基于SWOT分析的深海采礦發展策略研究

賈凌霄，馬 冰，于 洋，王 歡

(中國地質調查局地學文獻中心，北京 100083)

“深海”一般指大陸架以外的海洋部分，通常水深在200 m以上，面積占地球總表面積的65%。深海中蘊藏著豐富的礦產資源，其范圍之廣、儲量之大遠超陸地礦產資源。深海礦產資源一般指公海以及國家專屬經濟區(EEZ)以外的海洋資源部分。深海礦產資源主要分為多金屬結核、富鈷鐵錳結殼和海底塊狀硫化物三種類型[1]。這些富集在深海中的礦產資源很多都是現代高科技、綠色技術或新興技術所必不可少的原材料。當今世界對清潔能源技術和高新智能技術的應用需求不斷增長，制造諸如風力渦輪機、太陽能電池板、電動汽車、鋰離子電池、人工智能設備等需要消耗大量的金屬，例如銅、鎳、鋁、錳、鋅、鋰和鈷等。陸上礦產的枯竭和對金屬需求的增加正在激發人們對深海采礦的興趣[2]。

1 深海采礦概述

1.1 深海礦產資源

深海蘊藏著豐富的多金屬結核、富鈷鐵錳結殼、海底塊狀硫化物等資源，開發利用潛力巨大。深海多金屬結核是由周圍海水(水成因)或沉積物中孔隙水(成巖作用)中的金屬沉淀形成的，廣泛分布于水深4 000～6 000 m的深海平原，以馬鈴薯大小的結核形式存在，僅東北太平洋赤道附近的克拉里昂-克利珀頓區結核的估計礦產儲量就高達210億t。太平洋和印度洋中部熱帶地區的結核中鎳、銅、鈷、鉬、鋰、稀土元素和砷等礦產高度富集，具有特殊的經濟意義[3]。富鈷鐵錳結殼是在有氧條件下冷海水直接沉淀形成的，為覆蓋在堅硬基底巖石上的鐵錳氧化物和氫氧化物組成，富含鈷、錳、鎳、銅和稀土，通常存在于800～3 000 m的深海，表面呈腎狀、鮞狀或瘤狀，主要集中分布在太平洋海山頂部。據估計，大約635萬km2的海底(占海底面積1.7%)被富鈷結殼所覆蓋，其資源遠景巨大[4]。海底塊狀硫化物(SMS)是海底熱液多金屬沉積物的一種，被認為是陸基火山塊狀硫化物(VMS)沉積物的現代類似物，主要產于中速至快速(大于5 cm/a)擴張的活動洋脊和開張的海盆擴張中心地帶，如東太平洋洋隆、加拉帕戈斯海嶺等，礦物成分主要是硫化物和硫酸鹽礦物，富含鋅、銅、銀、硅等。據估計，現代海底可能存在1 000～5 000個大型硫化物礦床[5]。

1.2 深海采礦的發展

19世紀70年代，英國皇家海軍艦艇挑戰者號(HMS Challenger)探險船在海洋探險中首次發現深海里有礦產[6]。但直到20世紀60年代，MERO才揭示了深海礦床的經濟潛力，并預測深海采礦將在20年后開始[7]。這引起了世界的關注，期待開發深海礦產作為未來的替代金屬來源。1972年1月，在美國哥倫比亞大學拉蒙特-多赫蒂(Lamont Doherty)地球天文臺舉行了主題為“海底鐵錳礦床”的會議，科學家首次對太平洋克拉里昂-克利伯頓斷裂帶(CCZ)中的鐵-錳結核進行了詳細研究。隨后，科學家進行了有關太平洋[8-11]和印度洋[12-15]不同地區礦床的分布，地球化學和礦物學的研究。許多研究還解釋了海底礦床的形成過程、地質因素及其與沉積環境的關系[16-20]。同時，熱液硫化物[21-22]和富鈷鐵錳結殼[23-24]也被認為是潛在的資源。

一些國際組織開展了一系列的勘探計劃，隨后提出了在國際海域開發海底資源的請求。1994年，聯合國為促進和管理海底采礦，在牙買加首都金斯敦正式成立了國際海底管理局(ISA)，負責管理國際海底區域(即任何國家管轄范圍以外的國際海域)及其資源。在沿海國家管轄海域以外的公海范圍內進行勘探和開采活動都需要向國際海底管理局申請許可。然而直到2010年，在太平洋和印度洋中，國際海底管理局為先驅投資者(法國、俄羅斯、日本、中國、韓國、德國和InterOceanMetal聯合組織——東歐國家聯盟)只頒發了8個深海礦產勘探合同，勘探目標僅為多金屬結核；此后10年(到2020年)，國際海底管理局為各國政府贊助的承包商頒發的勘探合同激增至30個，勘探區塊總面積超過150萬km2，范圍覆蓋了太平洋、印度洋和大西洋，勘探目標涵蓋多金屬結核、富鈷鐵錳結殼和海底塊狀硫化物。

2 基于SWOT分析的深海采礦發展態勢分析

2.1 優勢分析(strengths)

1) 深海礦產資源豐富。深海礦產資源主要分為3種類型：多金屬結核、富鈷鐵錳結殼和海底塊狀硫化物。這些資源富含錳、銅、鈷、鈦、鎳、稀土等多種礦產。 據PETERSEN等[25]估計，深海三種類型礦產資源的有利勘探區域面積大約為4 290萬km2，在主要礦產富集區資源估測量超過292億t(表1)[25]。深海礦產的富集程度比陸地高，并且可以在一處采礦場回收3種或更多種金屬，這些礦產很多都是現代高新科技、綠色技術所必不可少的原材料[26]，例如制造高性能太陽能電池板的關鍵金屬材料碲，其在海水中的富集程度是陸地上的50 000倍[27]。海底的結殼和結核基本上都是在海床之上呈平鋪的狀態，塊狀硫化物礦床上幾乎完全沒有覆蓋物。目前，大部分商業勘探集中在克拉里昂-克利珀頓地區，據估計，克拉里昂-克利伯頓區的結核中含有的鈷、錳和鎳含量超過陸地上所有已知礦床的總量。

表1 深海礦產資源特征Table 1 Characteristics of deep sea mineral resources

2) 深海開采具有陸地采礦不具備的優勢。現有的許多工業活動都發生在陸地和近岸環境中，而深海采礦活動預計會遠離對許多太平洋社區至關重要的沿海和淺水生態系統，不存在土著居民或原住民的問題。相較于陸地采礦，深海采礦所處的深海環境對于人類相對陌生，人類還不太善于直接利用深海環境和生態系統提供的便利條件，再加上新的

技術進步，意味著與基于陸地的礦產開采相比，深海開采對環境和社會的影響可能要小。另外，深海采礦無需建設公路等海底基礎設施，采礦船可以很方便地在不同的采礦點之間移動進行開采，深海采礦相對于陸地采礦還會減少溫室氣體的排放。例如，深海采礦公司DeepGreen的發言人曾表示，從海底提升錳結核這一過程無需爆破、鉆洞和挖掘，所產生的二氧化碳要低于陸上采礦[28]。

3) 有助于發展綠色和低碳經濟。2020年5月，世界銀行發布的《氣候變化行動所需要的礦產資源》報告指出，沒有礦產資源，就不可能實現低碳未來，特別是關鍵礦產將成為能源轉型的重要基礎之一，并強調低碳未來將是礦產“非常”密集型。要達到《巴黎協定》規定的氣候變化目標，到2050年，鋰和鈷等礦產的產量將比2018年大幅度增加450%以上，銅的產量需要增加2 900萬t，任何潛在的礦產供應短缺都可能影響清潔能源技術在全球部署的速度和規模[29]。深海中蘊含了大量清潔能源技術所需的礦產資源，且礦藏量一般比陸地上要高得多，這些資源對于太陽能電池板、風力渦輪機和電動車至關重要，能夠實現綠色技術所需金屬和原材料供應的多元化，加強深海采礦可以大規模增加低碳經濟轉型發展過程中的礦產戰略儲備。

4) 有助于提升人類對深海資源與環境的認識。目前人類對整個海底的研究尚處于較為初始的階段。深海采礦可以促進海底地質填圖技術的發展，加強人類對海底地貌的認識和利用，促進深海采礦相關服務和裝備的研發，對維護國家安全具有重要戰略意義。

2.2 劣勢分析(weaknesses)

1) 對海洋生態環境影響較大。結核、結殼和塊狀硫化物所處的特殊環境中存在著許多極具多樣性的生物群落。海底采礦設備在采礦過程中，會導致其機械路線沿線的海底動物直接死亡，并會破壞海底原始地形(海底影響)。當采集機器沿海底運動時，它們會攪動大量的軟沉積物，這些沉積物可能會擴散數萬千米遠，最終重新沉淀下來，掩埋和扼殺海底生物。采礦的廢棄沉積物會傾倒回海中，形成另一股羽流對海底生物帶來不利影響(海底和海中水體影響)[30]。采礦還可能通過引入入侵物種，礦床中的有毒物質，溢出的礦石以及諸如液壓油、噪音和振動、可見光等之類的污染物來影響附近的生物(海底、海中水體和上層水體影響)[31-32]。

THIEL等1989年在秘魯海盆進行了擾動與再遷入(DISCOL)實驗，通過模擬采礦產生的擾動來測試其對深海環境的影響，這是迄今為止對商業深海采礦潛在影響最大的實驗。結果表明，擾動發生后，實驗區的生物密度和種群豐度急劇下降，7年后仍大幅下降。2015年，SIMON-LLED等[33]重新對DISCOL試驗區的生物進行評估后發現，26年后，模擬采礦對秘魯海盆多種底棲生物的數量和多樣性的影響仍十分明顯。GILLARD等[34]進行的一項計算機模型研究發現，沉積物重新沉積的時間可能比目前假設的時間長10倍。

2) 前期成本高。深海采礦屬于資本密集型行業，需要專門的開采設備和運輸存儲設備，要在技術研發，以及船舶、設備和加工等方面進行大量支出。根據ISA法律規定，礦業承包商在深海開采礦石前必須對其采礦區進行環境評估，此類環保評估活動也會產生高昂的經濟成本。因此，商業化開采的前期成本可能會給承包商帶來巨大的經濟壓力。

3) 缺乏相關法規。深海海底采礦可以帶來長期的社會經濟效益，但是以可持續的方式利用深海資源，同時最大限度地減少對海洋環境的影響是至關重要的。深海礦產資源絕大多數位于主權并不明確的國際海底區域，《聯合國海洋法公約》規定國際海底管理局(ISA)是負責組織和控制國際海底區域內礦產勘探和開發的唯一機構[35]，任何希望從事深海采礦的國家或企業都需向ISA申請勘探或開采許可。但是目前ISA尚未發布深海開采行為準則，雖然ISA表示力爭在2020年完成“準則”的制定，但由于涉及利益分配、環境保護等敏感問題，各成員國在2020年的期限內能否達成共識，目前仍不容樂觀[36]。2020年2月至3月ISA舉辦了第26屆年度大會的第一部分，深海開采行為準則的制定仍處在討論階段[37]。

4) 對海上交通、捕魚業等產生影響。深海采礦活動需要管理，由于噪音、沉積物等其他相關因素，可能會設置禁區，會存在一些出入的限制，進而影響海上一些航道的暢通性。此外，捕魚業等產業也會受到采礦活動的直接影響。這都將會對深海采礦的實施造成阻力(圖1)。

圖1 深海采礦對環境的潛在影響Fig.1 Potential environmental impact of deep sea mining

2.3 機會分析(opportunities)

1) 有利于采礦東道國國民經濟的發展。按照國際原則，只有以國家的身份才能向ISA申請許可證，因此一些有意于開展深海采礦的公司會與太平洋島國簽署經濟互惠協議來獲得海底資源開采的許可。太平洋島國可以通過收取礦產生產特許權費用、對利潤征稅、或對外國公司收取費用來獲取深海采礦業的經濟回報。

深海采礦還可以為東道國提供直接的就業機會。在勞動力發達的國家，尤其是陸上采礦較為成熟的國家，可以為本國相關從業者提供高技能或專門技術職位。在其他勞動力資源欠發達的太平洋島國中，引進的高水平深海采礦從業者可能(至少在一開始)擔任高技能職位，這可以為能力建設和技術轉讓機會提供基礎。此外，還會在服務業、房地產業等行業中創造間接就業機會。

2) 擁有潛在的非市場利益。深海采礦對海底的勘探和開發將有助于對這些地區技術和科學的認識。技術進步的潛在經濟利益包括：將改善未來深海采礦的可行性和盈利能力的進步；和對其他行業有利的進步(例如深海旅游、電纜鋪設等)。此外，深海礦產開發過程中還發現了以前海洋中未知的物種，并提供了有關生物過程、遺傳和基因資源的新信息。

3) 社會各界對深海采礦的興趣與日俱增。雖然ISA已經明確表示在發布深海開采行為準則之前，不會頒發任何一張開采許可，但是這并不影響各國對于深海勘探的熱情。截至2020年3月，ISA已為各國政府贊助的承包商批準了30份勘探合同，而2010年僅有6份勘探合同。中國、韓國、俄羅斯是擁有勘探合同數量較多的國家，此外，日本、印度、歐洲一些國家、太平洋島國等也申請了自己的勘探合同區塊。勘探區域更是覆蓋了除北冰洋之外的所有大洋(表2)[38]。盡管目前公海海底的礦產資源仍在很大程度上受到ISA的保護，但是部分國家及企業已經在不受ISA約束的專屬經濟區內開始了開采演練，深海采礦行業的投資正在增長。

表2 ISA批準的深海礦產勘探合同Table 2 Deep sea mineral exploration contractapproved by ISA

續表2

2.4 風險分析(threats)

1) 開發與保護存在矛盾。2015年通過的聯合國2030年“可持續發展目標(SDGs)”第14條要求所有國家以保護和以可持續的方式利用海洋及海洋資源，保證其可持續發展。但現有的稀缺數據表明，深海采礦可能將對海洋生物造成毀滅性的、潛在的、不可逆轉的影響。因此很多環保主義者和民眾都對深海采礦持反對意見。加拿大多倫多的鸚鵡螺礦業公司在巴布亞新幾內亞管轄的海域計劃開展的“索爾瓦拉1號”深海采礦項目是全球第一個深海礦產開采項目，計劃開采巴布亞新幾內亞沿海的熱泉噴口；該項目于2011年達成協議，但此后由于環境問題，多次受到當地社區的反對，當地民眾成立了“索爾瓦拉戰士聯盟”等組織來反對鸚鵡螺礦業公司的計劃，以推動海底采礦禁令，導致該項目最終面臨法律訴訟，加上資金困難，2019年鸚鵡螺礦業公司宣告破產。巴布亞新幾內亞政府也要承擔相當于該國900萬人口一年全部衛生預算三分之一的債務。這也讓其他太平洋國家意識到了深海底采礦的風險，巴布亞新幾內亞最近與斐濟和瓦努阿圖一起，呼吁至少十年內，暫停在他們國家管轄范圍內開展海底采礦。

2) 生態紅線尚未明確界定。由于深海環境對于整個地球和人類非常重要，所以必須首先了解深海開采的風險，建立生態紅線，然后再決定是否、以及在何種條件下允許進行開采[39]。根據法律規定，深海采礦承包商在開展開采活動之前必須進行環境評估，以確定開采設備對生態環境影響的程度。目前還沒有明確具體的生態紅線，即達到對環境造成何種程度的影響時不能開采。目前完成的深海采礦試驗都局限于相對較小的微型試驗級設備，還沒有對實際采礦設備進行模擬。采礦實驗巨大的經濟成本和較高的技術要求也讓承包商們望而卻步。科學家和環保主義者都擔心，法規的制定將鼓勵采礦業在確定如何能夠避免造成嚴重的環境危害之前，就開始進行采礦作業。

3) 存在經濟風險和政治風險。提取深海礦物并將其投放市場會導致當地的礦產品經濟環境發生變化，從而可能直接或間接地與陸地礦產產生經濟競爭或相互替代。海底采礦一旦開啟，來自海底的大量礦物會讓礦產價格趨于平穩或下跌，會威脅到那些靠陸地礦產為生的人或國家。采礦業占國民經濟比例較大的國家例如智力和南非已經表示了對海底采礦可能會影響自己的陸地采礦作業和經濟的擔心。聯合國制定的《海洋公約法》中規定，國際海底管理局簽發許可或允許海底采礦的前提是，其規模不應對主要依靠陸上同類金屬開采的發展中國家經濟產生不利影響，所以“采礦守則”需要著力補償這些國家的損失，這對于ISA是巨大的挑戰。

深海采礦不僅在技術上有特殊的要求，在政治和法律上都很復雜。受地緣政治、國際法律法規等因素的制約。國際援助、外交事項或其他政治因素可能是一個國家決定是否授予承包商特許權的重要因素。在公海“區域”內，國家與承包商簽訂合同或贊助可能與獲取礦產的戰略重要性有很大關系。如果承包商在實際的深海開采活動中發生問題，例如造成了明顯的環境破壞，那么合同簽署國就將承擔巨大的政治和法律風險[40]。

3 深海采礦發展的決策建議

通過以上分析，構建了深海采礦SWOT分析矩陣(表3)。

表3 深海采礦SWOT分析矩陣Table 3 SWOT analysis matrix of deep sea mining

3.1 優勢機遇策略(SO)

1) 開展國際合作，共享科研成果。《聯合國海洋法公約》指出：“海洋的種種問題都是彼此密切相關的，有必要作為一個整體來加以考慮。各國應促進為和平目的而進行海洋科學研究的國際合作。”由于深海采礦帶來的環境影響具有跨地區的性質，在不同礦區應該是相似的，各國沒有必要開展重復性的工作，對深海采礦環境治理的科學技術需要廣泛的國際合作，這樣既可滿足科學需求，又符合各方的經濟利益。

2) 加大投入，加快建立海底觀測系統。海底觀測網是人類觀測海洋的新型平臺，可實現海洋由海底到海面的全天候、連續、實時和高精度立體觀測。美國、加拿大、日本以及歐洲各國紛紛投入巨資構建海底觀測網并成功運行，包括美國海底觀測網(OOI)、加拿大海底觀測網(ONC)、歐洲海底觀測網(EMSO)、日本海底觀測網(DONET)等，以對海洋動力過程、海洋生態環境、海底礦產資源和海底地質活動進行觀測和預警[41]。目前，已建設的海底觀測網絡基本集中在各國專屬經濟區以內的海域。鑒于國際海底區域內存在深海礦物高潛力區[42]，有利于深海采礦的國家應向國際海底管理局申請許可，加大投入，在國際海底區域加快建立海底觀測系統，即可以測試新的采礦技術，也可以監測其對環境的影響。

3.2 優勢挑戰策略(ST)

1) 尋求跨學科合作，進行全面的基線研究。國際海底管理局規定，為了評估深海采礦活動的潛在環境影響，承包商必須在勘探階段就收集環境基準數據，以了解深海中生活著哪些物種，它們如何生活以及如何受到開采活動的影響，以便確定基線，用于同采礦開始后的狀況進行比較。然而，生物學基線數據的收集需要相當豐富的生物分類學專業知識，很多深海物種目前可能尚未被科學家所知。因此需要尋求跨學科的合作，同時把更多的資金用于培訓和教育計劃，以加深我們對深海的了解。

2) 構建綠色經濟框架，促進可持續經濟發展。深海采礦的綠色經濟涉及經濟資本(工業資本，包括基礎設施等)、自然資本(環境支持、服務業規模)和社會資本(知識、技能和經驗)三種資本類型，是指市場力量和機遇與環保技術相結合，以維持或改善沿海地區賴以生存的經濟、社會和環境資源。綠色經濟可以被視為與自然環境和生態系統兼容、對環境友好、對社會公正的經濟體系。要實現深海采礦的綠色經濟，政策制定者可以采取措施，確保深海采礦的環境和社會成本得到管理并被采礦的社會效益和經濟回報所抵消，并確保這些回報得到公平地投資和分配。這樣可以避免任何一種形式的資本以其他形式的資本為代價不成比例增長，使社會和自然資本以及經濟資本的回報最大化，進而形成更具彈性的經濟體，為人民的利益和經濟發展創造可持續的價值[43]。

3.3 劣勢機遇策略(WO)

1) 認真權衡深海采礦的收益和成本。一國決定是否進行深海采礦，需要仔細評估和權衡采礦對環境、經濟、社會等方面的影響，并進行分析表明該國與采礦相關的總體利益大于其潛在成本。例如，什么時候收入足以滿足一定程度的環境損害，可接受和不可接受的環境破壞水平的閾值是多少。在權衡深海采礦的成本和收益以及采礦收益可能用于社會再投資的潛在方式時，生態、經濟和社會復原力是重要的考慮因素，這樣才能實現深海采礦的可持續發展。

2) 進行生態環境評估，制定措施減輕環境影響。政府和相關部門應確保在批準任何采礦決定之前，優先權衡采礦作業造成的生態環境影響，并進行高質量的環境評估，以評估深海采礦作業對環境造成的全面破壞程度和持續時間。采礦的環保成本應包括在財務和經濟評估中。當前的技術可能不足以避免對環境造成嚴重和持久的損害，因此需要對采礦作業的允許范圍和持續時間進行嚴格并具有預防性的控制，盡量優化采礦設備，以減少海底干擾。在實踐中，尚未證明環境補救措施是有效的。

3.4 劣勢挑戰策略(WT)

1) 加強國際社會的監管。國際海底管理局肩負著雙重任務：促進深海礦物的開發，同時確保這種開發對環境無害。國際海底管理局的任務具有挑戰性和沖突性。因此，國際社會(包括政府代表和公眾)需要加強監督，以確保海洋生物得到充分保護。此外，為了避免由于國際海底管理局雙重任務可能引起的利益沖突，國際海底管理局還應考慮放棄一些職責，并將其交給其他機構承擔和監管。

2) 大力發展循環經濟。應鼓勵相關產品的修理、回收和再利用，以幫助減少對深海原材料的需求。創新產品設計以使用更少的材料或替代材料也可以減少需求，進而最大限度地保護深海原生環境。

4 結 語

深海礦產資源開采潛力巨大，通過SWOT模型分析，深海采礦相較于陸地采礦具有獨特的優勢，對當今世界綠色和低碳經濟發展轉型具有重要的戰略意義，可為國家的經濟和社會發展帶來新的機遇；近年來相關實體對深海采礦行業的關注度和投資力度正在快速增長。但深海采礦實踐同時面臨著較大的環境、資金和政治風險，在業內存在較大爭議，深海礦產開采的相關法規尚未制定。建議各國加大研究與合作力度，提高深海礦產資源的勘查與開發能力，同時科學規避深海采礦可能帶來的各種風險。國際相關組織也需加強監管，盡快出臺相關法規，以盡快實現深海礦產規范化、合理化開采。