现代海洋资源开发技术-课件

现代海洋资源开发现代海洋资源开发技术简介技术简介 海海洋洋是是人人类类至至今今难难以以全全面面涉涉足足的的神神秘秘领领域域，这这一一资资源源丰丰富富的的、有有待待开开发发的的新新空空间间，将将成成为为人人类类未未来来重重要要的的能能源源基基地地，对对海海洋洋的的探探测测和和太太空空探探测一样，具有很强的吸引力和挑战性。测一样，具有很强的吸引力和挑战性。为什么要开发海洋？为什么要开发海洋？为什么要开发海洋？为什么要开发海洋？l占地球表面积占地球表面积70.8%70.8%的海洋的海洋：是人类发展的四大战略空间（陆是人类发展的四大战略空间（陆/海海/空空/天）天）中第二大空间中第二大空间是是对我国经济与社会的发展、稳定、国防安对我国经济与社会的发展、稳定、国防安全产生巨大支撑作用的、最有发展潜力的战全产生巨大支撑作用的、最有发展潜力的战略空间略空间海洋资源的种类海洋资源的种类l海洋油气资源海洋油气资源l海洋固体矿产资源，如分布于海洋固体矿产资源，如分布于2000-60002000-6000米水深起伏比较平缓的海底表面的锰结米水深起伏比较平缓的海底表面的锰结核、分布于核、分布于800-3000800-3000米水深海山米水深海山、岛屿岛屿斜坡或丘陵地带的富钴结壳、分布于斜坡或丘陵地带的富钴结壳、分布于25002500米左右水深的洋中脊米左右水深的洋中脊海底正在张海底正在张开的裂谷中的热液硫化物、分布于开的裂谷中的热液硫化物、分布于1000-1000-30003000米水深海底的天然气水合物等等米水深海底的天然气水合物等等海洋资源的种类海洋资源的种类l海洋生物资源，渔业、海水养殖、深海生物基海洋生物资源，渔业、海水养殖、深海生物基因等等因等等l海洋空间资源，海底隧道、海底工作站、大桥、海洋空间资源，海底隧道、海底工作站、大桥、人工岛、海上城市、海底城市等等人工岛、海上城市、海底城市等等l海洋能源，波浪、潮流、温度差、盐度差、海海洋能源，波浪、潮流、温度差、盐度差、海水发电等等水发电等等l海水资源，海水淡化海水资源，海水淡化海洋空间利用技术 浮式海上活动中心海洋资源开发的重要性和紧迫性海洋资源开发的重要性和紧迫性l我国人均矿产资源占有量不足世界人均水平的我国人均矿产资源占有量不足世界人均水平的一半，居世界第一半，居世界第5353位位l据预测，至据预测，至20202020年，我国石油、天然气、富铁、年，我国石油、天然气、富铁、铬、贵金属、钾盐等铬、贵金属、钾盐等4545种主要矿产有近一半保种主要矿产有近一半保有储量将不能满足要求有储量将不能满足要求l仅仅20152015年我国石油年我国石油消费消费5.435.43亿吨亿吨 对外依存对外依存度度突突破破60%60%l能、资源短缺能、资源短缺经济发展受到制约经济发展受到制约海洋资源海洋资源开发迫在眉睫开发迫在眉睫l开发海洋资源是开发海洋资源是2121世纪的重要战略任务世纪的重要战略任务海洋中蕴藏着丰富的矿产资源，是我国海洋中蕴藏着丰富的矿产资源，是我国实施可持续发展战略的重要物质基础实施可持续发展战略的重要物质基础l我国是一个海洋大国，海岸线长达我国是一个海洋大国，海岸线长达1800018000多公多公里，海岛里，海岛60006000多个，管辖海域面积近多个，管辖海域面积近300300万平万平方公里方公里。南南 海海 北北 部部南南 海海 南南 部部我国南海我国南海我国南海我国南海具有丰富的油气资源具有丰富的油气资源具有丰富的油气资源具有丰富的油气资源石油地质储量：石油地质储量：石油地质储量：石油地质储量：350350350350亿吨，亿吨，亿吨，亿吨，传统国界内传统国界内传统国界内传统国界内230230230230亿吨亿吨亿吨亿吨约占总资源量的约占总资源量的约占总资源量的约占总资源量的1/31/31/31/3天然气天然气338338万亿万亿m3m3北界北界：中央海盆的龙南山至黄岩岛一线东南界东南界：菲律宾-加里曼丹西部：中南半岛南端金瓯角-马来半岛东岸通帕连线南部南部：马来西亚古晋-文莱斯里巴甲湾一线南沙海区南沙海区总面积：总面积：115115万万km2km2我国国界内面积我国国界内面积（9 9段线段线6060北）北）8383万万km2km2南海南部深水区具有广阔的油气资源前景南海南部深水区具有广阔的油气资源前景南海海域南海海域海洋中蕴藏着丰富的矿产资源，是我国海洋中蕴藏着丰富的矿产资源，是我国实施可持续发展战略的重要物质基础实施可持续发展战略的重要物质基础l在在国国际际海海底底区区域域获获得得7.57.5万万平平方方公公里里多多金金属属结结核核矿矿区区，大大洋洋底底锰锰结结核核的的蕴蕴藏藏量量约约为为3 3万万亿亿吨吨，仅仅太太平平洋洋就就有有1.71.7万万亿亿吨吨。按按目目前前的的工工业业消消耗耗量量计计算算，仅仅太太平平洋洋锰锰结结核核中中的的金金属属钴钴就就可可供供全全世世界界使使用用3434万万年年，镍镍和和锰锰使使用用2 2万年，铜使用万年，铜使用900900多年。多年。l正正在在或或将将要要进进行行富富钴钴结结壳壳、天天然然气气水水合合物物、多多金金属属硫硫化化物物和和深深海海基基因因资资源源的的调调查查和和研研究究开开发发，这这些些是是我我国国实实施施可可持持续续发发展展战战略略的的重重要要物物质质基础。基础。中国多金属结核合同区资源概况中国多金属结核合同区资源概况 面积面积 7.5104 km27.5104 km2 资源量资源量 4.2 4.2 亿吨干结核亿吨干结核 1.12 1.12 亿吨锰亿吨锰 406.40 406.40 万吨铜万吨铜 98.49 98.49 万吨钴万吨钴 514.42 514.42 万吨镍万吨镍 海底锰结核海底锰结核海底摄像系统拍摄的2000多米水深下的富钴结壳 热液硫化物热液硫化物温度高达温度高达410C 410C！l天天然然气气水水合合物物（Gas Gas HydrateHydrate）-新新的的替替代能源代能源能能量量密密度度高高、分分布布广广、规规模模大大、埋埋藏藏浅浅、成成矿矿物化条件优越物化条件优越产产出出的的甲甲烷烷气气能能满满足足能能源源、经经济济、环环境境和和效效率率需要需要新发现的水合物新发现的水合物储藏储藏区水深区水深1000-2000m1000-2000m海洋中蕴藏着丰富的矿产资源，是我国海洋中蕴藏着丰富的矿产资源，是我国实施可持续发展战略的重要物质基础实施可持续发展战略的重要物质基础我们所面临的问题我们所面临的问题-我国海洋主权我国海洋主权和权益正在受到侵犯和权益正在受到侵犯l形形势势严严峻峻复复杂杂，与与8 8个个相相邻邻、相相向向的的国国家家有有海海域域划划界界问问题题，主主要要争争议议海海域域的的面面积积超超过过120120万万平平方方公公里里。黄黄海海、东东海海大大陆陆架架和和南南海海海海域域都都存存在在海海洋洋油气资源开发争议。油气资源开发争议。l现现代代国国际际间间的的竞竞争争，说说到到底底是是资资源源的的竞竞争争，是是综综合国力的竞争。合国力的竞争。l维护海洋权益已成为各国关注的重大问题。维护海洋权益已成为各国关注的重大问题。l资资源源状状况况始始终终是是综综合合国国力力的的基基本本构构成成，资资源源问问题题同同时时也也是是国国际际政政治治中中的的核核心心问问题题，资资源源的的安安全全就就是国家的安全。是国家的安全。周边国家在南沙海域勘探开发现状统计钻探了钻探了700700多口井多口井9191个油田及含油构造个油田及含油构造9595个气田及含气构造个气田及含气构造年开采石油年开采石油5000104t5000104t以上以上天然气：天然气：380380万方万方分别是我国整个近海石油年产量和天然气年产量的分别是我国整个近海石油年产量和天然气年产量的2.52.5倍和倍和7 7倍倍 我们所面临的问题我们所面临的问题-资源短缺资源短缺l人均矿产资源占有量不足世界人均水平人均矿产资源占有量不足世界人均水平的一半，居世界第的一半，居世界第5353位位l据预测，至据预测，至20202020年，我国石油、天然气、年，我国石油、天然气、富铁、铬、贵金属、钾盐等富铁、铬、贵金属、钾盐等4545种主要矿种主要矿产有近一半保有储量将不能满足要求产有近一半保有储量将不能满足要求 我国能源供需矛盾突出我国能源供需矛盾突出 石油可采资源量，约占世界的石油可采资源量，约占世界的3.6%3.6%天然气可采资源量，约占世界的天然气可采资源量，约占世界的2.7%2.7%油气消耗量占世界第三位，仅次于美日油气消耗量占世界第三位，仅次于美日我国油气资源总量比较丰富，勘探上还有较大潜力，但人均占有资源我国油气资源总量比较丰富，勘探上还有较大潜力，但人均占有资源量严重不足。量严重不足。我国的油气资源现状我国的油气资源现状 我国 世界石油可采资源量石油可采资源量150150亿吨亿吨41384138亿吨亿吨天然气可采资源量天然气可采资源量1212万亿米万亿米3 3436436万亿米万亿米3 3人均占有石油可采资源量人均占有石油可采资源量1212吨吨6868吨吨人均占有天然气可采资源量人均占有天然气可采资源量1 1万米万米3 37 7万米万米3 3我国石油、天然气的供需形势我国石油、天然气的供需形势 我国已成为石油资源供需短缺的国家，石油供需缺口将进一步加大。我国已成为石油资源供需短缺的国家，石油供需缺口将进一步加大。1990200219902002年年 石油消费年均增长石油消费年均增长 11001100万吨万吨 石油产量年均增长石油产量年均增长 240240万吨万吨 20152015年石油进口量年石油进口量 3.0 3.0 亿吨亿吨 20202020年我国石油需求总量年我国石油需求总量 4.0-4.34.0-4.3亿吨亿吨 我国国内石油产量我国国内石油产量 1.8-2.01.8-2.0亿吨亿吨 20202020年我国天然气需求量年我国天然气需求量 20002000亿米亿米3 3 我国国内天然气产量我国国内天然气产量 12001200亿米亿米3 3 海洋高新技术研究的主要方向海洋高新技术研究的主要方向海洋开发的关键技术海洋开发的关键技术，主要，主要包括海洋矿包括海洋矿产资源开发技术、海洋石油天然气资源产资源开发技术、海洋石油天然气资源开发技术、海洋生物资源开发技术、海开发技术、海洋生物资源开发技术、海洋能源开发技术、海洋空间利用技术和洋能源开发技术、海洋空间利用技术和海水综合利用技术、水下检测技术、水海水综合利用技术、水下检测技术、水下施工工艺及技术（如海底管道及电缆下施工工艺及技术（如海底管道及电缆的埋设技术）等等的埋设技术）等等海洋高新技术研究的主要方向海洋高新技术研究的主要方向为全球变化研究所需的为全球变化研究所需的全球海洋长期监全球海洋长期监测和观测系统测和观测系统海洋产业相关的高新技术海洋产业相关的高新技术为海洋防灾减灾所需的海洋预报技术为海洋防灾减灾所需的海洋预报技术海洋空间利用技术 可沉/浮人工海底结构水下作业系统海洋开发的未来全球海洋长期监测系统MARS海底观测网络(MontereyAcceleratedResearchSystem)海洋资源开发的总体趋势海洋资源开发的总体趋势 海洋油气勘探开发技术海洋油气勘探开发技术增储、上产、增储、上产、高效、安全高效、安全 油气资源由近海向深水发展（钻井世界油气资源由近海向深水发展（钻井世界记录记录29532953米水深，我国仅为米水深，我国仅为503m 503m）探查与开发探查与开发2121世纪的海洋新能源世纪的海洋新能源 开发海底矿产资源和深海生物基因资源开发海底矿产资源和深海生物基因资源关键技术关键技术勘探勘探钻井钻井开发开发工程工程高高分分辨辨率率地地震震勘勘探探多多波波多多分分量量技技术术旋旋转转/地地质质导导向向钻钻井井成成像像测测井井技技术术时时移移地地震震技技术术三三次次采采油油技技术术深深水水工工程程技技术术管管线线检检测测维维修修技技术术 海海洋洋平平台台检检测测/监监测测 海洋油气开发技术海洋油气开发技术增储增储降低成本降低成本上产上产保障保障海洋油气资源开发的国内外发展现状海洋油气资源开发的国内外发展现状勘探、钻井、开发、工程和安全是海洋油气资源开发的五大关键技术国际上海上钻井的最大水深已超过2000米大位移井的最大水平位移已超过10000米海洋油气开发向着更大水深发展水下生产系统（油气混输）是海洋油气开发的发展趋势之一近近2020年来，世界范围内年来，世界范围内深水油气田深水油气田、天然气水合物天然气水合物等深水资源的普查勘探等深水资源的普查勘探成果层出不穷成果层出不穷世界深水勘探热点区新兴热点区据统计，目前有据统计，目前有6060多个国家进行了深水油气勘探；多个国家进行了深水油气勘探；截止截止20102010年年，全球深水区共探明油气当量，全球深水区共探明油气当量580580亿桶亿桶深水油气田的深水油气田的深水油气田的深水油气田的开发规模开发规模开发规模开发规模和和和和数目数目数目数目不断增加不断增加不断增加不断增加目前：深水区目前已经有目前：深水区目前已经有目前：深水区目前已经有目前：深水区目前已经有33333333个超过个超过个超过个超过5 5 5 5亿桶亿桶亿桶亿桶的巨型油气发现的巨型油气发现的巨型油气发现的巨型油气发现勘探、钻井关键技术勘探、钻井关键技术开发关键技术开发关键技术工程、安全生产技术工程、安全生产技术1000200030004000500060007000800090000FixedPlatformTension LegPlatformSparPlatformSemisubmersiblePlatformSemisubmersiblePlatform19801995200020052010深水平台技术的发展深水平台技术的发展陆上陆上90S，中深水，中深水80S80S，浅水，浅水2000S，深水、超深水，深水、超深水PetrobrasXVIIIVisund深水海洋工程技术和装备飞速发展深水海洋工程技术和装备飞速发展2001年年:261座座半潜式平台半潜式平台:170座座浮式生产储油浮式生产储油:72艘艘张力腿张力腿:14座座立柱式立柱式:5座座2007年：年：173座座各类深海平台设计建造技术逐步完善各类深海平台设计建造技术逐步完善各类深海平台设计建造技术逐步完善各类深海平台设计建造技术逐步完善n深水油气开发在发达国家已经达到相当水平深水油气开发在发达国家已经达到相当水平常规型张力腿常规型张力腿小型型张力腿小型型张力腿固定平台固定平台顺应塔型平台顺应塔型平台300-600m148-1432m立柱浮筒平台立柱浮筒平台588-1710m浮式生产系统浮式生产系统335-2133m浮式生产储油系统浮式生产储油系统水下系统水下系统770-1853m深水水下生产新技术深水水下生产新技术不断不断涌现涌现2003年：年：2300套套2007年：年：5700套套-5001,0001,5002,0002,5003,0001941-501951-601961-701971-801980-901991-002001-10max production water depth(metres)SHIP SHOAL 5mTRIDENT2953m(poss)NA KIKA2292m(dev)RONCADOR1853mGREEN CANYON 31682mCOGNAC314mDIAMOND114mCUARTA60m已投产的最大深度：已投产的最大深度：CanyonExpress2195米米深水油气勘探最大深度深水油气勘探最大深度29532953米米深水油气田开发的水深深水油气田开发的水深记录被记录被快速刷新快速刷新05001000150020002500300035004000197019751980198519901995200020052010201520202025203020352040max production water depth(m)1970s trend1990s trend1980s trend深水开发的速度不断加深水开发的速度不断加快快深水已经成为世界油气开发深水已经成为世界油气开发的主战场的主战场 国外钻探最大水深国外钻探最大水深：30953095米，米，我国我国：505505米米 投产油田最大水深投产油田最大水深：21922192米，米，我国我国：333333米米 （自主开发油田自主开发油田：200200米米以浅）以浅）国外深水作业能力国外深水作业能力：起重能力：起重能力1400014000吨吨 水下维修深度水下维修深度20002000米米 我国我国：起重能力：起重能力38003800吨吨 铺管水深铺管水深150150米米 国内外主要深水技术和装备能力对比国内外主要深水技术和装备能力对比新能源开发热点之一新能源开发热点之一天然气水合物天然气水合物燃烧的水合物外型：天然气水合物外貌类似冰雪外型：天然气水合物外貌类似冰雪可以象酒精一样可以象酒精一样燃烧燃烧天然气水合物的特点天然气水合物的特点结晶状笼形化合物结晶状笼形化合物全球全球共共122122个个地区发现天然气水合物地区发现天然气水合物陆地陆地3838处、处、海洋海洋8484处处海底取芯海底取芯2020多处多处（Kvenvolden,1993）目前全球水合物中甲烷资源量为目前全球水合物中甲烷资源量为2*102*101616 m m3 3是全球已探明煤、石油、天然气总含碳量的是全球已探明煤、石油、天然气总含碳量的2 2倍倍是常规是常规天然气探明储量的天然气探明储量的几十倍几十倍储储量量巨巨大大引自引自引自引自ODP190ODP190，196196航次报告航次报告航次报告航次报告引自引自引自引自ODP190ODP190，196196航次报告航次报告航次报告航次报告试采成功试采成功制定制定了近年的商业了近年的商业开采开采计划计划日本日本美国布莱克海台水合物样品（美国布莱克海台水合物样品（MacDonaldMacDonald拍摄）拍摄）ODP204航次美国水合物脊采集的地质样品航次美国水合物脊采集的地质样品(Lee,2002)美国美国制定了制定了2016年商业开采计年商业开采计划划（底图据刘光鼎，（底图据刘光鼎，19921992）我国广阔的海域和专属经济区域具有巨大的我国广阔的海域和专属经济区域具有巨大的天然气水合物前景天然气水合物前景南海东北部地震反射剖面南海东北部地震反射剖面已经发现：已经发现：BSR冷泉、碳酸盐结壳冷泉、碳酸盐结壳菌群、贝壳等生物标志菌群、贝壳等生物标志2007年取得样品年取得样品位位 置置预测值预测值油当量油当量水深水深(m)(m)西沙海槽区西沙海槽区45.5*1045.5*10111145.545.5亿吨亿吨400-2500400-2500东沙群岛附近东沙群岛附近37.5*1037.5*10111137.537.5亿吨亿吨350-3200350-3200台湾西南海域台湾西南海域千亿千亿其他海域拥有丰富的资源,有待勘探和开发目目前前的的工工作作初初步步证证实实我我国国南南海海西西沙沙海海槽槽、东东沙沙陆陆坡坡、台台湾湾西西南南陆陆坡坡、南南沙沙海海槽槽、冲冲绳绳海海槽槽等等可可能能存存在在天天然然气气水水合合物物，据据估估计计我我国国南南海海陆陆坡坡和和海海槽槽沉沉积积物物中中的的水水合合物物可可以以满满足足今今后后数数百百年年的的需需求求。20072007年年我我国国在在南南海海海海域域首首次次获获得得天天然气水合物样品。然气水合物样品。天然气水合物的勘探方法天然气水合物的勘探方法（1 1）地震勘探方法）地震勘探方法 实质就是发现实质就是发现BSRBSR（海底地震反射层）（海底地震反射层）（2 2）钻孔取芯及室内分析技术钻孔取芯及室内分析技术-证明证明NGH的最直接和最直观的方法的最直接和最直观的方法（3 3）测井技术）测井技术-特征信号特征信号温度温度压压力力改变相平衡条件改变相平衡条件天然气水合物的开发思路天然气水合物的开发思路基本原理：基本原理：连续改变天然气水合物的存在条件或相平衡条件连续改变天然气水合物的存在条件或相平衡条件降降压压热热激激发发化学药剂化学药剂发展趋势：多种原理和方法联合开采发展趋势：多种原理和方法联合开采天然气水合物天然气水合物气体气体热或化学药剂连续注热或化学药剂连续注入入水合物分解水合物分解随着气体开采储层压力降低随着气体开采储层压力降低天然气水合物开采进程天然气水合物开采进程1968年，年，前苏联前苏联成功开发成功开发麦索亚哈麦索亚哈天然气天然气水合物藏水合物藏1972年，美国从阿拉斯加取得年，美国从阿拉斯加取得岩心岩心；1995年，美国在布莱克海底年，美国在布莱克海底取取海洋岩心海洋岩心；1999年，日本在近海年，日本在近海试采成功试采成功；2002年，日本在加拿大西北年，日本在加拿大西北试采成功试采成功。加拿大马更歇水合物试采井加拿大马更歇水合物试采井海底沉积物中天然气水合物岩心海底沉积物中天然气水合物岩心主要海洋非油气类资源主要海洋非油气类资源固体矿产固体矿产深海生物基因深海生物基因近近海海底底多多参参量量探探测测 直直视视探探测测取取样样保保真真取取样样技技术术现现场场实实验验技技术术 海洋非油气资源及其开发技术海洋非油气资源及其开发技术锰结核富钴结壳热液硫化物海洋能海洋能深拖系统获得的海底锰结核图像深拖系统获得的海底锰结核图像海洋非油气类资源开发的国内外发展现状海洋非油气类资源开发的国内外发展现状海洋多金属调查研究和试开采的技术海洋多金属调查研究和试开采的技术 -多波束回声探测仪，可以绘制海底地形地貌多波束回声探测仪，可以绘制海底地形地貌 -拖曳式观察系统可以在海底遥控摄制照片和拖曳式观察系统可以在海底遥控摄制照片和录象录象 -潜水深度分别可达潜水深度分别可达65006500米和米和1000010000的载人和的载人和无人遥控潜水器可以在海底进行勘探、调查和无人遥控潜水器可以在海底进行勘探、调查和取样取样 -水力升举式采集系统可解决深海多金属结核水力升举式采集系统可解决深海多金属结核由海底提升到海面的复杂技术问题由海底提升到海面的复杂技术问题我国于我国于19951995年开始在太平洋运用年开始在太平洋运用60006000米深拖系米深拖系统进行海底锰结核的调查工作，并取得了非常统进行海底锰结核的调查工作，并取得了非常有价值的资料有价值的资料电视抓斗抓取的富钴结壳（电视抓斗抓取的富钴结壳（500kg)500kg)海洋非油气类资源开发的国内外发展现状海洋非油气类资源开发的国内外发展现状富钴结壳是海底最重要的固体矿产资源富钴结壳是海底最重要的固体矿产资源之一，主要分布在之一，主要分布在800-3000800-3000米的起伏较米的起伏较大的海山、岛屿斜坡或丘陵地带。大的海山、岛屿斜坡或丘陵地带。钴结壳与多金属结核相比，开采较易，钴结壳与多金属结核相比，开采较易，冶炼过程相似。据预测，其生产的利润冶炼过程相似。据预测，其生产的利润率可能高于多金属结核率可能高于多金属结核。海洋非油气类资源开发的国内外发展现状海洋非油气类资源开发的国内外发展现状对富钴结壳的调查开始于八十年代，并对富钴结壳的调查开始于八十年代，并成为大洋矿产资源勘探和研究的热点。成为大洋矿产资源勘探和研究的热点。德、法、前苏联、印度、日本等国家均德、法、前苏联、印度、日本等国家均对这种矿床进行了调查。对这种矿床进行了调查。19861986年年9 9月，日本科技厅启用月，日本科技厅启用“深海深海20002000”号载人深潜器从海底山的斜坡上号载人深潜器从海底山的斜坡上采集采集“钴华矿床钴华矿床”，并调查沉积物的分，并调查沉积物的分布范围布范围。海洋非油气类资源开发的国内外发展现状海洋非油气类资源开发的国内外发展现状针对富钴结壳在国际海底的赋存状况，针对富钴结壳在国际海底的赋存状况，“九五九五”期间我国利用多金属结核调查期间我国利用多金属结核调查专项基金在麦哲伦和中太平洋海山区进专项基金在麦哲伦和中太平洋海山区进行了三个航次的富钴结壳资源靶区地质行了三个航次的富钴结壳资源靶区地质地球物理初步调查，调查显示靶区具有地球物理初步调查，调查显示靶区具有潜在资源前景潜在资源前景。热液硫化物热液硫化物探测、取样技术探测、取样技术海洋非油气类资源开发的国内外发展现状海洋非油气类资源开发的国内外发展现状热液矿床有固体状和软泥状两种，主要热液矿床有固体状和软泥状两种，主要形成在洋中脊形成在洋中脊海底正在张开的裂谷中，海底正在张开的裂谷中，水深一般在水深一般在25002500米左右。米左右。热液矿床的发现始于热液矿床的发现始于19481948年。年。19731973年年-19741974年美国和法国联合用潜水器在大西年美国和法国联合用潜水器在大西洋中脊进行调查，发现了两块热液矿床洋中脊进行调查，发现了两块热液矿床。海洋非油气类资源开发的国内外发展现状海洋非油气类资源开发的国内外发展现状19781978年年2 2月开始，美国、法国、墨西哥又使用月开始，美国、法国、墨西哥又使用深潜器深潜器“阿尔文阿尔文”号、号、“西亚纳西亚纳”号等，对东号等，对东太平洋海隆进行调查，在好几处发现了体积巨太平洋海隆进行调查，在好几处发现了体积巨大的块状热液矿床。其后，美国首先提出了它大的块状热液矿床。其后，美国首先提出了它的开发计划，的开发计划，1990-19991990-1999为开发实验阶段，为开发实验阶段，20002000年为批准采矿计划，年为批准采矿计划，2000-20202000-2020年为采矿年为采矿和生产阶段。日本也投资和生产阶段。日本也投资220220亿亿-230-230亿日圆建亿日圆建造了能下潜造了能下潜60006000米的深潜器，专门用于调查。米的深潜器，专门用于调查。我国我国20072007年大洋调查航次首次发现。年大洋调查航次首次发现。海洋非油气类资源开发的国内外发展现状海洋非油气类资源开发的国内外发展现状l用于调查和勘探、采样的潜水器（载人用于调查和勘探、采样的潜水器（载人或无人）或无人）l深海采矿设备的研制深海采矿设备的研制l流体提升式采矿系统的研究流体提升式采矿系统的研究l适合于深海环境的新型材料的研究适合于深海环境的新型材料的研究l遥控技术的研究与应用遥控技术的研究与应用 国内外技术发展现状和趋势l 深海运载器朝着综合技术体系化方向发展，功能日益完善深海运载器朝着综合技术体系化方向发展，功能日益完善l 美国保持着深海运载器技术发展和应用的领先地位美国保持着深海运载器技术发展和应用的领先地位20,000 ft15,000 ft潜水器技术的发展潜水器技术的发展潜水器的分类潜水器的分类 载人潜水器（载人潜水器（Manned SubmersiblesManned Submersibles）无人潜水器（无人潜水器（Unmanned Underwater VehiclesUnmanned Underwater Vehicles），主要包括遥），主要包括遥控潜水器（控潜水器（ROVROV）和自治水下机器人（）和自治水下机器人（AUVAUV）混合型潜水器（混合型潜水器（Hybrid VehiclesHybrid Vehicles）潜水员运送器（潜水员运送器（Swimmer Delivery or Swimmer PropulsionSwimmer Delivery or Swimmer Propulsion）载人潜水器载人潜水器 可分为系缆潜水器、浮力舱式潜水器、可分为系缆潜水器、浮力舱式潜水器、自由自航潜水器。其中系缆载人潜水器又自由自航潜水器。其中系缆载人潜水器又有深潜球、拖航潜水器、系缆自航潜水器有深潜球、拖航潜水器、系缆自航潜水器 大多数载人潜水器属于自由自航式潜水大多数载人潜水器属于自由自航式潜水器，它自带能源，在水面和水下有多个自器，它自带能源，在水面和水下有多个自由度的机动能力，主要依靠耐压体或部分由度的机动能力，主要依靠耐压体或部分固体材料提供浮力，最大下潜深度亦可达固体材料提供浮力，最大下潜深度亦可达到到6000-7000m6000-7000m，机动性好，运载和操作也，机动性好，运载和操作也较方便较方便主要应用于海洋开发的勘探和测绘、施工期主要应用于海洋开发的勘探和测绘、施工期间的水下交通、基地人员的补给、水下系统间的水下交通、基地人员的补给、水下系统装置的安装和检修等装置的安装和检修等在军事上，可以直接为海军军事基地、仓库在军事上，可以直接为海军军事基地、仓库建设服务，担负勘探、施工、人员输送以及建设服务，担负勘探、施工、人员输送以及设备安装和维修等工作，还可以直接参与现设备安装和维修等工作，还可以直接参与现代水雷战，完成潜艇救生和水下救捞等任务代水雷战，完成潜艇救生和水下救捞等任务 载人潜水器载人潜水器载人潜水器的特点载人潜水器的特点载人潜水器的研制费用非常昂贵，且由载人潜水器的研制费用非常昂贵，且由于水下系统涉及专业操作人员，因此其于水下系统涉及专业操作人员，因此其操作使用和维护费用极高。此外，其水操作使用和维护费用极高。此外，其水下动力源为自带能源，因此一次下水的下动力源为自带能源，因此一次下水的运行、作业时间极其有限运行、作业时间极其有限无人潜水器无人潜水器无人潜水器以是否带缆可以分为无人有无人潜水器以是否带缆可以分为无人有缆潜水器和无人无缆潜水器缆潜水器和无人无缆潜水器无人有缆潜水器可归纳为带缆自由航行、无人有缆潜水器可归纳为带缆自由航行、海底爬行、拖航三大类，其中以带缆自海底爬行、拖航三大类，其中以带缆自由航行式潜水器为最多由航行式潜水器为最多无人潜水器的主要用户是海洋石油和天无人潜水器的主要用户是海洋石油和天然气工业，其次是军事部门，还有科学然气工业，其次是军事部门，还有科学研究研究 无人带缆潜水器无人带缆潜水器带缆自由航行潜水器带缆自由航行潜水器90%90%以上是用于完成观察和以上是用于完成观察和视像摄影的记录工作，水下作业任务的比重在逐视像摄影的记录工作，水下作业任务的比重在逐步提高。由水面母船上的工作人员通过连接潜水步提高。由水面母船上的工作人员通过连接潜水器的脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水器的脐带提供动力，操纵或控制潜水器，通过水下电视、声纳等专用设备进行观察，还能通过机下电视、声纳等专用设备进行观察，还能通过机械手，进行水下作业械手，进行水下作业海底爬行式潜水器主要用于完成海底推土、挖沟、海底爬行式潜水器主要用于完成海底推土、挖沟、检查以及海底的一些操作作业检查以及海底的一些操作作业无人带缆潜水器拖航潜水器用于军事目的的和科学研究的居多，主要用作观察识别定位、搜索、细致测绘、取水样、放射性测量等。在科学研究方面，主要是用在地质、地球物理方面的研究以及大面积的搜索和水质分析、生物取样、地质取样、生物测定、海底资源的探察和研究 遥控潜水器（ROV）的特点由于ROV不危及人身安全，建造、使用维修费用低廉，动力大多数由母船提供，因此理论上在水下的工作时间可以任意长，同时通过电缆传输指令和信息，所以ROV是目前发展得最快的一种潜水器。但是，电缆缠绕问题是造成其丢失的重要原因无人无缆潜水器无人无缆潜水器是一种水下智能化装置，也称水下机器人（AUV）。主要用于军事目的，完成海洋传导性、温度和压力剖面测绘。也做一些尾流扰动测量、冰下声学剖面特性测绘工作等。在科学研究方面，主要用作活动的水声平台，亦兼作水下程序控制系统的研究 无人无缆潜水器的特点AUV发展至今尚存在以下几个主要问题尚未解决，一是由于在水中无法传输电波，而水下声波传送速度较低，因此在母船上无法实时看到水下摄像机所摄取的图像；二是无法从母船上直接遥控操作；三是由于水下自带能源的能量密度较低，导致AUV水下工作时间极其有限。以上三个方面，尤其是能源问题，是制约AUV向实用阶段发展的主要因素 载人潜水器、ROV、AUV的比较 艇艇员员脐带电脐带电缆缆动力源动力源操控方操控方式式主要功能主要功能工作工作时间时间国内发国内发展情况展情况是否国是否国际封锁际封锁载载人人潜潜水水器器有有无无自带能自带能源源艇员操艇员操控控观观察察、摄摄像像、探探测、取样、作业测、取样、作业很很短短，约约几小时几小时无大深无大深度度是是ROV无无有有电缆供电缆供电电水面遥水面遥控控观观察察、摄摄像像、探探测、取样、作业测、取样、作业理理论论上上任任意长意长无大深无大深度度是是AUV无无无无自带能自带能源源预设程预设程序序测测绘绘、摄摄像像、探探测测很很短短，约约几小时几小时有有是是深海运载器朝着综合技术体系化方向发展，深海运载器朝着综合技术体系化方向发展，功能日益完善功能日益完善l 美国、日本、俄罗斯、法国等发达国家目前已经拥有了从先进的美国、日本、俄罗斯、法国等发达国家目前已经拥有了从先进的水面支持母船，到可下潜水面支持母船，到可下潜30003000米米1100011000米的深海运载器系列装备，米的深海运载器系列装备，包括有深海遥控潜水器、自治水下机器人、载人潜水器、深海工作站包括有深海遥控潜水器、自治水下机器人、载人潜水器、深海工作站和深海资源开采机器人等所构成的技术装备体系，实现了装备之间的和深海资源开采机器人等所构成的技术装备体系，实现了装备之间的相互支持、联合作业、安全救助，能够顺利完成水下调查、搜索、采相互支持、联合作业、安全救助，能够顺利完成水下调查、搜索、采样、维修、施工、救捞等使命任务，充分发挥了综合技术体系的作用样、维修、施工、救捞等使命任务，充分发挥了综合技术体系的作用法国：法国：IFREMERIFREMERCoastal AUVNautile HOVVictor 6000 ROVl 美国美国Woods HoleWoods Hole海洋研究所的海洋研究所的AlvinAlvin载人潜水器（载人潜水器（45004500米）、米）、ABEABE自治水自治水下机器人（下机器人（30003000米）、米）、JasonJason遥控潜水器（遥控潜水器（65006500米）在深海勘查和研究中米）在深海勘查和研究中以其技术先进性和高效率应用而著称以其技术先进性和高效率应用而著称l 目前美国目前美国Woods HoleWoods Hole在积极开展新型深海运载器的研发，如在积极开展新型深海运载器的研发，如New AlvinNew Alvin载人潜水器（载人潜水器（65006500米）、米）、SENTRYSENTRY自治水下机器人（自治水下机器人（60006000米）、米）、HROVHROV混合式混合式潜水器（潜水器（1100011000米）米）美国保持着深海运载器技术发展和应用的领先地位美国保持着深海运载器技术发展和应用的领先地位美国：美国：WHOIWHOIAlvin DSVABE AUVREMUS AUVJason II ROVSetry AUV美国：美国：WHOI Jason IIWHOI Jason II美国：美国：WHOI Jason IIWHOI Jason IIGhostbuster高温热液高温热液化学传感器化学传感器Geochemistry原位地球原位地球化学探测器化学探测器MajorPair热液采样器热液采样器作业工具触发油缸作业工具触发油缸Gas-tight热液气密热液气密采样器采样器布置在美国布置在美国AlvinAlvin载人潜水器采样篮上的作业工具载人潜水器采样篮上的作业工具随潜随潜地磁仪地磁仪Niskin分层采水器分层采水器美国：美国：WHOIWHOISpray Glider美国：美国：WHOIWHOIHROVHROV in AUV mode(left)and HROV in AUV mode(left)and ROV mode(bottom)ROV mode(bottom)美国：美国：WHOIWHOIHROV美国：美国：WHOIWHOIHROVOperationalsequenceofROVmodeMBARI的Tiburon号ROVElectric Vehicle Small Hydraulic System(2.5 gpm3000psi)4000m Operating Depth150 lbs.Science Payload15kw of Power1.5 Knot Maximum Speed(on surface)Estimated.25 Knots at Depthl 美国除发展深海科学探测和资源勘探开发的无人装备技术外，美国除发展深海科学探测和资源勘探开发的无人装备技术外，开始规划分阶段地进行居住型载人深海空间站的研究与建设，包开始规划分阶段地进行居住型载人深海空间站的研究与建设，包括固定式海底基地和移动式载人平台，首期潜深仅约括固定式海底基地和移动式载人平台，首期潜深仅约200m200m、自持、自持力力3030天，载天，载1515人人 美国保持着深海运载器技术发展和应用的领先地位美国保持着深海运载器技术发展和应用的领先地位日本深海潜水器技术处于世界领先水平日本深海潜水器技术处于世界领先水平l 日本在海洋研发方面重点在深海潜水器计划，其水下技术处于世界领日本在海洋研发方面重点在深海潜水器计划，其水下技术处于世界领先水平，国家投入巨资支持其国家水下技术中心先水平，国家投入巨资支持其国家水下技术中心(JAMSTEC)(JAMSTEC)的发展，并建的发展，并建设了水面母船支持的多类型深海潜水器，其拥有的无人遥控潜器最大工作设了水面母船支持的多类型深海潜水器，其拥有的无人遥控潜器最大工作水深达到水深达到1100011000米、载人潜水器最大工作水深达到米、载人潜水器最大工作水深达到65006500米。基于这些装备，米。基于这些装备，日本和美国、法国联合对太平洋、大西洋进行了较大范围的海底资源和环日本和美国、法国联合对太平洋、大西洋进行了较大范围的海底资源和环境勘探境勘探Shinkai6500HOV1100011000米米KAIKOKAIKO号号ROVROV-已丢失已丢失HyperDolphinROV30003000米以深的深海作业和探测潜水器技术被少数机构所垄断米以深的深海作业和探测潜水器技术被少数机构所垄断 根据根据UNOLSUNOLS的报告，目前国际上商用的遥控潜水器（的报告，目前国际上商用的遥控潜水器（ROVROV）系统）系统基本工作在基本工作在30003000米以浅，应用于米以浅，应用于30003000米以深的深海作业和探测潜米以深的深海作业和探测潜水器必须具有专业化设计，只有少数机构拥有水器必须具有专业化设计，只有少数机构拥有Victor6000ROV英国英国HYDROVISION的的DEMON号号ROV作业水深作业水深2000/30002000/3000米米Halliburton集团集团SubSea公司的公司的SuperScorpioHD最大作业水深最大作业水深2000/30002000/3000米米我国海洋资源探查技术和装备取得了长足的发展我国海洋资源探查技术和装备取得了长足的发展 “十五十五”期间我国自主研制成功多种深海海底探测系统，如深海彩色数字摄像系统、期间我国自主研制成功多种深海海底探测系统，如深海彩色数字摄像系统、大洋固体矿产资源成矿环境及海底异常条件探测系统、深海电视抓斗、热液保真采样大洋固体矿产资源成矿环境及海底异常条件探测系统、深海电视抓斗、热液保真采样系统、高分辨率测深侧扫声纳系统、超宽频海底剖面仪等装备。其中小型深海底浅地系统、高分辨率测深侧扫声纳系统、超宽频海底剖面仪等装备。其中小型深海底浅地层岩芯钻机，已在海上层岩芯钻机，已在海上1000100030003000米深海底钻取米深海底钻取100100多个岩芯，成为目前世界上同类多个岩芯，成为目前世界上同类产品在深海底实钻取芯次数最多的设备，技术趋于成熟产品在深海底实钻取芯次数最多的设备，技术趋于成熟 研制成功近海工程高分辨率多道地震探测系统、极端环境下泥沙液化原位监测系统、研制成功近海工程高分辨率多道地震探测系统、极端环境下泥沙液化原位监测系统、高分辨率测深侧扫声纳和超宽频海底剖面仪等高技术设备，初步形成了近海工程地质高分辨率测深侧扫声纳和超宽频海底剖面仪等高技术设备，初步形成了近海工程地质环境探测与综合评价的技术体系环境探测与综合评价的技术体系深海浅地层钻机深海浅地层钻机深海探测拖体深海探测拖体超宽频浅剖仪超宽频浅剖仪高分辨率测深侧扫声纳高分辨率测深侧扫声纳电视抓斗电视抓斗深海彩色数字立体摄像系统深海彩色数字立体摄像系统沉积物保真取样器沉积物保真取样器CR-01CR-01水下机器人水下机器人60006000米深拖系统米深拖系统SJT-10 ROVSJT-10 ROV国内外深海运载器技术对比国内外深海运载器技术对比