中国深海技术跻身世界前列

莫 杰

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中国深海技术跻身世界前列

莫 杰

1 引言

20世纪80年代以来，世界发达国家海洋高新技术的发展与应用和以美国的“深海大洋钻探计划”为代表的国际性海洋地学重大计划的实施，促进了海洋科学得以全面发展，并取得一系列重要科技成果。进入 21世纪，我国深海大洋科学考察，随着自主研发深海探测技术及其装备，形成以“三龙”体系—载人HOV“蛟龙”、ROV“海龙”、AUV“潜龙”等深海探测和浅、中深钻取样设备为代表的技术装备，成为深海探查的新利器，为我国勘查海底矿产资源提供了有力支撑。

2 深海探测技术

深海探测技术包括定位技术、声学探测技术、地球物理探测技术、地球化学探测技术、拖曳技术、深潜技术、遥感探测技术、可视技术、多波束测深技术和钻探取样技术等十大技术。深海高新技术水平决定了各国在国际深海活动中的综合竞争实力。

2.1 大洋科考探测技术

目前，中国拥有大洋综合调查船“大洋一号”“向阳红10号”“海洋六号”“科学号”“探索一号”和极地科考船“雪龙”号等，并配有各种先进的探测仪器、设备和装置。于20世纪90年代初开始了深海大洋、南北极综合科学考察和大洋矿产资源、深海生物基因资源及环境调查研究。近 15年来自主研制了一批海底探查新装备，如沉积物捕获器（浅水≤200 m、深水≥3000 m）；水下拖曳式多道伽玛能谱仪；海底大地电磁探测系统（4套仪器作业水深分别为166、230、280、1050 m）；20～30 m长岩芯重力活塞常规和保压取样器（水深703 m处，取获17.11长柱状岩芯，取芯率达91.3%）；ST-6000 m深海拖曳观测系统（装有水下电视摄像、照相、测高仪等）。

还有，水下DGPS高精度定位系统，其水平定位精度5 cm，测深精度30 cm；6000 m水深高分辨率测深侧扫声呐（HRBSS）系统（垂直航迹分辨率5 cm，最小可检测高度10 cm），能获得高分辨率三维地形地貌图；深水声学拖曳系统，其作业水深 4000 m，测深覆盖范围600 m、侧扫覆盖范围800 m，垂直航迹分辨率5 cm，最小可检测高度10 cm；机载海洋激光荧光雷达系统；深海彩色数字摄像技术系统（作业水深6000 m）。

2013年，执行大洋第 29航次调查（5～10月）的“海洋六号”，使用自主研发的深海全液压浅层岩芯取样钻机进行“深海浅钻”，从1000余米的水下某平顶山钻获一段长28 cm的结壳岩芯样品，在9个站位钻获富钴结壳样品厚度普遍超过8 cm。自主研发的中深孔岩芯取样钻机在技术改进后，在2014年大洋34航次中的3个站位4个钻孔，钻进11.56 m，取芯2.7 m，有效缩短了作业时间，提高了取芯效率。

在地质调查（CGS）航段使用自主研制的6000 m声学深拖设备，于东太平洋海山区开展高精度的地形地貌调查，在近海底20～100 m作业，最大测深250 m，最大侧扫覆盖宽度800 m。该深拖设备完成31 km测线，并成功回收，获取高精度的微地形地貌和浅地层剖面数据。

6000 m海底有缆观测与采样系统—GHTVG-01型电视抓斗（作业水深4000 m，抓样面积1.5 m2，单次取样数量可达800 kg以上）；电视多管沉积物取样器（水深5000 m，采样管中沉积物长度为30～40 cm）；深海浅地层岩芯取样机（水深4000 m，取芯直径60 mm，钻孔深度700 mm）；深海底中深钻孔岩芯取样机，在2011年“大洋一号”第22航次第一航段的东沙海域1740 m海底成功获取岩芯样品，并创下15.7 m的深孔纪录。

2014年3月，中国大洋第30航次第三航段在西南印度洋中脊多金属硫化物勘探区，分别对碳酸盐试验区，非活动硫化物区和活动热液区附近的“死亡烟囱区”，使用海底中深钻“进取者”首次在硫化物区钻探作业，成功取得硫化物、碳酸盐和下覆基岩（作业水深4000 m，适应于海底硬岩，钻进深度可达20 m，最大取芯直径50 mm），对研究硫化物分布及其与围岩的关系、碳酸盐成因等具有重要意义。

2014年4月19日，中国大洋第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电视抓斗抓获单体最大的硫化物样。经测量：该样品长80 cm、宽70 cm、高70 cm。此外，这次地质拖网作业在约1600 m的海底捕获铠甲虾、海绵、深海珊瑚、岩石和一些不知名的软体动物等样品。

2015年12月—2016年7月，“大洋一号”和“向阳红10号”赴西南印度洋执行大洋第39、40航次科考，对中国多金属硫化物勘探合同区进行综合异常拖曳探测和地质取样，寻找矿化异常区，并兼顾稀土资源环境基线和生物多样性调查，获取生物基因样品。第 39航次在合同区 26个区块进行综合异常拖曳探测和地质取样，并在5个区块内圈定了硫化物异常的分布位置；电法探测获得玉皇热液区9条测线数据。使用中深孔岩芯钻机在玉皇热液区获取首段岩芯 2.7 m（上层沉积物0.4 m、块状硫化物2.3 m）。

第40航次使用我国自主研发的4500 m级深海资源勘查系统“潜龙二号”和6000 m无人无缆潜水器“潜龙一号”，进行探测，取得多项突破性成果；获得龙旂、断桥、玉皇热液区共计200多km2的近底精细三维地形地貌数据近海底和数据及其它多种探测传感器数据，发现了多处热液异常，这是我国在热液探测的重大突破。

2.2 深海遥控技术

中国深潜运载技术的研发起步较晚，但近 20年来发展较快，在多种深潜器研发方面取得了实质性进展和突破，已基本具备研制各种类型深潜器、水下机器人的能力。

在常压载人潜水器（ADS）方面，最早研制成功可下潜水深300 m的QSZ-Ⅰ型潜水器。在此基础上又研制成 OSZ-Ⅱ型。它既可用作观察型载人潜水器，也可用观察型遥控水下机器人使用。

2009年研制成功的3500 m“海龙”号深海观测和取样型ROV，是我国目前下潜深度最大、作业能力最强的水下机器人，重3.45 t、长3.17 m、宽1.81 m、高2.24 m。

2002年正式启动研制首台自主集成的载人7000 m潜水器“蛟龙”号，于2010年7月在南海海域经36次下潜由50、300、1000、3000 m，直至第37次下潜到3759 m，创造了水下和海底作业9个小时3分钟的纪录。

2011年 7月，“蛟龙”号在东太平洋“中国多金属结核矿区”五次成功下潜深海，连续突破4027 m、5057、5180、5184、5188 m水深纪录，5000 m海试成功，意味着“蛟龙”号可以到达全球超过70%的海底进行作业。

2012年6月，“蛟龙”号赴太平洋马里亚纳海域冲击7000 m的设计最大水深纪录，共下潜6次，第五次下潜创7062 m纪录，7000 m级海试完美收官。“蛟龙”在技术上拥有三个优势：一是具有先进的近底自动航行和悬停定位功能；二是具有高速水声通讯功能；三是充油银锌蓄电池容量大，可保证水下足够作业时间。

2013年6～9月，大洋第31航次（“蛟龙”号首个试验性应用），在南海下潜“冷泉区”，在东北太平洋多金属结核勘探合同区和西北太平洋采微、采杞海山区进行钴结壳、生物多样性和空间分布调查研究。本航次共完成38个站位常规调查、下潜21次，有10位科学家和2名工程技术人员成为“蛟龙”的首批乘客。共计带回了珊瑚、海参、海葵等71种390只生物、161枚结核、8块结壳、32块岩石和180 kg沉积物样品。全部所取得的生物、地质、矿产样品和视频的数量是历次大洋科考取得最多的一个航次，实现了“蛟龙”号从海试走向科学应用的跨越。

2016年大洋第37航次，“蛟龙”号在第一航段分别在西北太平洋富钴结壳区和雅浦海沟下潜作业，取得了丰硕的成果：（1）采到多种类型的地质、生物和海水样品；（2）获取了大量海底视频、照片及环境基线数据；（3）提升了对维嘉海山区富钴结壳分布的认识；（4）初步查明维嘉海山与采薇海山巨型底栖生物分布具有联通性；（5）初步查明了雅浦海沟北段岩石和沉积物分布特征，发现了玄武岩、辉长岩和橄榄岩3种类型的岩石，这与区域构造背景相符合。

在自治无人水下机器人（AUV）方面，国家863计划从1990年起先后研制了可下潜水深1000 m和6000 m样机。1997年中俄合作研制的CR-01水下机器人（6000 m）；2003年第二套6000 m水下机器人（CR-02），经对太平洋进行多金属结核调查，取得十分满意的结果。

我国6000 m无人无缆深潜器（AUV）“潜龙一号”在完成南海海试后，于2013年大洋第29航次（5～10月），由“海洋六号”开展海上试验性应用。它可完成海底微地形地貌精细探测、底质判断、海底水文参数测量和海底多金属结核丰度测定等任务。在东太平洋作业区（水深＞5000 m）连续3次成功下潜，水下作业时间总计近30个小时，获取64 GB声学数据，数据质量优良，潜器设备性能正常。2014年1月底，“海龙2”号（ROV，3000 m）首次在西南印度洋1万km2的多金属硫化物勘探合同区成功实施无人缆控潜水作业，通过水下机器人的观测，扩大了两个热液硫化物的分布范围。“潜龙一号”和“海龙 2”号成功迈出了试验性应用的第一步，对深潜器的各项功能进行了综合性验证，取得初步成功，也创下我国自主研制水下无人无缆潜器深海作业的新纪录。它将成为今后深海资源勘查的实用化深海装备。

“潜龙一号”完成实用化改造，突破了总体集成、深海导航与定位、布放回收、深海探测等关键技术，并首次开展了深海近底地形地貌、浅地层结构、海底流场和海洋环境参数的综合精细调查应用。2015年先后完成2次湖上和3次海上试验，还圆满执行两次大洋应用任务，取得丰硕的科考成果。

2015年完成了“潜龙二号”（AUV，4500 m）的研制，成功进行了2次湖上和1次海试，累计下潜162次。其中在南海海试中成功下潜 15个潜次，最大下潜深度4446 m，连续两次完成大深度近海底31个小时最大续航力试验，获取了大量的声学、光学和水文探测数据。

“潜龙一号”和“潜龙二号”的成功研制与海底探测应用，为我国开展深海资源大范围精细探测提供了重要技术装备，标志着我国深海资源勘查装备已达到实用化水平。目前这两型探测装备搭乘“向阳红 10号”船正在西南印度洋多金属硫化物矿合同区执行大洋第 40航次调查任务，“三龙”体系成为我国深海资源勘查的主力军。

我国自行研制的中型遥控水下机器人（ROV）可在3000 m水深进行摄像、观测、测量等，具有作业时间长、范围广、安全性高、测量数据直观、事后处理和分析容易等优势。2003年7月，这台水下机器人在第二次北极科考进行了冰层厚度等一系列科考示范应用。自主研发的3500 m无人缆控潜水器，2011年在“大洋一号”第22航次第二航段中进行了2000 m水深海底作业，圆满完成了对南大西洋多金属新区的探测，成功采集了热液硫化物和生物样品，并同步拍摄了高清晰海底照片和作业全程视频图像。

2014年2月20日—4月24日，我国自主研制的首台4500 m级深海遥控无人潜水器作业系统“海马号”搭乘“海洋六号”科考船，分三个航段在南海进行海试。共完成17次下潜，3次到达南海中央海盆底部进行作业试验，最大下潜深度4502 m。完成水下布缆、沉积物取样、热流探针试验OBS（海底地震仪）布放、海底自拍摄、标志物布放等多项任务；成功实现了与水下升降装置（Lander）联合作业，通过了定向、定高、定深航行等 91项技术指标的现场考核。此次海试成功标志着我国全面掌握了大深度无人遥控潜水器的关键技术，并在关键技术国产化方面取得实质性的进展，是我国深海高技术领域继“蛟龙号”之后又一标志性成果。这些都标志着中国的大洋科考探测、深潜及装备技术达到国际先进水平，进入“机器人时代”。

2016年 6月 25日，国土资源部中国地质调查局在广州发布：在珠江口盆地西部海域发现“海马冷泉”，总体呈东西条带状展布，水深 1350～1430 m面积约618 km2，其中已探查发现有冷泉活动的区域约350 km2。科学考察表明，有冷泉出露的地方，就说明了海底有甲烷气上升。反映冷泉下面的海底沉积物里可能赋存天然气水合物。广州海洋地质调查局“海洋四号”船使用“海马”号基本查明了该冷泉的分布范围、地形地貌、生物群落、自生碳酸盐岩及流体活动等特征，具有三大特点：一是浅表层富含天然气水合物，埋深一般仅海底下数米，最浅的仅0.15 m；二是自生碳酸盐岩大量出露，主要呈结核状、结壳状和层状、碳酸盐岩胶结了大量贻贝壳片；三是冷泉生物群体广泛发育，有管状蠕虫、蛤类及贻贝等多种冷泉生物共生，其中贻贝分布最为广泛。“海马冷泉”的发现是我国继南海北部陆坡神狐海域（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气水合物矿藏的又一重大发现。

2.3 大洋科考成果丰硕

在深海大洋领域，中国拥有的先进深海技术及仪器装备已跻身世界前列。先后在东北太平洋CC区获得联合国海底管理局（ISA）批准一块7.5万km2的多金属结核优先开采矿区（1999年）。至今，“大洋一号”“海洋四号”和“海洋六号”在太平洋、大西洋和印度洋共进行 31个航次调查，除对深海盆地的结核和海山区的钴结壳进行调查评价外，还在三大洋洋脊两侧共发现海底热液和热液硫化矿点30多处，其中第22航次（2010年12月8—11日）发现16个海底热液区（南大西洋5处、东太平洋11处）。该航次使用国产仪器设备综合锚系浮标观测系统、拖曳式资源综合探测系统及中深孔岩芯取样机，从西太平洋某礁水下2550 m采到砾状结壳；从东太平洋海隆1647 m水下获得了海底岩芯；从南太平洋洋脊2562 m采集了玄武岩，还使用抓斗从2901 m的海底抓到一块重达 500 kg以黄铁矿和闪锌矿为主的硫化物巨块样品。第30航次第二航段，“大洋一号”于2014年2月18日，在位于我国西南印度洋多金属硫化物勘探合同区的第8个作业站位中，通过电视抓斗成功抓获了3大块柱状碳酸盐和一段碳酸盐“白烟囱”体，表明该区域发育有热液硫酸盐的重要证据。

2015年，“大洋一号”“海洋六号”“向阳红09号”“向阳红10号”执行了大洋第31～36共6个航次，先后在西南印度洋、东北太平洋、西太平洋开展矿产资源、稀土资源、环境及生物多样性调查评价。在我国多金属硫化物勘探合同区新圈定 19处矿化异常区，加深了对硫化物资源分布及其成矿作用的认识；在东北太平洋多金属结核合同区的重点区域完成了加密取样；在西太平洋富钴结壳合同区开展了全方位的立体环境观测；在勘探技术方法上进行了积极探索，进一步完善了海底硫化物矿化异常区圈定探测技术方法，在调查技术取得了一系列新进展。

2016年6月22日—8月12日，“探索一号”科考船赴西太平洋马里亚纳海沟探测地球最深处的奥秘。该船搭载的许多核心深海科研设备和探测“神器”均为我国自主研发。如万米级自主遥控潜水器“海斗”号、深渊着陆器“天涯”号、“海角”号、万米级原位试验系统“原位实验”号、9000 m级深海海底地震仪、7000 m级深海滑翔机等。

我国自主研制的“海斗”号无人潜水器最大潜深达到10767 m，创造最大下潜及作业深度纪录。我国成为继日、美两国之后，第三个拥有研制万米级无人潜水器能力的国家。此外，自主研制的水下滑翔机下潜深度达到5751 m，创最大下潜深度纪录；国产地震仪工作深度也首次突破了7000 m，并采集到马里亚纳海沟一次大于 7.7级的天然地震信号。此次科考成功获得了 2条9000 m级和2条万米级水柱的温盐深数据，深度序列完整的海底沉积物样本，以及深度序列完整的马里亚纳海沟水样。

3 海洋科学前沿在深海大洋

当今全球性经济一体化的发展，将人类的活动带到了深海大洋：海底资源的发现，又把人类的探索和勘探活动由陆架区推向深海大洋。这一切都是在科技进步的基础上实现的。这样发展起来的海洋科学具有深刻的全球性，在自然科学众多的学科中，海洋科学也是一门更加需要国际交流合作的学科。

海洋科学的发展表明，以前被认为的区域问题，如今也需要从海盆尺度甚至全球尺度来看待。例如全球性温盐环流的变化，通过中纬度大气影响北太平洋及东亚季风，从而影响黑潮及我国近海环流的物质及热量输运。因此，不研究深海大洋，也就不可能理解近海。

地球表面13亿km3的海水中约有47%集中在海洋里，平均3800 m深的海水使人类对深海底的了解还不如月球表面。直到百余年前甚至几十年前，人们还以为深海是个没有生命的死亡世界。未曾想，近几十年来深海大洋成了地球科学接二连三的突破口。

研究表明，海洋科学一系列重大问题均来自于深海，如深层大洋环流的驱动、海底热液和冷泉物质通量及其环境生态影响，“深部生物圈”在碳循环中的作用等。探索“固体地球循环”“俯冲带加工厂”里水和碳的平衡及其对发震带的影响，地球深部与表层系统之间的圈层相互作用等研究领域也是方兴未艾。

尽快进入深海大洋的前沿，不仅是我国海洋科学，也是整个地球系统科学的战略需要。我国目前深海基础研究力量过于薄弱，加之探索深海的技术、仪器、设备与装备相对落后，迫切需要采取有力措施，加大研发能力，需要海洋科技加快实现从支撑为主向创新引领型转变，争取尽快使我国海洋科技水平进入世界先进行列。

3.1 海底观测网

海底站位定点或剖面的连续观测，是记录沉积作用和环境变化过程、变化机理的必要途径；从短暂考察到连续观测，是海洋科学发展的必由之路。20世纪60年代出现的遥感技术的发展，第一次使人类摆脱地心引力，从空间观测海洋，开拓了海洋科学研究的视野，提供了海洋观测的第二个平台。但遥感技术难以达到深海大洋底部，随着锚系和自沉浮式剖面观测浮标技术的发展，可以进入海洋内部进行连续和实时的观测；而近年来一些发达国家正在建设的“海底观测网”，用光纤、电缆传送能量和信息，正在为海洋观测打造第三个观测平台。

“海王星计划”（NEPTUN）是美国和加拿大投资 3亿美元在东北太平洋建立的海底观测网。用3000 km光纤电缆，通过 30个“节点”将上千个海底观测设备进行联网，每个节点维系一大批海底和钻孔中的仪器。2009年建成，它将进行水层、海底和地壳的长期连续实时观测约25年。

2009年12月8日，加拿大正式启动目前世界上最大的海底“海王星”有线局域网。该网通过数百个海底仪器和传感器获取数据，并将其直接从太平洋洋底全天候不间断传到互联网上。据估计，这个海底网络每年可产生 50太字节（Tb，一千千兆字节）数据。通过这些数据科学家能够了解从地震动力学到气候变化对水柱产生的影响，其中包括海啸及地壳运动。此外，“海王星”还将负责研究分布于大陆边缘广阔的气水合物沉积以及深海捕鱼对底栖生物群落产生的影响。

2007年11月，我国第一个深海底基观测站在西沙海域正式运行。该站主要由坐底式海底和海底边界层观测系统，上层海洋环境观测系统和多学科观测系统等构成。其中，多学科观测系统包括海洋光学观测系统、沉积物捕获器与海底地震仪等，观测尺度从海底2000 m至海面上10 m，观测要素几乎涵盖了所有海洋环境参数。

2009年，同济大学海洋地质国家重点实验室开建我国第一个海底综合观测试验与示范系统（东海小衢山站）。预计将在2015年前建成东海海底观测网的海底观测系统（海底实验室），由海底观测节点和岸基站组成，通过电缆或光纤把各站点连接起来形成一个海底观测网。海底观测系统的建立，从根本上摆脱了能量供应和数据延迟等不利因素的影响，使海洋科学家可以在陆上通过这套系统，对海洋物理、化学、地质、生物等变化过程进行实时的不间断观测。

海底观测网相当于将观测站和实验室建在海底，是地球科学又一次来自海洋的革命。其优点在于摆脱了电池寿命、船时与舱位、天气及数据延迟等种种局限性，科学家可以在陆地上通过网络实现监测、监控自己的深海实验进程。

如果说，早期从海上或岸边进行观测，是从外面对海洋做“蜻蜓点水”式的访问，那么从海底设站进行长期实时观测，则是深入到海洋内部/海底深部做“蹲点调查”，是把深海大洋置于人类监测视域之内，将海洋科学从“考察型”向实时“观测型”推进。

3.2 跨越时空多尺度

海洋是一个包含多种时空过程的复杂动力系统，不同时空尺度过程之间存在相互作用。从海洋动力过程来看，它既包含小尺度（毫米量级）快速的湍流、表面及内部重力波等过程，又包含大尺度（几千米～上千千米量级）的潮汐、Rossby及Kelvin波，以及中尺度涡和环流系统。这些不同尺度运动之间的能量相互传递，以维持海洋的温盐结构。

同样复杂的是海洋的时间尺度。表层海水的更新时间以天计，深层水以千年计，而在俯冲带和洋中脊进入地球内部的水循环至少以百万年计。海洋生物既有每10 min繁殖一次的浮游细菌，又有繁殖周期长达千年的“深部生物圈”。

不仅如此，不同时空尺度的海气耦合过程之间还存在相互作用，如热带气旋对温盐环流的形成及变异也可能造成影响。不同尺度的海气相互作用过程的结合对于认识天气及气候变异机理，提高预测水平有重要意义。因此，海洋过程的时空尺度跨越许多量级，不可能用简单的方法去研究。

以探索机理为目标的研究需要跨越时间和空间尺度。20世纪90年代美国海洋沉积学的研究计划，就是利用短期沉积过程（＜100年）的观测，去求取长期地层记录（104～106年）的解释；时间和方法上都有大的跨度，从秒级的波浪周期到107年的地层周期。CNG海底观测的三脚架和沉积捕集器到地震和大洋钻探，都值得海洋学各学科领域研究借鉴。

3.3 科学与技术的结合

现代海洋科学百年前就已出现，但深海研究却只是近 50年的事。原因在于深海探测技术的滞后—当有了回声声呐，才知道有海山和洋中脊；有了深海钻探，才证明了板块构造理论；有了深潜技术，才发现海底热液活动、黑烟囱和冷泉。总之，没有先进的技术，就不可能有深海的探测和新的发现。这充分说明，海洋科学更加需要技术的协同发展，正如许多国际的海洋科学计划，也是有科学与技术双方共同讨论，科学问题与技术发展计划一道制定的。

最近，美国发布的《为美国海洋科学导航：今后十年研究的优先领域》报告中，提出三大任务：加强海洋过程的理解与预报能力，实施以生态系统为基础的海洋管理，建设海洋观测系统。其中第三项，海洋观测系统的建设，正是实现前两项目标的技术保障。

海洋科学的发展需要解释科学和技术发展脱节的问题，问题的实质在于是否有创新的目标。重复性的工作只需要模仿或者多添购些仪器设备；而创造型的研究却往往要求技术上的改进、创新和发明，因此发展规划或计划只能由科学和技术双方共同制订。特别是科学家对技术的了解，技术专家对科学的兴趣，是两者结合的前提。如果科学家只顾发表论文，技术专家只要申请专利，这是我国科学创新的大敌；单纯依靠“雇佣”关系的科技联合，不可能带来创新的冲动，只有科学家与工程技术专家共同朝着一个共同创新的目标，去研发关键或核心技术，才有可能去解决重要的科学问题。

3.4 海洋竞争即科技之争

随着地球系统科学的发展，人类认识海洋的需求也越来越大。与陆地的开发不同，海洋的开发只能依靠高新技术。因此，21世纪的国际海洋竞争，实际上是科技之争。科技在国际海洋权益争夺中的作用，在海洋资源开发利用中的应用，从来没有像今天这样突出；海洋科技界对于维护国家管辖海域承担的社会责任，也从来没有像今天这样重要。

当今海洋科学的发展将向多学科交叉融合的方向发展，科技人员所面临的海洋问题，不是哪个单一学科能够单独解决的。对于海洋生态系统来说，重点是关注海洋生物资源的可持续利用、海洋污染、海洋酸化、海洋低氧区的扩大和有害藻华等问题；对于深海而言，要重点关注海洋矿产资源和油气/天然气水合物资源的开发利用，海洋特殊环境观测和对深海极端环境的探索；对于大洋来说，则要重点关注海气相互作用，海洋中尺度过程和军事海洋学的发展。因此，海洋科学将向各个领域的应用方向发展。

为此，首先要建立海洋信息系统，需要发展无人值守的自动观测系统，如一系列的物理、化学、地质和生物传感器的研制和包括海洋观测数据处理和数据产品的产生等。同时建立海洋信息服务系统，为社会各行业（海上交通运输、海上油气勘探开发、海洋灾害、海洋环境、海岸带管理）与社会公众提供海洋信息；其次是海洋模式的发展。多学科融合交叉的高分辨海洋模式的建立势在必行，随着这些模式的发展，一系列的海洋问题都将向广度和深度发展，人们可以基于现有的海洋信息，预测未来发展趋势，为海洋管理、资源开发、防灾减灾和海防建设服务。

3.5 深海科学前沿

海底深部过程是研究地球表层与深部之间相互作用的切入点，其中洋中脊的热液、冷泉活动及其相关的暗能量生物群落，是海洋系统中新发现的重要环节。热液来自洋壳深部上涌的含金属元素的岩浆与海水。探索发现洋中脊不仅有富含硫化物＞350℃的高温热液“黑烟囱”，还有100～200℃的中温热液“黄烟囱”和40°～ 90°的低温热液“白烟囱”。除热液之外，还有冷泉和大洋板块俯冲带与海底烃类溢出口。

深海热液所含的能量和水分具有重要的资源价值。深海多金属矿床的形成不仅为陆上的成矿理论研究提供了现代比较，海底多金属硫化物矿床作为未来战略资源，是当前有深海技术因家竞逐的对象。

比热液、冷泉更为轰动的科学发展，是热液和冷泉生物群。那里犹如沙漠中的一片绿洲，热液区成为新物种发现的热点；冷泉生物群落也有其一套完整的生命体系，那里的生物居然能在无光合作用下，依靠甲烷、硫化氢等还原性物质自养存活。

进入 21世纪以来，天基、空基、岸基、海面、水下、海床基的观测平台共同构成人类对海洋的立体式观测，将对海洋的观测由点、线及面整合起来。科考船、深潜器和“海洋空间站”是人类间接/直接/现场探测深海大洋的基本手段。卫星与实地观测相结合，是整个地球观测的主导方向。遥感技术具有覆盖广、信息量大等诸多优势，是常规观测所不能替代的手段。目前正在建设的“海底观测网”，更是将从根本上改变人类探索和认识海洋的途径，它相当于将观测站和实验室建在海底。在不久的将来，科技人员或许就可以在个人电脑上了解到深海的各项指标、数据和实验过程。人类探索和研究海洋将永无止境。

4 当今国际海底资源活动新态势

目前，国际海底资源活动呈现出多元化、复杂化和争夺激烈的态势：海底矿区申请增速明显，申请形式趋于多元。在2001—2006年间，国际海底管理局（ISA）共核准8块多金属结核勘探矿区，合同承包者大部分为政府和科研机构，2011年以来，已有18个西方发达国家、公司以及新兴发展中国家提出矿区申请，ISA已核准了11份勘探申请，另有7份待批。与此同时，一些国际矿业公司也纷纷界入（新核准的 11份勘探申请书有 6份为矿业公司），成为新一轮矿区申请的一个新动向。

世界首个深海采矿项目，由澳大利亚鹦鹉螺公司在巴布亚—新几内亚海域首开先河，人类正在迎接深海采矿时代的到来，使沉睡在2000 m以下海底开采硫化物矿床成为现实。

4.1 国际海底资源竞争形势

当前，国际海底矿产资源竞争形势日益激烈。国际海底区域矿产资源主要为多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物3种，而近年来在深海底新发现含稀有元素浓度较高的稀土软泥也引起人们的关注。对这些未来的战略资源，有能力、有条件、有技术的国家投入调查评价，以此为矿区申请做前期工作。

国际海底管理局于2000年通过《“区域”内多金属结核探矿与勘探规章》后，2010年和2012年相继通过多金属硫化物和富钴结壳两种资源的勘探规章。至此，任何《公约》缔约国都可对上述3种资源提出勘探矿区申请，国际海底矿区申请的竞争态势进一步加剧。

4.2 专属经济区内资源勘探开发

除了国际海底矿区申请外，专属经济区（EEZ）内资源勘探开发也成为新的热点，即有实力的国家在其他国家 EEZ内进行矿产资源勘探开发成为一种新的深海资源利用形式。如澳大利亚鹦鹉螺矿业和加拿大海王星矿业两家公司在多个西南太平洋岛国的 EEZ申请了勘探区。

2006年，Nautilus公司分两次向巴布亚-新几内亚政府提出了分别在巴新EEZ内Bismarck海和Solomon海内的勘探执照区申请，总计面积约17万km2，其中有几个硫化物矿床。其中一个矿化带样品分析结果金属含量为Cu 15%、Zn 3.4%、Au 22 g/t。该公司已于2011—2012年完成勘探评价，2013年在水深1600～1700 m的海底投入商业开采。这是人类首例在洋海底进行固体矿产资源商业开发活动。

4.3 我国深海勘探开发面临的挑战

与国际先进水平相比，我国深海矿产资源开发能力严重不足。一是深海采矿技术发展滞后。虽然3种矿产资源矿区申请获批（注：2015年7月20日国际海底管理局核准了中国五矿集团公司申请的东太平洋海底多金属结核资源勘探矿区。我国成为拥有3个矿种4个区块的国家），也签署了勘探合同，但至今尚未进行海上试采，主要原因就是缺乏深海采矿技术和相关的装备。二是深海采矿技术发展机制不顺。长期以来，我国的深海采矿技术缺乏明确的国家重大任务的专项支持，也未获得相关企业的重视和投入，导致了我国深海采矿技术发展的滞后，也影响了深海采矿工程技术研发人才队伍的形成和稳定。

中国大洋协会依照勘探合同开展区域内的调查，可以促进我国深海高新技术产业的发展，以此带动和促进有关深海技术装备研制迈上新台阶。为我国未来开发深海矿产资源做好前期准备。我们应考虑到未来矿区勘探和环境评价需求，首先要继续加大资源勘探和环境调查及评价工作的支持力度，其次着眼未来商业开采能力的培育，大力发展深海技术装备，提升海洋资源开发整体能力，特别是深海资源开发能力。以自主研发为主，继续重点支持发展深海观测和探测装备、深海水下机器人及钻探设备等高技术装备，以深海高技术装备支撑未来矿区勘探开发和环境评价的需求。♦

【作者单位：国土资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所】

（摘自《海洋信息科学与技术》2016年1期）