中國深海技術躋身世界前列

莫 杰

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中國深海技術躋身世界前列

莫 杰

1 引言

20世紀80年代以來，世界發達國家海洋高新技術的發展與應用和以美國的“深海大洋鉆探計劃”為代表的國際性海洋地學重大計劃的實施，促進了海洋科學得以全面發展，并取得一系列重要科技成果。進入 21世紀，我國深海大洋科學考察，隨著自主研發深海探測技術及其裝備，形成以“三龍”體系—載人HOV“蛟龍”、ROV“海龍”、AUV“潛龍”等深海探測和淺、中深鉆取樣設備為代表的技術裝備，成為深海探查的新利器，為我國勘查海底礦產資源提供了有力支撐。

2 深海探測技術

深海探測技術包括定位技術、聲學探測技術、地球物理探測技術、地球化學探測技術、拖曳技術、深潛技術、遙感探測技術、可視技術、多波束測深技術和鉆探取樣技術等十大技術。深海高新技術水平決定了各國在國際深?；顒又械木C合競爭實力。

2.1 大洋科考探測技術

目前，中國擁有大洋綜合調查船“大洋一號”“向陽紅10號”“海洋六號”“科學號”“探索一號”和極地科考船“雪龍”號等，并配有各種先進的探測儀器、設備和裝置。于20世紀90年代初開始了深海大洋、南北極綜合科學考察和大洋礦產資源、深海生物基因資源及環境調查研究。近 15年來自主研制了一批海底探查新裝備，如沉積物捕獲器（淺水≤200 m、深水≥3000 m）；水下拖曳式多道伽瑪能譜儀；海底大地電磁探測系統（4套儀器作業水深分別為166、230、280、1050 m）；20～30 m長巖芯重力活塞常規和保壓取樣器（水深703 m處，取獲17.11長柱狀巖芯，取芯率達91.3%）；ST-6000 m深海拖曳觀測系統（裝有水下電視攝像、照相、測高儀等）。

還有，水下DGPS高精度定位系統，其水平定位精度5 cm，測深精度30 cm；6000 m水深高分辨率測深側掃聲吶（HRBSS）系統（垂直航跡分辨率5 cm，最小可檢測高度10 cm），能獲得高分辨率三維地形地貌圖；深水聲學拖曳系統，其作業水深 4000 m，測深覆蓋范圍600 m、側掃覆蓋范圍800 m，垂直航跡分辨率5 cm，最小可檢測高度10 cm；機載海洋激光熒光雷達系統；深海彩色數字攝像技術系統（作業水深6000 m）。

2013年，執行大洋第 29航次調查（5～10月）的“海洋六號”，使用自主研發的深海全液壓淺層巖芯取樣鉆機進行“深海淺鉆”，從1000余米的水下某平頂山鉆獲一段長28 cm的結殼巖芯樣品，在9個站位鉆獲富鈷結殼樣品厚度普遍超過8 cm。自主研發的中深孔巖芯取樣鉆機在技術改進后，在2014年大洋34航次中的3個站位4個鉆孔，鉆進11.56 m，取芯2.7 m，有效縮短了作業時間，提高了取芯效率。

在地質調查（CGS）航段使用自主研制的6000 m聲學深拖設備，于東太平洋海山區開展高精度的地形地貌調查，在近海底20～100 m作業，最大測深250 m，最大側掃覆蓋寬度800 m。該深拖設備完成31 km測線，并成功回收，獲取高精度的微地形地貌和淺地層剖面數據。

6000 m海底有纜觀測與采樣系統—GHTVG-01型電視抓斗（作業水深4000 m，抓樣面積1.5 m2，單次取樣數量可達800 kg以上）；電視多管沉積物取樣器（水深5000 m，采樣管中沉積物長度為30～40 cm）；深海淺地層巖芯取樣機（水深4000 m，取芯直徑60 mm，鉆孔深度700 mm）；深海底中深鉆孔巖芯取樣機，在2011年“大洋一號”第22航次第一航段的東沙海域1740 m海底成功獲取巖芯樣品，并創下15.7 m的深孔紀錄。

2014年3月，中國大洋第30航次第三航段在西南印度洋中脊多金屬硫化物勘探區，分別對碳酸鹽試驗區，非活動硫化物區和活動熱液區附近的“死亡煙囪區”，使用海底中深鉆“進取者”首次在硫化物區鉆探作業，成功取得硫化物、碳酸鹽和下覆基巖（作業水深4000 m，適應于海底硬巖，鉆進深度可達20 m，最大取芯直徑50 mm），對研究硫化物分布及其與圍巖的關系、碳酸鹽成因等具有重要意義。

2014年4月19日，中國大洋第30航次第四航段，在西南印度洋水深2800 m海底首次成功使用深海電視抓斗抓獲單體最大的硫化物樣。經測量：該樣品長80 cm、寬70 cm、高70 cm。此外，這次地質拖網作業在約1600 m的海底捕獲鎧甲蝦、海綿、深海珊瑚、巖石和一些不知名的軟體動物等樣品。

2015年12月—2016年7月，“大洋一號”和“向陽紅10號”赴西南印度洋執行大洋第39、40航次科考，對中國多金屬硫化物勘探合同區進行綜合異常拖曳探測和地質取樣，尋找礦化異常區，并兼顧稀土資源環境基線和生物多樣性調查，獲取生物基因樣品。第 39航次在合同區 26個區塊進行綜合異常拖曳探測和地質取樣，并在5個區塊內圈定了硫化物異常的分布位置；電法探測獲得玉皇熱液區9條測線數據。使用中深孔巖芯鉆機在玉皇熱液區獲取首段巖芯 2.7 m（上層沉積物0.4 m、塊狀硫化物2.3 m）。

第40航次使用我國自主研發的4500 m級深海資源勘查系統“潛龍二號”和6000 m無人無纜潛水器“潛龍一號”，進行探測，取得多項突破性成果；獲得龍旂、斷橋、玉皇熱液區共計200多km2的近底精細三維地形地貌數據近海底和數據及其它多種探測傳感器數據，發現了多處熱液異常，這是我國在熱液探測的重大突破。

2.2 深海遙控技術

中國深潛運載技術的研發起步較晚，但近 20年來發展較快，在多種深潛器研發方面取得了實質性進展和突破，已基本具備研制各種類型深潛器、水下機器人的能力。

在常壓載人潛水器（ADS）方面，最早研制成功可下潛水深300 m的QSZ-Ⅰ型潛水器。在此基礎上又研制成 OSZ-Ⅱ型。它既可用作觀察型載人潛水器，也可用觀察型遙控水下機器人使用。

2009年研制成功的3500 m“海龍”號深海觀測和取樣型ROV，是我國目前下潛深度最大、作業能力最強的水下機器人，重3.45 t、長3.17 m、寬1.81 m、高2.24 m。

2002年正式啟動研制首臺自主集成的載人7000 m潛水器“蛟龍”號，于2010年7月在南海海域經36次下潛由50、300、1000、3000 m，直至第37次下潛到3759 m，創造了水下和海底作業9個小時3分鐘的紀錄。

2011年 7月，“蛟龍”號在東太平洋“中國多金屬結核礦區”五次成功下潛深海，連續突破4027 m、5057、5180、5184、5188 m水深紀錄，5000 m海試成功，意味著“蛟龍”號可以到達全球超過70%的海底進行作業。

2012年6月，“蛟龍”號赴太平洋馬里亞納海域沖擊7000 m的設計最大水深紀錄，共下潛6次，第五次下潛創7062 m紀錄，7000 m級海試完美收官?！膀札垺痹诩夹g上擁有三個優勢：一是具有先進的近底自動航行和懸停定位功能；二是具有高速水聲通訊功能；三是充油銀鋅蓄電池容量大，可保證水下足夠作業時間。

2013年6～9月，大洋第31航次（“蛟龍”號首個試驗性應用），在南海下潛“冷泉區”，在東北太平洋多金屬結核勘探合同區和西北太平洋采微、采杞海山區進行鈷結殼、生物多樣性和空間分布調查研究。本航次共完成38個站位常規調查、下潛21次，有10位科學家和2名工程技術人員成為“蛟龍”的首批乘客。共計帶回了珊瑚、海參、?？?1種390只生物、161枚結核、8塊結殼、32塊巖石和180 kg沉積物樣品。全部所取得的生物、地質、礦產樣品和視頻的數量是歷次大洋科考取得最多的一個航次，實現了“蛟龍”號從海試走向科學應用的跨越。

2016年大洋第37航次，“蛟龍”號在第一航段分別在西北太平洋富鈷結殼區和雅浦海溝下潛作業，取得了豐碩的成果：（1）采到多種類型的地質、生物和海水樣品；（2）獲取了大量海底視頻、照片及環境基線數據；（3）提升了對維嘉海山區富鈷結殼分布的認識；（4）初步查明維嘉海山與采薇海山巨型底棲生物分布具有聯通性；（5）初步查明了雅浦海溝北段巖石和沉積物分布特征，發現了玄武巖、輝長巖和橄欖巖3種類型的巖石，這與區域構造背景相符合。

在自治無人水下機器人（AUV）方面，國家863計劃從1990年起先后研制了可下潛水深1000 m和6000 m樣機。1997年中俄合作研制的CR-01水下機器人（6000 m）；2003年第二套6000 m水下機器人（CR-02），經對太平洋進行多金屬結核調查，取得十分滿意的結果。

我國6000 m無人無纜深潛器（AUV）“潛龍一號”在完成南海海試后，于2013年大洋第29航次（5～10月），由“海洋六號”開展海上試驗性應用。它可完成海底微地形地貌精細探測、底質判斷、海底水文參數測量和海底多金屬結核豐度測定等任務。在東太平洋作業區（水深＞5000 m）連續3次成功下潛，水下作業時間總計近30個小時，獲取64 GB聲學數據，數據質量優良，潛器設備性能正常。2014年1月底，“海龍2”號（ROV，3000 m）首次在西南印度洋1萬km2的多金屬硫化物勘探合同區成功實施無人纜控潛水作業，通過水下機器人的觀測，擴大了兩個熱液硫化物的分布范圍?！皾擙堃惶枴焙汀昂｝?2”號成功邁出了試驗性應用的第一步，對深潛器的各項功能進行了綜合性驗證，取得初步成功，也創下我國自主研制水下無人無纜潛器深海作業的新紀錄。它將成為今后深海資源勘查的實用化深海裝備。

“潛龍一號”完成實用化改造，突破了總體集成、深海導航與定位、布放回收、深海探測等關鍵技術，并首次開展了深海近底地形地貌、淺地層結構、海底流場和海洋環境參數的綜合精細調查應用。2015年先后完成2次湖上和3次海上試驗，還圓滿執行兩次大洋應用任務，取得豐碩的科考成果。

2015年完成了“潛龍二號”（AUV，4500 m）的研制，成功進行了2次湖上和1次海試，累計下潛162次。其中在南海海試中成功下潛 15個潛次，最大下潛深度4446 m，連續兩次完成大深度近海底31個小時最大續航力試驗，獲取了大量的聲學、光學和水文探測數據。

“潛龍一號”和“潛龍二號”的成功研制與海底探測應用，為我國開展深海資源大范圍精細探測提供了重要技術裝備，標志著我國深海資源勘查裝備已達到實用化水平。目前這兩型探測裝備搭乘“向陽紅 10號”船正在西南印度洋多金屬硫化物礦合同區執行大洋第 40航次調查任務，“三龍”體系成為我國深海資源勘查的主力軍。

我國自行研制的中型遙控水下機器人（ROV）可在3000 m水深進行攝像、觀測、測量等，具有作業時間長、范圍廣、安全性高、測量數據直觀、事后處理和分析容易等優勢。2003年7月，這臺水下機器人在第二次北極科考進行了冰層厚度等一系列科考示范應用。自主研發的3500 m無人纜控潛水器，2011年在“大洋一號”第22航次第二航段中進行了2000 m水深海底作業，圓滿完成了對南大西洋多金屬新區的探測，成功采集了熱液硫化物和生物樣品，并同步拍攝了高清晰海底照片和作業全程視頻圖像。

2014年2月20日—4月24日，我國自主研制的首臺4500 m級深海遙控無人潛水器作業系統“海馬號”搭乘“海洋六號”科考船，分三個航段在南海進行海試。共完成17次下潛，3次到達南海中央海盆底部進行作業試驗，最大下潛深度4502 m。完成水下布纜、沉積物取樣、熱流探針試驗OBS（海底地震儀）布放、海底自拍攝、標志物布放等多項任務；成功實現了與水下升降裝置（Lander）聯合作業，通過了定向、定高、定深航行等 91項技術指標的現場考核。此次海試成功標志著我國全面掌握了大深度無人遙控潛水器的關鍵技術，并在關鍵技術國產化方面取得實質性的進展，是我國深海高技術領域繼“蛟龍號”之后又一標志性成果。這些都標志著中國的大洋科考探測、深潛及裝備技術達到國際先進水平，進入“機器人時代”。

2016年 6月 25日，國土資源部中國地質調查局在廣州發布：在珠江口盆地西部海域發現“海馬冷泉”，總體呈東西條帶狀展布，水深 1350～1430 m面積約618 km2，其中已探查發現有冷泉活動的區域約350 km2。科學考察表明，有冷泉出露的地方，就說明了海底有甲烷氣上升。反映冷泉下面的海底沉積物里可能賦存天然氣水合物。廣州海洋地質調查局“海洋四號”船使用“海馬”號基本查明了該冷泉的分布范圍、地形地貌、生物群落、自生碳酸鹽巖及流體活動等特征，具有三大特點：一是淺表層富含天然氣水合物，埋深一般僅海底下數米，最淺的僅0.15 m；二是自生碳酸鹽巖大量出露，主要呈結核狀、結殼狀和層狀、碳酸鹽巖膠結了大量貽貝殼片；三是冷泉生物群體廣泛發育，有管狀蠕蟲、蛤類及貽貝等多種冷泉生物共生，其中貽貝分布最為廣泛?！昂ｑR冷泉”的發現是我國繼南海北部陸坡神狐海域（2007年）和珠江口盆地江部海域（2013年）之后，再次在新海域勘查天然氣水合物礦藏的又一重大發現。

2.3 大洋科考成果豐碩

在深海大洋領域，中國擁有的先進深海技術及儀器裝備已躋身世界前列。先后在東北太平洋CC區獲得聯合國海底管理局（ISA）批準一塊7.5萬km2的多金屬結核優先開采礦區（1999年）。至今，“大洋一號”“海洋四號”和“海洋六號”在太平洋、大西洋和印度洋共進行 31個航次調查，除對深海盆地的結核和海山區的鈷結殼進行調查評價外，還在三大洋洋脊兩側共發現海底熱液和熱液硫化礦點30多處，其中第22航次（2010年12月8—11日）發現16個海底熱液區（南大西洋5處、東太平洋11處）。該航次使用國產儀器設備綜合錨系浮標觀測系統、拖曳式資源綜合探測系統及中深孔巖芯取樣機，從西太平洋某礁水下2550 m采到礫狀結殼；從東太平洋海隆1647 m水下獲得了海底巖芯；從南太平洋洋脊2562 m采集了玄武巖，還使用抓斗從2901 m的海底抓到一塊重達 500 kg以黃鐵礦和閃鋅礦為主的硫化物巨塊樣品。第30航次第二航段，“大洋一號”于2014年2月18日，在位于我國西南印度洋多金屬硫化物勘探合同區的第8個作業站位中，通過電視抓斗成功抓獲了3大塊柱狀碳酸鹽和一段碳酸鹽“白煙囪”體，表明該區域發育有熱液硫酸鹽的重要證據。

2015年，“大洋一號”“海洋六號”“向陽紅09號”“向陽紅10號”執行了大洋第31～36共6個航次，先后在西南印度洋、東北太平洋、西太平洋開展礦產資源、稀土資源、環境及生物多樣性調查評價。在我國多金屬硫化物勘探合同區新圈定 19處礦化異常區，加深了對硫化物資源分布及其成礦作用的認識；在東北太平洋多金屬結核合同區的重點區域完成了加密取樣；在西太平洋富鈷結殼合同區開展了全方位的立體環境觀測；在勘探技術方法上進行了積極探索，進一步完善了海底硫化物礦化異常區圈定探測技術方法，在調查技術取得了一系列新進展。

2016年6月22日—8月12日，“探索一號”科考船赴西太平洋馬里亞納海溝探測地球最深處的奧秘。該船搭載的許多核心深?？蒲性O備和探測“神器”均為我國自主研發。如萬米級自主遙控潛水器“海斗”號、深淵著陸器“天涯”號、“海角”號、萬米級原位試驗系統“原位實驗”號、9000 m級深海海底地震儀、7000 m級深?；铏C等。

我國自主研制的“海斗”號無人潛水器最大潛深達到10767 m，創造最大下潛及作業深度紀錄。我國成為繼日、美兩國之后，第三個擁有研制萬米級無人潛水器能力的國家。此外，自主研制的水下滑翔機下潛深度達到5751 m，創最大下潛深度紀錄；國產地震儀工作深度也首次突破了7000 m，并采集到馬里亞納海溝一次大于 7.7級的天然地震信號。此次科考成功獲得了 2條9000 m級和2條萬米級水柱的溫鹽深數據，深度序列完整的海底沉積物樣本，以及深度序列完整的馬里亞納海溝水樣。

3 海洋科學前沿在深海大洋

當今全球性經濟一體化的發展，將人類的活動帶到了深海大洋：海底資源的發現，又把人類的探索和勘探活動由陸架區推向深海大洋。這一切都是在科技進步的基礎上實現的。這樣發展起來的海洋科學具有深刻的全球性，在自然科學眾多的學科中，海洋科學也是一門更加需要國際交流合作的學科。

海洋科學的發展表明，以前被認為的區域問題，如今也需要從海盆尺度甚至全球尺度來看待。例如全球性溫鹽環流的變化，通過中緯度大氣影響北太平洋及東亞季風，從而影響黑潮及我國近海環流的物質及熱量輸運。因此，不研究深海大洋，也就不可能理解近海。

地球表面13億km3的海水中約有47%集中在海洋里，平均3800 m深的海水使人類對深海底的了解還不如月球表面。直到百余年前甚至幾十年前，人們還以為深海是個沒有生命的死亡世界。未曾想，近幾十年來深海大洋成了地球科學接二連三的突破口。

研究表明，海洋科學一系列重大問題均來自于深海，如深層大洋環流的驅動、海底熱液和冷泉物質通量及其環境生態影響，“深部生物圈”在碳循環中的作用等。探索“固體地球循環”“俯沖帶加工廠”里水和碳的平衡及其對發震帶的影響，地球深部與表層系統之間的圈層相互作用等研究領域也是方興未艾。

盡快進入深海大洋的前沿，不僅是我國海洋科學，也是整個地球系統科學的戰略需要。我國目前深海基礎研究力量過于薄弱，加之探索深海的技術、儀器、設備與裝備相對落后，迫切需要采取有力措施，加大研發能力，需要海洋科技加快實現從支撐為主向創新引領型轉變，爭取盡快使我國海洋科技水平進入世界先進行列。

3.1 海底觀測網

海底站位定點或剖面的連續觀測，是記錄沉積作用和環境變化過程、變化機理的必要途徑；從短暫考察到連續觀測，是海洋科學發展的必由之路。20世紀60年代出現的遙感技術的發展，第一次使人類擺脫地心引力，從空間觀測海洋，開拓了海洋科學研究的視野，提供了海洋觀測的第二個平臺。但遙感技術難以達到深海大洋底部，隨著錨系和自沉浮式剖面觀測浮標技術的發展，可以進入海洋內部進行連續和實時的觀測；而近年來一些發達國家正在建設的“海底觀測網”，用光纖、電纜傳送能量和信息，正在為海洋觀測打造第三個觀測平臺。

“海王星計劃”（NEPTUN）是美國和加拿大投資 3億美元在東北太平洋建立的海底觀測網。用3000 km光纖電纜，通過 30個“節點”將上千個海底觀測設備進行聯網，每個節點維系一大批海底和鉆孔中的儀器。2009年建成，它將進行水層、海底和地殼的長期連續實時觀測約25年。

2009年12月8日，加拿大正式啟動目前世界上最大的海底“海王星”有線局域網。該網通過數百個海底儀器和傳感器獲取數據，并將其直接從太平洋洋底全天候不間斷傳到互聯網上。據估計，這個海底網絡每年可產生 50太字節（Tb，一千千兆字節）數據。通過這些數據科學家能夠了解從地震動力學到氣候變化對水柱產生的影響，其中包括海嘯及地殼運動。此外，“海王星”還將負責研究分布于大陸邊緣廣闊的氣水合物沉積以及深海捕魚對底棲生物群落產生的影響。

2007年11月，我國第一個深海底基觀測站在西沙海域正式運行。該站主要由坐底式海底和海底邊界層觀測系統，上層海洋環境觀測系統和多學科觀測系統等構成。其中，多學科觀測系統包括海洋光學觀測系統、沉積物捕獲器與海底地震儀等，觀測尺度從海底2000 m至海面上10 m，觀測要素幾乎涵蓋了所有海洋環境參數。

2009年，同濟大學海洋地質國家重點實驗室開建我國第一個海底綜合觀測試驗與示范系統（東海小衢山站）。預計將在2015年前建成東海海底觀測網的海底觀測系統（海底實驗室），由海底觀測節點和岸基站組成，通過電纜或光纖把各站點連接起來形成一個海底觀測網。海底觀測系統的建立，從根本上擺脫了能量供應和數據延遲等不利因素的影響，使海洋科學家可以在陸上通過這套系統，對海洋物理、化學、地質、生物等變化過程進行實時的不間斷觀測。

海底觀測網相當于將觀測站和實驗室建在海底，是地球科學又一次來自海洋的革命。其優點在于擺脫了電池壽命、船時與艙位、天氣及數據延遲等種種局限性，科學家可以在陸地上通過網絡實現監測、監控自己的深海實驗進程。

如果說，早期從海上或岸邊進行觀測，是從外面對海洋做“蜻蜓點水”式的訪問，那么從海底設站進行長期實時觀測，則是深入到海洋內部/海底深部做“蹲點調查”，是把深海大洋置于人類監測視域之內，將海洋科學從“考察型”向實時“觀測型”推進。

3.2 跨越時空多尺度

海洋是一個包含多種時空過程的復雜動力系統，不同時空尺度過程之間存在相互作用。從海洋動力過程來看，它既包含小尺度（毫米量級）快速的湍流、表面及內部重力波等過程，又包含大尺度（幾千米～上千千米量級）的潮汐、Rossby及Kelvin波，以及中尺度渦和環流系統。這些不同尺度運動之間的能量相互傳遞，以維持海洋的溫鹽結構。

同樣復雜的是海洋的時間尺度。表層海水的更新時間以天計，深層水以千年計，而在俯沖帶和洋中脊進入地球內部的水循環至少以百萬年計。海洋生物既有每10 min繁殖一次的浮游細菌，又有繁殖周期長達千年的“深部生物圈”。

不僅如此，不同時空尺度的海氣耦合過程之間還存在相互作用，如熱帶氣旋對溫鹽環流的形成及變異也可能造成影響。不同尺度的海氣相互作用過程的結合對于認識天氣及氣候變異機理，提高預測水平有重要意義。因此，海洋過程的時空尺度跨越許多量級，不可能用簡單的方法去研究。

以探索機理為目標的研究需要跨越時間和空間尺度。20世紀90年代美國海洋沉積學的研究計劃，就是利用短期沉積過程（＜100年）的觀測，去求取長期地層記錄（104～106年）的解釋；時間和方法上都有大的跨度，從秒級的波浪周期到107年的地層周期。CNG海底觀測的三腳架和沉積捕集器到地震和大洋鉆探，都值得海洋學各學科領域研究借鑒。

3.3 科學與技術的結合

現代海洋科學百年前就已出現，但深海研究卻只是近 50年的事。原因在于深海探測技術的滯后—當有了回聲聲吶，才知道有海山和洋中脊；有了深海鉆探，才證明了板塊構造理論；有了深潛技術，才發現海底熱液活動、黑煙囪和冷泉?？傊?，沒有先進的技術，就不可能有深海的探測和新的發現。這充分說明，海洋科學更加需要技術的協同發展，正如許多國際的海洋科學計劃，也是有科學與技術雙方共同討論，科學問題與技術發展計劃一道制定的。

最近，美國發布的《為美國海洋科學導航：今后十年研究的優先領域》報告中，提出三大任務：加強海洋過程的理解與預報能力，實施以生態系統為基礎的海洋管理，建設海洋觀測系統。其中第三項，海洋觀測系統的建設，正是實現前兩項目標的技術保障。

海洋科學的發展需要解釋科學和技術發展脫節的問題，問題的實質在于是否有創新的目標。重復性的工作只需要模仿或者多添購些儀器設備；而創造型的研究卻往往要求技術上的改進、創新和發明，因此發展規劃或計劃只能由科學和技術雙方共同制訂。特別是科學家對技術的了解，技術專家對科學的興趣，是兩者結合的前提。如果科學家只顧發表論文，技術專家只要申請專利，這是我國科學創新的大敵；單純依靠“雇傭”關系的科技聯合，不可能帶來創新的沖動，只有科學家與工程技術專家共同朝著一個共同創新的目標，去研發關鍵或核心技術，才有可能去解決重要的科學問題。

3.4 海洋競爭即科技之爭

隨著地球系統科學的發展，人類認識海洋的需求也越來越大。與陸地的開發不同，海洋的開發只能依靠高新技術。因此，21世紀的國際海洋競爭，實際上是科技之爭?？萍荚趪H海洋權益爭奪中的作用，在海洋資源開發利用中的應用，從來沒有像今天這樣突出；海洋科技界對于維護國家管轄海域承擔的社會責任，也從來沒有像今天這樣重要。

當今海洋科學的發展將向多學科交叉融合的方向發展，科技人員所面臨的海洋問題，不是哪個單一學科能夠單獨解決的。對于海洋生態系統來說，重點是關注海洋生物資源的可持續利用、海洋污染、海洋酸化、海洋低氧區的擴大和有害藻華等問題；對于深海而言，要重點關注海洋礦產資源和油氣/天然氣水合物資源的開發利用，海洋特殊環境觀測和對深海極端環境的探索；對于大洋來說，則要重點關注海氣相互作用，海洋中尺度過程和軍事海洋學的發展。因此，海洋科學將向各個領域的應用方向發展。

為此，首先要建立海洋信息系統，需要發展無人值守的自動觀測系統，如一系列的物理、化學、地質和生物傳感器的研制和包括海洋觀測數據處理和數據產品的產生等。同時建立海洋信息服務系統，為社會各行業（海上交通運輸、海上油氣勘探開發、海洋災害、海洋環境、海岸帶管理）與社會公眾提供海洋信息；其次是海洋模式的發展。多學科融合交叉的高分辨海洋模式的建立勢在必行，隨著這些模式的發展，一系列的海洋問題都將向廣度和深度發展，人們可以基于現有的海洋信息，預測未來發展趨勢，為海洋管理、資源開發、防災減災和海防建設服務。

3.5 深?？茖W前沿

海底深部過程是研究地球表層與深部之間相互作用的切入點，其中洋中脊的熱液、冷泉活動及其相關的暗能量生物群落，是海洋系統中新發現的重要環節。熱液來自洋殼深部上涌的含金屬元素的巖漿與海水。探索發現洋中脊不僅有富含硫化物＞350℃的高溫熱液“黑煙囪”，還有100～200℃的中溫熱液“黃煙囪”和40°～ 90°的低溫熱液“白煙囪”。除熱液之外，還有冷泉和大洋板塊俯沖帶與海底烴類溢出口。

深海熱液所含的能量和水分具有重要的資源價值。深海多金屬礦床的形成不僅為陸上的成礦理論研究提供了現代比較，海底多金屬硫化物礦床作為未來戰略資源，是當前有深海技術因家競逐的對象。

比熱液、冷泉更為轟動的科學發展，是熱液和冷泉生物群。那里猶如沙漠中的一片綠洲，熱液區成為新物種發現的熱點；冷泉生物群落也有其一套完整的生命體系，那里的生物居然能在無光合作用下，依靠甲烷、硫化氫等還原性物質自養存活。

進入 21世紀以來，天基、空基、岸基、海面、水下、海床基的觀測平臺共同構成人類對海洋的立體式觀測，將對海洋的觀測由點、線及面整合起來?？瓶即?、深潛器和“海洋空間站”是人類間接/直接/現場探測深海大洋的基本手段。衛星與實地觀測相結合，是整個地球觀測的主導方向。遙感技術具有覆蓋廣、信息量大等諸多優勢，是常規觀測所不能替代的手段。目前正在建設的“海底觀測網”，更是將從根本上改變人類探索和認識海洋的途徑，它相當于將觀測站和實驗室建在海底。在不久的將來，科技人員或許就可以在個人電腦上了解到深海的各項指標、數據和實驗過程。人類探索和研究海洋將永無止境。

4 當今國際海底資源活動新態勢

目前，國際海底資源活動呈現出多元化、復雜化和爭奪激烈的態勢：海底礦區申請增速明顯，申請形式趨于多元。在2001—2006年間，國際海底管理局（ISA）共核準8塊多金屬結核勘探礦區，合同承包者大部分為政府和科研機構，2011年以來，已有18個西方發達國家、公司以及新興發展中國家提出礦區申請，ISA已核準了11份勘探申請，另有7份待批。與此同時，一些國際礦業公司也紛紛界入（新核準的 11份勘探申請書有 6份為礦業公司），成為新一輪礦區申請的一個新動向。

世界首個深海采礦項目，由澳大利亞鸚鵡螺公司在巴布亞—新幾內亞海域首開先河，人類正在迎接深海采礦時代的到來，使沉睡在2000 m以下海底開采硫化物礦床成為現實。

4.1 國際海底資源競爭形勢

當前，國際海底礦產資源競爭形勢日益激烈。國際海底區域礦產資源主要為多金屬結核、富鈷結殼和多金屬硫化物3種，而近年來在深海底新發現含稀有元素濃度較高的稀土軟泥也引起人們的關注。對這些未來的戰略資源，有能力、有條件、有技術的國家投入調查評價，以此為礦區申請做前期工作。

國際海底管理局于2000年通過《“區域”內多金屬結核探礦與勘探規章》后，2010年和2012年相繼通過多金屬硫化物和富鈷結殼兩種資源的勘探規章。至此，任何《公約》締約國都可對上述3種資源提出勘探礦區申請，國際海底礦區申請的競爭態勢進一步加劇。

4.2 專屬經濟區內資源勘探開發

除了國際海底礦區申請外，專屬經濟區（EEZ）內資源勘探開發也成為新的熱點，即有實力的國家在其他國家 EEZ內進行礦產資源勘探開發成為一種新的深海資源利用形式。如澳大利亞鸚鵡螺礦業和加拿大海王星礦業兩家公司在多個西南太平洋島國的 EEZ申請了勘探區。

2006年，Nautilus公司分兩次向巴布亞-新幾內亞政府提出了分別在巴新EEZ內Bismarck海和Solomon海內的勘探執照區申請，總計面積約17萬km2，其中有幾個硫化物礦床。其中一個礦化帶樣品分析結果金屬含量為Cu 15%、Zn 3.4%、Au 22 g/t。該公司已于2011—2012年完成勘探評價，2013年在水深1600～1700 m的海底投入商業開采。這是人類首例在洋海底進行固體礦產資源商業開發活動。

4.3 我國深海勘探開發面臨的挑戰

與國際先進水平相比，我國深海礦產資源開發能力嚴重不足。一是深海采礦技術發展滯后。雖然3種礦產資源礦區申請獲批（注：2015年7月20日國際海底管理局核準了中國五礦集團公司申請的東太平洋海底多金屬結核資源勘探礦區。我國成為擁有3個礦種4個區塊的國家），也簽署了勘探合同，但至今尚未進行海上試采，主要原因就是缺乏深海采礦技術和相關的裝備。二是深海采礦技術發展機制不順。長期以來，我國的深海采礦技術缺乏明確的國家重大任務的專項支持，也未獲得相關企業的重視和投入，導致了我國深海采礦技術發展的滯后，也影響了深海采礦工程技術研發人才隊伍的形成和穩定。

中國大洋協會依照勘探合同開展區域內的調查，可以促進我國深海高新技術產業的發展，以此帶動和促進有關深海技術裝備研制邁上新臺階。為我國未來開發深海礦產資源做好前期準備。我們應考慮到未來礦區勘探和環境評價需求，首先要繼續加大資源勘探和環境調查及評價工作的支持力度，其次著眼未來商業開采能力的培育，大力發展深海技術裝備，提升海洋資源開發整體能力，特別是深海資源開發能力。以自主研發為主，繼續重點支持發展深海觀測和探測裝備、深海水下機器人及鉆探設備等高技術裝備，以深海高技術裝備支撐未來礦區勘探開發和環境評價的需求。?

【作者單位：國土資源部中國地質調查局青島海洋地質研究所】

（摘自《海洋信息科學與技術》2016年1期）