我國研發(fā)的“進(jìn)取者”深海底中深孔巖心鉆機(jī)能到達(dá)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(jì)網(wǎng)/鮑曉倩）

中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)3月11日訊 （記者 鮑曉倩）2015年3月2日，西南印度洋一場突如其來的大風(fēng)浪，讓“大洋一號”措手不及。陣風(fēng)11級、浪高5.5米，達(dá)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心不已，一個來回就是3天，完成第三航段任務(wù)的壓力更大了。

在距離祖國數(shù)萬公里的西南印度洋，執(zhí)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小時作業(yè)。時間緊、任務(wù)重，是船上科考調(diào)查隊(duì)員共同的感觸，也是我國在西南印度洋科考面臨的現(xiàn)實(shí)：根據(jù)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(nèi)，我國享有西南印度洋脊1萬平方公里海域的專屬勘探權(quán)，但在合同區(qū)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，我們需要盡快摸清這1萬平方公里的情況，短短10年間，開展資源和環(huán)境評價并決定區(qū)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(shè)備狀況、海洋天氣等未知因素影響。

熱液區(qū)意味著什么

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(yuǎn)征西南印度洋，執(zhí)行中國大洋34航次科學(xué)考察，計(jì)劃時間219天，航程約2萬海里。幾乎是在同時，2014年12 月至2015年2月，搭載我國首個載人深潛器“蛟龍?zhí)枴钡摹跋蜿柤t9號”也在西南印度洋執(zhí)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(biāo)。

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。熱液活動與大洋洋中脊的擴(kuò)張有關(guān)，新生洋殼物質(zhì)沿著洋中脊擴(kuò)張過程中會產(chǎn)生裂隙，海水沿著裂隙進(jìn)入深部，會與周邊圍巖物質(zhì)發(fā)生交換反應(yīng)，變成富含金屬的高溫?zé)嵋毫黧w，在一定條件下熱液從海底下部上升到海底表面堆積起來，就會形成 “黑煙囪”塊體即硫化物。

海底礦產(chǎn)資源之豐富遠(yuǎn)超人們的想象。據(jù)國際知名的硫化物研究專家Hannington估算，全球海底多金屬硫化物總含量達(dá)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(xiàn)的銅、鋅含量相當(dāng)。

“數(shù)年前的調(diào)查表明，在新幾內(nèi)亞海區(qū)正在勘探的索爾瓦拉海底硫化物1號遠(yuǎn)景區(qū)，樣品中金的含量高達(dá)1515克每噸。”中國大洋34航次地質(zhì)組組長、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(xiàn)100個左右的熱液區(qū)，到2014年，已有300多個熱液區(qū)被發(fā)現(xiàn)；而全球約6萬公里長的洋中脊只有約10%經(jīng)過較為詳細(xì)的調(diào)查。

自2007年以來，中國大洋調(diào)查航次在西南印度洋中脊開展了5個航次共計(jì)12個航段的海底熱液活動調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)了10余處熱液區(qū)，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(qū)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1萬平方公里多金屬硫化物資源礦區(qū)專屬勘探權(quán)合同，是自2010年國際海底管理局通過《多金屬硫化物探礦和勘探規(guī)章》后接受和核準(zhǔn)的第一份申請。

“第一個金屬硫化物勘探合同”意味著什么？陶春輝表示，第一個合同給了中國，充分說明了我國的大洋考察實(shí)力已經(jīng)得到國際認(rèn)可，中國可以也應(yīng)當(dāng)為人類開發(fā)利用海底資源做出貢獻(xiàn)；同時也意味著沒有經(jīng)驗(yàn)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(xiàn)的300多個熱液活動，超過60﹪分布在大洋中脊地區(qū)，其中40%位于國際海底區(qū)域。 國際海底區(qū)域面積達(dá)2.517億平方公里，占地球表面積的49%，是國家領(lǐng)土、專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)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(qū)域內(nèi)蘊(yùn)著豐富的戰(zhàn)略金屬資源，隨著深海調(diào)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)資源的勘探開發(fā)將成為現(xiàn)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(nèi)亞專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)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(jì)、所羅門群島、新西蘭和瓦努阿圖等南太平洋[0.85% 資金 研報]島國專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)超過49萬平方公里的硫化物勘探區(qū)。

海底硫化物資源的商業(yè)勘探在一定程度上推動了國際海底區(qū)域內(nèi)硫化物資源調(diào)查的發(fā)展。2011年，國際海底管理局第17次會議相繼核準(zhǔn)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(qū)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(quán)的國家，其申請區(qū)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(qū)。

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

深海技術(shù)成為關(guān)鍵

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

要把這些文字變?yōu)楝F(xiàn)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(xiàn)非常困難，而要發(fā)現(xiàn)非活動的熱液區(qū)更是難上加難。”陶春輝向經(jīng)濟(jì)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、超短基線系統(tǒng)等設(shè)備，并在“大洋一號”上得以應(yīng)用，而著“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器的試驗(yàn)性應(yīng)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(diào)查，是了解是否存在礦化異常的基礎(chǔ)手段，即由攜帶著照相機(jī)、攝像機(jī)及其他監(jiān)測儀器的拖體，在距離海底3-5米的高度由船拖著慢速前進(jìn)。大洋34航次第三航段熱液異常組組長吳家林博士介紹，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(yùn)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(yīng)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(jī)能到達(dá)最大水深為4000米的海底，進(jìn)入海底地層以下20米取樣。4000米深海意味著將承受40兆帕的壓力，相當(dāng)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、北京先驅(qū)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(qū)”巖心序列，這也是我國首次鉆取海底熱液活動巖心序列。“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的一次，”蘇新介紹，表層樣品中可見低溫?zé)嵋鹤饔眯纬傻牡鞍资虏坑懈邷匦纬傻狞S鐵礦，此外還有少數(shù)小型硫化物煙囪，這初步揭示了該區(qū)域有多次發(fā)育的熱液活動，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(qū)的精細(xì)調(diào)查。‘蛟龍?zhí)枴瘋?cè)重定點(diǎn)突破，‘大洋一號’在更廣的范圍內(nèi)進(jìn)行面上調(diào)查。二者可以互為補(bǔ)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(jié)束在“蛟龍”號的工作后于2月7日轉(zhuǎn)至大洋一號工作，在“向陽紅9號”期間，他搭乘乘“蛟龍?zhí)枴睗撝梁５子H自探索了4個熱液區(qū)。

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