2024年深海矿产资源开发利用科技发展报告中国可持续发展研究会

中国可持续发展研究会海洋资源开发技术与装备专业委员会 2024年4月 顾问专家组 李家彪中国工程院院士，自然资源部第二海洋研究所研究员李华军中国工程院院士，中国海洋大学教授知中国科学院院士，同济大学教授李茂林正高级工程师，长沙矿冶研究院有限公司许振强正高级工程师。广州海洋地质调查局 报告召集人 卓晓军长沙矿冶研究院有限贵任公司中国可持续发展研究会海洋资源开发技术与装备专业委员会主任委员 王文涛中国21世纪议程管理中心中国可持续发展研究会海洋资源开发技术与装备专业委员会副主任委员/秘书长 许学伟国家深海基地管理中心中国可持续发展研究会海洋资源开发技术与装备专业委员会委员 张涛中国地质调查局发展研究中心中国可持续发展研究会海洋资源开发技术与装备专业委员会委员 编写作者（按姓氏笔画排序） 王文涛中国21世纪议程管理中心李宇航中国21世纪议程管理中心 王金平中国科学院西北生态环境资源研究院杨永广州海洋地质调查局王莹莹中国石油大学（北京）张涛中国地质调查局发展研究中心王浩中国21世纪议程管理中心张东声自然资源部第二海洋研究所刘嘉玥天津大学张国斌上海交通大学许学伟国家深海基地管理中心陈丹东中国舰船研究设计中心杜新光中国船舶科学研究中心陈旭光中国海洋大学李艳中南大学郑皓长沙矿冶研究院有限责任公司李小虎自然资源部第二海洋研究所揭晓蒙中国21世纪议程管理中心李文华大连海事大学程阳锐长沙矿治研究院有限责任公司 C目录ATALOGUE I前言 第一章深海矿产资源 1 多金属结核3富钻结壳三、多金属硫化物5四、深海稀土6五、深海资源国际海底矿区 第二章深海矿产政策与法规 国际海底区域10国际海底管理局11=国际海底制度的发展13 第三章全球深海矿产资源开发利用科技进展15 文献计量分析16全球深海矿产勘探科技进展17全球深海采矿科技进展21 第四章我国深海矿产资源开发利用科技进展31 法律法规资源勘探三、资源开采四、环境保护五、优势平台 3233343540 第五章深海资源开发经济分析43 资源供需44深海矿产开发对陆地资源产生的影响47三、国际上的经济评价模型49 第六章发展展望 51 附：深海矿产资源开发利用科技创新大事记（2000-2023）54 前言 习近平总书记高度重视海洋强国建设，多次对海洋强国建设作出重要指示批示，强调要关心海洋、认识海洋、经略海洋，加快海洋科技创新步伐，并指出“深海蕴藏地球上远未认知和开发的宝藏，要得到这些宝藏，必须在深海进入、深海探测、深海开发等方面掌握关键技术。“党的二十大报告指出，“发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国。"海洋作为支撑未来发展的资源宝库和战略空间，开发利用海洋资源一直是世界强国的核心战略目标，而海洋资源开发利用的关键在于科技创新。 各国对缴费机制和环境影响等条款的争议，开发规章出台的日程一再拖延。 我国高度重视深海采矿科技研发工作，通过一系列科技发展规划，对深海矿产资源开发利用科技工作进行了系统全面部署，实施863计划海洋领域采矿项目，国家重点研发计划“深海关键技术与装备“、“深海和极地关键技术与装备“重点专项，推动了我国深海矿产勘探、开发、环保等技术取得阶段性突破，培养了一大批深海采矿人才，为未来我国深海采矿事业发展奠定了坚实基础。为系统梳理我国在深海矿产资源开发利用技术领域的研究进展，扎实推进我国深海矿产资源开发利用工作，中国可持续发展研究会海洋资源开发技术与装备专业委员会组织国内高水平专家编制了《中国深海矿产资源开发利用科技发展报告（2024年）》。本报告共分为6章。第一章深海矿产资源，主要介绍多金属结核、多金属硫化物、富钴铁锰结壳、深海稀土四种资源在全球的资源特征、分布状况、赋存机制等。第二章深海矿产政策与法规，主要介绍国际海底管理局的管理架构和制度体系，以及世界各国围绕深海矿产资源勘探开发所构建的法律制度体系。第三章全球深海采矿科技进展，基于文献计量分析了各国技术发展，并总结了不同阶段深海采矿技术的发展特点和研究技术进步成果。 近年来，全球深海矿产资源开发利用呈现出以下特点。一是各国对国际海底矿产资源勘探权益的争夺越来越激烈。截至2023年12月，全球勘探矿区已达31个，近十年国际海底矿区申请总数达21个。二是深海矿产资源开采进入勘探向开发转变的重要阶段。世界主要发达国象家纷纷加大对深海采矿相关技术的研发，并将深海矿产开发纳入国家海洋发展战略。欧盟、印度、日本等国家和地区投入大量的资金开展相关技术和装备的研发，开发技术日趋成熟热。三是国际深海矿产资源开发规章制定日程加快，制度体系日益健全。2022-2023年，国际海底管理局密集开会讨论修订开发规章，但受海洋环保意识的增强、 第四章我国深海采矿科技进展，总结了我国深海采矿法律法规、资源勘探、资源开采、环境保护、优势平台等方面进展，探讨了我国在深海矿产资源勘探、开发、环保、利用等领域存在的差距和不足。第五章深海采矿经济分析分析了铜、镍、钻等金属的全球供需形势，在预测未来需求的基础上，剖析了深海矿产资源开发的前景、缴费制度、经济评价等。第六章发展展望，提出了未来深海矿产资源开发利用的发展方向。 李华军院士、葛知潜院士、李茂林正高级工程帅、许振强正高级工程师担任顾问，第一章由李小虎负责，第二章由张国斌负责，第三章由郑皓负责，第四章由杜新光负责，第五章由李艳负责，第六章由张涛负责。另外，来自高校、科研院所、企业的儿十名专家为该报告提供了宝贵的建议，在此对大家的付出和努力表示衷心感谢！报告不足之处，敬请专家批评指正！ 本报告由来自十多家单位、不同专业领域的专家共同完成，李家彪院士、 第一章 深海矿产资源 深海是战略新疆域，蕴藏着地球上远未认知和开发的宝藏，它们是全人类共同继承的财产。深海矿产资源种类丰富且资源量巨大，多金属结核、多金属硫化物、富钴结壳和深海稀土是海底赋存的主要矿产资源类型（图1.1），其富含铜、镍、钴、稀土、锆、铬、钨、锡、钼、锑、锂等多种金属元索。其中，多金属结核主要分布于水深4000~6000m深海盆地，多金属硫化物主要分布于水深3000m以浅的大洋中脊、弧后盆地扩张中心和岛弧等区域，富钴结壳主要分布于水深800~3000m深海海山、海台或岛屿水下斜坡表面，深海稀土主要赋存于水深大于4000m深海盆地的富稀土沉积物中（图1.2）。 多金属结核 分布：多金属结核主要分布于东太平洋克拉里昂-克利珀顿断裂带（Clarion-ClippertonFractureZone，简称cC区）之间的区域，其次分布于萨摩亚海盆、稳鲁海盆、中印度洋海盆以及西太平洋海山和海脊周围的深海平原（见图1.3），在太平洋岛国和沿海国家的国家管辖范围内，包括日本、库克群岛和基甲巴斯等区域也分布有多金属结核资源（Heinetal.,2020）， 定义：多金属结核是一种富含钴、镍、铜、锰、钼和稀土等多种金属的深海矿产资源，由围绕一个核心的同心带状组成，核心一般为固结的沉积物、岩石颖粒、生物碎片或微结核等物质，金属元素主要来源于周围海水或沉积物中孔隙水。 成因：多金属结核的形成主要受到沉积物类型、初级生产力、碳酸盐补偿深度以及海底氧化还原条件等多种因素控制，通常产出于具有较低沉积速率的富氧深海平原地区（Halbachetal-,1981），主要分为水成成因和成岩成因型结核，分别由高氧海水中的元素沉淀和沉积物次氧化孔隙水中的元素沉淀。 资源量：东太平洋CC区是全球深海最重要的多金属结核富集区，目前国际上19个多金属结核合同区中有17个分布在CC区（见图1.3），包括中国大洋矿产资源研究开发协会（简称：中国大洋协会）多金属结核合同区和中国五矿集团有限公司（简称：中国五矿）多金属结核合同区。据估计，仅东太平洋CC区多金属结核总量达211亿吨（Heinetal.，2014）；与陆地关键金属储量对比，仅CC区的锰、镍、钴、铠和碲等金属量就超过了其在全球陆地的储量。 中国进展：我国于20世纪80年代开始深海多金属结核资源调查，特别是在CC区西部开展了高网度调查，于1991年成为全球第五个先驱投资者。2001年5月，中国大洋协会与国际海底管理局（简称：海管局）签订了勘探合同，获取了7.5万km"具有优先开发权的勘探合同区。此后中国五矿和北京先驱高技术开发有限公司分别于 2017年5月和2019年10月与海管局签订了勘探合同，在东太平洋CC区和西太平洋海盆区获得2块多金属结核勘探合同区。中国大洋协会正在执行第二次延期协议勘探工作，中国五矿和北京先驱正在分别执行第二个和第一个五年阶段勘探工作。 二、富钴结壳 定义：富钴结壳是一种富含钴、、铜、锰、铂族和稀土等多种金属的海底自生铁锰氧化物，又称富钻铁锰结壳、钻结壳、铁锰结壳等主要分布于海底高地，金属元素主要来源于周围海水或沉积物中孔隙水 资源量：全球富钴结壳分布总面积约1700万km²，其潜在资源量超过1000亿吨，钻金属资源量约为4亿吨（张富元等，2015），其中西太平洋主要分布区的潜在资源量约为75.33亿吨，钴金属资源量约为5千万吨。 成因：根据矿物组成，将富结结壳一股分为水成成因、热液成因和生物成因三种类型。其中水成成因是主要成因类型，该类型富钻结壳主要由铁锰氧化物和氢氧化物组成，钻含量最高。结壳按形态分类可分为板状结壳、陈状结壳和钻结核三种类型，其中板状结壳主要发育在海山平顶边缘及海山斜坡基岩之上，根据结壳厚度可以分为厚层板状结壳（结壳厚度≥6cm）、中厚层(4cm≤结壳厚度<6cm）和薄层（结壳厚度<4cm）板状结壳。 中国进展：我国自1997年起在麦哲伦海山群进行富钴结壳资源调查，已围绕30多座海山开展了十几个航次的调查，其中麦哲伦海山群、马尔库斯-威克海山群调查程度最高。2014年4月，中国大洋协会与海管局签订勘探合同，在西太平洋麦哲伦海山群获得了面积3000km"的富钻结壳勘探合同区。 分布：富钻结壳主要分布于海底海山、海台和海岭以及深海丘陵区域，西太平洋海山区是富钻结壳的主要分布区（图1.4），主要包括麦哲伦海山群、马尔库斯-威克海山群、马绍尔海山群、中太平洋海山群和莱茵群岛。 三、多金属硫化物 资源量：全球海底热液硫化物资源量是已知陆地上火山成因块状硫化物储量的600多倍（Cathles，2011），在海底扩张中心新火山带，全球海底硫化物资源量估计为6亿吨，其中分布于慢速和超慢速扩张洋中普的硫化物资源量占洋中背硫化物总资源量的86%。 定义：多金属硫化物是一种由海底热液活动形成的富含铜、锌、铁、铅及贵金属金、银、铂族等多种金属的深海矿产资源，通常由富含金属的高温热液流体与周国冷海水混合形成，主要矿物包括黄铁矿和白铁矿，以及最具有经济价值的黄铜矿和闪锌矿（AIt1995）。 成因：多金属硫化物是由来自洋壳深部的富含多金属元素的热液成矿流体与海水在洋壳浅层或表层混合过程中沉淀形成的多金属硫化物堆积体，根据地球动力学环境，基底岩石的性质水深、相分离过程和沉积物的成熟度等因素控制着硫化物矿床物质组成（FouquetandLacroix,2014) 。 中国进展：我国自2005年首次开展全球大洋科考航次以来，在印度洋、太平洋和大西洋开展了多金属硫化物资源调查工作。2007年，在西南印度洋中脊发现了首个活动的热液喷口一一龙口（Taoetal.，2012），这是国际上首次在超慢速扩张的西南印度洋中普发现活动的热液喷口。2011年11月，中国大洋协会与海管局签订了多金属硫化物勘探合同，在西南印度洋中普获得10000km"的勘探合同区。 分布：全球已发现390个多金属硫化物矿床或矿化点（图1.4），分布于不同构造环境，其中洋中脊区域、弧后扩张中心、火山弧区域和板内火山区域分别约占50%、23%、25%和8%，总体而言，分布以太平洋为主，其次为大西洋和印度洋。 四、深海稀土 资源量：深海稀土资源调查程度较低，资源量尚不清楚。据Kato（2011）初步估算，中北太平洋区和东南太平洋区两大海域