我國研發(fā)的“進(jìn)取者”深海底中深孔巖心鉆機能到達4000米海底 圖為進(jìn)入海底地層以下20米取樣（攝 中國經(jīng)濟網(wǎng)/鮑曉倩）

中國經(jīng)濟網(wǎng)3月11日訊 （記者 鮑曉倩）2015年3月2日，西南印度洋一場(chǎng)突如其來(lái)的大風(fēng)浪，讓“大洋一號”措手不及。陣風(fēng)11級、浪高5.5米，達到臺風(fēng)級別，“大洋一號”只能選擇停止作業(yè)，向北航行避風(fēng)。這讓中國大洋34航次首席科學(xué)家、國家海洋局第二海洋研究所研究員陶春輝憂(yōu)心不已，一個(gè)來(lái)回就是3天，完成第三航段任務(wù)的壓力更大了。

在距離祖國數萬(wàn)公里的西南印度洋，執行中國大洋34航次任務(wù)的“大洋一號”的工作模式是晝夜不休、24小時(shí)作業(yè)。時(shí)間緊、任務(wù)重，是船上科考調查隊員共同的感觸，也是我國在西南印度洋科考面臨的現實(shí)：根據我國2011年與國際海底管理局簽署的《多金屬硫化物勘探合同》，15年合同期內，我國享有西南印度洋脊1萬(wàn)平方公里海域的專(zhuān)屬勘探權，但在合同區勘查8年后，我國需放棄50%的面積，10年后要放棄75%面積，只能保留25%的面積。

“這意味著(zhù)，我們需要盡快摸清這1萬(wàn)平方公里的情況，短短10年間，開(kāi)展資源和環(huán)境評價(jià)并決定區域放棄，工作難度非常大。”陶春輝坦言，海底考察不同于陸地勘探，進(jìn)度很大程度上受設備狀況、海洋天氣等未知因素影響。

熱液區意味著(zhù)什么

2014年11月至2015年6月，我國大洋主力科考船“大洋一號”再次遠征西南印度洋，執行中國大洋34航次科學(xué)考察，計劃時(shí)間219天，航程約2萬(wàn)海里。幾乎是在同時(shí)，2014年12 月至2015年2月，搭載我國首個(gè)載人深潛器“蛟龍號”的“向陽(yáng)紅9號”也在西南印度洋執行中國大洋35航次科考任務(wù)。多金屬硫化物，是他們共同的目標。

海底硫化物資源主要集中在洋中脊和弧后盆地，是海底熱液活動(dòng)的主要產(chǎn)物，因其富含銅、鋅、鉛、金、銀、鐵等金屬元素成為一種潛在的海底礦產(chǎn)資源，備受關(guān)注。熱液活動(dòng)與大洋洋中脊的擴張有關(guān)，新生洋殼物質(zhì)沿著(zhù)洋中脊擴張過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生裂隙，海水沿著(zhù)裂隙進(jìn)入深部，會(huì )與周邊圍巖物質(zhì)發(fā)生交換反應，變成富含金屬的高溫熱液流體，在一定條件下熱液從海底下部上升到海底表面堆積起來(lái)，就會(huì )形成 “黑煙囪”塊體即硫化物。

海底礦產(chǎn)資源之豐富遠超人們的想象。據國際知名的硫化物研究專(zhuān)家Hannington估算，全球海底多金屬硫化物總含量達到10億噸，銅和鋅含量約3億噸，與陸地上新生代塊狀多金屬硫化物礦床發(fā)現的銅、鋅含量相當。

“數年前的調查表明，在新幾內亞海區正在勘探的索爾瓦拉海底硫化物1號遠景區，樣品中金的含量高達1515克每噸。”中國大洋34航次地質(zhì)組組長(cháng)、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）教授蘇新介紹，6年前，全球僅發(fā)現100個(gè)左右的熱液區，到2014年，已有300多個(gè)熱液區被發(fā)現；而全球約6萬(wàn)公里長(cháng)的洋中脊只有約10%經(jīng)過(guò)較為詳細的調查。

自2007年以來(lái)，中國大洋調查航次在西南印度洋中脊開(kāi)展了5個(gè)航次共計12個(gè)航段的海底熱液活動(dòng)調查，共發(fā)現了10余處熱液區，進(jìn)入了全球海底熱液考察的前列。繼2013-2014年大洋30航次后，中國大洋34航再赴西南印度洋，對我國硫化物資源合同區進(jìn)行勘探。

全球關(guān)注度不斷提升

我國與國際海底管理局簽訂的西南印度洋1萬(wàn)平方公里多金屬硫化物資源礦區專(zhuān)屬勘探權合同，是自2010年國際海底管理局通過(guò)《多金屬硫化物探礦和勘探規章》后接受和核準的第一份申請。

“第一個(gè)金屬硫化物勘探合同”意味著(zhù)什么？陶春輝表示，第一個(gè)合同給了中國，充分說(shuō)明了我國的大洋考察實(shí)力已經(jīng)得到國際認可，中國可以也應當為人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用海底資源做出貢獻；同時(shí)也意味著(zhù)沒(méi)有經(jīng)驗可循，科考任務(wù)更多需要在摸索中前行。

值得關(guān)注的是，目前全球已發(fā)現的300多個(gè)熱液活動(dòng)，超過(guò)60﹪分布在大洋中脊地區，其中40%位于國際海底區域。 國際海底區域面積達2.517億平方公里，占地球表面積的49%，是國家領(lǐng)土、專(zhuān)屬經(jīng)濟區及大陸架以外的海底及其底土，不受任何國家管轄。“這一廣闊的海底區域內蘊著(zhù)豐富的戰略金屬資源，隨著(zhù)深海調查技術(shù)的發(fā)展以及陸地礦產(chǎn)資源的日益消耗，海底礦產(chǎn)資源的勘探開(kāi)發(fā)將成為現實(shí)。”陶春輝斷言。

鸚鵡螺礦業(yè)公司（Nautilus Minerals）是世界上第一家致力于深海海底礦產(chǎn)資源勘探的公司，該公司于2005年對巴布亞新幾內亞專(zhuān)屬經(jīng)濟區內的硫化物資源進(jìn)行了商業(yè)勘探。截止到2011年12月，鸚鵡螺礦業(yè)已經(jīng)獲得湯加、斐濟、所羅門(mén)群島、新西蘭和瓦努阿圖等南太平洋[0.85% 資金 研報]島國專(zhuān)屬經(jīng)濟區內超過(guò)49萬(wàn)平方公里的硫化物勘探區。

海底硫化物資源的商業(yè)勘探在一定程度上推動(dòng)了國際海底區域內硫化物資源調查的發(fā)展。2011年，國際海底管理局第17次會(huì )議相繼核準了中國關(guān)于西南印度洋脊和俄羅斯關(guān)于北大西洋[2.57% 資金 研報]脊的硫化物礦區申請。2012年，韓國和法國成為第二批申請國際海底硫化物資源勘探權的國家，其申請區分別位于中印度洋脊和北大西洋中脊。德國和印度也相繼申請了洋中脊硫化物勘探合同區。

“海底資源的國際關(guān)注度不斷提升，基于我國當前的深海研究和技術(shù)現狀，如何開(kāi)展西南印度洋脊硫化物資源勘探和環(huán)境評價(jià)，并進(jìn)一步帶動(dòng)超慢速擴張洋脊的基礎科學(xué)研究，是我國目前面臨的巨大機遇和挑戰。”陶春輝說(shuō)。

深海技術(shù)成為關(guān)鍵

“在調查程度低的區塊開(kāi)展綜合異常拖曳探測調查，圈出礦化異常區；在兩個(gè)已知礦化區及礦化異常區開(kāi)展加密調查，圈出礦化區；在其他典型礦化區開(kāi)展中深鉆取樣，以得到上述重點(diǎn)區域硫化物礦體淺表空間分布認識。”這是中國大洋34航次第三航段的目標。

要把這些文字變?yōu)楝F實(shí)，并不容易。

“海底熱液噴口通常范圍很小，只有幾十米、上百米的范圍，要在二、三千米深的海底下發(fā)現非常困難，而要發(fā)現非活動(dòng)的熱液區更是難上加難。”陶春輝向經(jīng)濟日報記者介紹，為探索海底，我國自主研發(fā)了電視抓斗、綜合探測攝像拖體、超短基線(xiàn)系統等設備，并在“大洋一號”上得以應用，而著(zhù)“蛟龍號”載人深潛器的試驗性應用，我國海底探測的精確定點(diǎn)作業(yè)能力也有了較大提高。

綜合異常拖曳探測調查，是了解是否存在礦化異常的基礎手段，即由攜帶著(zhù)照相機、攝像機及其他監測儀器的拖體，在距離海底3-5米的高度由船拖著(zhù)慢速前進(jìn)。大洋34航次第三航段熱液異常組組長(cháng)吳家林博士介紹，拖體上的綁定化學(xué)傳感器、濁度傳感器、甲烷探測器等儀器，可了解近底海水的pH值、濁度、溶解氧、氧化還原電位、硫化氫濃度等，以判斷是否存在熱液異常。

運用電視抓斗可以抓取海底表面樣品，若要判斷硫化物厚度和分布情況，則需應用鉆孔方式。“我國自主研發(fā)的‘進(jìn)取者’深海底中深孔巖心鉆機能到達最大水深為4000米的海底，進(jìn)入海底地層以下20米取樣。4000米深海意味著(zhù)將承受40兆帕的壓力，相當于每平方厘米上有400公斤的壓力。”大洋34航次中深鉆組組長(cháng)、北京先驅高技術(shù)有限公司工程師鐘路介紹。

中深鉆作業(yè)是中國大洋34航次的重頭戲。2月22日，“大洋一號”利用“進(jìn)取者”首次獲取了“斷橋熱液區”巖心序列，這也是我國首次鉆取海底熱液活動(dòng)巖心序列。“海底巖心進(jìn)尺共10米多，這是我國在西南印度洋海底硫化物鉆探取樣最長(cháng)的一次，”蘇新介紹，表層樣品中可見(jiàn)低溫熱液作用形成的蛋白石，下部有高溫形成的黃鐵礦，此外還有少數小型硫化物煙囪，這初步揭示了該區域有多次發(fā)育的熱液活動(dòng)，顯示了較好的成礦條件。

載人深潛器的作用至關(guān)重要。“有了‘蛟龍’就能進(jìn)行熱液區的精細調查。‘蛟龍號’側重定點(diǎn)突破，‘大洋一號’在更廣的范圍內進(jìn)行面上調查。二者可以互為補充、互相支持，這也是他們共探西南印度洋的重要原因。”陶春輝結束在“蛟龍”號的工作后于2月7日轉至大洋一號工作，在“向陽(yáng)紅9號”期間，他搭乘乘“蛟龍號”潛至海底親自探索了4個(gè)熱液區。

探索深海面臨技術(shù)挑戰。我國要在全球海底資源勘探中發(fā)揮重要作用，離不開(kāi)深海技術(shù)的發(fā)展，“大洋一號”和“蛟龍號”還只是邁出了第一步。