山东近海海砂碎石资源开发利用前景

山东近海海砂碎石资源开发利用前景

作为重要的建筑材料，响尾蛇石是充满道路和铺设路面的主要材料。用作建筑材料的响尾蛇石可与沥青和水泥混合使用。此外，纯海滩还可以用来制作灰烬和灰烬污泥，以满足特定行业的需求。除陆地砂砾石外,发达国家如英国、美国、加拿大、日本等早已大量开采海砂资源。世界最大海砂出口国是日本,其海砂开采量已达建筑砂砾石总产量的30%,其中的40%用于水泥制品出口。建筑砂砾石资源的开采和利用受市场需求驱动。我国受建设规模增加的影响,每年建筑用砂和填料的需求日益增加,据估计当前每年建筑用砂量约为26亿t。2002年开始实施的GB14685—2001《建筑用砂》中规定建筑用砂包括天然砂和人工砂两种,其中天然砂包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂等。长期以来沿海地区主要是以河砂作为最主要的砂源,大江大河是建筑砂的主要来源,但河砂的供应受资源和环境影响的限制,也无法完全满足建设的需求,作为建筑用砂的重要组成部分,海砂开采大有可为,周边国家和地区如日本、香港、台湾也通过开采海砂来满足其工程建设需要,如日本关西机场和成田机场建设等。相对于其他天然砂类型,在沿海地区,海砂资源是极为丰富,同时,海砂较各种河砂相比有其独特的优点,如含泥量低、细度模数均匀等,因此,用海砂弥补河砂的不足是一种解决“砂荒”问题的有效途径,这一趋势从日本等发达国家、地区的经验中可以充分的反映出来。因此,我国和周边地区由于项目建设的需要,对海砂将有更大规模的需求,海砂将成为重要的稀缺资源。1砂浆资源研究和开发1.1海底沉砂石的性质建筑用海砂砾石,是指分布于海岸和浅海的、以中砂和粗砂为主、包括部分细砂和砾石的砂质堆积。海砂分选良好,品质优良,可以作为海洋工程用料使用。经脱盐后的海砂可作为建筑集料使用,广泛应用于城市建设、公路、铁路和桥梁等混凝土结构建筑。我国近海底质调查历史可追溯到本世纪20年代,从1920—1940年,久已觑觎中国的日本船只几乎游弋中国各海域,他们采集中国近海大量底质样品,进行了级配、CaCO3和有机质等简单分析,然后标注在海图上。到1941年日本水文局出版的航海图的这样标注已达53006之多。当时主要从渔场、航海考虑,并无专门底质研究。1949年谢帕德(ShepardFP),埃默里(EmeryKO)和Gould根据上述海图资料编纂了中国近海底质类型图。1961年新野宏(NiinoH)和埃默里(EmeryK0),又利用这些图件,将其5幅重新编纂成两幅,即东海和南海底质类型图。他们结合近千个专门收集的样品资料,阐述了中国近海陆架底质分布规律。这两幅图后来又被ShepardFP的名著《海底地质学》第三版引用(1973)。系统的勘察工作始于20世纪60年代,1958—1960年我国开展了第1次1∶350万海洋综合普查,以这次调查资料为基础,编篡了中国第1张近海陆架底质类型图(秦蕴珊,1963);80年代早期,我国开展了新1轮大规模的近海地质地球物理综合调查,调查面积达100多万km2,约占中国大陆陆架面积的80%,获取海底表层样品10000余个、柱状样1000余个,根据这些调查资料编制了1∶250万底质类型图。八五期间,国家科技攻关项目“大陆架及领域资源勘察和基础环境”的实施和完成,为我们开展我国滨、浅海砂砾石资源评价提供了更多的有价值的资料。20世纪60年代至90年代,中国科学院、地质矿产部、国家海洋局的海洋地质学家,分别对渤海、黄海、东海和南海等海区进行了大量的底质调查,发表和出版了许多研究报告和专著[10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21],使我国海洋表层沉积研究取得了长足进展。我国海砂开发利用起步较晚。早在1996年,青岛海洋地质研究所研究员王圣洁、刘锡清等就开始了海砂研究,参加了CCOP的东亚/东南亚数字化编图的建筑砂砾资源数据库课题,并相继完成了《我国海砂资源潜力评价》和《CCOP海砂资源数字编图》项目,并随后完成了国内依托项目“中国近海建筑砂砾石矿产资源潜力的可视化评价”。同时我们也应当看到,尽管我国已经进行了多次大规模的近海调查,也积累了丰富的实际资料,但对于建筑砂砾石矿产资源的专门研究和认识仍旧十分匮乏,缺少可用于资源评价的参数和数据,储量估计也是极其粗略的。1.2海砂开采对海岸带环境保护的影响由于建筑用砂来源广泛,以往对建筑用砂地质勘探投入较少,对建筑用砂资源需求预测也做的较少,各地普遍对建筑用砂资源规划重视不足。随着工程建设规模的不断扩大,砂的需求量也急剧增加,许多城市周围的建筑用砂资源近于枯竭。由于人们环保意识不断增强和对地貌景观保护及水土保持的客观要求,多数地区对河砂采取了停采、限采等措施,使建筑用砂的供需矛盾日益尖锐,人们不得不用海砂砾石作为建筑用砂的替代品。我国某些海岸带和近海海区已开始出现砂砾石矿产开采活动,这些行为大多是自发的和无序的,由于缺少对海洋砂砾石矿产资源成因、类型和分级的认识,这些资源可能遭到破坏性开采并对海岸带环境带来重大影响。目前我国海砂、砾石资源开发利用所面临的主要问题可以归纳如下:(1)公民资源意识淡薄,海砂砾石资源开发使用不当,使资源遭受损失环境遭到破坏。某些地方或企业做起了海砂的生意,利用海砂出口,此举不仅仅是高价值资源低价出售的问题,而且海砂中有一些含有砂矿资源,未经研究就直接将其当作普通建筑材料砂使用或买卖,造成资源浪费,使国家蒙受损失。(2)海砂开采引发的突出问题还有海岸侵蚀、海水入侵以及底床破坏可能导致的对工程环境、航运、管道缆线和水产养殖带来的消极影响。如山东蓬莱西庄事件,海砂砾石开采极大加速了海岸侵蚀的自然进程并最终酿成土地流失、村庄被毁的人为悲剧;福建莆田东埔镇东吴村沿岸,近2年来,该村沿岸沙滩从岸线至低潮位的宽约70m如今已经萎缩到只剩下40m左右,而且沙层厚度急减,基岩裸露,海滩正在遭受严重的侵蚀;上世纪80年代厦门东北部下堡附近海岸由于海滩和近岸采砂,造成20年内海岸后退120m,并引起输沙下游黄厝和厦门大学滨海浴场的海岸侵蚀与沙滩退化。近年来,海砂开采引发的对自然环境的破坏还频繁发生在山东、辽宁和长江口三角洲等地区。(3)不仅如此,海洋资源的配置使用不当,也会引发与其他海洋产业的矛盾,这远非其低值收入可以弥补的。随着“可持续发展”的观念成为全球共识,近年来,世界各国普遍重视海洋砂砾石资源开采的工程环境分析,并因此制定和规划产业发展政策,指导砂砾石资源利用的良性循环。同时,加强国际合作和交流、实现资源、技术和市场互补也是世界上的最新趋势;因此,开展我国近海砂砾石矿产资源的研究,评价我国滨、浅海砂砾石资源的潜力、经济效益和环境效应,制定海上采砂产业的政策和技术规范,满足我国巨大的建筑砂砾石市场需求并有效保障区域可持续发展,既是未雨绸缪,同时也具有十分重要的现实意义。山东是一个海域辽阔、岸线长且海砂砾石资源较丰富的省份,其潜在资源优势和经济价值在整个资源位置中占有一定比例。2海砂资源现状我国拥有漫长的海岸线和广袤的浅海陆架,具有丰富的海砂资源。海砂分布受水动力、地貌、地质及海面升降等因素控制,根据沉积环境,大体可以分为海岸带、大陆架和近岸浅海3个海砂堆积体系。2.1砂质海岸的堆积按海滩(潮间带)的物质组成,海岸带可分为基岩海岸(岩滩)、砂砾质海岸(沙滩或海滩)及泥质海岸(泥滩或潮坪)。砂砾质海岸是最重要的海砂堆积带。有关研究成果表明,控制海岸砂质堆积的因素主要有物源、径流、波浪、潮流、海岸轮廓与海底地形等因素。砂砾质海岸的堆积体类型主要是海滩(包括沿岸堤、水下沙坝等),其次有沙咀、湾坝、连岛沙坝以及潮流三角洲(潮流沙脊)和风成沙丘等。我国大陆砂质海岸长度占海岸线总长的25.6%,如果把海南、台湾两岛包括在内,全国砂砾质海岸主要有9段:山东半岛以砂质为主的海岸;辽西—冀北砂质海岸;辽东湾东部的砂砾质海岸;闽南岬湾式基岩、砂质、泥质相间海岸;粤东岬湾型以砂质为主的海岸;粤西岬湾型以砂质为主的海岸;广西岬湾型砂质海岸;台湾岛西部砂砾质海岸;海南岛岬湾型砂砾质海岸。2.2砂体及沉积相中国近海陆架沉积大体可分为泥质沉积、砂质沉积和混合沉积3大类。砂质沉积包括砂(未细分者)、贝壳砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂质砂、砂质粉砂和粉砂等类型沉积。其中分布最广的是细砂,约占80%;其次是中粗砂;再次是粉砂质砂和砂质粉砂。整个砂质沉积是陆架最主要的沉积类型,分布面积占陆架1/3以上。东海和南海外陆架的海砂分布面积最大。辽东浅滩、苏北浅滩、西朝鲜湾(鸭绿江口)、琼州海峡西口、琼西南等沙脊,以细砂为主,甚至为更细的粉砾质砂。内陆架的残留砂主要见于海州湾中部、珠江口外、北部湾中部。2.3海底的砂体或半包围近岸浅海海砂是指分布于海岸带与陆架过渡带的海砂堆积,因其在海砂资源中具有重要意义,所以分出来讨论。海岸带正常的沉积物分布规律是由岸向海粒度由粗变细,由砂质变成泥质。但是有些地方在越过较窄的泥质带后,在深水区(5~30m)又出现岛状粗粒沉积;有的海滩砂质堆积虽然和陆架砂质堆积相连,但粒度却由陆向海变粗;或者沙体呈舌状由海岸以垂直或斜交方向向较深水域伸展。这些浅海海砂堆积体往往被内陆架泥质堆积包围或半包围;有时和内陆架大片残留砂相连,但粒度比大片的陆架砂粗。2.4砂矿资源分布山东省海岸线长达3000km,约占全国海岸线总长的1/6。在漫长的近海岸地带,矿产资源丰富。山东省陆架砂体分布面积约为2.2×104km2,海砂资源量可达1500×109t,为满足建筑用砂需求提供了资源条件。胶东半岛大部分为砂砾质海岸(图1),建筑用砂矿广泛分布于现代滨海地带中,沿莱州三山岛—龙口—蓬莱—烟台—威海—荣成—文登前岛—海阳潮里—青岛沙子口—日照岚山均有分布,典型矿床为海阳潮里建筑用砂矿床。山东省的浅海建筑用砂资源较丰富,主要分布在长岛庙岛南部,荣成成山角东、莫邪岛东,海阳千里岩等地。已探明4个浅海建筑用砂矿床,储量超过1亿t。典型矿床为海阳千里岩古河道埋藏型浅海建筑用砂矿。3开发和利用海砂资源目前,因为还没有专门的、系统的调查勘测资料,因此,要准确地评价我国海砂砾石的质量和资源量仍旧是十分困难的。3.1海砂资源量展望王圣杰等根据海岸带和陆架的中、小比例尺的地貌、底质调查资料和研究成果进行宏观分析和估价,获得以下认识和结论:(1)中国近海海砂资源总量初步估算约为(67.96~68.49)×1010m3。(2)对海岸带、近岸浅海和近海陆架3种类型海砂分别进行定量估算,得出的资源量分别为(35.88~53.82)×108、(66.51~101.86)×108和6697×108m3。显然陆架大面积海砂资源量潜力最大,比海岸带和近岸浅海海砂资源量高2个数量级。(3)从海砂质量来看,海岸带海砂、近岸浅海海砂以粗粒中砂、粗砂为主,包括少量砾砂,最适宜做海洋工程填料和建筑集料使用。而陆架区除台湾浅滩、琼州海峡东口、珠江口等少数地方外,大面积海砂以细砂为主,不适合做建筑用砂。(4)从开采引起的环境效应及资源合理利用角度看,海岸带海砂特别是海滩砂不宜开采。同时近岸浅海海砂开采不象陆架海砂开采那么安全,也可能会破坏环境,世界发达国家对此确定了环境保护的基线并规范了海砂开采的条件和限制,值得我国借鉴。(5)考虑我国海砂资源的赋存特点和海砂开采对环境的影响,近岸浅海海砂应是今后寻找和开采的主要目标。山东省是一个海域辽阔、岸线漫长且近海砂砾石资源较丰富的省份,近海砂砾石不仅类型多,而且资源量大,将是山东省矿产资源利用的一个重要的新领域。3.2海砂和砾石资源开发利用的资源量与评价21世纪是我国的海洋世纪,面对新世纪的到来,政府的选择将决定我国的海洋资源是否可以得到可持续利用,海洋生态环境是否可以得到有效保护,海洋经济是否能够日益蓬勃发展。滨海建筑砂是一项十分重要的资源,如果严禁开采将是一种资源的极大浪费,而如果无序开采将会导致严重的环境地质问题,未来的环境治理可能会付出更加惨重的代价。一个明智的选择是开展海沙开采的环境地质调查,确定滨海建筑砂资源保护政策和有效利用的方法,为政府管理部门进一步规范海沙开采活动、发展我国海洋采沙业提供重要的科学依据。基于对海砂的巨大需求以及河道、近岸海域采砂所产生的大量环境问题,我们认为有必要加快近岸海砂资源开发的管理,严格执行海砂开采的海域使用论证制度和海砂开采海洋环境监测制度,并通过政策引导,逐步减少近岸采砂活动,将海砂开发的重点转移到浅海和陆架海域,并在充分认识海砂勘探和开采所产生环境影响的基础上,开发浅海海砂资源。目前已完成的近海砂矿勘查范围仍侧重于近岸海域,不足以对近海砂砾石资源做出较为准确的评价,难以为其合理开发利用提供必要的地质资料,因此,系统地安排浅海砂砾石资源的勘查评价工作具有重要意义。