第二章海洋资源

海洋石油工程概论主讲人：徐建功

第一章绪论第二章海洋资源第三章海洋灾害及防治第四章海上钻井设备概述第五章海上采油设备概述第六章波浪理论第七章海洋环境及环境载荷第八章海洋石油钻采设备的运动学和动力学第九章海洋石油钻采设备的强度基本内容：

第二章海洋资源海洋中有着丰富的资源，人类开发利用的海洋资源主要有海洋化学资源、海洋生物资源、海洋矿产资源、海洋能源四类。

第一节海洋化学资源现在已经确定海水中含有80多种元素，其中，海洋化学资源开发有食盐、镁、溴、淡水等。

一、海水制食盐除原盐外，还有洗涤盐、粉碎洗涤盐、精制盐、加碘盐、餐桌盐、肠衣盐、蛋黄盐、调味盐、饲畜用盐等。

二、海水制肥料钾元素的含量在海水中占第六位，共有600万亿吨。氯化钾是从海水中提取的肥料，可帮助农作物生长。

三、海水提溴地球上99%以上的溴都在海水中，可谓“源源溴素海中来”。海水中溴含量约为65mg/L，总量达100万亿吨。我国1967年开始用“空气吹出法”进行等地相继建立了提溴工厂，进行生产。1972年试验成功了“树脂吸附法”海水提溴。

四、海生物制药从巨藻类身上提取一种酸，可消除人体内的放射性物质，对健康有利。从红藻中提取一种高效抗病毒物质，用于制成治疗感冒药物。从褐藻中提取的甘露醇及合成的脂类衍生物，具有很好的降血压和降血脂的效果。从马尾藻科和海带科的海藻中提取的褐藻胶可用来制作代血浆，其浓度低、黏度高，与血型无关，适合于紧急情况下的救护，无须验血。褐藻胶对核爆炸释放出的放射性物质Sr（锶）有独特的排出作用。

从“球鱼”生物的肝脏中提取的镇痛新药可解除晚期癌症患者的疼痛感。从浮游生物体内发现了具有抗生素特性的成分。从叫“海石花”的毒性珊瑚身上成功提取了一种剧毒物质，可治疗白血病、高血压、天花、肠道溃疡和癌症的有效药物。也是理想的麻醉剂。在加勒比海水中的珊瑚虫体内，发现了一种天然的前列腺激素，用于治疗气喘、神经衰弱和心脏疾病。在太平洋中的七星鳗身上，医学专家发现了一种可治疗心律失调的物质，这是一种强烈的心脏兴奋药物。挽救心力衰竭者垂危的生命。

鲨鱼身上能够分泌出一种抑制癌细胞的化学物质，制成药物，能治癌症疾病。海螃蟹体内具有一种奇妙物质MFL，治疗骨折，具有好的效果。从虾、蟹壳中提取的医用手术线，可被人体吸收，且具有止血作用，加速伤口愈合，且结疤小。从几十种海鱼身上提取“海豚毒素”，用途广泛。发现海蛇体内的毒汁中含有天然抗蛇毒血清，可提炼出的药物能治疗风湿麻痹、半身不遂、坐骨神经痛、疥癣等，还可治疗毒蛇咬伤。从北极洋面的海藻中提取了一种生化活性物质叫植物激素，可使瓜果产量成倍增长。

第二节海洋生物资源海洋中有20多万种生物，其中动物18万种，包括16000多种鱼类。供人类捕捞。大陆架水域渔业资源比较丰富，大陆架水域只占海洋总面积的7.5%，渔业量占世界总渔量的90%以上。

海洋生物以它独特的生活方式—栖息、运动、洄游、摄食、排泄、生长繁殖、御敌等，生活在复杂而多变的海洋环境里，海洋环境具有高盐、高压、低温、寡营养等迥异于陆地环境的特点，海洋生物也随之产生了与陆地生物不同的代谢途径和机体防御机制，具有陆上生物所不具有的化学结构奇特、新颖以及特异的高活性、高药效的活性物质。

海洋渔业生产枪鱼剑鱼海龟浮游动物

这是一类异养性的浮游生物，也就是不能自己制造有机物，而必须依赖已有的有机物作为营养来源。这类浮游生物主要包括原生动物的有孔虫、放射虫和纤毛虫；水母类的水螅水母，钵水母和栉水母；轮虫类的单卵巢轮虫；甲壳类的枝角类、桡脚类、磷虾类、樱虾类及部分介形类(状肢类)、端足类和糠虾类等；毛颚类；软件动物的翼足类和异足类；被囊动物的有尾类和海樽类；以及各类无脊椎动物和低等脊椎动物的浮游幼虫(包括鱼类的仔鱼、稚鱼等)。它们的生活水层不限于真光层，可以分布到较深水层；大多是滤食性的，也有捕食性的，是海洋生态系统中的消耗者(consumer)，主要属于次级生产力。

向日葵海星蝎子鱼水母小型底栖动物

小型底栖动物对异养微生物的摄食、胁迫和调控过程具有全球尺度的效应，因此深入开展海洋生态系统中的过程研究与生态模拟，离不开小型底栖动物这一重要生物参数。由于小型底栖动物特有的生殖对策，生命周期短(每年平均3一5代)，生长繁殖速度快，生活史中无浮游幼虫阶段，便于野外取样和实验室培养等，使其成为海洋环境监测和对生态系统健康评估的理想指示类群，特别适于在实验室和现场用来测定人类扰动对水域生态系统影响的污染评价。近几十年小型底栖生物作为海洋生态监测和生态系统健康评估体系的一个指标，已被广泛应用于海洋环境监测。此外，在海洋中生活的小型底栖动物，特别是在极端条件下(高温、低温、无氧)生活的海洋线虫是研究转基因和细胞程序性死亡的很好的分子生物学模型。

第三节海洋矿产资源海洋中的矿产资源包括以下五类：

一、石油、天然气

石油、天然气叫做“黑色的金子”其生成的原料是有机碳。全世界海洋上部100m内的水层中，仅浮游生物遗体1年就可产生600亿吨的有机碳，它们迅速被江河带来的泥沙所掩埋。年复一年，大量的生物遗体便一层层埋叠起来。如果该地区不断下沉，堆积的沉积物和掩埋的生物遗体层越来越厚。这些被埋藏的生物遗体与空气隔绝，长期缺氧，再加上厚厚的岩层压力、温度的升高和细菌的作用，开始慢慢分解，历经一段漫长的地质时期，上述遗体开始逐渐变成了分散的石油和天然气。

分散的石油和天然气经过积累和运移形成油气藏。包括：构造油气藏和地层油气藏。世界石油极限储量1万亿吨，可采储量3000亿吨，其中海底石油1350亿吨，世界天然气储量255—280万亿m3，海洋储量占140万亿m3。20世纪末，海洋石油年产量达30亿吨，占世界石油总产量的50%。海上油气开采的主要设施与方法有：1、人工岛法，多用于近岸浅水中。2、固定式油气平台法，其形式有桩式平台、拉索塔平台、重力式平台。3、浮式油气平台法，其形式分为可迁移平台法与不可迁移式平台法。4、海底采油装置法，采用钻潜水井的办法，将井口安装在海底，开采出的油气用管线直接送往陆上或输入海底集油气设施。人工岛在浅海（一般小于10米）地区，还经常采用人工岛生产系统进行石油的开采。人工岛是在浅海（一般小于10米）地区，用人工以土或砂石堆建成的小岛，也有用混凝土结构或混凝土结构内填土或砂石堆建而成，统称人工岛。

1.我国在各国已探明石油天然气储量中的排名位次（1）已探明石油储量中的排名位次

2002年，我国已探明石油储量为37.68亿m3，仅占当年全球已探明石油储量1643.95亿m3的2.29%，列第10位。前几位分别是：沙特（412.42亿m3）、伊拉克（182.84亿m3）、伊朗（158.99亿m3）、科威特（153.43亿m3）、阿联酋（98.49亿m3）、俄罗斯（93.43亿m3）、委内瑞拉、尼日利亚、利比亚。

（2）已探明天然气储量中的排名位次

2002年，我国已探明天然气储量为13209.8亿m3，仅占当年全球已探明天然气储量1735438.5亿m3的0.76%，列第18位。前几位分别是：俄罗斯（481385.6亿m3）、卡塔尔（259379.6亿m3）、伊朗（258699.8亿m3）、沙特（65298.5亿m3）、阿联酋（56633.6亿m3）、美国（53508.8亿m3）、尼日利亚、阿尔及利亚、委内瑞拉、伊拉克、马来西亚、澳大利亚、挪威、印度尼西亚、加拿大、荷兰和科威特。

（3）石油储量和天然气油当量储量之和的排名位次

2002年，我国石油储量和天然气油当量储量之和为50.89亿m3，仅占当年全球石油储量和天然气油当量储量之和3379.39亿m3的1.51%，列世界第13位。前几位分别是：俄罗斯（574.82亿m3）、沙特（477.72亿m3）、伊朗（417.69亿m3）、卡塔尔（290.48亿m3）、伊拉克（214.7亿m3）、科威特（168.32亿m3）、阿联酋、委内瑞拉、尼日利亚、美国、阿尔及利亚和利比亚。

2.我国在世界各国钻井总量中的排名位次

（1）2002年总钻井数和总进尺数（包括海洋和陆地）我国2002年完成总钻井数9983口，总钻井进尺16188.5km，占世界完成总钻井数70053口的14.25%，占世界完成总钻井进尺110479km的14.65%，位居世界第三位。位居第一位的是美国，2002年完成总钻井数28940口，总钻井进尺47227.25km,位居第二位的是加拿大，2002年完成总钻井数17182口，总钻井进尺17768.8km。位居第三位的是中国，2002年完成总钻井数9983口，总钻井进尺16188.5km。位居第四位的是俄罗斯，2002年完成总钻井数4260口，总钻井进尺9087.18km。位居第五位的是阿根廷；位居第六位的是印度尼西亚；位居第七位的是委内瑞拉；

位居第八位的是墨西哥。

（2）2002年海洋钻井数

我国2002年海洋钻井80口，占2002年世界海洋钻井3103口的2.58%；我国投入海洋钻井平台9艘，占2002年世界投入使用的钻井平台420艘的2.14%。2002年世界海洋钻井数前九位：美国（海洋钻井822口，使用钻井平台197艘）；英国（海洋钻井360口，使用钻井平台22艘）；印度尼西亚（海洋钻井210口，使用钻井平台7艘）；挪威（海洋钻井200口，使用钻井平台14艘）；马来西亚（海洋钻井169口，使用钻井平台14艘）；泰国（海洋钻井165口，使用钻井平台8艘）；巴西；澳大利亚；埃及。

3）在世界各国石油产量和采油中的排名位次

1）石油产量的排名位次

2002年，我国的石油、天然气液体产量以2.72%的年增长率达到19672.63万m3/a，从2001年的第七位升至第六位，占2002年世界石油、天然气液体产量443127.38万m3/a，的4.44%。

2002年，世界石油、天然气液体产量位居前五的是：俄罗斯（54375.37万m3/a）、美国（47121.46万m3/a）、沙特（42827.14万m3/a）、墨西哥（20833.0万m3/a）和伊朗（19864.72万m3/a）。

2）海陆产油气井数的排名位次

2002年，我国海陆油气井总数为95000口，占2002年全球油气井总数898061口的10.58%，位居世界第三位。位居世界第一和第二位的分别是美国（518805口）和俄罗斯（118232口）；位居世界第4—8位的分别是加拿大（54312口）、阿根廷（15144口）、委内瑞拉（12982口）、罗马尼亚（9590口）、印度尼西亚（9150口）。

2002年位居全球产油第三位的沙特的油气井总数仅为1525口。

3）海洋采油平台数的排名位次

2002年，我国海洋采油平台为19座，占世界39个国家总计341座的5.57%，居世界第六位。前五位分别是：美国（77座）、印度尼西亚（35座）、尼日利亚（30座）、伊朗（20座）、马来西亚（19座）。

3.我国海洋石油勘探概况

1982—2003年，中海油的油气产量在我国油气产量中所占比例较小。2004年，中海油提出，到2008年实现国内4000万m3油当量，2010年实现国内5000--5500万m3油当量，海外实现权益油2000万m3油当量的目标。中海油已成为国内三大石油公司之一。我国临近海域的油气储备量约40—50亿吨。渤海、黄海、东海的大陆架极其宽阔，蕴藏着较为丰富的石油、天然气资源。

我国近海已发现的大型含油气盆地10个，它们是：渤海盆地、北黄海盆地、南黄海盆地、东海盆地、台湾西部盆地、南海珠江口盆地、琉东南盆地、北部湾盆地、莺歌海盆地和台湾浅滩盆地。已探明的各种类型的储油构造400多个。我国的海底石油资源储量约占全国石油资源储量的10—14%；我国的海底天然气资源储量约占全国天然气资源储量的25—34%；自1967—1981年，在渤海海域共钻119口井，发现4个产油构造，形成了我国第一个海上石油生产基地。

1968—1979年，在黄海16.5万km2的海域钻了8口井，证实了南黄海含油气沉积盆地的存在。

1974年9月，首次对东海进行了石油地质综合调查，到1981年底，对东海40.78万km2的海域进行了地质普查和航空磁测，1981年，在东海钻探了一口井，发现了高压气层和含油砂岩。东海平湖油气田，最高日产原油3000m3、天然气180万m3；东海春晓天然气气田，天然气日产量是平湖油气田的5倍以上。

近海海域11个油气沉积盆地可达213亿吨—245亿吨的油当量，主要分布在东海和南海海域。开发前景看好。

1962年10月至11月，对南海进行了航空磁测，1971年—1974年，又对南海进行了海洋地质、地球物理综合调查和地震普查，由此证明，南海具有较好的含油气远景。

4.我国与世界海洋石油工程技术的差距

（1）世界海洋石油钻采工程与我国技术水平的对比

1）钻井工作水深

2003年2月，美国雪佛龙德士古公司在美国墨西哥湾创造了钻井工作水深3051.35m世界记录，我国钻井工作水深小于500mm。

2）钻井垂深

2003年2月，美国雪佛龙德士古公司在美国墨西哥湾创造了钻井工作井深9210m的世界记录，我国钻井井深小于5500m。

3）海底采油工作井深

2002年秋天，美国马拉松石油公司在美国新奥尔良东南区块2196m水深进行了完井作业。2002年12月，巴西石油公司在巴西坎婆斯盆地的2741m水深完成了地层测试。我国海底采油工作水深小于500m。

4）海洋采油井的井深记录美国8071m，我国小于5000m。

5）水平钻井位移英国水平位移10113.5m，垂深1605.08m。我国水平位移8062.7m，垂深2536.45m。

6）水平井完井的世界记录

2003年，美国创造了在水平距离2768m的井中完井的世界记录，我国无。

7）石油钻井下套管美国下套管重量652.7吨，深度7400m，我国下套管重量小于400吨。

8）连续油管井内下放最深的世界记录美国连续油管井内下放最深8303m的世界记录，我国无。

9）石油钻井LWD（随钻测井）工作深度的世界记录美国斯伦贝谢公司LWD下入井深9375m，我国LWD下入井深小于5000m。

（2）世界最新移动式钻井采油平台与我国平台对比

2000—2004年间，全世界共建新的自升式平台16艘、半潜式平台18艘、钻井浮船6艘。我国同期建造4艘半潜式平台，而且只能建造船体，设备全部由国外建造配套。

（3）世界最新石油钻井机械与我国钻井机械主要参数对比

1）常规石油钻机美国交流变频钻机的绞车功率最大5145kw。德国交流变频钻机的绞车功率最大4410kw。转盘通经最大1536.7mm。我国交流变频钻机的绞车功率最大1470kw，转盘通经最大952.5mm。

2）无绞车机械升降型钻机美国有，我国无。

3）无绞车液缸升降型钻机美国有，我国无。

4）顶部驱动装置美国顶驱功率845.2kw，我国顶驱最大功率735kw。

5）三缸单作用泥浆泵美国三缸单作用泥浆泵最大驱动功率2205kw，我国三缸单作用泥浆泵最大驱动功率1176kw。无绞车液缸升降型钻机

6）机械驱动长冲程泥浆泵美国有机械驱动长冲程泥浆泵，冲程长达2718mm，我国无。

7）防喷器美国防喷器BOP最大通径476.3mm，封井压力138MPa;我国防喷器BOP最大通径349.3mm，封井压力69MPa。

二、滨海砂矿和煤铁等固体矿产

海滨砂矿开采的矿物种类多达20多种，主要有金刚石金矿砂铂、铬砂、铑砂、铁砂矿、锡石、钛铁矿、锆石、金红石、重晶石、海绿石、独居石、磷钙石、石榴石等。对于海滨砂矿，大多是采用采砂船进行开采。采矿船舶通常是用大型退役油轮、军舰加以改装。依据船体采掘与提升方式的不同有链斗式采矿船法、流体式采矿船法(包括吸扬式和气升式)和钢索斗采矿船法(包括抓斗式和拖斗式)。海滨砂矿开采的发展方向是大型化和多功能化，即研制大功率多功能的链斗式采矿船，建立全自动具有采选功能的海底机器人，从而达到开采系统具有采选一体化，生产效率高，环境破坏少等优点。岩基矿床开采浅海岩基固体矿床资源有煤、铁、硫、盐、石膏等。海底岩基矿床有两类，一类是陆成矿床，即在陆地时形成，陆海交替变更沉人海底的矿床；另一类是海成矿床，它是由海底岩浆运动与火山爆发生成的矿床，这类矿床多为多金属热液矿床。海底岩基矿床的开采方法与陆地金属或非金属矿床的开采方式基本相同，对于海底出露矿床，同样可采用海底露天矿的方法进行开采，可供选择的方有潜水单斗挖掘机一管道提升开采法、潜水斗轮铲管道提升开采法与核爆破一化学开采法等。其设备均在水下不同深度的海底进行，需要有可靠的定位系统、监控系统、机械自行与遥控系统、防水防腐系统等。对于有一定覆盖层的深埋矿床，为满足与陆地开采相同的技术要求，其开拓方法有海岸立井开拓法、人工岛竖井外拓法、密闭井筒～海底隧道开拓法等。这类海底岩基矿床开键技术足以最低的成本设置满足工业开采与安全要求的行人、通风、运输通道，以及防止海水渗入矿床内部及采空区，淹没井筒工业设施。

1852年，美国在海滨开采金沙、白金砂、铬矿砂。还有丰富的铜、铅、锌等金属。在20世纪初，在西南非洲沿岸发现了金刚石砂矿。矿砂中还有锆和铪（ha），都是耐高温材料。在印度海滨和斯里兰卡5—70m深的海域中，存在着钍和铈。钍具有放射性，可用于耐火材料；铈可制成铈镁合金，抗锈能力强。还可用来制造弧光灯的电极。海洋中还有钛铁矿，制造钛铁合金，钛合金耐高温、不生锈，可制造艇体。锡石是提取锡的原材料，金属锡质地柔软，多用于制造合金及电镀材料。锡合金用途广泛，可用于电机、机械制造、无线电等部门。锡的氧化物还可用来制造染料、搪瓷、瓷器和玻璃等轻工业制品。在水深40—360m的海底还有磷钙石，可用于化学工业，又可用于玻璃、机械、纺织。另外，海底还有煤铁矿藏、锡矿。在我国的台湾和海南海域，发现了锆石、金红石、钛铁矿、独居石、砂金、铜、煤、硫、磷、石灰石等多种砂矿。

作为自然界已知的最硬物质，金刚石可广泛地应用于机械、电气、航空、精密仪器及尖端技术设备。早在20世纪初，人们就在西南非洲沿岸发现了金刚石砂矿，后经探测查明，南非大西洋沿岸l600km范围内拥有世界上规模最大的金刚石砂。这个矿床不仅储量丰富，而且品位高，一般淘洗1t海砂就可以得到200mg金刚石。为了开采金刚石矿，人们设计了许多新颖独特的方法。泵吸船采矿法是南非于1978年设计的，它利用泵吸船可以直接在海底开采金刚石。开采时，可将船开到已探明富集金剐石的海底并放到坑穴区，把含有金刚石的砂吸到船上，然后再运回岸上，经过淘洗、选矿就可以得到较纯的金刚石。这种采矿船每天可回收100g金刚石。

锆是从锆石中提取的，主要用于耐火材料、玻璃、电子等领域。它的熔点高达1852℃，其氧化物熔点高达2700℃。锆的抗蚀能力极强，而且很少吸收电子，是制造核反应堆和燃料元件防护屏十分理想的材料，一座100万kW发电能力的核发电站，每年要消耗20～25t锆；一艘2．2kW的核动力潜艇，每年要使用20～30t的锆及其合金材料。铪与锆是--x寸“孪生姐妹”。在锆石砂中几乎都含有铪，一般情况下铪含量为0．5％，多的高达17％。铪比锆还耐热，熔点为2150℃，且有快速吸热和放热的性能。铪碳化物熔点最高可达3290℃，是金属碳化物中熔点最高的一种。如果将1份碳化铪和4份碳化钽结合在一起，要加热到4200℃才会熔化，因此它可用来制作喷气发动机、导弹、火箭、熔炼坩埚的内衬等耐高温部件。

在现已探明的金属砂矿总储量中占第一位的是钛铁矿。钛铁矿是名副其实的含铁砂子，可以用来炼制钛铁合金。钛比铁要强韧得多，而密度仅为铁的一半多，熔点为1675℃。钛合金既能经受住5000℃以上高温，又能抗得住一100℃以下低温条件的冻结考验，是制造超音速飞机、舰艇、火箭、导弹等不可缺少的材料。钛不会生锈。在大部分海洋环境中，由钛合金制作的艇体会在表面形成一层很薄的氧化物薄膜，具有很强的抗腐蚀和耐压能力。前苏联海军有多艘潜艇广泛使用钛合金，使潜深大幅度增加。钛还可以广泛地用于各种海洋工程中，如海水温差发电装置、海上各种浮标系统等。在滨海金属砂矿中，钛铁矿位居榜首，其次为钛磁铁矿，再次为磁铁矿。日本在九州岛附近有明湾的浅海内发现了一个巨大的磁铁矿层。这座世界最大的磁铁矿的总储量在17亿t以上，缓解了日本铁矿资源大量进口的问题。

三、多金属结核和富钴锰结核

深海蕴藏着丰富的海底矿产资源，所谓深海，一般是指大陆架或大陆边缘以外的海域。深海占海洋面积的

92.4

%和地球面积的65.4

%，尽管它蕴藏着极为丰富的海底资源，但由于开发难度大，目前基本上还没有得到开发。扩大人类生存空间和储备人类生存资源的重要途径之一就是要向深海拓展。·

深海矿产资源主要包括多金属结核矿、富钴结壳矿、深海磷钙土和海底多金属硫化物矿等。但是，由于深海矿产资源的矿区基本位于国际海域的海底，它的开发活动必须经过联合国海底管理局的同意和批准方可生效与合法。

三、多金属结核和富钴锰结核

多金属结核矿是一种富含铁、锰、铜、钴、镍和钼等金属的大洋海底自生沉积物，呈结核状，主要分布在水深4000—6000米的平坦洋底，这种结核内含有多达70余种的元素，世界深海多金属结核资源极为丰富，远景储量约3万亿吨，仅太平洋的蕴藏量就达1.

5万亿吨。我国科学家以结核丰度10千克/平方米和铜镍钴平均品位2.5%为边界条件，估计太平洋海域可采区面积约425万平方公里，资源总量为425亿吨。其中，含金属锰86亿吨，铜3亿吨，钴0.6亿吨，镍3.9亿吨，表明多金属结核的经济价值确实巨大。多金属结核矿每年还以1000—1500万吨的速度不断增加。无疑这些丰富的有用金属将是人类未来可利用的接替资源。

三、多金属结核和富钴锰结核

1872年，英国海洋学家汤姆森教授在大西洋发现了氧化铁和氧化锰，分析研究证实，里面含有大量的锰、铁、铜、镍、钴元素。氧化铁和氧化锰在海底呈球状，所以叫它“大洋锰结核”，并且每年都在长大。所以是一种取之不尽、用之不竭的矿产资源。

锰结核一般多分布在远离海岸、水深在3000～50001Tl的大洋的表层沉积中。据统计，目前各大洋已知的锰结核总储量为3万亿t，尤以太平洋最为丰富，达1．7万亿t，内含锰4000亿t、镍164亿t、铜88亿t、钴58亿t。这些储量相当于目前陆地锰储量的400多倍、镍的1000多倍、铜的88倍、钴的5000多倍。若以世界每年消耗锰2400万t计，可供使用1．6万年以上；若以世界每年消耗钴5万t计，可供使用11万年以上；若以世界每年消耗铜400万t计，可供使用2200年；若以世界每年消耗镍60万t计，可供使用2．5万年以上。拖网获取锰结核矿深海锰结核富钴结壳矿

富钴结壳矿是生长在海底岩石或岩屑表面的一种结壳状自生沉积物，主要由铁锰氧化物组成，富含锰、铜、铅、锌、镍、钴、铂及稀土元素，其中钴的平均品位高达0.8％～1.0％，是大洋锰结核中钴含量的4倍。结壳主要分布在水深800—3000米的海山、海台及海岭的顶部或上部斜坡上。据估计，在太平洋地区专属经济区内，富钴结壳的潜在资源总量不少于10亿吨，钴资源量就有600—800万吨，镍400多万吨。在太平洋地区国际海域内，经俄罗斯对麦哲伦海山区开展调查，亦发现了富钴结壳矿床，资源量亦已达数亿吨，还有近2亿吨优质磷块岩矿床的共生。海底多金属硫化物矿床

海底多金属硫化物矿床是指海底热液作用下形成的富含铜、锰、锌等金属的火山沉积矿床，极具开采价值。海底多金属硫化物矿床与大洋锰结核或富钴结壳相比，具有水深较浅(从几百米到2000m左右)、矿体富集度大、矿化过程快，易于开采和冶炼等特点，所以更具现实经济意义。海底多金属硫化物主要产于海底扩张中心地带，即大洋中脊、弧后盆地和岛弧地区。世界已有70多处发现有热液多金属硫化物产出，在东海冲绳海槽地区已发现7处热液多金属硫化物喷出场所。

据估计海水中含有的黄金可达550万吨，银5500万吨，钡27亿吨，铀40亿吨，锌70亿吨，钼137亿吨，锂2470亿吨，钙560万亿吨，镁1767万亿吨等等。这些资源，大都是国防、工农业生产及日常生活的必需品。

为了使这些深藏于海底的宝藏尽早发挥它们的价值，美国、日本、法国、德国、英国、加拿大等于20世纪50年代起就开始了深海锰结核的勘探，并组织试采和加工处理。20世纪50年代，前苏联就曾动用“勇士”号先对太平洋和印度洋，而后对大西洋实施调查。美国的锰结核调查研究工作起步于1958年。1962年以来，美国一些公司开始正式进行锰匪卫结核的调查和勘探。

1990年8月22日，我国也申请开始了海底采矿工作，1991年3月得到批准。各国普遍采用以下三种开采技术：（1）气压式提升采矿技术；（2）连续戽斗式采矿系统；（3）水利提升式采矿系统；（4）海底自动采矿技术。工艺过程集矿机将赋存在大面积洋底的结核采集起来，经过脱泥、破碎、经软管输送到水下中间平台的中继料仓里，然后由给料机将结核给入扬矿主管道，由提升泵将其提升到洋面采矿船上。整个采矿系统是在复杂的海洋气象和海洋环境下作业，必须进行准确系统的导航定位和保持整个系统的动态稳定；CLB采矿法又称连续绳斗采矿船法．是日本益田善雄于1967年提出。A单船式CLB采矿法：由采矿船、无极绳斗、绞车、万向支架及牵引机组成双船CLB采矿法

从根本上解决了绳斗的缠绕问题，绳索间距由两船相对位置确定。连续链斗采矿系统(CLB)优点：系统设备简单、易于操作、维修方便、投资小、投产快等。缺点：采矿效率和资源回收率低、作业受地形条件影响大、绳索易缠结等。

分类水力提升气力提升轻介质提升集矿机与扬矿管道结合的流体提升采矿系统集矿机与扬矿管道结合的流体提升采矿系统组成：集矿机输送软管中间矿仓刚性扬矿管采矿船集矿机与扬矿管道结合的流体提升采矿系统组成：集矿机输送软管中间矿仓刚性扬矿管采矿船

履带式集矿机水下采矿航行器

采矿系统的组成采矿体系的组成及功能

集矿机：在海底采集结核矿石，并进行初处理，向扬矿子系统供矿；扬矿子系统：将采集的结核矿石经管道提升到海面采矿船；监控子系统：定位、作业控制和管理；采矿船：深海采矿作业平台，为海下设备提供支承、动力、设备存放和维修，同时完成结核矿石贮存和向运输船转运；运输支持子系统：将结核矿石运输到口岸，向采矿船供应补给品及人员轮班。

采矿船

矿浆泵提升扬矿系统的组成

软管软管输送泵中间舱给料机提升管两台多级潜水电泵洋面输送管道和海水溢流排放管道

扬矿系统

工作过程

集矿机采集的锰结核由软管和软管输送泵输送至中间矿仓经给料机缎带入提升管道，通过两台多级潜水电泵扬至洋面采矿船上，输往船舱并在船舱中沉降，海水脱泥后经溢流排放管缺口排入海中。

扬矿系统

工作原理

利用潜水电泵的动力在管线内外产生压差，形成海水在管线内的上升流，把结核提升至洋面。扬矿硬管

扬矿硬管包括中间舱、扬矿管道、管接头、潜水电泵、升沉补偿装置、船面输送管道和结核分离及海水排放管。升沉补偿装置升沉补偿装置具有三维空间补偿能力，进行上下升沉、纵摇、横摇的补偿。缓冲和减小海洋海浪、海流、拖航产生的船的运动对扬矿系统的影响，降低扬管承受的环境载荷，保证作业安全。被动式补偿，升沉补偿采用油缸-蓄能器-气库模式。中间矿舱缓解集矿机结核采集量的变化对扬矿作业的影响，保证扬矿系统稳定在设计参数下运行，并为水下设备提供安装平台。由摆动联接装置、框架、仓体、给料机、紧急排矿阀、设备安装平台、液压系统等主要部件组成。采用框架式结构软管输送系统构成：输送泵、软管、浮力装置和与集矿机及中间舱的连接机构等软管输送系统功能：

1输送多金属结核；

2通过软管的变形和位移，保证集矿机有一定的相对自由行驶的活动区域；

3在集矿作业时，有效隔离来自采矿船-中间舱的扰动；

4软管充当集矿机下放及回收中的起重缆索和挂钩；

5悬挂水下电缆。

1990年8月22日，我国向联合国国际海底管理局和国际海洋法法庭筹委会申请国际海洋矿区，要求登记为先驱投资者，并要求分配到一定的国际海底矿区。目的是遵照《联合国海洋法公约》所确定的原则，开辟新的矿产资源的来源，满足我国对矿产资源的部分需求。该申请方案于1990年12月经联合国国际海底管理局和国际海洋法法庭筹委会技术专家组的严格审查后获得通过，并正式于1991年3月得到批准。由此，中国成为继印度、法国、日本和前苏联之后的第五个国际海底多金属结核矿开发先驱投资者，获得了15万km2的国际海底矿区。海底锰结核勘探开发工作已列入我国国家长远发展规划。近年来，科技部在863计划中重点支持深海资源的开发。现今，人类调查和勘探锰结核的技术设备已发展到了光学、电学、声学设备及无缆取样法，先后出现了深海电视、深海照相机、遥控水下摄影机等装备。近年来，多量程回声测深仪、3．5kHz海底浅层剖面仪、人工地震仪和旁视声呐等声学探测技术也逐步应用于大洋锰结核的调查中。

四、热液矿藏

热液矿藏是一种含有大量金属的硫化物，由海底裂谷喷出的高温岩浆冷却沉积形成。硫化物中含有铜、铅、锌、金、银、锰、铁等金属元素。仅美国在加拉帕戈斯裂谷的储量就达2500万t，开采价值达39亿美元。五、可燃冰可燃冰是一种被称为天然气水合物的新型矿物，是在低温、高压条件下由碳氢化合物与水分子组成的冰态固体物质。可燃冰能量密度高，杂质少，燃烧后无污染，矿层厚，规模大，分布广，资源丰富。据估计，可燃冰储量是石油天然气储量的2倍。我国南海可燃冰资源量达700亿吨。20世纪，日本、美国均已发现大面积的可燃冰分布区。我国也在南海和东海发现了可燃冰。据测算，仅我国南海的可燃冰资源量就达700亿t油当量，约相当于我国目前陆上油气资源量的1／2。在世界油气资源逐渐枯竭的情况下，可燃冰的发现又为人类带来新的希望。

第四节海洋能源覆盖地球表面71％的海洋是世界上最大的太阳能采集器。太阳辐射到地球表面的能量换算为电功率约为80万亿kW，其中海洋每年吸收的太阳能相当于37万亿kW·h，每km2大洋表面水层含有的能量相当于3800桶石油燃烧发出的热量，因此海洋又被称为“蓝色油田”。每年的海洋能可供地球多少年？

备注：全球每天消耗石油量已达7100万桶,中国750万桶。海洋面积约3.61亿平方千米。海洋是一个巨大的能源宝库，仅大洋中的波浪、潮汐、海流等动能和海洋的温度差能、盐度差能等的存储就是天文数字。这些海洋能源是取之不尽、用之不竭的可在生能源,海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量

。海洋能源包括：温度差能、波浪能、潮汐能与潮流能、海流能、盐度差能、岸外风能、海洋生物能和海洋低热能等8种。

浙江江厦潮汐电站广东汕尾潮汐电站

海洋能具有以下特点：

（1）海洋能密度低.它在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。要想得到大能量，就得向大海去要。

（2）具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能量就会再生，就会取之不尽、用之不竭。

海洋能具有以下特点：（3）海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的能源有温度差能、盐度差能和海流能。不稳定的能源有变化有规律和变化无规律。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。人们根据潮汐潮流变化规律，编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报，预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。既不稳定又无规律的是波浪能。

（4）海洋能属于清洁能源。也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。美国、俄罗斯、日本、法国等都非常重视海洋能的开发，从各国情况看，潮汐发电技术比较成熟。利用其它海洋能发电还不成熟，有待进一步发展。我国这一方面还很差，有待进一步加强。海洋能总量据权威统计，全世界海洋能的理论可再生量超过760亿千瓦。海水温差能约400亿千瓦盐度差能约300亿千瓦潮汐能大于30亿千瓦波浪能约30亿千瓦。全球到2030年的电力装机容量将增长至48亿千瓦。我国电力装机容量2009年底将达8.6亿千瓦潮汐能潮汐能…潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。因为太阳、月亮与地球之间的万有引力与地球自转的运动使得海洋水位形成高低变化,这种高低变化,称之为潮汐。潮汐的发生和太阳，月球都有关系，也和我国传统农历对应。在农历每月的初一即朔点时刻处太阳和月球在地球的一侧，所以就有了最大的引潮力，所以会引起“大潮”，在农历每月的十五或十六附近，太阳和月亮在地球的两侧，太阳和月球的引潮力你推我拉也会引起“大潮”；在月相为上弦和下弦时，即农历的初八和二十三时，太阳引潮力和月球引潮力互相抵消了一部分所以就发生了“小潮”。正月初一十五or十六海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，凶涌而来的海水具有很大的动能，而随着海水水位的升高，就把海水的巨大动能转换为势能，在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转换为动能据专家们估计，全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有30亿kW，若能把它充分利用起来，其每年的发电量可达33480万亿kW•h潮汐能…月亮的礼物潮汐发电…潮汐能利用的主要方式是发电，潮汐发电与水力发电的原理相似。通过贮水库，在涨潮时将海水贮存在贮水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。…潮汐发电…具体地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。潮汐电站按照运行方式和对设备要求的不同，可以分成单库单向型、单库双向型和双库单向型三种。…潮汐发电…单库单向型是在涨潮时将贮水库闸门打开，向水库充水，平潮时关闸；落潮后，待贮水库与外海有一定水位差时开闸，驱动水轮发电机组发电。单库单向发电方式的优点是设备结构简单，投资少；缺点是发电断续，1天中约有65％以上的时间处于贮水和停机状态。…潮汐发电…双库单向型采用两个水力相联的水库，可实现潮汐能连续发电。涨潮时，向高贮水库充水；落潮时，由低贮水库排水，利用两水库间的水位差，使水轮发电机组连续单向旋转发电；其缺点是要建两个水库，投资大且工作水头降低。六个工况24h56%潮汐发电的主要优点潮汐能是一种清洁、不污染环境、不影响生态平衡的可再生能源。潮水每日涨落，周而复始，取之不尽，用之不竭。它是一种相对稳定的可靠能源，很少受气候、水文等自然因素的影响，全年总发电量稳定，不存在丰、枯水年和丰、枯水期影响。潮汐电站不需淹没大量农田构成水库，因此，不存在人口迁移、淹没农田等复杂问题。潮汐电站不需筑高水坝，即使发生战争或地震等自然灾害，水坝受到破坏，也不至于对下游城市、农田、人民生命财产等造成严重灾害。潮汐能开发一次能源和二次能源相结合，不用燃料，不受一次能源价格的影响，而且运行费用低，是一种经济能源。但也和河川水电站一样，存在一次投资大、发电成本低的特点。机组台数多，不用设置备用机组。潮汐发电的主要缺点潮差和水头在一日内经常变化出力有间歇性，给用户带来不便。潮汐存在半月变化，潮差可相差二倍，故保证出力、装机的年利用小时数也低。潮汐电站建在港湾海口，通常水深坝长，施工、地基处理及防淤等问题较困难。故土建和机电投资大，造价较高。潮汐电站是低水头、大流量的发电形式。涨落潮水流方向相反，水轮机体积大，耗钢量多，进出水建筑物结构复杂。潮汐发电应用现状…20世纪初，欧、美一些国家开始研究潮汐发电。第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。该电站位于法国圣马洛湾郎斯河口。郎斯河口最大潮差13.4米，平均潮差8米。总装机容量24万千瓦，年发电量5亿多度，输入国家电网。1968年，前苏联在其北方摩尔曼斯克附近的基斯拉雅湾建成了一座800千瓦的试验潮汐电站。1980年，加拿大在芬地湾兴建了一座2万干瓦试验潮汐电站。…潮汐发电应用现状世界上适于建设潮汐电站的20几处地方，都在研究、设计建设潮汐电站。其中包括：美国阿拉斯加州的库克湾、加拿大芬地湾、英国塞文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪门湾、印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等地。潮汐发电的主要研究与开发国家包括法国、前苏联、加拿大、中国和英国等，它是海洋能中技术最成熟和利用规模最大的一种。全世界潮汐电站的总装机容量为265MW。…潮汐发电应用现状我国潮汐能的理论蕴藏量达到1.9亿千瓦，年发电量2750亿度，其中200kW以上电站424处，总量21790MW,年发电量624亿度。在我国沿海，特别是东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差4～5m，最大潮差7～8m。其中浙江、福建两省蕴藏量最大，约占全国的80.9%。我国的潮汐能资源在沿海的分布是不均匀的，以福建（10329MW）和浙江（8910MW）为最多，站址分别为88处和73处。其次是长江口北支（属上海和江苏（704MW））和辽宁（594MW）、广东（573MW）、广西（387MW）、山东（118MW）。法国朗斯潮汐电站

江厦潮汐发电站加拿大安娜波利斯潮汐电站潮汐能涡轮--这个平台名为“SeaGen”，上面装有两个涡轮机。2008年，SeaGen被安装在北爱尔兰斯特兰福特湾的潮流中，可为当地家庭提供1.2兆瓦电量。波浪能…波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能的大小可以用海水起伏势能的变化来进行估算，即P＝0.5TH2（P为单位波前宽度上的波浪功率，单位kw/m；T为波浪