擊式海底勘探取樣技術(shù)是一種利用高壓海水驅(qū)動高頻液動錘產(chǎn)生的強沖擊能量，來撞擊巖心管及鉆頭，同時對巖心管內(nèi)產(chǎn)生抽吸作用，使巖心樣品進入取樣管的勘探取樣手段。液動沖擊式海底勘探裝置可直接搭載在普通科考船上進行作業(yè)，在鉆具鉆進時，沖擊液動錘工作后的流體沿鉆具與井眼孔壁循環(huán)上返，使鉆具避免了沖擊巖心管引起的 “樁效應”，使井下工具鉆進取心完成后順利提出。該沖擊式勘探裝置適于水深 100 m 的海域，鉆進效率高，取樣長度 6 ～10 m，取心成本低。但隨著勘探深度的增加，摩擦力急劇增大，阻礙了土樣繼續(xù)進入管內(nèi)并造成樣品被壓實，巖心組織形態(tài)變化大。

重力柱狀勘探取樣技術(shù)重力柱狀勘探取樣技術(shù)主要用于海底淺表層取樣，以獲取柱狀沉積物樣品。根據(jù)觸底方式的不同，可分為重力柱狀取樣器和重力活塞取樣器。重力柱狀取樣器由重錘和取樣管組成。重力活塞取樣器由重錘、取樣管、釋放器系統(tǒng)和活塞系統(tǒng)等組成。在作業(yè)過程中，通過纜繩將取樣器釋放到水下，取樣器通過自由落體的方式插入海底，同時繩纜將內(nèi)置活塞迅速拉至取樣器頂部，海底沉積物也隨著活塞的上行而進入取樣器，最后其上的閘閥將取樣器底部閉合密封，完成取樣過程。重力柱狀取樣設(shè)備的質(zhì)量可達3 t，取樣管長度為2 ～18 m，直徑為 89、108 和 127 mm。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，但可控性差，勘探取樣精度低。2

國外海底資源勘探開發(fā)實踐現(xiàn)狀發(fā)展因素五個因素促使人類將海底資源勘探和開發(fā)的議題提上日程。

(1)對金屬需求的增加；(2)金屬價格的上漲；(3)從事開發(fā)行業(yè)的公司的高利潤；(4)陸源鎳、銅以及鈷硫化物儲存的減少；(5)深海資源勘探和開發(fā)的科學技術(shù)的發(fā)展。

勘探和開發(fā)實踐申請從事海底資源勘探和開發(fā)的企業(yè)不斷增加，深?；顒由婕暗馁Y源種類也由起初的多金屬結(jié)核擴展到多金屬硫化物和富鈷鐵錳結(jié)核。目前還是主要集中于對此類資源的勘探，有個別企業(yè)已經(jīng)開始了商業(yè)性開發(fā)。雖然商業(yè)性開發(fā)尚未普遍化，但是前述的五個因素必然會促使商業(yè)性開發(fā)的發(fā)展。情況如下：

(1)巴布亞新幾內(nèi)亞向加拿大Nautilus Mining Company發(fā)放了在其管轄海域內(nèi)的俾斯麥海(Bismarck Sea)開采海底資源的許可證。這意味著企業(yè)以及為其提供資金資助的金融機構(gòu)已經(jīng)意識到海底資源開采所可能帶來的巨大的經(jīng)濟上的利益。

(2)國際海底管理局第17屆會議于2011年7月11日至22日在管理局所在地牙買加金斯敦舉行，會議核準了瑙魯海洋資源公司、湯加近海采礦有限公司提交的兩份多金屬結(jié)核勘探工作計劃和中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會、俄羅斯聯(lián)邦自然資源和環(huán)境部提交的兩份多金屬硫化物勘探工作計劃。

(3)國際海底管理局第18屆會議于2012年7月16日至27日在管理局所在地牙買加金斯敦舉行。會議審議、通過并核準了《“區(qū)域”內(nèi)富鈷鐵錳結(jié)殼探礦與勘探規(guī)章》；核準韓國政府、法國海洋開發(fā)研究院提交的兩份多金屬硫化物勘探工作計劃和基里巴斯馬拉瓦研究與勘探有限公司、英國海底資源有限公司和比利時G—TEC海洋礦物資源公司提交的三份多金屬結(jié)核勘探工作計劃。

(4)國際海底管理局第19屆會議于2013年7月8日至26日在管理局所在地牙買加金斯敦舉行。會議核準了中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會和日本國家石油、天然氣和金屬公司分別提交的兩份富鈷結(jié)殼勘探礦區(qū)申請。

(5)2014年4月29日，國際海底管理局與中國大洋協(xié)會在北京就富鈷錳鐵結(jié)殼簽訂為期15年的勘探合同。中國大洋協(xié)會是管理局授予勘探許可的第十五個實體，也是第二個簽訂富鈷結(jié)殼勘探合同的實體。

規(guī)定海底資源增加隨著海底勘探科學技術(shù)的發(fā)展，目前管理局已經(jīng)就其他種類的資源完成制定《“區(qū)域”內(nèi)多金屬結(jié)核探礦和勘探規(guī)章》(2000年)和《“區(qū)域”內(nèi)多金屬硫化物探礦和勘探規(guī)章》(2010年國際海底管理局第16屆會議)，《“區(qū)域”內(nèi)富鈷鐵錳結(jié)殼探礦與勘探規(guī)章》(2012年國際海底管理局第18屆會議)。隨著海洋科研的進一步發(fā)展和進步，海洋學家發(fā)現(xiàn)區(qū)域海底存在多金屬硫化物，此種礦物亦具有極大的開發(fā)潛力和經(jīng)濟價值。1998年在俄羅斯的提議下．管理局開始進行有關(guān)開發(fā)多金屬硫化物的勘探規(guī)章的制定，并最終于海底管理局第16屆會議通過；隨后富鈷鐵錳資源亦進入管理局管制勘探和開發(fā)的對象，國際海底管理局于第18屆會議上通過有關(guān)富鈷鐵錳結(jié)核探礦和勘探的規(guī)章。

從上述的分析來看，各國已經(jīng)認識到深海資源勘探和開發(fā)活動可以帶來巨大的經(jīng)濟利益，技術(shù)發(fā)達的國家已經(jīng)開始積極投入深海海底資源勘探和開發(fā)活動中，并且有諸多國家已經(jīng)通過相關(guān)法律對本國的作業(yè)者的深?；顒幼鞒鲆?guī)制，英國為迎接新的海底勘探和開發(fā)時代的到來，于2013年就提出對其深海采礦法的修改，并于2014年3月通過了該法的修正案。以上諸因素加劇了我國開始并完善相關(guān)立法的緊迫性。我國作為海洋大國，在深海海底資源勘探和開發(fā)領(lǐng)域不應落后于其他國家。但是與其他國家相比，我國在這一領(lǐng)域尚未起步，相應的制度也未建立。

國內(nèi)海底勘探立法空間與必要考慮到深海海底資源潛在的巨大經(jīng)濟利益，國際上其他國家已經(jīng)開始了深海海底勘探和開發(fā)的活動。并且開始并完善相關(guān)立法，就目前的分析可知：

(1)從數(shù)量上看，進行深海海底資源勘探開發(fā)專門立法的國家并不多，但是海洋大國、強國基本都有了該方面的立法。

(2)深海海底資源勘探開發(fā)活動是一個漸進的過程，應該提前做好立法的準備，提高我國從法律制度上因應將來深海資源勘探開發(fā)過程中可能產(chǎn)生的法律問題的能力。

(3)從目前的發(fā)展狀況來看，中國對深海海底資源的需求比任何國家都迫切。

(4)中國的企業(yè)要走向大洋，進行深海海底資源的勘探開發(fā)，必須要有相應的國內(nèi)法律制度的規(guī)范、促進和保障。

(5)我們要有足夠的立法自信，在處理好與國際立法關(guān)系的同時，要及早掌握深海海底制度構(gòu)建、標準制定的話語權(quán)。因此，用戰(zhàn)略的眼光看，目前制定該方面的法律是緊迫的也是必須的。3