基于深海采矿过程的环境影响分析与管理对策建议

深海矿产开发所产生的环境影响是目前制约深海采矿的重要问题之一,了解开发全过程的环境影响和生态响应是商业化开采的前提。本文以多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物三种具有代表性的深海固体矿产资源为例,分析了开发前赋存环境、开发过程中及开发后的环境影响。结果表明：①不同深海固体矿产资源的分布规律、深度以及生物特征等赋存环境存在较大差异,因采矿活动带来的赋存环境改变、对环境的影响以及采矿潜在影响区域、影响时长和恢复潜力也有所不同。②多金属结核开采的环境影响着重考虑了沉积物羽流的影响,结壳开采活动从沉积物扰动、外壳去除以及栖息地改变三个方面考虑环境影响,多金属硫化物开采的环境影响还要增加对有毒物质的释放以及栖息地移除两个方面的考虑。③深海采矿对底栖生物种群的数量和物种组成皆会造成不同程度的影响。最后,从持续跟进监测评估、充实数据、提升采矿技术与设备、顶层设计与决策管理、规则制定等方面提出了环境保护与可持续发展对策建议,为深海采矿的环境影响评价及规则制定提供参考。     

深海采矿潜在环境影响因素及监测技术体系研究

目前深海采矿潜在的生态环境影响引起来了广泛关注,文章针对工业化深海金属矿产资源开采潜在的环境影响监测评估需要,系统地总结了深海铁锰多金属结核、铁锰富钴结壳以多金属硫化物等主要深海资源的基本产状,分析了“物质迁移-羽流产生-声光电磁噪声-耗氧-有毒物质释放”等主流采矿工艺潜在的环境影响因素,基于深海采矿生态环境影响评估调查研究的技术需求,从实施深海采矿环境监测实验工程、建立深海重大装备系统、发展原位监测传感器等方面提出了深海采矿环境监测技术体系建设构架,以期为我国深海采矿生态环境监测保护技术发展提供借鉴。     

海底多金属硫化物开发动态与前景分析

介绍了澳大利亚鹦鹉螺矿业公司和海王星矿业公司在西南太平洋区域对海底块状多金属硫化物 ( SMS ) 的商业勘探活动和开采计划等活动的最新进展,并从海底多金属硫化物的金属品质、开发的技术可行性与经济性、深海采矿的环境保护与法律政策等方面对海底多金属硫化物开发的前景作了分析.     

深海硫化物资源评价方法及案例分析

深海硫化物资源富含Cu、Zn、Fe、Mn等10多种金属,开发价值极高,对其进行准确的评价能够为将来的勘探开采提供非常重要的数据支持。概述了深海硫化物资源的分布特征与赋存特点;介绍了深海硫化物资源的评价方法以及评价所需设备,并以南太索尔瓦拉1远景矿区资源评价为例,对硫化物资源评价方法进行了讨论,并分析了存在的问题。     

深海多金属硫化物采矿研究进展及其前景探讨

随着陆地金属矿产资源的日渐枯竭,深海多金属硫化物逐渐成为海洋矿产资源勘探的新趋势。文章介绍了全球主要海底多金属硫化物矿床的成因及分布特点,阐述了多个国际矿业公司和国际海洋组织对西南太平洋、大西洋和印度洋海底块状多金属硫化物勘探活动的最新进展。从海底多金属硫化物的金属品质、深海采矿的法律政策和环境保护等方面对海底多金属硫化物的开发前景进行探讨,并提出积极投身国际海底资源开发规章制定,进一步细化国内法律制度,为深海采矿提供良好的法律制度环境;提升深海治理能力,增强我国在深海领域的话语权;完善深海技术装备体系,提高深海开发创新能力等建议。     

海底稀土分布及其控制因素研究进展

稀土是不可再生的重要自然资源,在高科技、冶金、石油、农业等领域广泛应用,因此对稀土的研究具有重要的应用价值和战略意义。本研究概述了国内外海洋环境中稀土元素研究进展,总结了稀土元素在海底沉积物、多金属结核(结壳)、热液硫化物以及海水中的来源、分布及控制因素,发现在多金属结核(结壳)及南太平洋东部、北太平洋中部和日本南鸟岛以南地区的深海泥中稀土元素比较富集,有一定开采价值;深海沉积物中的稀土元素主要受沉积物类型和海底火山活动影响,而陆缘海主要受粒度和物源影响,多金属结核(结壳)则主要受构造背景和氧化还原环境影响;对当前稀土研究中可能存在的问题进行了探讨,提出在稀土元素研究中应灵活应用新的研究手段。     

深海热液区底栖生态环境探测技术研究进展

针对热液区生态科学研究和海底硫化物可持续开采所需的底栖生态环境探测,本文阐述了热液区的生态环境特点,以及热液区多金属硫化物开采存在的潜在环境问题。之后,归纳海底取样和光学影像调查等常用方法并指出存在调查点原有生态的破坏问题。梳理国内外发展的光学类和化学类深海原位生态环境探测传感器及国内投入海洋科考的深海着陆原位探测平台。对比当前应用于海洋发声物种识别的模式识别算法,分析虾蟹类栖息地声信号的探测方法。最后,对降低取样及影像调查对环境的影响、深海生态环境原位探测传感器的性能优化和虾蟹类栖息地生境声学探测技术等进行展望。本文将为热液区底栖生态环境探测方法研究提供参考。     

我国开发国际海底矿物资源的必要性和可行性

1 海底蕴藏着丰富的、具开采价值的多金属结核资源海底矿物资源种类繁多。目前所说的国际海底矿物资源主要指的是国家管辖范围以外的深海底的多金属结核、富钴的锰结壳和金属硫化物热液矿床。其中,海底多金属结核目前尤其引人瞩目。世界各大洋的深海底蕴藏有通称为锰结核的富含镍、铜、钴、锰等76种元素的多金属结核资源约3万亿吨,其     

世界大洋金属矿产资源勘查开发现状及问题

世界大洋底蕴藏着丰富的金属矿产资源,其所含的锰、钴、镍、稀土等矿产是陆地含量的数十倍乃至数百倍或更高,因此是未来矿产资源的接替区。本文介绍了世界大洋多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物及深海稀土等资源现状、分布及潜力,分析总结了21世纪以来国际海底区金属矿产勘查合同现状,并介绍了俄罗斯、巴布亚新几内亚、日本、中国等国家在其专属经济区内进行多金属结核、多金属硫化物开采实验的情况。由于世界大洋金属矿产资源丰富,潜力巨大,其勘查开发日益受到世界各国的重视,国际海底勘探合同不断增加,商业开发提上日程,但国际海底区的金属矿产资源开发仍面临技术、规章、环境等方面的制约和挑战。     

国际海底矿产资源勘查与研究进展

随着调查和研究的深入,世界各国对国际海底区域分布的多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物和深海稀土几种深海固体矿产资源的关注程度日益增高,越来越多的国家为占有国际海底资源,加快了资源调查和评价的步伐,国际海底区域矿产资源的竞争形势愈加紧迫。通过调研的方式收集了大量资料,对国际海底区域多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物和深海稀土几种深海矿产资源的分布和勘察现状进行评述,从而对国际海底矿产资源的研究趋势有所了解和把握。     

Precautionary management of deep-sea mining

Interest in deep-sea mining developed in the early 1970s, with a focus on manganese nodules in international waters. Mining may actually occur first, however, on rich polymetallic sulfide deposits associated with hydrothermal vents within exclusive economic zones. Even though mining for polymetallic sulfides may not take place for several years, precautionary performance standards, environmental regulations, and the establishment of Marine Protected Areas may help guide the marine mining industry toward a goal of minimizing environmental impacts. Once substantial investments in prospecting and exploring a potential mining site are made, implementation of environmental regulations may prove to be much more difficult.     

A Review of Some Environmental Issues Affecting Marine Mining

This article reviews information recently available from existing marine and coastal mining for responses to environmental issues affecting marine mining at different depths. It is particularly but not exclusively concerned with those issues affecting seabed biodiversity impact and recovery. Much information has been gathered in the past 10 years from shallow mining operations for construction aggregate, diamonds, and gold, from coastal mines discharging tailings to shallow and deep water, and from experimental deep mining tests. The responses to issues identified are summarized in a series of eight tables intended to facilitate site-specific consideration. Since impacts can spread widely in the surface mixing layer SML, and can affect the biologically productive euphotic zone, the main issues considered arise from the depth of mining relative to the SML of the sea. Where mining is below the SML, the issue is whether it is environmentally better to bring the extraction products to the surface vessel for processing (and waste discharge), or to process the extraction products as much as possible on the seabed. Responses to the issues need to be sitespecific, and dependent on adequate preoperational environmental impact and recovery prediction. For deep tailings disposal from a surface vessel, there are four important environmental unknowns: (1) the possible growth of "marine snow" (bacterial flocs) utilizing the enormous quantities of fine tailings particles (hundreds or thousands of metric tons per day) as nuclei for growth, (2) the possibility that local keystone plankton and nekton species may migrate diurnally down to and beyond the depth of deep discharge and hence be subjected to tailings impact at depth, (3) the burrow-up capability of deep benthos and their ability to survive high rates of tailings deposition, and (4) the pattern and rate of dispersion of a tailings density current through the deep water column from discharge point to seabed. Actions to obtain relevant information in general and site-specifically are suggested.     

A Review of Some Environmental Issues Affecting Marine Mining

Abstract

This article reviews information recently available from existing marine and coastal mining for responses to environmental issues affecting marine mining at different depths. It is particularly but not exclusively concerned with those issues affecting seabed biodiversity impact and recovery. Much information has been gathered in the past 10 years from shallow mining operations for construction aggregate, diamonds, and gold, from coastal mines discharging tailings to shallow and deep water, and from experimental deep mining tests. The responses to issues identified are summarized in a series of eight tables intended to facilitate site-specific consideration. Since impacts can spread widely in the surface mixing layer SML, and can affect the biologically productive euphotic zone, the main issues considered arise from the depth of mining relative to the SML of the sea. Where mining is below the SML, the issue is whether it is environmentally better to bring the extraction products to the surface vessel for processing (and waste discharge), or to process the extraction products as much as possible on the seabed. Responses to the issues need to be site-specific, and dependent on adequate preoperational environmental impact and recovery prediction. For deep tailings disposal from a surface vessel, there are four important environmental unknowns: (1) the possible growth of “marine snow” (bacterial flocs) utilizing the enormous quantities of fine tailings particles (hundreds or thousands of metric tons per day) as nuclei for growth, (2) the possibility that local keystone plankton and nekton species may migrate diurnally down to and beyond the depth of deep discharge and hence be subjected to tailings impact at depth, (3) the burrow-up capability of deep benthos and their ability to survive high rates of tailings deposition, and (4) the pattern and rate of dispersion of a tailings density current through the deep water column from discharge point to seabed. Actions to obtain relevant information in general and site-specifically are suggested.     

利用微区XRF技术的大洋固体矿产成分快速无损检测

深海固体矿产主要由铁锰结核、富钴结壳和多金属热液硫化物组成,元素在矿产中原位的分布和含量,对了解矿物成因、品位以及评估其经济价值有重要指示作用.本研究利用微区XRF分析技术对铁锰结核、富钴结壳、热液硫化物3种大洋类型矿产样品,进行高分辨、原位和无损的多元素空间分布检测,结果显示了不同元素在3种类型矿物中的空间分布特征....     

深海采矿系统长距离垂直输运管道力学性能研究

深海采矿系统中的长距离垂直输运管道在工作中具有复杂的流固耦合力学特性,在生产作业中其结构安全性和可靠性面临严峻考验。建立深海采矿系统从海底到水面的完整模型,采用集中质量法对于其中的长距离垂直输运管道的环境载荷进行了研究,并将计算结果与模型试验测量值进行对比验证,重点分析管道顶部轴向张力和剪力的大小关系以及变化规律。分析结果表明:在深海采矿系统的长距离垂直输运管道中,轴向张力在结构载荷占主要成分,由波浪引起的结构轴向张力增加会达到管体自重的38%～48%。因此,选择合适的作业工况对降低结构载荷,加强结构安全性能有很大帮助。     

深海多金属结核物理特性及其对采输过程的影响概述

文章旨在确定深海多金属结核的物理特性,并分析其对采输过程的影响,以指导工程应用。总结了深海多金属结核开采的最新研究进展,通过对数据进行统计整理、回归分析,确定了结核形成机理及主要成分、在海底的分布特性、结核形态及构造、结核尺寸与重量关系、含水量、密度、孔隙特性及结核强度等关键物理特性。研究表明：结核形状多样,质松多孔隙,含水率高,近似均匀分布在海床上或浅泥层中。颗粒质量和尺寸联合概率分布具有长右尾特性,需使用更广义的联合概率密度函数copula才能准确建模。结核抗拉强度随结核直径增大按对数函数递减。此外,深海高压环境下结核的开采需更多能耗,且结核表现出更高的延性。结合固液两相流分析和颗粒沉降理论,分析了结核形状、尺寸、密度等主要参数对水力举升过程的影响,确定了颗粒破碎的主要方式和规律,总结了不同粒径级配输运造成堵塞的可能原因。     

深海大型爬行机器人研究现状

对海底不同作业形式的深海大型爬行机器人进行了分类综述,依据当前深海大型爬行机器人在各方面的应用,将其分为了深海采矿机器人和深海挖沟机器人两大类,并对这两类中的一些性能突出的机器人进行了详细的介绍。重点介绍我国第一代、第二代多金属结核采矿机器人,SMD的3个多金属硫化物开采机器人,中科院深海所的富钴结壳规模采样爬行机器人,喷射式挖沟爬行机器人QT2800和机械式挖沟爬行机器人BT2400。并对深海大型爬行机器人的海底复杂行走技术和导航定位技术进行了阐述。行走技术方面,重点介绍Nexans公司的带有铰接式行走腿系统的Spider Dredger,中南大学的铰接履带式采矿机器人和北京矿冶研究总院的复合轮式机器人。导航定位方面,介绍了当前一些在用的深海导航定位技术。最后,对未来深海大型爬行机器人的发展趋势进行了展望。     

Should deep seabed mining be allowed?

Commercial interest in deep sea minerals in the area beyond the limits of national jurisdiction has rapidly increased in recent years. The International Seabed Authority has already given out 26 exploration contracts and it is currently in the process of developing the Mining Code for eventual exploitation of the mineral resources. Priority issues have so far been feasibility and profitability of this emerging industry, while relatively little consideration has been given as to how, and to an even lesser extent, whether deep seabed mining should proceed. This article makes a case that the global community should question and scrutinize the underlying assumption that deep seabed mining is going benefit humankind as a whole before commercializing the common heritage of humankind.     

基于蚁群算法深海采矿机器人工作路径规划

针对深海采矿机器人路径规划问题,提出一种适合于采矿作业的改进蚁群算法。该算法利用位图法建立环境模型,依据构型空间的思想将路径规划问题简化为质点运动问题;利用改进的蚁群算法对问题进行描述,蚁群搜索中采用邻居搜索原则和中线偏移策略。最后通过仿真实验表明,该算法精度高,在海底环境中,能够完成机器人采矿作业的要求。