海洋技术第四章海洋矿产

关于海洋技术第四章海洋矿产第1页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三

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海底的各类矿产资源，包括海滨砂矿在内，统属海底矿产资源。海底矿产资源丰富，从海岸到大洋均有分布。海滨砂矿床很早已被人类开采利用。浅海的石油勘探已遍及世界各个海域，现已扩展到半深海区域。目前海上产油量约占世界总产量的四分之一，所占比重今后还会增长。深海锰结核和海底热液矿床等储量巨大,含金属品位高,随着开采技术日趋成熟，将进入开发深海底矿产资源的新阶段。第2页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三第3页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海洋矿产资源分类根据矿床的成因分类：

砂矿砂矿主要来源于陆上的岩矿碎屑，经过水的搬运和分选，最后在有利于富集的地段形成矿床。

海底自生矿产这类矿产资源不是来自陆源碎屑，而是由化学作用、生物作用和热液作用等在海洋内生成的自然矿物，或直接形成，或经过富集后形成。如磷灰石矿;海绿石,是一种浅海区常见的绿色硅酸盐;重晶石;海底锰结核;海底多金属热液矿。

海底固结岩层中的矿产这类矿产资源大多是陆上矿床向海底下的延伸。第4页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海洋矿产资源分类根据矿产的性质分类：

金属矿产、非金属矿产和燃料矿产

根据矿产的结构形态分类：

沉积物矿(非固结矿）包括海滩矿砂、大陆架沉积矿、深海沉积物矿

基岩矿（固结矿）主要是指海底松软沉积物以下硬岩中的矿藏第5页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三我国近海矿产资源我国近海矿物资源主要是两类，一是石油和天然气，二是滨海砂矿。一、石油和天然气

（1）渤海油气盆地，面积8万平方千米，是大港、胜利、辽河油田的向海延伸部分，沉积厚度在一万米以上。渤海是整个华北沉降堆积的中心，深厚的沉积对油、气的生成极为有利，而隆起构造和断裂构造，又完成了油、气的运移和聚集，形成了油气构造。现在有多个具有商业开采价值的含油气构造。

（2）南黄海油气盆地，面积8.7万平方千米，是苏北含油气盆地向海延伸部分，沉积地层厚5000多米。盆地内有30多个二级构造，28个含油构造。此外，北黄海东南部有第三纪的含油气盆地。

（3）东海油气盆地，面积46万平方千米。一些海底沉积岩厚度在万米以上，含油构造成群成带。该盆地由西、中、东三部分组成，西部面积约26万平方千米，仅其中的“浙东长垣”构造带，面积就有5000平方千米，是我国最大的含油地质构造带。八十年代，东海石油探井中已分别获得工业油流和天然气流。

第6页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三（4）珠江口油气盆地，是南海北部大陆架最大的沉积盆地，面积15万平方千米，总体呈北东东走向。沉积厚度一般数千米，盆地中心一万多米。下第三系渐新统和上第三系中新统泥岩中有良好的生油层、盖油层和200多个储油构造，有的面积达数百平方千米。具有很好的油气储藏。已为包括单井日产千吨以上的一系列探井的大量喷油所证实。（5）北部湾油气盆地，面积4万平方千米。盆地呈北东东走向，为加里东基底上发育的中、新生代沉积盆地。新生界地层最厚可达8000米。上、下第三系地层中已发现有丰富的油气显示，此外，在石炭纪灰岩中也获得工业油流。现已完成了15,000多千米的地震测线及多口探井，其中有一些是高产井。

（6）台西南盆地，位于台湾浅滩以南，西北以澎湖-台湾浅滩-东沙隆起与珠江口盆地隔开。基底推测为中生界，新生界沉积层厚度近9000米。1974年台湾石油公司已钻探到具工业开采价值的天然气，该盆地亦是含油气远景较好的地区。

（7）莺歌海和琼东南油气盆地。莺歌海盆地面积6万平方千米，呈北西走向，可能是红河断裂向东南海上的延伸部分。盆地在寒武系变质岩基底上沉积了从下白垩到上第三系的岩层，沉积厚度从7千至1万米，尤以第三系最厚，盆地中发育有成排的背斜构造，可能成为良好的油气圈闭。由于断裂带的活动，一百多年来海面上发现40多处油气苗．目前还在不断冒出油气。经勘查具有石油和天然气远景，钻探已见油气。琼东南盆地，位于海南岛南部海域，呈北东走向，分别连接莺歌海盆地和珠江口盆地，构成一个向南凸出的弧形大拗陷。盆地新生界地层厚约万米，主要为上第三系。在渐新统和中新统海相砂岩中已钻探获油，在海相砂岩中已获日产几十吨的高蜡、低硫、轻质的原油，远景见好。

此外，在我国海域中还发现了冲绳、台西、管事滩北、中建岛西、巴拉望西北、礼乐太平、曾母暗沙等含油气的沉积盆地。第7页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三我国近海矿产资源二、滨海砂矿滨海砂矿是海滩上陆源碎屑经过机械沉积分选作用而富集形成的，滨海砂矿一般位于海平面以上的海滩或水下岸坡上。较老的砂矿，受地壳运动或海平面升降的影响，则构成阶地砂矿或海底砂矿，滨海砂矿的矿体常呈条带状沿着海滩延伸数十千米，甚至数百千米。我国海岸线漫长，入海河流携带的含矿物质多，东部地区因经受多次地壳运动，岩浆活动频繁，形成了丰富的金属和非金属矿藏。这些含矿的岩石风化后的碎屑物就近入海，在海流、潮流作用下，在海岸带沉积形成矿种多、资源丰富的砂矿带。滨海砂矿经济价值明显，一些在工业、国防和高科技上有着重要意义的矿藏即来源于滨海砂矿。第8页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三我国滨海砂矿主要有锆石、金红石、钛铁矿、石榴石、独居石、石英砂、海绿石、金、金刚石和钼、铅、锌等。

锆石、钛铁矿、金红石等在宇宙航行、激光，原子能工业上均有广泛应用。其中锆石和钛铁矿主要富集于渤海辽东湾浅滩、黄海成山角近海、南海珠江口外和北部湾北部等地，尤以北部湾北部沿岸的锆石和海南岛东岸的钛铁矿含量最为丰富。含钛的金红石与含铌、钽等稀有金属的独居石主要富集于北部湾北部。石榴石分布于黄海中部近岸、渤海湾内和海峡北部，以辽东湾浅滩含量最高。海绿石除了在滨海沿岸有广泛分布外，还见于渤海海峡北部、东海大陆架中部、南海陆架外缘区和冲绳海槽北坡等近海海底。

以产金刚石闻名的山东半岛和辽东半岛，沿岸有金刚砂矿；辽东半岛南端还分布金伯利岩筒。南黄海有铪的分布。南海北缘，我国的广东、广西、海南、福建滨海地区也分布有各种砂矿，如砂锡矿、钛铁矿、锆英石、独居石、石英砂、金红石、磷钇矿等。福建沿海的锆石主要分布于诏安、厦门、东山、漳浦、惠安、晋江、平潭和长乐等地；长乐的独居石品位最高；金红石主要分布在东山、漳浦、长乐；钛铁砂矿则分布于诏安、厦门、长乐等地。福建的铁砂矿在福鼎、霞浦、福清、惠安、江阴岛、南日岛和龙海目屿等最集中。此外，还有大型钼矿和中型的铅、锌砂矿。第9页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三滨海石英砂是重要的建筑原料，分布很广，辽东浅滩、台湾浅滩乃至东海外陆架都是远景区。福建砂的储量大，质量好、闽江砂含二氧化硅95％以上，平潭砂的含硅量更达98％以上。粤东有锡石、锆石、钛铁矿；粤西一带以独居石、锆石为主。海南岛的崖县-文昌形成钛铁矿、锆英石、独居石、玻璃砂成矿带，其东部滨海一带钛铁矿品位高，储量大，成矿母岩主要为中生代黑云母花岗岩，闪长岩；其东南滨海一带锆英石分布集中。汕头至吴川沿海一带，形成锡石、锆英石、独居石成矿带。广东阳江平兰、惠东铁冲、福建闵江等河口、海湾洼地及滨海砂滩分布有砂金，这些砂金的基底和围岩多为前寒武纪变质岩系，经风化和搬运后形成残积、坡积、冲积和海积型金矿床。第10页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三台湾亦是我国重要的砂矿产地，盛产磁铁矿、钛铁矿、金红石、锆石和独居石等。磁铁矿主要分布在台湾北部海滨，以台东和秀姑峦溪河口间最集中。铁矿砂产于北部和西北部海滩。台湾西南独水溪与台南间的海滩上，分布着8条大砂堤，长的达5千米，为独居石-锆石砂矿区，嘉义至台南的海滨发现独居石砂矿；南统山洲砂堤，重矿物储量在数万吨以上。第11页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底矿产资源勘探方法海底矿产资源勘探浅海勘探（石油、煤、铁、金属矿砂）深海勘探（锰结核矿、热液矿）第12页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底矿产资源勘探方法声学探测技术地球物理方法间接法直接法勘探方法取样观测地球化学方法第13页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底矿产资源勘探方法一、直接方法（一）观测①潜水员②载人潜水器③照相机④水下摄影第14页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三水下照相机一般是由电子控制装置、闪光灯和触发器三部分构成的。这种照相机的特点在于,当它由缆绳送到海底的时候,触发器的重锤一旦触及海底,照相机就开始自动拍摄海底照片。在拍摄结束后,它还能自动返回海面而被回收。整个过程是自动化的,但是也存在缺陷,就是不能够连续地探矿,而且必须要等到照片冲出来之后才能够获得海底矿床的资料。为了克服这一缺陷,人们才利用水下电视来监测海底,可以连续、及时地探知海底的情况。海底矿产资源勘探方法---直接法第15页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三利用水下电视可以连续监测海底，并可以将观测结果制成录像磁带作永久保留。但由于深海缺少光线以及摄像系统的分辨率有限，每次摄像只能获得相对小范围的海底像，另外由于摄像机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。海底矿产资源勘探方法---直接法第16页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底矿产资源勘探方法---直接法（二）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。主要的取样方式有表层取样、柱状取样、钻探取样和深孔钻探。第17页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底矿产资源勘探方法---直接法（二）取样1.表层取样绳索抓斗取样器、拖斗式或拖网式表层取样器

常用的是绳索抓斗取样法,一般是在较浅的海域进行的。这种方法,顾名思义,就是一根缆绳下面垂着一个抓斗,当缆绳在海中下降时抓斗是开口的,当抓斗接触海底后立即自动抓砂合拢。利用绳索抓斗在海底捞取矿样,操作起来机动灵活,即使海底不平整或矿石粒大小不均匀都没有关系。但是美中不足的是,这种方法只能捞取海底表层的矿样。有可能表层的矿砂会掩盖真正的宝藏。第18页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三

拖斗取样通常是行驶中的海洋调查船，拖曳着船尾底部下垂至洋底的“铁皮水桶”状装置，以剥取海底岩石而采收岩样。拖网取样是一种常规的取样方式，它是利用地质钢缆将拖体准确地放到海底海山上某个深度和位置，待着底后，船拖其向山顶方向慢速移动，根据钢缆长度、绞车的张力和水深情况来判断是否拖到样品。

海底矿产资源勘探方法---直接法（二）取样1.表层取样第19页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底矿产资源勘探方法---直接法（二）取样1.表层取样拖斗和拖网都有细孔，可以漏水。用以捞取结核矿、岩块、砾石等样品。古老而新颖的取样方法，成本低，机动灵活，不受海水深度限制，使用广泛。但所获取的样品往往会混在一起，仅能定性研究，不能定量分析。第20页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三（二）取样2.柱状取样

使用各种取样管采取海底以下一定深度的柱状样品。底质柱状采样工具有重力取样管、振动活塞取样管、重力活塞取样管和水压取样管。船只停止航行后用钢缆吊着取样管到达海底取样。既费时，又费事。活塞取样管工作要点：着底时，活塞的下面要紧紧黏在海底泥土的表面不动，而只能让管子完全插入泥土中。海底矿产资源勘探方法---直接法第21页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三（二）取样2.柱状取样新研制一种靠玻璃浮子装置使柱状样品上浮的重力取样管称为自返式取样管。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，浮出水面，发射无线电信号，便于工作人员发现并取回样品。海底矿产资源勘探方法---直接法第22页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三

利用钻井对海底钻探取样，分浅孔和深孔取样钻探。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。常用钻探装置有旋转钻、落锤钻、打桩钻、震动钻、遥控岩芯钻机。使用空心钻，以便提出岩芯，做定量分析。

（二）取样3.钻探取样4.深孔钻探对海底坚硬岩层的勘探。陆上已达万米，海底已达6966m海底矿产资源勘探方法---直接法第23页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底取样技术的要求：海底取样技术可用于海洋和陆地水域的地质填图、水下探矿、工程地质或生态环境研究。因此,海底取样器应满足下述要求:

(1)尽可能深地钻入海底地层。(2)保证海底取样动作可靠,岩心采取率高,对岩土样品的扰动程度最低。(3)取样器质量轻,尺寸小巧,能方便地用于小型船只或其它浮动装置上。(4)实现海底取样过程的机械化与自动化,减少非生产性时间的消耗。实践表明,试图研制一种适用于各类地质技术条件(从软淤泥至固结沉积层)的万能取样器是不可能的。一般应在船上准备几种类型的取样器,以便尽量满足上述要求。海底矿产资源勘探方法---直接法第24页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底取样器的分类国际上常用4条标准来对取样器进行分类:(1)与船体的连接方式;(2)能量的控制方式;(3)取样管在海底的工作特征;(4)钻进能量的类型。它们影响着取样的速度、时间、样品质量和从孔内提拔取样管的方法等。海底矿产资源勘探方法---直接法第25页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底取样器的分类海底矿产资源勘探方法---直接法第26页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底矿产资源勘探方法---直接法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的使用。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。这样在电视观测期间就能够获取样品，保证了取样区域就是想要观测的区域。此外，深潜技术的发展，使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，利用观察窗或声纳直接观测海底矿物，并利用机械手采集矿物样品。第27页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三3500米深海取样型无人遥控潜水器是我国第一台具有自主知识产权、深度最大的ROV，用于深海生物基因取样和其他水下作业，最大作业深度3500米，带TMS、DP和VMS系统，带两个机械手和自动升沉补偿绞车。2004年11月底进行3500米深海验收试验。海底矿产资源勘探方法---直接法第28页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底矿产资源勘探方法二、间接方法

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精密回声测深仪、旁侧扫描声纳等，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。第29页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底矿产资源勘探方法二、间接方法（一）水声学探测技术①探测海底地貌②海水与卤水的密度界面③穿透沉积物、探测海底火山岩。仪器：回声测深仪、侧扫声纳、低频声纳、地层剖面仪、多普勒流速剖面仪、水下高速声信传输系统侧扫声纳多普勒流速剖面仪第30页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三（二）地球物理方法（物理性质的差异）应用物理学原理来研究地质构造，寻找地下矿藏的方法主要探测分析：密度分布、磁性、电性、弹性、放射性方法：地震法、重力法、磁力法、电阻法、电磁法海底矿产资源勘探方法二、间接方法第31页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三（三）地球化学勘探为系统地测量海水、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。方法：采样分析应用：油气勘探、滨海砂矿、磷块岩、热液矿床、锰结核矿、铁锰矿等。海底矿产资源勘探方法二、间接方法第32页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三（四）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。方法：GPS、劳兰C、雷达等辅以声纳应答器近年来，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。海底矿产资源勘探方法二、间接方法第33页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三

砂矿是在水下环境中由碎屑矿物颗粒的机械富集作用形成的矿床，其存在于海滩和近海海底。

矿砂的种类：黄金、锆、钛、锡、铂、石英、鉻、镍、金钢石、钇、独居石等。海滨砂矿分布广泛，矿种很多，品位较高，开采容易。在海底矿产资源的开发中，产值列居第二位，仅次于海底石油。

海滨砂矿的开采已有100多年的历史。目前有30多个国家进行海底砂矿的勘探和开采。海滩与近海砂矿的开采技术第34页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三①砂金矿。主要产于美国的阿拉斯加、新西兰和苏联西伯利亚东部海滨等处。美国阿拉斯加的诺姆砂金矿开采半个多世纪以来，获砂金400吨左右，产值超过1亿美元。②砂铂矿。产于美国的俄勒冈州和阿拉斯加、澳大利亚以及塞拉利昂。俄勒冈州西南部海滩上的铂和金矿，早在19世纪中叶就享有盛名。阿拉斯加古德纽斯湾的砂铂矿延伸入白令海中。③金刚石砂矿。非洲南部大西洋沿岸纳米比亚、南非和安哥拉境内有世界上最大的金刚石砂矿。水上开采始于1961年，产量不多，但质量很高。海滩与近海砂矿的开采技术第35页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三④砂锡矿。滨海砂锡矿在东南亚地区分布甚广，从缅甸经泰国和马来西亚到印度尼西亚被称为亚洲锡矿带。最有工业价值的是水下古河谷和平缓的分水岭砂矿。这些砂矿，广泛分布在勿里洞岛、邦加岛和新格岛附近，由陆向海延伸达15公里，水深可达35米。现在，印度尼西亚和泰国已对水下砂矿进行大量开采，开采水深已超过40米。⑤砂铁矿。日本、菲律宾、印度尼西亚、澳大利亚、新西兰等国均有开采，一般为磁铁矿。日本有明湾大型砂铁矿的主要有用组分为钛磁铁矿，其中含铁56％，钛氧化物12％，钒0.2％，为日本铁矿的重要来源。海滩与近海砂矿的开采技术第36页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三⑥复矿型砂矿。在很多砂矿中，不是含一种而是含多种有用矿物，如钛铁矿、锆石、金红石和独居石等经常共生，构成复矿型砂矿床。这种矿床在世界许多国家中都有发现，以澳大利亚、印度、斯里兰卡、巴西和美国所产者经济意义最大。澳大利亚东部、西部和北部一系列地区分布着富含锆石、金红石、钛铁矿和独居石的巨型海滨砂矿，其中提取的金红石砂矿占世界总产量的90％。在印度西海岸南部的特拉凡哥尔砂矿，从科摩林角到科钦延伸达250公里以上,为世界上最大黑砂矿床之一，以产铬铁矿和独居石为主。斯里兰卡海滨沉积物中富含钛铁矿、锆石、独居石和石榴石。到70年代初期，斯里兰卡已成为世界上最大的钛和锆原料输出国之一。海滩与近海砂矿的开采技术第37页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三⑦贝壳砂。由贝壳破碎、冲刷、磨蚀并富集而成，可作为水泥原料。美国在路易斯安那州岸外及墨西哥湾沿岸等地区进行开采，1969年路易斯安那州的产量已超过900万吨。冰岛在法克萨湾内采贝壳砂的水深达40米。⑧砂砾矿。作为建筑材料，陆架区的砂砾矿也在加速开采，从1960～1970年，美国从陆架区开采的砂砾矿增加了一倍，每年开采量近4000万立方米。现在，英国有30余家公司开采海底砂砾矿。将来靠近海区的陆上砂砾矿采尽或被建筑物覆盖后，海底砂砾矿的价值还会增长。海滩与近海砂矿的开采技术第38页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三我国拥有漫长的海岸线和广阔的浅海，目前已探查出的砂矿矿种有锆石、钛铁矿、独居石、磷钇矿、金红石、磁铁矿、砂锡矿、铬铁矿、铌钽铁矿、砂金和石英砂等，并发现有金刚石和砷铂矿等。我国的滨海砂矿的矿种几乎覆盖了黑色金属、有色金属、稀有金属和非金属等各类砂矿，其中以钛铁矿、锆石、独居石、石英砂等规模最大，资源量最丰。海滩与近海砂矿的开采技术第39页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三一、海滨砂矿的成因海滩与近海砂矿的开采技术陆上的岩矿碎屑是矿砂形成的原始物源，这类物质来自江河流域内大陆岩石的风化作用。大自然的营力---太阳、风、水、大气所发生的作用是一部巨大无比的粉粹机。大陆岩石暴露在地表，受到物理风化作用，发生不均匀的膨胀、收缩，慢慢崩解，破粹成有细有粗的碎屑。还会发生化学风化作用，氧化、溶解、水解而被破坏。当岩石中易风化的矿物被破坏后，不易风化、化学性质稳定、相对密度大的矿物就分离出来，并被流水、冰川或风搬运到河口和海滩上，又经波浪、沿岸流、潮流日夜不停反复淘洗、分选，一些硬度低的矿物被进一步磨碎，随同密度低的矿物一起被卷向远离海岸的地方，而密度大的矿物就在海滩上集中起来，从而形成海滨砂矿。矿砂的形成需要有原始物源、风化侵蚀作用、搬运作用和富集作用四个过程。

第40页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三大陆岩石的风化矿物分离水流搬运河口聚集大浪淘洗成矿海滩与近海砂矿的开采技术一、海滨砂矿的成因矿砂的形成需要有原始物源、风化侵蚀作用、搬运作用和富集作用四个过程。

第41页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三分布特点：砂矿最富集的地带与现代海岸或古沉积海岸线相平行，呈条带状分布，延伸好几公里到数十公里以上。海滩与近海砂矿的开采技术一、海滨砂矿的成因大多数砂矿存在于离源地几公里的范围内，因此海洋矿砂实际上被限制在海滩或近海浅水区，水深不过几十米。但是，古代砂矿可存在于古沉没海滩或是在大陆架最外边的溺谷中。第42页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三二、海滨砂矿的开采在开采海底矿产之前，须查明所采矿床的分布范围、面积、埋深、储量、品位以及当地自然条件和海陆运输能力等。在此基础上，根据矿产的形态选择合适的开采方法、装备和设施。露出水面的海滨砂矿，通常采用露天开采方法。陆地上使用的挖掘机械，如拉杆电铲、钢索电铲、推土机等都可用于海滨砂矿的开采作业。海滩与近海砂矿的开采技术第43页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三（一）开采砂矿法1.多链斗采砂法2.吸扬式采砂法3.钢索采矿船4.空气提升采矿法二、海滨砂矿的开采海滩与近海砂矿的开采技术第44页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三

链斗采砂法：采矿机械是由许多带戽斗的环链构成的采矿船。船的前部当中有缺口，容纳链斗架及链斗，当主动力轮驱动上部链轮时，链斗按顺时针方向旋转，进行连续挖掘。挖上来的矿砂卸入矿仓，再通过圆筒筛，经洗选后，将尾砂排弃在船后。特点是生产能力强，生产成本也较低，并能在船上进行采、选和排弃尾砂工作，缺点是当海底有大块砾石时，会造成困难，开采深度一般不超过45m。二、海滨砂矿的开采海滩与近海砂矿的开采技术第45页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三

吸扬式采砂法：原理与抽水机相似，由电机、水泵、吸水管和扬水管等组成。利用安装在船上的浆泵，把矿砂和水一起通过吸管吸至船上。扬到船上沉淀后，水再排回海中。主要特点是速度快，广泛用于近海砂矿的开采。二、海滨砂矿的开采海滩与近海砂矿的开采技术第46页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三

钢索法：在船上用钢索的一端系上几立方米至十立方米容积的大型采砂器进行采掘。有制动装置，在投放之前张开，当锲入砂层时就自动咬合将矿砂采上。其特点是使用灵活，不受海底地形限制，速度快，但只能用单个采砂器上下提放，不能连续作业，且开采矿层不净。二、海滨砂矿的开采海滩与近海砂矿的开采技术第47页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三

空气提升采矿法:由气管、气泵和吸砂管等部分组成，气管与吸砂管的中部或下端相连通，作业时将吸砂管下端靠近砂矿床，启动气泵，压缩空气使吸砂管内产生向上流动的掺气水柱，从而带进砂矿固体颗粒，连续压气就可达到采矿的目的。这种装置的缺点是作业水深增加时，压缩空气的成本费呈指数倍增长。

二、海滨砂矿的开采海滩与近海砂矿的开采技术第48页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三（二）选矿:从海底采出来的矿砂中获取品味较高的精矿砂的过程。矿产品位又称矿石品位（tenorofore），指金属矿床和部分非金属矿床（如磷灰石、钾盐、莹石等）中有用组分的富集程度及单位含量。是衡量矿产资源质量优劣的主要标志。通常以％、克/吨、克/升等表示。

矿砂选矿主要根据矿物的密度、形状、粒度、磁性和导电性的不同加以区分。海滩与近海砂矿的开采技术二、海滨砂矿的开采第49页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三①筛选：对粒径不同的矿砂进行分离②摇床选：在机械摇动和水流冲洗的联合作用下,使矿砂按照密度大小分离的一种重力选矿设备.筛选摇床二、海滨砂矿的开采---选矿海滩与近海砂矿的开采技术第50页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三③磁选：按照矿物颗粒的磁性差别进行分离.④静电选：对导电性不同的矿物进行分离.⑤浮选：利用浮选剂进行矿物的选择.将矿砂加水调成砂浆，然后导入空气剧烈搅拌，使之形成大量气泡，易被水润湿的留在砂浆中，不易被润湿的则被气泡带走磁选浮选二、海滨砂矿的开采---选矿海滩与近海砂矿的开采技术第51页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三世界各国滨海沙矿开采水平存在很大差别，工业发达国家如美、澳、加、日等国比较发达。拥有得天独厚资源且采矿历史较长的国家如南非、新西兰、泰国、印度、纳米比亚、印度尼西亚。其它国家则比较落后。海滩与近海砂矿的开采技术第52页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三大陆架是大陆向海洋的自然延伸，是陆地的一部分。又叫“陆棚”或“大陆浅滩”。它是指环绕大陆的浅海地带。它的范围自海岸线起，向海洋方面延伸，直到海底坡度显著增加的陆架坡折处为止。大陆架有丰富的矿藏和海洋资源，已发现的有石油、煤、天然气、铜、铁等20多种矿产；其中已探明的石油储量是整个地球石油储量的三分之一。大陆架矿产资源开采技术第53页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三大陆架矿藏沉积物矿：磷灰石、海绿石、硫酸钡结核钙质贝壳等基岩矿：煤矿、铁矿、铜、锡矿、海底硫磺、海底钾盐、海底岩盐等大陆架矿产资源开采技术海滨矿砂属于陆源沉积，形成于近岸环境；磷钙石和海绿石为自生矿物，一般产于外大陆架和大陆坡上；而煤铁铜等金属和非金属，则是生成于海底松散沉积物层下面的基岩之中。第54页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三在海底开采坚固整体矿床，一般由陆上巷道或建立人工岛进入采矿区。第55页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三开采方法：①陆上巷道：离岸较近的矿床，可以在岸上或小岛上开凿井筒，然后再开凿水平巷道进行开采。当矿床距岸4km以内使用这种方法。

大陆架矿产资源开采技术第56页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三开采方法：②人工岛：矿床离岸远达4km以上，可用混凝土在海中筑成人工岛，然后在人工小岛上开凿井筒。人工岛与岸上的交通，可架设栈桥，距离远时，可利用船只。大陆架矿产资源开采技术第57页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三开采方法：③封闭式井筒：离岸远且水较深时使用。由岸上在海底修筑隧道走廊通至井口，井口上有封闭房与海水隔离，在封闭房内进行凿井工作。④炸碎＋采矿船：海水较深（达150m）距岸又远，坚固矿床又在海底的上部，用炸药爆破的方法，将矿石炸碎后，再用采矿船只采出碎矿石。大陆架矿产资源开采技术第58页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三开采方法：⑤用热水（175℃）熔化法采硫的“弗拉施法”

大陆架矿产资源开采技术第59页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三地下熔融法

又称弗拉施法。对于深埋于地下的沉积硫，采用美国人H.弗拉施于1894年发明的地下熔融法开采。1960年,用弗拉施法生产的硫磺占各种形态硫产量的34％，占元素硫产量的74％。以后，由于从天然气、石油中回收硫产量的增加，其比例逐渐下降，到1980年，其产量约占各种形态硫产量的26％，元素硫产量的41％。

弗拉施法需先在矿区地表钻孔至含硫层,然后插入直径各为20cm、10cm、2.5cm的三层同心套管。向外管中压入160～175℃的过热水，使地下硫磺熔化,再向直径2.5cm的管内通入热的压缩空气，使液硫由10cm的管上升压出。液硫经脱气后固化，或以液态贮存待运。产品纯度可达99.7％～99.8％。第60页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三深海，一般是指地质含义上大陆架或大陆边缘以外的海域。深海占海洋面积的92.4%和地球面积的65.4%，尽管它蕴藏着极为丰富的海底资源，但开发得远远不够，甚至几乎还未得到开发。扩大人类生存空间和储备人类生存资源的重要途径之一就是要向深海扩大活动，发现包括海底矿产在内的深海资源，这对于整个人类的生存是一项具有深远意义的战略行动。由于深海矿产资源的矿区基本位于国际海域的海底，它的开发活动必须经过联合国海底管理局的同意和批准方可生效与合法。深海海底矿产资源开采技术第61页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三一、深海底矿产资源①锰结核：大洋约有3万吨，太平洋有1.7万亿吨，每年有1000万吨增长量。②海底热液矿床(金属泥沉积物):由金、银、铜等金属构成，被称为“海底金银库”。③富钴砂矿：约为陆地资源的10倍。深海海底矿产资源开采技术第62页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三一、深海底矿产资源（一）锰结核主要由铁锰氧化物和盐类等矿物组成不规则的黑色到棕色的结核。特点：外形像土豆的黑色团块，其形态各异，大小不同，切开来有一圈圆的纹理，似树木的年轮，直径几厘米至几十厘米。深海海底矿产资源开采技术第63页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三根据化学分析，构成深海锰结核的主要元素为Mn、Fe、Si、Al、Ca、Mg、Na、K和Ti，次要成分有Ni、Cu、Co等。尚有U、Th等多种放射性和稀有元素。Mn、Ni、Co、Cu、Mo、Pb等的平均含量比地壳中的平均值高46～274倍,Si、Al、Ca、Mg、Na、K等则趋于分散。Mn、Fe、Co、Cu和Ni等的含量更超过它们各自在海水中浓度的100万倍以上。

第64页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三发现历史：①英国“挑战者”号1872～1876年首次发现；②20世纪初又在东太平洋的中海域的海底发现。分布：①全世界各大洋；②水深200～6000m；③不仅海底表面有，而且海底下面也有价值：含有30多种金属元素，主要为铜、镍、钴、锰等。经济价值十分巨大。第65页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三成因：1.生物成因－－动植物遗体被微生物食用后使金属聚集生成。2.火山成因－－火山岩经海水淋滤，再沉淀而成。3.自生化学沉积说－－河流将大陆的金属冲击到海中，经过自生化学沉积作用而形成。第66页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三4.我国的研究成果：1994年6月开始，用透射电镜对锰结核进行研究，在放大20万倍的相片上，发现了螺旋状、串珠状的纳米级微生物核的基本结构组织是叠层石体，叠层石体的周期性生长形成了壳层。其生长速率为10－9米/年。第67页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三(二)热液矿床又称“金属软泥”－－是由浸入到水深2000～3000m海底裂缝中的海水，被地壳深处热源加热后，溶解了地壳内的多种金属化合物，再从洋底喷出而遇冷海水后形成的沉淀物。有固体和软泥状两种。形状：烟筒状、土堆状、地毯状；矿体大小：几吨到几千吨不等；分布：大洋中脊裂缝；成分：含金银等多种金属元素。深海海底矿产资源开采技术一、深海底矿产资源第68页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三海底热液矿床的成因，还是一个有待深入研究的问题。已发现的矿床和矿化点有许多共同的特征,如富含多种金属元素,主要是重金属元素；与高温的热水溶液有关，多产于火山活动带内。基于这些重要事实,一般认为,富含硫酸根离子的海水，在洋底沿着玄武岩的裂隙下渗,至洋壳深处,水温升高,硫酸根离子还原为低价硫,并将高温洋壳中的金、银、铜、锌、铅、镍、钡、锰、铁等金属元素滤出，形成富含重金属离子的热水溶液。由于对流作用，这种酸性的热水溶液沿着洋脊或其他部位的裂隙返回海底。当热液上升、冷却并与海水相遇时，随着物理化学条件的改变，金属沉淀下来，就可以形成多金属热液矿床。而热水溶液与海水的混合作用，导致了矿床成分、组构在空间上的复杂变化。第69页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三二、深海底矿物开采技术深海开采是一个多环节串联的系统工程，在数千米水深、承受海流和风浪流影响及海水腐蚀的环境下作业，作业条件恶劣，开采难度很大，这就对开发技术提出了很高的要求和需要较长的周期。据国外的经验，深海开采技术研究开发周期需要15-20年的时间，才能达到深海预开采中间试验的目标。深海海底矿产资源开采技术第70页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三尽管研制和开发深海矿产资源技术困难重重，但海底矿产资源具有长远战略意义，世界各国仍很重视这项技术及其配套技术系统地研制和开发。目前，世界发达国家和部分新兴工业国家利用其技术优势，已经开始了包括多金属结核、富钴结壳、热液硫化物和天然气水化合物在内的多元化海底矿产资源的综合勘查与研究开发工作。

国际上，深海采矿技术从1972年开始研制，经过30多年的开发研究，技术日趋成熟。迄今美国、日本、加拿大、德国、法国等已提出了多种开采方案，诸如液压提升式、气压提升式、链斗提升式，深潜器开采等等，作业深度为5000-6000m。第71页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三（一）锰结核的开采技术1.流体提升采矿系统2.连续链斗采矿系统3.海底机器人采矿系统4.拖网采集深海海底矿产资源开采技术二、深海底矿物开采技术第72页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三1.流体提升采矿系统：根据美科学家梅罗的设想于1978年研制成功。目前这是世界各国试验研究的重点。根据提升方式不同，又分为水力提升和空气提升。深海海底矿产资源开采技术二、深海底矿物开采技术（一）锰结核的开采技术第73页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三水力提升系统，由海底集矿装置、高压水泵、浮筒、采矿管四部分组成。采矿管挂在采矿船和浮筒下，起输送锰结核的作用。浮筒安装在采矿管上部15%的地方，其中充以高压空气，起支撑水泵的作用。高压水泵装置在浮筒内，它的功率为5884kW，通过高压使采矿管内产生每秒5m的高速上升水流，使锰结核和水一起由海底提升到采矿船内，集矿装置起着筛选、采集锰结核的作用。第74页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三空气提升采矿系统，由高压气泵、采矿管、集矿装置三部分组成。高压气泵装在船上，采矿作业时，首先在船上开动高压气泵，气泵产生的高压气流通过输气管道向下，从采矿管得深、中、浅三部分输入，在采矿管中产生高速上升的固、气、液三相混合流，将经过集矿装置的筛滤系统选择过的锰结核提升到采矿船内，其提升效率为30%-35%。为使采矿管中水流的上升速度达到每秒3米，必须用功率为4340kW的空气压缩机，每秒钟吹进225立方米的空气。这种开采系统构造复杂，造价昂贵，目前已能在水深5000m处作业。第75页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三

2.连续链斗采矿系统是在高强度的聚丙二醇脂材料编成的绳上,每隔２５～５０米安装一个采矿戽斗．采矿时,船上的牵引机带动绳索,使戽斗不断在海底拖过挖取锰结核,并將其提升到采矿船上,卸入船内储仓．這种采矿法是由日本人发明的,１９７０年８～９月在希塔提岛以北４００公里、水深４０００米处进行了试验,并获得了成功．這种装置具有结构简单、适应性强、采矿成本低、对水深和海底地形的适应性较好等优点，但是由于其采矿回收率较低、采矿轨迹难以控制，难以满足商业性开采产量的要求，这一方法受到冷落，也仍有人在继续试验。深海海底矿产资源开采技术二、深海底矿物开采技术（一）锰结核的开采技术第76页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三

3.海底机器人采矿系统是根据机器人的原理研制的深海锰结核采集系统，由很轻但强度很大的材料制成，在水下重量为零。下水前装满压舱物自动下沉，初始阶段加速下降，当阻力等于自身在水中重力时，以匀速下沉。触底时，机械释放系统动作，在弹簧拉力下自动抓取样品，采满后网袋闭合，同时释放压舱物，按程序自动上浮到一个半潜式水上平台中，把结核矿卸在平台上，然后再装上压舱物重新下潜到海底采集结核。深海海底矿产资源开采技术二、深海底矿物开采技术（一）锰结核的开采技术第77页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三法国研制的最新型锰结核采集装置可以高速航行，自动下潜到6000m海底采集锰结核，并能沿海底航行，然后用液压技术按照自控装置的程序自动返回海面。它包括海上支援设备（6000t半潜平台），能操纵一条长5000m、直径400mm的钢制复合材料管道。管道总重800t，管道底部有一个中间站，其上有一条6000m长的软管在海底移动，收集锰结核。安装在管道上的液压泵将结核矿举升到水面。由于这一系统具有不受波浪、气候的影响和不破坏环境的特点，是一项很有发展前途的深海采矿技术。第78页，讲稿共87页，2023年5月2日，星期三

4.拖网采集，这是最简单的开采海底锰结核的方法，由采矿船上安装一拖网斗构成。这种拖网斗按自由落体的速度降到海底，系在拖斗上的音响计提示操作者何时拖网斗到达海底。拖网斗能横越海底拖动，直到装满结核后将它取回。在拖网斗上还装有电视摄像，以指导拖网斗的装取工