深海探宝——记自然资源部海洋地质与成矿作用重点实验室 - 海洋地质资源开发项目效益

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自然资源部海洋地质与成矿作用重点实验室以国家对海洋地质的重大需求和海洋地球科学的重大学科前沿为导向，研究海底发生的各种尺度的地质作用过程和环境演变特征及机制，揭示海底矿产的形成机理、分布规律并进行资源评价，阐明海岸带工程地质与灾害地质状况，发展海底高新探测技术，取得了一系列突破性成果。

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深海蕴藏着人类远未认知和开发的宝藏，但要探明这些宝藏，就必须在深海进入、深海探测、深海开发方面加强研究，掌握关键技术。

近年来，自然资源部海洋地质与成矿作用重点实验室（以下简称地质实验室）依托自然资源部第一海洋研究所建设，以国家对海洋地质的重大需求和海洋地球科学的重大学科前沿为导向，研究海底发生的各种尺度的地质作用过程和环境演变特征及机制，揭示海底矿产的形成机理、分布规律并进行资源评价，阐明海岸带工程地质与灾害地质状况，发展海底高新探测技术，致力于建成国际先进、具有明显优势和特色的海洋地质学研究平台，为实现国家需求提供科技支撑。2009年至今，地质实验室在中国大洋协会、国家自然科学基金委、科技部等多个项目的持续支持下，在亚洲大陆边缘沉积“源-汇”过程与环境演化、全球深海稀土资源调查以及成矿规律、海底声学探测技术等方面，取得了一系列突破性成果。

潜心研究奠定优势

亚洲大陆边缘是全球独特的复合型大陆边缘。西部的青藏高原经历了强烈隆起，东部的西太平洋边缘汇集了全球约75%的边缘海。大量的陆源物质从亚洲大陆输送到边缘海，不仅在大陆边缘形成了世界上最大的地球表层“源-汇”体系，而且孕育了大量油气和矿产资源。地质实验室主任石学法介绍，在亚洲大陆边缘海域开展系统的海洋底质调查和研究对于深入了解其关键海域沉积环境时空变化、沉积物输运格局、未来环境和气候演变趋势，评估油气和矿产资源开发前景，提高对陆海相互作用和全球变化的认识具有重要意义。通过多年潜心研究，地质实验室丰富发展了亚洲大陆边缘沉积物“源-汇”理论体系，累计实施23个国际合作调查航次、6次河流考察，在科研成果上取得多个“首次”。初步实现了对亚洲大陆边缘关键海域底质的全面调查，首次系统获得了这些海域的一手调查样品和资料，相关调查技术、数据和成果在国内外得到了推广和应用；首次编制了亚洲大陆边缘大比例尺沉积类型图和中国海大比例尺高精度沉积物类型图，全面阐述了亚洲大陆边缘现代沉积物分布特征及变化规律；建立了典型陆架区高分辨率年代地层框架，探讨了地层层序特征及其与海平面、气候变化和区域构造的联系；建立了有效的物源示踪指标体系，阐明了亚洲大陆边缘不同纬度入海河流沉积物源岩属性；首次定量评估了亚洲大陆边缘不同纬度陆架碳质颗粒物的来源、输入方式与埋藏通量及其对自然过程和人类活动的响应；揭示了亚洲季风、海平面变化、西太平洋边界流系演化对亚洲大陆边缘“源-汇”过程的控制机理。地质实验室通过对亚洲大陆边缘沉积物的全面调查研究，使我国成为目前国际上唯一系统拥有这一广阔海区样品和资料的国家，初步建立了亚洲大陆边缘地区的国际合作网络，奠定了我国在这一重要区域研究的国际优势地位。

深耕海底探寻宝藏

广袤的深海海底蕴藏着极其丰富的金属矿产资源，例如多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物以及近年发现的深海稀土等，未来可为全人类提供资源保障。多金属硫化物也称热液硫化物，一般富含铜、锌、铅、金和银等有色金属和贵金属，是重要的深海多金属资源。海洋一所在20世纪80年代与德国合作，对菲律宾海和马里亚纳海槽的热液硫化物开展了调查研究。中国大洋协会在2003年正式开启了多金属硫化物资源专门调查，调查区包括东太平洋、西南印度洋、西北印度洋和南大西洋。地质实验室自2009年开始针对南大西洋多金属硫化物成矿潜力开展探矿调查及资源评价，从扩张速率、基底岩石、构造环境、热流变化等方面对南大西洋中脊多金属硫化物成矿条件进行了综合分析，先后在南大西洋发现10处海底热液区。迄今为止，南大西洋中脊南纬13°以南的所有热液区和热液异常点都是我国发现和命名的。

地质实验室副研究员李传顺告诉记者，多金属硫化物和我们经常说的海底“黑烟囱”有关，海底热液带出大量硫化物，遇水后形成巨大的黑烟囱，黑烟囱虽说其貌不扬，却能够喷“金”吐“银”。黑烟囱在海底喷口附近沉淀黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、方铅矿等多种硫化物。这些硫化物含有金、银、铜、铅等金属元素，并和石膏、重晶石与沸石类矿物伴生，能够形成极具经济价值的矿产资源。在海上调查和综合研究的基础上，地质实验室在南大西洋进行了综合科考评价，建立了南大西洋中脊热液硫化物成矿模式。

2011年，地质实验室在中国大洋协会的支持下开始调查与研究深海稀土资源，成为国内最早对海底稀土资源开展调查研究的单位。目前已组织实施了十多个深海稀土资源的海上调查任务，获得了重要发现。“深海稀土资源富含陆地紧缺的重稀土。”石学法介绍，我国对深海稀土经过10年的调查研究，在中印度洋海盆、西太平洋和东南太平洋深海盆地都发现了大面积富稀土沉积，将全球深海稀土划分为4个成矿带，在稀土富集成矿机制研究方面获得了重要发现。深海稀土资源量是陆地稀土的1000多倍，具有巨大的资源潜力。

推动海底声学探测技术进步

海底是天然气水合物、稀土、多金属结核等新型能源和矿产资源的赋存载体，同时也是大型海洋工程建筑物的承重载体。声学探测技术在海底资源勘探开发、海洋工程勘查、海底构造探测等方面具有重要的应用价值。近年来，地质实验室在高分辨率多道地震探测技术和海底沉积物声学特性调查技术等方面取得了多项关键性突破。在高分辨率海洋多道地震探测技术研发方面，突破了高宽频等离子体震源、小道距数字拖缆、近海底深拖探测等关键技术，成功研发出国内首创、具有自主知识产权的海洋超高分辨率地震探测系统，使我国成为拥有该项技术的少数国家之一。该技术成果将海底以下深达1000米内地层分辨能力提升10倍，实现了海底地层结构精细成像，已在跨海桥隧通道工程、城市活断层危险性评价、滨海核电站地震安全性评估和我国南海天然气水合物勘探试采等重大工程中得到广泛应用，产生了显著的社会效益和经济效益。在海底声学特性探测技术方面，地质实验室科研人员突破了海底沉积声学原位测量和实验室测试系列关键技术，研制了谱系化的原位测量设备和专业化的实验室测试仪器，形成了我国海底沉积声学调查技术体系；先后在中国近海、中西太平洋、东印度洋和南北极等海域开展了广泛的海底沉积声学调查，特别是5000米以上大深度原位测量技术的应用，实现了我国在太平洋、印度洋、南极海域的海底沉积声学原位调查零的突破；基于实测数据，率先开发了地声属性数据库和预测评价系统，实现了海底地声特性的实时、快速查询和准确预测。

地质实验室在海底声学探测技术方面的研究，为我国重大海洋专项调查、海洋工程场地勘察和海洋科学研究提供了技术支撑，推动了我国海底声学调查设备的技术进步和国产化。海洋一所所长李铁刚说：“未来我们将在海洋环境保障与深海资源调查等领域继续发挥重要的科技支撑作用。”

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记者：王自堃

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