第二节海底矿产资源及其开发
海底矿产资源开发技术
第五章海底矿产资源开发技术海洋不仅覆盖地球面积的71%,而且淹没着及其丰富的海底矿产资源;其种类之多、储量之大、品味之高,是陆地同类矿产无法比拟的;在地球上已发现的百余种元素中,有80余种在海洋中存在,其中可提取的有60余种;可以说,海水是巨大的“液体矿床”;此外,已经探明,海底还富集着大量固体矿床,包括多金属结核、铁锰结壳、热液,估计贮量约有3万m3;目前已经开采的石油,有30%来自海洋;1海洋石油的产值在海洋经济总产值中名列首位,而海滨与浅海矿砂是目前投入开发的第二大矿种;海洋矿砂品种繁多,已开采的有锡石、锆英石、钛铁矿、磁铁矿、金江石、金、独居石、磷、红柱石等;海底矿产资源中,更大量的是潜在资源,如大洋锰结核、海底热液矿、富钴结壳等;海底矿产资源概述海洋矿产资源主要是指海底油气、多金属结核、海底热液和海滨、浅海中的砂矿资源;5.1.1 海底矿产的分类1按性质可分为金属矿产、非金属矿产和燃料矿产;2按矿产的结构形态可分为沉积物矿非固结矿和基岩矿固结矿;沉积矿包括海滩矿砂、大陆架沉积矿和深海沉积物矿；基岩矿主要是指海底松软沉积物以下硬岩中的矿藏,包括非固态的石油、天然气和固态的硫磺、岩盐、钾盐、煤、铁、铜、镍、锡和重晶石等;23按照可持续发展的战略思想及人们的认识和勘探开发程度海洋矿产资源可划分为已开发利用的矿产资源、尚待开发利用的矿产资源、具有潜在开发价值的矿产资源;35.1.2 海洋矿产开采的特点由于海洋是一个独立的自然地理单元,决定了海洋矿产开发具有与陆地资源开发所不同的特点;1由于深海的极端环境;深海矿产资源都赋存于水深千米的深海底,多金属结核赋予水深5000~6000m的海底表面、富钴结壳生长在水深2000~4000水深的海山上,热液硫化物多赋存与2000~2500m水深的海床;极端环境的表现如下：海水腐蚀；海底无自然光；海洋环境的风、浪、六等构成复杂流场；深海大部分地方处于1℃的低温,而热液口的温度高达近400℃;这样一个复杂超长的极端环境,给深海作业及装备的可靠性和维修更换维修周期等提出许多极高的要求,工作设备要承受高达20~60MPa的巨大水压,海水中电磁波传播衰减严重,其技术开发难度毫不逊色于太空技术;2由于海底矿产资源的特殊赋存状态;目前陆地上具有经济开采价值的金属矿产资源,不论是露天开采还是地下开采,基本上都是采用钻孔爆破,有轨、无轨车辆或提升机、皮带输送等方法进行开采;然而,深海底的多金属结核以及直径仅数厘米的结核状赋存于极稀软的海底沉积物表面、富钴结壳以厚度仅数厘米的壳层黏附在地幸福在的海山基岩上、热液硫化物虽然已大块矿床形式存在,但矿床规模都相对较小,沿用陆地上的现有开采技术不具备经济开采价值;因此,深海矿场资源的开采原理、工艺和装备都不能直接移植陆地上已发展成熟的采矿技术;海洋采矿是涉及诸多行业和学科的高技术密集型的系统工程,如地学、机械、电子、通讯、冶金、化工、物理、化学、流体力学等学科和造船业、远洋运输业等行业支持海洋矿产的开发;同样,海洋采矿的发展势必促进这些行业和学科的进一步发展,这就具有重要的战略意义;3深海采矿环保限制标准;除与陆地采矿一样有废水废渣的处理外,深海采矿作业中对海底的扰动程度将是一个极为重要的有别于陆地采矿的限制标准,使得深海采矿的技术难度进一步增加;海洋采矿中应注意与其它海洋资源开发之间的关系;它们之间相互促进、相互制约;此外在开采中还要注意保护海洋环境,避免污染和破坏海洋生态平衡,即注意开发和保护之间的矛盾,所以需要精细的管理,以求获得最佳的经济、环境和社会效益的统一;4国外实践表明,海洋深海矿产开采新技术,从开始研制到投入实际应用,通常需要10～20年的时间,周期较长;如日本从1975～1997年投资10亿美元,研究锰结核的勘探和技术开发,进入试采阶段;美国与日本几乎同期开始进行大洋矿区的勘探和采矿技术的研究,累计投资15亿美元;印度、英国、意大利等国也经过了长期的研究;可见各发达国家这种长期的投入研究不仅仅是解决国内经济发展的需求,主要是面向未来,是对未来的研究和投资;5海洋矿产开发具有国际性的特点;海底矿产资源可能是跨国界或共享的,涉及各有关国家之间的利益,需要国际之间的协调和合作;4海底矿产资源勘探方法5海底矿产资源的勘探方法分为浅海勘探和深海勘探;深海勘探的对象主要是锰结核矿、热液矿；浅海勘探的对象很多,有石油、煤、铁和各种金属矿砂;勘探方法有直接方法和间接方法;直接方法主要有观测和取样；而间接方法主要有声学探测技术、地球物理方法和地球化学方法5.2.1 直接方法5.2.1.1 观测及观测海底矿床在海底中的位置,在浅的水域主要靠潜水员进行观测,而在较深的水域要靠载人潜水器进行观测;较常用的直接观测海底的方法是利用照相机和水下电视;目前水下照相机在海洋地质调查中一发展成一种比较完善的工具,在研究海洋矿床方面已被广泛地采用;水下照相机能够连续的的拍摄海底相片,在拍摄过程中使用照相机刚好高于海底的位置上拖曳,同时周期性的被触发;目前已利用各种具有广角镜头并能拍摄数百帧照片的大型静止照相机;德国采用的70mm海底静止照相机,能曝光大约300次;这种照相机由具有能源和电子控制装置的照相机、闪光灯和触发器三部分构成;当粗发起重锤触及海底;它能够自动摄取海底照片;最新的发展是以声呐控制代替机械能触发器并配备自返式取样装置,在拍摄照片后自动返回海面而被回收;但是水下照相的缺陷是不能连续的进行探矿不得不将照相机从海底回收,并且必须等到照片冲出来以后才能获得光宇海床矿床的资料;利用水下电视可以连续的监测海底,并可将观测结果录制成碟永久保留;但由于海底缺少光线以及摄像系统的分辨率不得不以缓慢的速度拖曳,因此在水下电视操作期间所耗费的船时相对较多;5.2.1.2 取样采集矿物样品是探查浅海海底及大洋底矿产资源的最基本、也是最重要的手段;主要有以下几种（1）表层取样即采用工具获取还低表面物质样品;常用的取样器有“绳索抓斗取样器”;抓斗下降时都是开口的,当接触海底后即自动抓砂封闭;利用绳索抓斗取样器在海底捞取矿样,由于它灵活机动,不受海水深度限制,海底不平整和粒度大小不均匀都没关系,因而成本低,使用广泛;单只能捞取海底表层的矿样;绳索抓斗取样器另外,较常用的还有金属链条货绳索构成的拖斗式货拖网式表层取样器;斗和网都有细孔,可以漏水,它们一般是在深海中用以捞取结核矿、岩块、砾石等样品这种古老而又新颖的取样方法,因其成本低、灵活机动、不受海水深度的限制而使用较广;但所获取样品往往会混在一起,所以仅能用作定性研究,不能定量分析;2柱状取样未用各种采样管采取海底以下一定深度的柱状样品;常见的取样管有重力取样管、水压取样管、活塞取样管;活塞取样管的工作要点是：着底时,活塞的下面通常要紧紧地黏在海底泥土的表面不动,而只让管子完全插入泥土中;上述柱状取样管都需船只停止航行后用用钢缆吊着取样管到达海底取样这种方法既费时,又费事;近年来,国外研制了一种“自动返回沉积物取样器”,又称,“无缆取样器管”;这种取样器用漂浮材料制成,可以携带重物和采泥器或照相机,自由降落到海底,在到达海底并采集样品或对海底照相以后,携带的重物自行脱落,而漂浮材料是采泥器货照相机浮出水面,一旦露出水面,讯号器立即启动,发射无线电信号,使船上的工作人员很容易发现它而取回样品;经试验,在水深1000m处,整个取样过程仅需15min;利用各种类型的取样管一般可获取海底以下几米、十几米、甚至几十米的沉积物柱状样品;据报道,前苏联“勇士”号调查船曾用真空式取样管取得长达34m的柱状样品,而其沉积结构没有受到任何重大的破坏和扰乱;这种采样设备的问世,将过去的单点采样改变为连续采样;柱状取样3钻探取样海上钻探取样和陆上钻探取样的工艺过程相似,也分浅孔钻探和深孔钻探两类;浅孔钻探适用于海底砂层下部矿物的取样,也可用于采集锰结核和海底沉积的柱状样品;金刚石、锡石和砂金由于密度大,都富集在砂层的下部,越接近下部底岩,矿砂就越丰富,所以需要用钻孔提取矿砂层下部的矿样、钻孔深度不等,视砂层厚度而定,由1m到30m以上,钻孔直径由10cm 到90cm;在砂层中钻孔速度很快,因而成本也不高;使用的都是空心钻,以便提出岩心,这样取的岩心矿样在质量上有保证,可以做定量分析用;常用的钻探装置有旋转钻,落锤钻,打桩钻,震动钻;4深孔钻探对海底坚硬岩层勘探就要用深孔钻探;深孔钻探是最后的钻探手段,费用很高;对于石油、天然气、煤、铁等矿床应先用地球物理方法进行初步勘探,然后才能决定是否需要打钻机,并决定打孔的位置和钻孔的深度;近年来,深孔钻钻技术发展的很快,现在陆地上钻孔最大深度已超过万米,海底钻孔深度则已达6966m;随着水下矿产勘探重要性的日益增长,已出现将观测和取样合并为一个系统的设备;如把水下电视系统与拖网相结合的拖网使用;拖网悬挂在电视机外壳下面,在电视机框架到达海底时,拖网就在海底上取样;用这种方法,在电视观测期间就能够获取样品,保证了取样区就是想要观测的区域;此外深潜技术的发展,是大洋矿产资源的调查勘探出现新的突破;载人潜水器可将观测人员送入几千米的水下,利用观察窗或声呐直接观测海底矿物,并利用机械手采集矿物样品;5.2.2间接方法间接方法是在勘探中并不与岩石矿物直接接触,而是利用精度很高的仪器来探测岩石矿物的性质和埋藏深度的勘探方法;如利用声学探测技术中的回声探测仪、旁侧扫描声呐等,利用岩石矿石具有各种不同的物理性质,如密度、容重、磁性、导电性等物理性质,采用地球物理方法等;1水声学探测技术利用回声侧探测仪可以了解海底的地形,获取海底图像;还可以利用它测定中层水发射面的存在;如在对红海充满卤水的盆地进行勘探中已经证明回声测深特别有用,他可以观测到深部的卤水和海水之间的密度界面;低频回声测深仪可以穿透沉积物上层,并能准确判定海底地形地貌,如可以显示是否存在海底火山岩;这种火山岩对于采矿作业危害极大,因为采矿作业主要使用海底拖曳工具;侧扫描声纳可以测量精细的海底地形地貌,因此,对海底的砂坡和砂带的探测非常有效,在大洋矿产资源勘探中具有广阔的使用前景;由于锰结核往往富集在小山坡上和起伏不大的海底上,而不是富集在平滑的海底平原上,所以利用远程侧扫描声纳在含锰结核的海底上拖曳,就可以勾划出所勘探的几十公里宽的海底上的不同地形的位置,然后在每个位置上采集回收锰结核样品,已决定丰富的高品位锰结核所需要的最有利的深海环境;因此,利用侧扫描声纳可以发现任意含锰结核地区中的其他的富集区;此外,高分辨率的侧扫描声纳还可以绘出粗糙海底锰结核分布地区的概况;用于海底探矿的其他声学设备,还有声学地层剖面仪;深水多普勒海流剖面仪和水下高速声信息传输系统;利用地层剖面仪可以探测数千米水下的海底沉积层厚度及地质构造,实时获得海底地质剖面图,利用多普勒流苏剖面仪可以在航行中连续测量水层剖面的多个层次的流速,最多可达侧扫声纳多普勒流速剖面仪64个层次,甚至更多;测量的数据由计算机实时处理;水下高速声信息传输系统可以将海底观察到的电视图像和声图像输送到水面;2地球物理方法此方法为应用物理学原理来研究地质构造,寻找地下矿藏的方法;岩石矿石具有各种不同的物理性质,物理勘探就是测探它们的物理性质,如密度、弹性、磁性、电性、放射性等物理性质的差异,及探测地球物理场的变化,然后分析所获得的资料,从而推断矿产分布情况;如不同岩石矿石对声波振动波传播的速度不同,岩石矿石越密传播声波的速度就越大,利用这种原理来勘探的勘探方法就是地震法;同岩石矿石有不同的密度,密度大的岩体就产生大的吸引力;岩石矿石都或多或少的带有磁性,不同岩石有不同的磁性,探测岩石矿石的磁性以区分其种类,这就是磁力法;不同岩石矿石的导电性能不同,个别的矿体还能产生自然电流,这就要用电法来勘探,在电法中又有电阻法和电磁法等;3地球化学勘探此方法为系统的测量海水、海底沉积物和岩石等的地球化学性质,以发现与矿化有关的地球化学异常的一种探矿方法;海洋地球化学勘探通常采集海水、海底表层沉积物的岩石样品,在船上实验室进行分析测定某些元素的微迹含量等工作;在油气勘探、滨海砂矿、磷块岩、热液矿床、铁锰结核、铁锰矿等重要海洋矿产的发现中都起到了十分重要的作用;近年来,对海域地球化学测量给予了肯定的评价,认为这是一种经济、快速而有效的方法;据报道,近十几年来,世界各国对近海地区100多万平方公里进行了油气地球化学调查,圈定了123个油气远景区,并在大量的数据的基础上研制出预测油气资源的地球化学模式;4导航技术在深海探矿中必须具备精确的导航定位能力,特别是在探矿过程的最后阶段,利用导航定位技术,以便当完成使命的自返式采样器和自返式水下照相机返回海面时,海面船只能够找到它们,将它们回收上来;目前,应用比较广泛的是卫星导航与远程无线电导航系统结合,并由雷达系统加以补充;对比较小的区域进行详细勘察时,作为导航参考点可以使用无线电或雷达浮标以及置于海底的声纳应答器;近年来,国际上出现了多用途海底矿产资源综合勘探船,集采样、光学、声学、导航技术为一体;船上配备了精密导航仪器,勘探装置和采样装置,可以在远离陆地的深海环境中工作;这种勘探船的问世,大大提高了探矿速度和精度;海洋矿产开采技术方法号1 石油、天然气石油钻井平台、钻探装置、海底采油系统早已进入工业化生产,是非常成熟的开采技术;我国自主开发研制的一批技术装置达到或接近国际先进水平提取石油、天然气2 多金属结核矿1.连续铲斗提升采矿系统2.管道提升采矿系统3.穿梭潜水集矿机系统4.海底自动采矿系统基本完成小试,进入中试阶段;管道提升采矿系统被认为是非常有前途的开采方法;国内首先对这种方法进行研究取得了初步成果提炼出具有战略意义的多种金属3 海底热液矿床3 其它矿产各种采掘装置和大深度挖泥机基本成熟的方法,进入工业化生产;但我国以土法采选为主,技术落后、生产效率低提取铁砂、金砂、锡砂及其它矿物5.3.1近海油气资源6天然气水合物是一种在低温-10～+100℃和高压1～9Ma条件下由气体和水合成的类冰固态物质,又称可燃冰;它的分子结构比较特殊,是刚性的等轴笼架结构六方晶体的水分子中存在甲烷分子;所以,天然气水合物中的有用组分主要为,此外还含有少量的H2S、CO2、N2和其它烃类;它具有极强的储载气体的能力,一个单位体积的天然气水合物可储载100～200倍于这个的气体储载量;5.3.1.1天然气水合物的赋存环境饱和的天然气水合物的能量密度很大,因为晶体结构迫使甲烷分子相互紧密结合在一起不论压力或深度如何变化,水合物的能量密度总是固定的;在一定的压力—温度条件下,原生赋存具有经济潜力的天然气水合物广泛分布在永久冻土带和大陆外部边缘的浅层沉积物中;如图11海洋中的天然气水合物海洋中的天然气水合物通常存在于水深500～4000 m压力为5～40 MPa、温度～25℃的环境中;迄今为止,发现最富集的海洋水合物矿床位于沿紧邻老洋壳的被动大陆边缘沉积物中,最著名的是美国东南海岸的布莱克外海岭;对布莱克海岭的初步评价认为,其中很小的地区所含的甲烷等量于美国数百年来的天然气用量总和;2永冻层中的天然气水合物永冻层中的天然气水合物存在于极地的低压低温区,在俄罗斯、加拿大和阿拉斯加的陆地及大陆架上均有发现,是以一种永冻的水—冰和水合物的混合物形式存在的;Max等认为,海域永冻层水合物是在陆架暴露出水面时,最近一次冰川作用下形成的,之后在海进期陆架被淹没;3水合物层之下的常规天然气藏含水合物岩层可对常规油、气藏起到屏蔽作用,气水合物层之下往往有大型常规气藏;与水合物相关的甲烷既可产出于水合物本身,也可圈闭于水合物稳定带下方;圈闭于天然气水合物带的常规天然气或石油比包含于气水合物中的非常规天然气在目前更具经济价值;5.3.1.2 天然气水合物的开采方法天然气水合物的开采实质上就是使地下的水合物分解,再将分解出来的甲烷气体抽到地面上来;依据水合物相平衡原理,天然气水合物的开采通常有降压法、热激法和试剂注入法3种基本方法;1减压法减压法是指通过钻探方法或其他途径降低水合物层下面的游离气体聚集层位的平衡压力,当压力达到水合物分解压力时,界面附近的天然气水合物转化为气体和水;降低压力能达到水合物分解的目的;一般是通过在水合物层之下的游离气聚集层中“降低”天然气压力或形成一个天然气“囊”由热激发或化学试剂作用人为形成,与天然气接触的水合物变得不稳定并且分解为天然气和水;这种技术在西西伯利亚的Messoyhaka气田得到了应用;开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一种有效方法,另外通过调节天然气的提取速度可以达到控制储层压力的目的,进而达到控制水合物分解的效果;减压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发,因而可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一;2热激法该方法是指在压力一定的条件下,注入蒸气、热水、热盐水或其它热流体,也可采用开采重油时使用的火驱法或钻柱加热器法,对水合物稳定层进行加热,将设计区段的温度提高到分解温度,这一温度下,所注热量完全用于水合物的分解作用;再用导管将析出的天然气收集于贮藏器内或采取采集常规天然气输气管道的方式将其输送到船载贮藏器;这种方法的问题在于储层和水中的大量热能损失,效率很低;特别是在永久冻土区,即使利用绝热管道,永冻层也会降低传递给储集层的有效热量;如果没有热损,注入能量是开发能量的10%左右;有热损时,注入能量可能会超过气体的价值;这种方法非常昂贵,且要求向下注热和向上采气同步进行;近年来,为了提高热激法的效率,人们采用了井下加热技术,井下电磁加热方法就是其中之一;实践证明电磁加热法是一种比常规开采技术更为有效的方法,其在开采重油方面已显示出它的有效性,该方法的使用将会给热激法带来不错的前景;3试剂注入法采用诸如盐水、酒精等抑制剂流体,可降低水合物的冻结点,将抑制剂注入井内会引起熔融;近来人们又发现了另外两种新型的阻止技术,即以表面活性剂为基础的反聚结技术和阻止晶核成长的动力学技术;其总体思想都是注入某些化学试剂,以改变水合物形成的相平衡条件,促进水合物分解;此方法较热刺激缓慢得多,花费昂贵,但初始输入能量较低;由于海洋水合物中压力太高,用这种方法可有效地改变相界曲线,但回采气体较困难;4其他开采技术Holder等人对水合物的开采技术进行过大量的研究,除上面介绍的3种方法外,还提出了置换开采和混合开采的理念;置换法的原理是甲烷水合物所需的稳定压力较CO2高,在某一压力条件下,甲烷水合物不稳定,而CO2水合物却是稳定的,这时CO2进入到天然气水合物中,与水形成水合物,这时所释放的热量可用于分解天然气水合物;用CO2水合物来置换天然气水合物的研究已经开展起来,然而复杂的相变过程可能会给这一方法的实施带来一定的困难;混合法原理是先将洋底粉碎,开采混有固体水合物的混合物,在提升过程中水合物就可能分解;混合开采法目前还没有深入研究,但也很有建设性意义;从以上各方法的使用来看,仅采用某一种方法来开采水合物是不明智的,只有综合不同方法的优点才能达到对水合物的有效开采;降压法和热激法技术的联合使用是目前最受推崇的方案,用热激发法分解气水合物,而用减压法提取游离气体;5.3.1.3 水合物勘探开发前景海洋气水合物是全球天然气水合物资源开发的重头戏,不仅因为海洋气水合物占总资源量的大半以上,而且分布广泛,它不像陆上天然气水合物仅局限在少数的几个高纬度国家的永冻带或两极,对那些滨海而又缺乏能源的国家来说,天然气水合物则带来了很大的希望和寄托;不仅含天然气水合物地层本身存在巨大无比的甲烷资源,而且往往在含天然气水合物层之下同时还蕴藏了巨大的常规天然气资源;在永冻区开发常规天然气,不可避免地会遇到天然气水合物问题;一般来说,永冻区的天然气水合物形成深度总是浅于常规气藏的深度,它像盖层一样封闭了其下的常规天然气,高浓度的水合物和与气有关的水合物盖层的探测为深层的烃类勘探提供了指导;因此,开发天然气水合物不是单一的资源开发,而是一种综合开发;。
海洋矿产资源 及其 分布
海洋矿产资源及其分布解决人口剧增、资源匮乏和环境恶化三大日益严峻挑战的对策之一就是充分合理利用可持续开发且潜力巨大的资源宝库——海洋。
世界各临海国家，尤其是发达国家都把调查研究和合理开发海洋资源作为经济社会可持续发展的战略环节，采取措施、增加投入、优先发展海洋科学和开展海洋资源开发研究。
1海洋资源海洋资源主要包括海洋物质资源、海洋能源和海洋空间三大类；海洋资源的分布规律与海洋资源开发关系密切。
1.1海洋资源的分类海洋资源是相对于陆地资源而言的，包括传统海洋生物、溶解在海水中的化学元素和淡水、海水中所蕴藏的能量、海底的矿产资源以及海洋能资源、海洋空间资源（表1）。
1.2海洋资源的分布海洋资源的形成和分布受一定的自然规律支配，其分布受海底地貌的影响较大。
在不同海底地貌区，形成了不同类型的海洋物质资源、海洋能源和海洋空间资源（表2）。
2海洋主要矿产资源海洋是巨大的资源宝库，海底和滨海地区蕴藏着丰富的矿产资源。
海洋矿产资源种类多，按照海洋矿产资源形成的海洋环境和分布特征，从滨海浅海至深海大洋分布有：滨海砂矿、石油与天然气、磷钙土、多金属软泥、多金属结核、富钴结壳、热液硫化物以及未来的替代新能源——天然气水合物。
海洋矿产资源丰富，未来的世界将进入全面开发利用海洋的时代，随着社会的发展，尤其是陆地上资源和能源因消耗剧增而日趋减少，人类的生存与发展必将越来越依赖于海洋。
2.1滨海砂矿资源海洋砂矿资源分布与沿海大陆架地区，主要矿种有：金属矿物中的钛铁矿、金红石、锆石、磁铁矿（钛磁铁矿）；稀有金属矿物中的锡石、铌钽铁矿；稀土矿物中的独居石、磷钇矿；贵金属矿物中的砂金、金刚石、银、铂；非金属矿物中的石英砂、贝壳、琥珀等。
2.2海底煤矿海底煤矿是指埋藏于海底岩层中的煤矿，一般是陆地煤田向海底延伸的部分。
海底煤矿作为一种潜在矿产资源已越来越被世界各国重视，尤其是陆地煤矿资源缺乏而工业技术先进的国家更是不可多得的资源。
英国、土耳其、加拿大、智利、澳大利亚、新西兰、日本等国均有不同规模的海底煤矿开采、开发，并获得了巨大的经济社会效益，中国亦有海底煤田分布（表5）。
海洋资源及其开发_课件
1. 分布：
海底石油和天然气主要分布在近海大陆架 的沉积盆地中
分布区： 波斯湾、加勒比海的帕里亚湾和委内瑞拉 湾、北海、墨西哥湾和我国的近海。
波斯湾、加勒比海的帕里亚湾和委内瑞拉湾、北海、墨西哥湾和我国的近海
（渤海、北黄海、东海大陆架、珠江口、北部湾、莺歌海）
2、世界油气开发的进程
发展过程： 沿岸、近海至深海（大陆隆）
3）开发利用现状： 进入了商业化阶段；安全、稳定不受降水的季节影响但因成本
较高，尚未普及。
海水淡化厂主要分布于：
1、沿海干旱、半干旱的地区。如科威特、沙特阿拉伯等国家
2、淡水供应紧的岛屿。
3、沿海淡水紧缺的城市。
一、海洋化学资源及其开发
2、海水淡化
1）海水直接利用：
①工业冷却水 ②冲洗水 ③灌溉用水
三、海洋生物资源及其开发
1、海洋生物资源的储量 2、海洋生物资源的主要类型 3、海洋生物资源的分布及原因
大陆架海域
分布 温带海区
寒暖流交汇海区或冷海水上泛区
大陆架海域
阳光集中，生物的光合作用强； 沿岸陆地径流带来丰富的营养盐类。
原因
温带海区
季节变化显著，冬季上泛的底部海 水有丰富的营养盐类。
寒暖流交汇海区或冷海水上泛区
②海面极少平静，波浪随时可以利用 ③清洁的能源 ④可再生的能源
⑤波浪能不稳定，开发利用难度大
（2）分布：
40---60°西风带地区（南半球比北半球大） 赤道无风带----波浪能少
极地----多结冰----波浪能少
（3）利用现状： 波浪能发电为航标灯提供电能
3、潮汐能及其利用
海底矿产资源开发.ppt
中国主要油田
• 大庆油田 位于黑龙江省西部，松嫩平原中部，地处哈尔 滨、齐齐哈尔市之间。 • 胜利油田 地处山东北部渤海之滨的黄河三角洲地带，主 要分布在东营、滨洲、德洲、济南、潍坊、 淄博、聊城、烟台等8个地市的28个县(区) 境内，主要工作范围约4.4万平方公里。 • 辽河油田 油田主要分布在辽河中下游平原以及内蒙古东 部和辽东湾滩海地区。
(如油制气)则含有一氧化碳等有毒气体，一旦发生泄漏将对人造 成直接伤害。另外，天然气的燃点也比液化石油气要高，相对不 易起火燃烧。天然气比空气轻，而液化气则要比空气重，一旦发 生泄漏，前者极易随风飘散，不容易造成隐患；而后者则容易积 聚在低洼处，形成重大隐患；此外，引发天然气的爆炸极限也比
液化石油气的爆炸极限要窄得多。
如何开采？
• 一，连续绳斗法 (CLB)开采法 是最早提出的扬矿方式和开采方法 (见图 1)。 在一根缆索上每隔 25～50 m吊挂一个链斗 , 通过采矿船船首和船尾 (单船式 )或 2条船上 (双船式 )安装的缆索导引轮形成无极循环运 转 ,从海底将结核铲起并提升到海面。该系统 于 20世纪 70年代曾多次在海上成功地进行试 验 ,其优点是系统设备简单、维修方便、投资 小 ,但存在采矿效率和资源回收率低 ,要求海底 地形平坦、缆绳容易缠绕等问题 ,已基本被淘 汰。
中国锰结核开发步伐
• 1978年，“向阳红05号”海洋调查船在太平洋 4000米水深海底——首次捞获锰结核。 • 在夏威夷西南，北纬7度至13度，西经138度至 157度的太平洋中部海区，探明—可采储量为20 亿吨的富矿区，圈出了有足够的商业价值的30万 平方千米的申请区。其中15万平方千米的区域作 为国际海底管理局的保留区，另15万平方千米的 区域为我国的开辟区，相当于一个海南岛的面积。 1991年3月，“联合国海底管理局”正式批准了 这一申请。
高中地理第二单元开发海洋资源第二节海底矿产资源及其开发素材鲁教版选修2
第二单元开发海洋资源第二节海底矿产资源及其开发疏导引导1.海底矿产资源（1）海底矿产资源尤其油气开发是一项高投资、高技术难度、高风险的工程。
海洋油气开发包括三个方面内容，首先是海底油气资源的勘探，可采用地震波的方法；其次利用海上钻井平台基地开采；最后是海洋油气的输送，一般采用船舶运输和管道运输。
而整个过程投资巨大、风险大、技术难度高，一般采用国际合作和工程招标方式。
（2）海底矿产资源的种类及分布。
海底矿产资源分为滨海砂矿、油气资源和多金属结核。
在近岸带的滨海砂矿中，富集着砂、贝壳等建筑材料和金属矿产；在大陆架浅海海底，埋藏着丰富的石油、天然气以及煤、硫、磷等矿产资源；在多数海盆中，广泛分布着深海锰结核。
（3）油气田的分布：波斯湾、北海、几内亚湾、马拉开波湖、墨西哥湾、加利福尼亚海岸等地区。
案例探究问题1为什么说开发利用海洋资源是经济发展的大趋势?探究思路：因为海洋中有丰富的资源，主要有海洋水资源、海水化学资源、海洋生物资源和海底矿产资源；而陆地资源因过度开发而日益枯竭，所以在当今全球粮食、资源、能源供应紧张与人口迅速增长的矛盾日益突出的情况下，开发利用海洋中丰富的资源已是经济发展的大趋势。
问题2为什么近海大陆架海域是海洋资源的主要集中地区?探究思路：海洋渔业资源主要集中在沿海大陆架海域，也就是从海岸线延伸到水下大约200米深的大陆海底部分。
主要因为这里阳光集中，生物光合作用强，入海河流带来丰富的营养盐类，因浮游生物繁盛，吸引大量鱼类来此觅食。
一般来说，温带海区要多一些，主要是温带地区季节变化显著，冬季表层海水和底部海水发生交换时，上泛的海水含有的丰富的营养盐类物质被带到表层，同时寒暖流交汇或有冷海水上泛，饵料都较丰富，均可形成天然的渔场。
世界主要渔场北海渔场、秘鲁渔场、北海道渔场、纽芬兰渔场均集中在这一海域。
2.滨海砂矿滨海砂矿指分布在海岸带及水下松散沉积层中的矿藏。
河流和风把陆地上的岩矿碎屑物质带入海中，再经海浪、潮汐、沿岸流等外力的分选和搬运，便在海滨的适宜地段富集成矿。
海洋矿产资源及其开发 PPT课件 鲁教版
• A.波斯湾—曼得海峡—马六甲海峡 • B.波斯湾—霍尔木兹海峡—马六甲海峡 • C.波斯湾—霍尔木兹海峡—直布罗陀海峡 • D.波斯湾—霍尔木兹海峡—德雷克海峡
• 目前以探明的滨海砂矿中，储量最
大的是（ C ）
• A.重砂矿
B.锡砂矿
• C.石英砂矿 矿
D.金刚石砂
关于多金属结核矿说法正确的是
实都是祝愿。
•
8、人生的旅途中，最清晰的脚印，往往印在最泥泞的路上，所以，别畏惧暂时的困顿，即使无人鼓掌，也要全情投入，优雅坚持。真正改变命运的，并不是等来的机遇，而是我们的态度。
•
9、这世上没有所谓的天才，也没有不劳而获的回报，你所看到的每个光鲜人物，其背后都付出了令人震惊的努力。请相信，你的潜力还远远没有爆发出来，不要给自己的人生设限，你自以为的极限，只是别人的起点。写给渴望突破瓶颈、实现快速跨越的你。
3. 分布：水深3500—6000米的洋底
4. 形态和大小：
褐色，结核状，直径几微米到几十厘 米，最重几十千克
锰 结 核
读图思考：世界大洋中的多金属结核主要分 布在哪个大洋中？
储量：
• 多金属结核总储量3万亿吨。太平 洋底约1.7万亿吨。夏威夷群岛东 南海区最为富集、最具开采价值。 北太平洋东部50N—150N的区域 是全球锰结核最具开发前景的区域 之一。
用船舶或海底管道运输
世界石油分布、运输
直
布
罗大
波 斯 湾
霍 尔 木 兹 海
阿 拉 伯
红海 地中海 印度洋 好望角
陀西 海洋 峡
大西洋
海
马
峡
印度洋
六 甲
太平洋
海
峡
三.多金属结核和海底热液矿
海底矿产资源及其开发资料课件
我国海底矿产资源开 发产业政策
我国政府通过制定产业政策，鼓 励和支持海底矿产资源开发产业 的发展。产业政策包括产业结构 调整、产业组织优化、产业技术 进步等方面的规定，旨在提高产 业的竞争力。
我国海底矿产资源开 发科技政策
科技政策是推动海底矿产资源开 发的重要手段。我国政府通过制 定科技政策，加强海底矿产资源 开发领域的科技创新和人才培养 ，提高产业的科技水平。
随着科技的不断发展，深海矿产资源开发的技术和装备将不断进步，为未来的海底矿产资源开发提供了更多可能 性。
国际合作与协调成为重要趋势
由于海底矿产资源的全球性特征，国际合作与协调将成为未来海底矿产资源开发的重要趋势，以保障资源的可持 续利用和公平分配。
谢谢聆听
底资源勘探项目。
05
02
项目概述
我国在南海北部进行了大规模的锰结核矿开 发，该项目是我国深海矿产资源开发的重要 实践之一。
04
案例二
东海海底资源勘探项目
06
实施情况
经过多年的勘探和研究，该项目已经探明了东 海海底的多种矿产资源，为后续的开发工作提 供了重要的科学依据。
பைடு நூலகம்
未来海底矿产资源开发趋势
技术进步推动深海矿产资源开发
地球化学勘探技术
通过采集和分析海底沉积物、海水、生物等样品，检测其中的微量元素、同位素等化学成分，来间接推断海底矿产资 源的分布和丰度。包括多金属结核调查、海底岩心钻探等。
遥感技术
利用卫星或飞机搭载的遥感设备，通过接收和解析电磁波信号，获取海底地形地貌、水动力条件、矿产 分布等信息。包括高光谱遥感、合成孔径雷达等。
海底矿产资源开发标准
为了提高海底矿产资源开发的效率和安全性，各国政府和 国际组织制定了一系列的海底矿产资源开发标准，包括勘 探、开采、加工、运输、销售等方面的技术标准和安全标 准。这些标准为海底矿产资源开发提供了指导和规范。
20182019学年高中地理第二单元开发海洋资源第二节海底矿产资源及其开发素材鲁教版选修2-精选学习文档
第二单元开发海洋资源第二节海底矿产资源及其开发疏导引导1.海底矿产资源（1海洋油气开发包括三个方面内容，首先是海底油气资源的勘探，可采用地震波的方法；其次利用海上钻井平台基地开采；最后是海洋油气的输送，一般采用船舶运输和管道运输。
（2海底矿产资源分为滨海砂矿、油气资源和多金属结核。
在近岸带的滨海砂矿中，富集着砂、贝壳等建筑材料和金属矿产；在大陆架浅海海底，埋藏着丰富的石油、天然气以及煤、（3）油气田的分布：波斯湾、北海、几内亚湾、马拉开波湖、墨西哥湾、加利福尼亚海岸等地区。
案例探究问题1为什么说开发利用海洋资源是经济发展的大趋势?探究思路：因为海洋中有丰富的资源，主要有海洋水资源、海水化学资源、海洋生物资源和海底矿产资源；而陆地资源因过度开发而日益枯竭，所以在当今全球粮食、资源、能源供应紧张与人口迅速增长的矛盾日益突出的情况下，开发利用海洋中丰富的资源已是经济发展的大趋势。
问题2为什么近海大陆架海域是海洋资源的主要集中地区?探究思路：海洋渔业资源主要集中在沿海大陆架海域，也就是从海岸线延伸到水下大约200米深的大陆海底部分。
主要因为这里阳光集中，生物光合作用强，入海河流带来丰富的营养盐类，因浮游生物繁盛，吸引大量鱼类来此觅食。
一般来说，温带海区要多一些，主要是温带地区季节变化显著，冬季表层海水和底部海水发生交换时，上泛的海水含有的丰富的营养盐类物质被带到表层，同时寒暖流交汇或有冷海水上泛，饵料都较丰富，均可形成天然的渔场。
世界主要渔场北海渔场、秘鲁渔场、北海道渔场、纽芬兰渔场均集中在这一海域。
2.滨海砂矿物质带入海中，再经海浪、潮汐、沿岸流等外力的分选和搬运，便在海滨的适宜地段富集成矿。
滨海砂矿具有分布广、矿种多，储量大、开采方便和易于选矿等特点，开发投资相对较少。
目前已探明的滨海砂矿中，储量最大的是石英砂矿。
石英可用作建筑材料，还可从中提取半导体材料硅。
硅是微电子、宇航等工业生产的重要材料。
滨海重砂矿的种类多，用途广。
海底矿产资源及其开发 ppt课件(优秀版)
海底矿产资源及其开发
一、滨海沙矿 请大家看书完成学案
海底矿产资源及其开发
二、石油和天然气
1. 分布：
• 海底石油和天然气主要分布在近海大陆架 的沉积盆地中
• 分布区： 波斯湾、加勒比海的帕里亚湾和委内瑞拉 湾、北海、墨西哥湾和我国的近海。
北海
波斯湾
墨西哥湾
几内亚湾
加勒比海和 委内瑞拉
波斯湾、加勒比海的帕里亚湾和委内瑞拉湾、北海、墨西哥湾和我国的近海
超过2__亿_年__
3. 板块构造学说（ ★ ★目前公认学说） （1）理论观点：
①地球岩石圈不是整体一块，而是被许多 _海__岭_和__海__沟_断裂构造带分割成若干单元，称为板 块，全球岩石圈可分为六个规模巨大的板块。
②板块边界为__地_壳__活__动__带__，_多__火__山__、__地_震。板块 内部地壳运动比较平缓
你应该选择保送读大学的。麦克深情地对妻子说：你是我做过的最好选择，只是我忘记了。
你很容易找到。他是我们三年级二班的一个男生，晨会、做操、放学排路队时总是站在第一排，教室里最脏的抽屉一定是他的。对了，他的书包通常不是放在课桌抽屉里，而是扔在地 上。几乎每节课我都要提醒他或是帮他捡起，但下节课再来看，他的书包又咧着大嘴躺在了地上，书本散落一地，他的双脚，正无情地踩在一个练习本上……每每此时，我都无语凝噎， 不忍直视那么，他的抽屉里不放书包放什么？课外书、牛奶盒、瓜皮果壳、小玩具、蚂蚁、毛毛虫、小树枝、黑乎乎的樟树籽、金灿灿的棕榈树籽……总之，五花八门，应有尽有。老 师刚收缴了一批，立马他又塞进另一批……其更新换代的速度堪比火箭发射，让人叹为观止……因为小Z的不讲卫生，每到周一换座位时，轮到坐他座位的同学总是叫苦连天、自认倒 霉，皱着眉头、捂着口鼻一遍一遍地擦，先用抹布蘸着水擦，再用纸巾擦，直到完全闻不到异味才勉勉强强坐下。尽管如此，小Z同学却有很多的好朋友。每次分组活动，大家都抢着
高中地理 海2.2海底矿产资源及其开发教案 鲁教版选修2
第二单元开发海洋资源第二节海底矿产资源及其开发教学目标：1、知识和技能（1）知道海底石油、天然气的分布和开发特点（2）了解多金属结核和海底热液矿在海底的分布、开发利用的前景2、过程和方法（1）、运用图表资料，说出海底矿产资源开发利用的现状和特点（2）、运用图表，分析海底矿产资源的分布特点3、情感、态度、价值观培养正确的海洋观念和科学探索精神教学重点：海底矿产资源开发利用的特点和现状教学难点：海洋油气资源、深海锰结核分布及开发利用前景课程类型：新授课教学方法：1、自习辅导2、讨论法教学准备：1、布置学生预习2、课件制作课时安排：一课时第二单元开发海洋资源第一节海底矿产资源及其开发一、课前准备：1.滨海砂矿特点;石英砂矿作用金红石作用主要类型独居石作用锆英石作用主要分布地区2石油和天然气世界石油和天然气的运输路线3多金属结核和海底热液矿床多金属结核：矿物组成分布自身特点海底热液矿床：种类所含有的矿物埋藏特点二、课堂生成：（一）要点1 海底矿产资源类型及分布知识点1 海底矿产资源分布过程——自习课本、观察图片知识点3 石油天然气分布过程——探究活动探究活动1 中东波斯湾沿岸是目前世界上石油储量最大、出产和输出石油最多的地区。
阅读“世界海洋油气田分布和海上石油运输路线”图回答：（1）、石油输出方式：（2）、主要输往国家和地区：（3）、主要输出路线：、、引申：已探明的海上油气田集中在：未探明的油气区主要集中在北极地区、南极洲、非洲、南美洲和澳大利亚周围海域。
总体分布很不均衡，其分布的共性是：中低纬度浅海大陆架。
探究活动2 《海洋地理学-学习与评价》P46（1）结合世界大洋海底石油和猛结核分布图说明海底石油和锰结核在分布上有何不同（2）分析多金属结核将成为未来具有战略意义的金属的稳定来源的原因三课堂小结为本节课设计知识体系[应用提升]1、下列叙述正确的是A．海底矿产勘探和开发投资少、技术难度小、风险低B．多金属结核主要分布在大陆架海区C．煤、石油分布在大洋盆地中D．海底矿产的分布具有一定的规律2、关于海底石油分布的正确叙述是A．海底石油的分布很平衡B．海底石油主要分布在大陆坡海区C．北极地区没有石油D．波斯湾、北海、几内亚湾等海域探明储量较高3、读海底地形图分析，下列叙述正确的是A．海洋生物分布最集中的是②处表层的海域B．①处海底蕴藏丰富的锰结核和沙矿C．③处的海底地形往往是板块相互碰撞造成的D．④处海盆的沉积环境有利于石油、天然气形成读海洋开发利用方式示意图，完成4～5题。
深海矿产资源开发与利用.
附近的中太平洋海底。
三，评价：深海资源开采价值
天然气水合物
• 分布主要在北半球，以太平洋边缘海域最多 • 总量换算成甲烷气体约为1.8×1011～2.1×1011m3， 相当 于全球煤炭、石油和天然气储量的两倍，被认为是21 世纪 可供开发的潜力很大的新能源
四，思考：深海采矿对环境的影响
开采深海底矿产对环境产生影响不容置疑。
二，分析：深海开采技术现状
4，集矿机集矿和管道提升采矿系统
集矿机集矿和管道提升采矿系统是在上世纪70 年代 深海多金属结核研究高峰期，以美国为首的 KENNECOTT、OMI、OMA 和OMCO 四个国际财团历经 十年的时间开发出来的。该系统主要由集矿、扬矿、水 面采矿船和测控动力四个子系统组成。水力和气力提升 两种方法从系统概念提出以来， 一直被国际社会列为重 点试验研究的开采系统。
由于海底热液硫化物富含大量的贵金属，矿藏量大， 水浅易开采，按照目前深海技术发展水平推断，热液 硫化物有望成为深海采矿的首采对象。
三，评价：深海资源开采价值
富钴结壳
富钴结壳于400～4000m 水深海山表面、富含铁、
锰、钴、镍、钛，平均品位分别是17%、23%、0.7%、 0.48%、1.2%） 海底有6.35×106 km2 被钴结壳覆盖，可生产 100亿t 的钴矿床主要分布在全球海洋的海山、中脊和海台的 斜坡和顶部， 勘探表明目前最具开采潜力的结壳矿床位于赤道
三，评价：深海资源开采价值
在陆地上的矿产资源日益枯竭、矿产资源越来越紧张的情 况下，深海无疑是人类扩大生存空间和储备生存资源的重 要途径，解开人类资源能源日益匮乏难题的钥匙也许就在 深海中。对于整个人类的生存来说，这是一项具有深远意 义的战略行动。
三，评价：深海资源开采价值
海洋资源的开发与利用
海洋资源的开发与利用一、引言海洋是地球上最广阔的资源。
海洋资源的开发与利用涉及到广泛领域，包括海洋能源、海洋生物资源、海洋矿产资源等。
它们被广泛地应用于工业生产、能源开发、食品加工、医药研究等多个领域。
本文将介绍海洋资源的概念、分类以及其开发与利用的现状及问题。
二、海洋资源分类海洋资源可分为三大类：海洋能源、海洋生物资源、海洋矿产资源。
1. 海洋能源海洋能源是指通过利用海水中的物质和海底动力等方式获取能源。
它主要包括：海水动力能、潮汐能、波能、海洋温差能和海洋生物制氢能。
2. 海洋生物资源海洋生物资源是指在海洋环境下生存和繁殖的生物组织、有机物和无机物等自然资源。
它主要包括：海洋捕捞业、水产养殖业、海洋生物工程以及生物医药等领域。
3. 海洋矿产资源海洋矿物资源是指分布于海洋底部的矿物资料，包括海床热液矿、气体水合物、锰结壳、钴结壳、铜结壳等。
三、海洋资源的开发与利用1. 海洋能源的开发与利用（1）海水动力能通过利用海潮、海流、海浪等海水运动能量作为动力源进行发电、提水、蓄能等工作。
例如，英国海峡的中英洲潮湾水力发电站就是利用潮汐能进行发电。
（2）潮汐能通过利用潮汐的高、低潮高差，采用水轮机、液压发电机等设备将潮汐能转换成电能。
例如，加拿大魁北克省的拉彭特-吉斯特潮汐电站，是目前世界上最大的潮汐能发电站之一。
（3）波能利用海浪产生的机械波能，通过波浪能发电机等设备将波能转换成电能。
例如，墨西哥的萨雷克-玛瑙梅海上波能发电厂是全球规模最大的波浪能电站之一。
2. 海洋生物资源的开发与利用（1）海洋捕捞业海洋捕捞业是指在海洋中对鱼类、贝类、虾蟹等水产品进行捕捞的行业。
目前，全球捕捞量已经达到了1亿吨以上。
（2）水产养殖业水产养殖业是指在海洋环境下对鱼类、贝类、虾蟹等水产品进行养殖的行业。
由于全球海洋面积广阔，水产养殖业在发展过程中面临的问题较少，其生产和效益均较可观。
（3）海洋生物医药海洋生物医药研究在近年来呈现出飞速的增长。
海底矿产资源开发技术
第五章海底矿产资源开发技术海洋不仅覆盖地球面积的71%;而且淹没着及其丰富的海底矿产资源..其种类之多、储量之大、品味之高;是陆地同类矿产无法比拟的..在地球上已发现的百余种元素中;有80余种在海洋中存在;其中可提取的有60余种..可以说;海水是巨大的“液体矿床”..此外;已经探明;海底还富集着大量固体矿床;包括多金属结核、铁锰结壳、热液;估计贮量约有3万m3..目前已经开采的石油;有30%来自海洋..1海洋石油的产值在海洋经济总产值中名列首位;而海滨与浅海矿砂是目前投入开发的第二大矿种..海洋矿砂品种繁多;已开采的有锡石、锆英石、钛铁矿、磁铁矿、金江石、金、独居石、磷、红柱石等..海底矿产资源中;更大量的是潜在资源;如大洋锰结核、海底热液矿、富钴结壳等..5.1 海底矿产资源概述海洋矿产资源主要是指海底油气、多金属结核、海底热液和海滨、浅海中的砂矿资源..5.1.1 海底矿产的分类1按性质可分为金属矿产、非金属矿产和燃料矿产..2按矿产的结构形态可分为沉积物矿非固结矿和基岩矿固结矿..沉积矿包括海滩矿砂、大陆架沉积矿和深海沉积物矿；基岩矿主要是指海底松软沉积物以下硬岩中的矿藏;包括非固态的石油、天然气和固态的硫磺、岩盐、钾盐、煤、铁、铜、镍、锡和重晶石等..23按照可持续发展的战略思想及人们的认识和勘探开发程度海洋矿产资源可划分为已开发利用的矿产资源、尚待开发利用的矿产资源、具有潜在开发价值的矿产资源..35.1.2 海洋矿产开采的特点由于海洋是一个独立的自然地理单元;决定了海洋矿产开发具有与陆地资源开发所不同的特点..1由于深海的极端环境..深海矿产资源都赋存于水深千米的深海底;多金属结核赋予水深5000~6000m的海底表面、富钴结壳生长在水深2000~4000水深的海山上;热液硫化物多赋存与2000~2500m水深的海床..极端环境的表现如下：海水腐蚀；海底无自然光；海洋环境的风、浪、六等构成复杂流场；深海大部分地方处于1℃的低温;而热液口的温度高达近400℃..这样一个复杂超长的极端环境;给深海作业及装备的可靠性和维修更换维修周期等提出许多极高的要求;工作设备要承受高达20~60MPa的巨大水压;海水中电磁波传播衰减严重;其技术开发难度毫不逊色于太空技术..2由于海底矿产资源的特殊赋存状态..目前陆地上具有经济开采价值的金属矿产资源;不论是露天开采还是地下开采;基本上都是采用钻孔爆破;有轨、无轨车辆或提升机、皮带输送等方法进行开采..然而;深海底的多金属结核以及直径仅数厘米的结核状赋存于极稀软的海底沉积物表面、富钴结壳以厚度仅数厘米的壳层黏附在地幸福在的海山基岩上、热液硫化物虽然已大块矿床形式存在;但矿床规模都相对较小;沿用陆地上的现有开采技术不具备经济开采价值..因此;深海矿场资源的开采原理、工艺和装备都不能直接移植陆地上已发展成熟的采矿技术..海洋采矿是涉及诸多行业和学科的高技术密集型的系统工程;如地学、机械、电子、通讯、冶金、化工、物理、化学、流体力学等学科和造船业、远洋运输业等行业支持海洋矿产的开发..同样;海洋采矿的发展势必促进这些行业和学科的进一步发展;这就具有重要的战略意义..3深海采矿环保限制标准..除与陆地采矿一样有废水废渣的处理外;深海采矿作业中对海底的扰动程度将是一个极为重要的有别于陆地采矿的限制标准;使得深海采矿的技术难度进一步增加..海洋采矿中应注意与其它海洋资源开发之间的关系..它们之间相互促进、相互制约..此外在开采中还要注意保护海洋环境;避免污染和破坏海洋生态平衡;即注意开发和保护之间的矛盾;所以需要精细的管理;以求获得最佳的经济、环境和社会效益的统一..4国外实践表明;海洋深海矿产开采新技术;从开始研制到投入实际应用;通常需要10～20年的时间;周期较长..如日本从1975～1997年投资10亿美元;研究锰结核的勘探和技术开发;进入试采阶段;美国与日本几乎同期开始进行大洋矿区的勘探和采矿技术的研究;累计投资15亿美元;印度、英国、意大利等国也经过了长期的研究..可见各发达国家这种长期的投入研究不仅仅是解决国内经济发展的需求;主要是面向未来;是对未来的研究和投资..5海洋矿产开发具有国际性的特点..海底矿产资源可能是跨国界或共享的;涉及各有关国家之间的利益;需要国际之间的协调和合作..45.2 海底矿产资源勘探方法5海底矿产资源的勘探方法分为浅海勘探和深海勘探..深海勘探的对象主要是锰结核矿、热液矿；浅海勘探的对象很多;有石油、煤、铁和各种金属矿砂..勘探方法有直接方法和间接方法..直接方法主要有观测和取样；而间接方法主要有声学探测技术、地球物理方法和地球化学方法5.2.1 直接方法5.2.1.1 观测及观测海底矿床在海底中的位置;在浅的水域主要靠潜水员进行观测;而在较深的水域要靠载人潜水器进行观测..较常用的直接观测海底的方法是利用照相机和水下电视..目前水下照相机在海洋地质调查中一发展成一种比较完善的工具;在研究海洋矿床方面已被广泛地采用..水下照相机能够连续的的拍摄海底相片;在拍摄过程中使用照相机刚好高于海底的位置上拖曳;同时周期性的被触发..目前已利用各种具有广角镜头并能拍摄数百帧照片的大型静止照相机..德国采用的70mm海底静止照相机;能曝光大约300次..这种照相机由具有能源和电子控制装置的照相机、闪光灯和触发器三部分构成..当粗发起重锤触及海底..它能够自动摄取海底照片..最新的发展是以声呐控制代替机械能触发器并配备自返式取样装置;在拍摄照片后自动返回海面而被回收..但是水下照相的缺陷是不能连续的进行探矿不得不将照相机从海底回收;并且必须等到照片冲出来以后才能获得光宇海床矿床的资料..利用水下电视可以连续的监测海底;并可将观测结果录制成碟永久保留..但由于海底缺少光线以及摄像系统的分辨率不得不以缓慢的速度拖曳;因此在水下电视操作期间所耗费的船时相对较多..5.2.1.2 取样采集矿物样品是探查浅海海底及大洋底矿产资源的最基本、也是最重要的手段..主要有以下几种（1）表层取样即采用工具获取还低表面物质样品..常用的取样器有“绳索抓斗取样器”..抓斗下降时都是开口的;当接触海底后即自动抓砂封闭..利用绳索抓斗取样器在海底捞取矿样;由于它灵活机动;不受海水深度限制;海底不平整和粒度大小不均匀都没关系;因而成本低;使用广泛..单只能捞取海底表层的矿样..绳索抓斗取样器另外;较常用的还有金属链条货绳索构成的拖斗式货拖网式表层取样器..斗和网都有细孔;可以漏水;它们一般是在深海中用以捞取结核矿、岩块、砾石等样品这种古老而又新颖的取样方法;因其成本低、灵活机动、不受海水深度的限制而使用较广..但所获取样品往往会混在一起;所以仅能用作定性研究;不能定量分析..2柱状取样未用各种采样管采取海底以下一定深度的柱状样品..常见的取样管有重力取样管、水压取样管、活塞取样管..活塞取样管的工作要点是：着底时;活塞的下面通常要紧紧地黏在海底泥土的表面不动;而只让管子完全插入泥土中..上述柱状取样管都需船只停止航行后用用钢缆吊着取样管到达海底取样这种方法既费时;又费事..近年来;国外研制了一种“自动返回沉积物取样器”;又称;“无缆取样器管”..这种取样器用漂浮材料制成;可以携带重物和采泥器或照相机;自由降落到海底;在到达海底并采集样品或对海底照相以后;携带的重物自行脱落;而漂浮材料是采泥器货照相机浮出水面;一旦露出水面;讯号器立即启动;发射无线电信号;使船上的工作人员很容易发现它而取回样品..经试验;在水深1000m处;整个取样过程仅需15min..利用各种类型的取样管一般可获取海底以下几米、十几米、甚至几十米的沉积物柱状样品..据报道;前苏联“勇士”号调查船曾用真空式取样管取得长达34m的柱状样品;而其沉积结构没有受到任何重大的破坏和扰乱..这种采样设备的问世;将过去的单点采样改变为连续采样..柱状取样3钻探取样海上钻探取样和陆上钻探取样的工艺过程相似;也分浅孔钻探和深孔钻探两类..浅孔钻探适用于海底砂层下部矿物的取样;也可用于采集锰结核和海底沉积的柱状样品..金刚石、锡石和砂金由于密度大;都富集在砂层的下部;越接近下部底岩;矿砂就越丰富;所以需要用钻孔提取矿砂层下部的矿样、钻孔深度不等;视砂层厚度而定;由1m到30m以上;钻孔直径由10cm 到90cm..在砂层中钻孔速度很快;因而成本也不高..使用的都是空心钻;以便提出岩心;这样取的岩心矿样在质量上有保证;可以做定量分析用..常用的钻探装置有旋转钻;落锤钻;打桩钻;震动钻..4深孔钻探对海底坚硬岩层勘探就要用深孔钻探..深孔钻探是最后的钻探手段;费用很高..对于石油、天然气、煤、铁等矿床应先用地球物理方法进行初步勘探;然后才能决定是否需要打钻机;并决定打孔的位置和钻孔的深度..近年来;深孔钻钻技术发展的很快;现在陆地上钻孔最大深度已超过万米;海底钻孔深度则已达6966m..随着水下矿产勘探重要性的日益增长;已出现将观测和取样合并为一个系统的设备..如把水下电视系统与拖网相结合的拖网使用..拖网悬挂在电视机外壳下面;在电视机框架到达海底时;拖网就在海底上取样..用这种方法;在电视观测期间就能够获取样品;保证了取样区就是想要观测的区域..此外深潜技术的发展;是大洋矿产资源的调查勘探出现新的突破..载人潜水器可将观测人员送入几千米的水下;利用观察窗或声呐直接观测海底矿物;并利用机械手采集矿物样品..5.2.2间接方法间接方法是在勘探中并不与岩石矿物直接接触;而是利用精度很高的仪器来探测岩石矿物的性质和埋藏深度的勘探方法..如利用声学探测技术中的回声探测仪、旁侧扫描声呐等;利用岩石矿石具有各种不同的物理性质;如密度、容重、磁性、导电性等物理性质;采用地球物理方法等..1水声学探测技术利用回声侧探测仪可以了解海底的地形;获取海底图像..还可以利用它测定中层水发射面的存在..如在对红海充满卤水的盆地进行勘探中已经证明回声测深特别有用;他可以观测到深部的卤水和海水之间的密度界面..低频回声测深仪可以穿透沉积物上层;并能准确判定海底地形地貌;如可以显示是否存在海底火山岩..这种火山岩对于采矿作业危害极大;因为采矿作业主要使用海底拖曳工具..侧扫描声纳可以测量精细的海底地形地貌;因此;对海底的砂坡和砂带的探测非常有效;在大洋矿产资源勘探中具有广阔的使用前景..由于锰结核往往富集在小山坡上和起伏不大的海底上;而不是富集在平滑的海底平原上;所以利用远程侧扫描声纳在含锰结核的海底上拖曳;就可以勾划出所勘探的几十公里宽的海底上的不同地形的位置;然后在每个位置上采集回收锰结核样品;已决定丰富的高品位锰结核所需要的最有利的深海环境..因此;利用侧扫描声纳可以发现任意含锰结核地区中的其他的富集区..此外;高分辨率的侧扫描声纳还可以绘出粗糙海底锰结核分布地区的概况..用于海底探矿的其他声学设备;还有声学地层剖面仪..深水多普勒海流剖面仪和水下高速声信息传输系统..利用地层剖面仪可以探测数千米水下的海底沉积层厚度及地质构造;实时获得海底地质侧扫声纳多普勒流速剖面仪剖面图;利用多普勒流苏剖面仪可以在航行中连续测量水层剖面的多个层次的流速;最多可达64个层次;甚至更多..测量的数据由计算机实时处理..水下高速声信息传输系统可以将海底观察到的电视图像和声图像输送到水面..2地球物理方法此方法为应用物理学原理来研究地质构造;寻找地下矿藏的方法..岩石矿石具有各种不同的物理性质;物理勘探就是测探它们的物理性质;如密度、弹性、磁性、电性、放射性等物理性质的差异;及探测地球物理场的变化;然后分析所获得的资料;从而推断矿产分布情况..如不同岩石矿石对声波振动波传播的速度不同;岩石矿石越密传播声波的速度就越大;利用这种原理来勘探的勘探方法就是地震法..同岩石矿石有不同的密度;密度大的岩体就产生大的吸引力..岩石矿石都或多或少的带有磁性;不同岩石有不同的磁性;探测岩石矿石的磁性以区分其种类;这就是磁力法..不同岩石矿石的导电性能不同;个别的矿体还能产生自然电流;这就要用电法来勘探;在电法中又有电阻法和电磁法等..3地球化学勘探此方法为系统的测量海水、海底沉积物和岩石等的地球化学性质;以发现与矿化有关的地球化学异常的一种探矿方法..海洋地球化学勘探通常采集海水、海底表层沉积物的岩石样品;在船上实验室进行分析测定某些元素的微迹含量等工作..在油气勘探、滨海砂矿、磷块岩、热液矿床、铁锰结核、铁锰矿等重要海洋矿产的发现中都起到了十分重要的作用..近年来;对海域地球化学测量给予了肯定的评价;认为这是一种经济、快速而有效的方法..据报道;近十几年来;世界各国对近海地区100多万平方公里进行了油气地球化学调查;圈定了123个油气远景区;并在大量的数据的基础上研制出预测油气资源的地球化学模式..4导航技术在深海探矿中必须具备精确的导航定位能力;特别是在探矿过程的最后阶段;利用导航定位技术;以便当完成使命的自返式采样器和自返式水下照相机返回海面时;海面船只能够找到它们;将它们回收上来..目前;应用比较广泛的是卫星导航与远程无线电导航系统结合;并由雷达系统加以补充..对比较小的区域进行详细勘察时;作为导航参考点可以使用无线电或雷达浮标以及置于海底的声纳应答器..近年来;国际上出现了多用途海底矿产资源综合勘探船;集采样、光学、声学、导航技术为一体..船上配备了精密导航仪器;勘探装置和采样装置;可以在远离陆地的深海环境中工作..这种勘探船的问世;大大提高了探矿速度和精度..5.3海洋矿产开采技术方法编号海底矿产可采用的开采方法使用现状最终产品1 石油、天然气石油钻井平台、钻探装置、海底采油系统早已进入工业化生产;是非常成熟的开采技术..我国自主开发研制的一批技术装置达到或接近国际先进水平提取石油、天然气2 多金属结核矿1.连续铲斗提升采矿系统2.管道提升采矿系统3.穿梭潜水集矿机系统4.海底自动采矿系统基本完成小试;进入中试阶段..管道提升采矿系统被认为是非常有前途的开采方法..国内首先对这种方法进行研究取得了初步成果提炼出具有战略意义的多种金属3 海底热液矿床3 其它矿产各种采掘装置和大深度挖泥机基本成熟的方法;进入工业化生产..但我国以土法采选为主;技术落后、生产效率低提取铁砂、金砂、锡砂及其它矿物5.3.1近海油气资源6天然气水合物是一种在低温-10～+100℃和高压1～9Ma条件下由气体和水合成的类冰固态物质;又称可燃冰..它的分子结构比较特殊;是刚性的等轴笼架结构六方晶体的水分子中存在甲烷分子..所以;天然气水合物中的有用组分主要为甲烷;此外还含有少量的H2S、CO2、N2和其它烃类气体..它具有极强的储载气体的能力;一个单位体积的天然气水合物可储载100～200倍于这个体积的气体储载量..5.3.1.1天然气水合物的赋存环境饱和的天然气水合物的能量密度很大;因为晶体结构迫使甲烷分子相互紧密结合在一起不论压力或深度如何变化;水合物的能量密度总是固定的..在一定的压力—温度条件下;原生赋存具有经济潜力的天然气水合物广泛分布在永久冻土带和大陆外部边缘的浅层沉积物中..如图11海洋中的天然气水合物海洋中的天然气水合物通常存在于水深500～4000 m压力为5～40 MPa、温度2.5～25℃的环境中..迄今为止;发现最富集的海洋水合物矿床位于沿紧邻老洋壳的被动大陆边缘沉积物中;最著名的是美国东南海岸的布莱克外海岭..对布莱克海岭的初步评价认为;其中很小的地区所含的甲烷等量于美国数百年来的天然气用量总和..2永冻层中的天然气水合物永冻层中的天然气水合物存在于极地的低压低温区;在俄罗斯、加拿大和阿拉斯加的陆地及大陆架上均有发现;是以一种永冻的水—冰和水合物的混合物形式存在的..Max等认为;海域永冻层水合物是在陆架暴露出水面时;最近一次冰川作用下形成的;之后在海进期陆架被淹没..3水合物层之下的常规天然气藏含水合物岩层可对常规油、气藏起到屏蔽作用;气水合物层之下往往有大型常规气藏..与水合物相关的甲烷既可产出于水合物本身;也可圈闭于水合物稳定带下方..圈闭于天然气水合物带的常规天然气或石油比包含于气水合物中的非常规天然气在目前更具经济价值..5.3.1.2 天然气水合物的开采方法天然气水合物的开采实质上就是使地下的水合物分解;再将分解出来的甲烷气体抽到地面上来..依据水合物相平衡原理;天然气水合物的开采通常有降压法、热激法和试剂注入法3种基本方法..1减压法减压法是指通过钻探方法或其他途径降低水合物层下面的游离气体聚集层位的平衡压力;当压力达到水合物分解压力时;界面附近的天然气水合物转化为气体和水..降低压力能达到水合物分解的目的..一般是通过在水合物层之下的游离气聚集层中“降低”天然气压力或形成一个天然气“囊”由热激发或化学试剂作用人为形成;与天然气接触的水合物变得不稳定并且分解为天然气和水..这种技术在西西伯利亚的Messoyhaka气田得到了应用..开采水合物层之下的游离气是降低储层压力的一种有效方法;另外通过调节天然气的提取速度可以达到控制储层压力的目的;进而达到控制水合物分解的效果..减压法最大的特点是不需要昂贵的连续激发;因而可能成为今后大规模开采天然气水合物的有效方法之一..2热激法该方法是指在压力一定的条件下;注入蒸气、热水、热盐水或其它热流体;也可采用开采重油时使用的火驱法或钻柱加热器法;对水合物稳定层进行加热;将设计区段的温度提高到分解温度;这一温度下;所注热量完全用于水合物的分解作用..再用导管将析出的天然气收集于贮藏器内或采取采集常规天然气输气管道的方式将其输送到船载贮藏器..这种方法的问题在于储层和水中的大量热能损失;效率很低..特别是在永久冻土区;即使利用绝热管道;永冻层也会降低传递给储集层的有效热量..如果没有热损;注入能量是开发能量的10%左右;有热损时;注入能量可能会超过气体的价值..这种方法非常昂贵;且要求向下注热和向上采气同步进行..近年来;为了提高热激法的效率;人们采用了井下加热技术;井下电磁加热方法就是其中之一..实践证明电磁加热法是一种比常规开采技术更为有效的方法;其在开采重油方面已显示出它的有效性;该方法的使用将会给热激法带来不错的前景..3试剂注入法采用诸如盐水、酒精等抑制剂流体;可降低水合物的冻结点;将抑制剂注入井内会引起熔融..近来人们又发现了另外两种新型的阻止技术;即以表面活性剂为基础的反聚结技术和阻止晶核成长的动力学技术..其总体思想都是注入某些化学试剂;以改变水合物形成的相平衡条件;促进水合物分解..此方法较热刺激缓慢得多;花费昂贵;但初始输入能量较低..由于海洋水合物中压力太高;用这种方法可有效地改变相界曲线;但回采气体较困难..4其他开采技术Holder等人对水合物的开采技术进行过大量的研究;除上面介绍的3种方法外;还提出了置换开采和混合开采的理念..置换法的原理是甲烷水合物所需的稳定压力较CO2高;在某一压力条件下;甲烷水合物不稳定;而CO2水合物却是稳定的;这时CO2进入到天然气水合物中;与水形成水合物;这时所释放的热量可用于分解天然气水合物..用CO2水合物来置换天然气水合物的研究已经开展起来;然而复杂的相变过程可能会给这一方法的实施带来一定的困难..混合法原理是先将洋底粉碎;开采混有固体水合物的混合物;在提升过程中水合物就可能分解..混合开采法目前还没有深入研究;但也很有建设性意义..从以上各方法的使用来看;仅采用某一种方法来开采水合物是不明智的;只有综合不同方法的优点才能达到对水合物的有效开采..降压法和热激法技术的联合使用是目前最受推崇的方案;用热激发法分解气水合物;而用减压法提取游离气体..5.3.1.3 水合物勘探开发前景海洋气水合物是全球天然气水合物资源开发的重头戏;不仅因为海洋气水合物占总资源量的大半以上;而且分布广泛;它不像陆上天然气水合物仅局限在少数的几个高纬度国家的永冻带或两极;对那些滨海而又缺乏能源的国家来说;天然气水合物则带来了很大的希望和寄托..不仅含天然气水合物地层本身存在巨大无比的甲烷资源;而且往往在含天然气水合物层之下同时还蕴藏了巨大的常规天然气资源..在永冻区开发常规天然气;不可避免地会遇到天然气水合物问题..一般来说;永冻区的天然气水合物形成深度总是浅于常规气藏的深度;它像盖层一样封闭了其下的常规天然气;高。
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第二节海底矿产资源及其
开发
The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
第二单元开发海洋资源
第二节海底矿产资源及其开发
教学目标：
1、知识和技能
（1）知道海底石油、天然气的分布和开发特点
（2）了解多金属结核和海底热液矿在海底的分布、开发利用的前景2、过程和方法
（1）、运用图表资料，说出海底矿产资源开发利用的现状和特点（2）、运用图表，分析海底矿产资源的分布特点
3、情感、态度、价值观
培养正确的海洋观念和科学探索精神
教学重点：
海底矿产资源开发利用的特点和现状
教学难点：
海洋油气资源、深海锰结核分布及开发利用前景
第二单元开发海洋资源
第一节海底矿产资源及其开发
一、导航引领：
1.滨海砂矿特点;
石英砂矿作用
金红石作用
主要类型独居石作用
锆英石作用
主要分布地区
2石油和天然气
世界石油和天然气的运输路线
3多金属结核和海底热液矿床多金属结核：矿物组成
分布
自身特点
海底热液矿床：种类
所含有的矿物
埋藏特点
二、精讲释疑：
（一）要点1 海底矿产资源类型及分布
知识点1 海底矿产资源分布过程——自习课本、观察图片
海底地形海底矿产资源
海岸带滨海地区
大陆架
大陆隆
大洋盆地
大洋中脊
知识点2 滨海砂矿过程——自习课本
滨海砂矿分类分布应用
石英砂矿
金红石
独居石
锆英石
金刚石
知识点3 石油天然气分布过程——探究活动
探究活动1 中东波斯湾沿岸是目前世界上石油储量最大、出产和输出石油最多的地区。
阅读“世界海洋油气田分布和海上石油运输路线”图回答：
（1）、石油输出方式：
（2）、主要输往国家和地区：
（3）、主要输出路线：、、
引申：已探明的海上油气田集中在：
未探明的油气区主要集中在北极地区、南极洲、非洲、南美洲和澳大利亚周围海域。
总体分布很不均衡，其分布的共性是：中低纬度浅海大陆架。
多金属结核海底热液矿
概念
成分
分布
意义
探究活动2 《海洋地理学-学习与评价》P46
（1）结合世界大洋海底石油和猛结核分布图说明海底石油和锰结核在分布上有何不同
（2）分析多金属结核将成为未来具有战略意义的金属的稳定来源的原因
三课堂小结
为本节课设计知识体系
[课堂检测]
1、下列叙述正确的是
A．海底矿产勘探和开发投资少、技术难度小、风险低
B．多金属结核主要分布在大陆架海区
C．煤、石油分布在大洋盆地中
D．海底矿产的分布具有一定的规律
2、关于海底石油分布的正确叙述是
A．海底石油的分布很平衡
B．海底石油主要分布在大陆坡海区
C．北极地区没有石油
D．波斯湾、北海、几内亚湾等海域探明储量较高
3、读海底地形图分析，下列叙述正确的是
A．海洋生物分布最集中的是②处表层的海域
B．①处海底蕴藏丰富的锰结核和沙矿
C．③处的海底地形往往是板块相互碰撞造成的
D．④处海盆的沉积环境有利于石油、天然气形成
读海洋开发利用方式示意图，完成4～5题。
4、图中，属于海洋空间开发利用方式的是
Ａ．海洋牧场Ｂ．海洋化工
Ｃ．潮汐发电Ｄ．滨海旅游
5、海洋矿产资源分布极不均匀，其中
A．锰结核主要分布在深海盆中
Ｂ．大陆架埋藏有丰富的煤、硫、磷等资
源
Ｃ．近岸带为石油、天然气最主要的分布区
Ｄ．金属矿产在大陆坡上最为富集
6、经理论推断和考察证实，在环太平洋构造成矿带分布着多种
A．油气沉积盆地 B．锰结核带
C．海底天然气水合物 D．海底热液矿
7、大洋中脊热液矿中蕴藏丰富的矿产资源可能是
A．煤 B．石油 C．磷酸盐矿 D．稀有金属
8、读“海底地形剖面图”回答下列问题。
(18分，每空1分)
(1)写出海底地形名称：
①，②，③，④，
⑤。
(2)目前海底丰富的油气资源主要分布在 (填代号) ，随着新的油气田不断发现，海底油气资源开发将从浅海向水深在千米以下的、
延伸。
（3）目前，地质学家通常利用方法来寻找海底油气矿藏。
(4)海底丰富的矿产资源锰结核广泛分布在 (代号)，世界上以太平洋中的
海区最为富集，最具开采价值；在①处分布着
矿，这种矿床具有、的特点。
（5）⑤上覆海域海水上泛，其原因主要有：①洋流中的流；②冬季温带海区水温表层比底层，海水易形成对流。
9．读大陆架剖面图，回答下列问题：（12分）
图9
（1）图中A、B、D三处，处理藏着丰富的煤、石油等矿产资源，处广泛分布着锰结核。
C箭头含
义：。
（2）海洋渔业资源主要集中在处海域，因为
①，②，
③。
（3）目前，地质学家通常利用方法来寻找海底油气矿藏。
（4）B上覆海域海水上泛，其原因主要有：①洋流中的流；②冬季温带海区水温表层比底层，海水易形成对流。
（5）据《联合国海洋法公约》规定，沿海国拥有海里的领海权，海里的专属经济区。