基于SWOT分析的深海采矿发展策略研究

贾凌霄，马 冰，于 洋，王 欢

(中国地质调查局地学文献中心，北京 100083)

“深海”一般指大陆架以外的海洋部分，通常水深在200 m以上，面积占地球总表面积的65%。深海中蕴藏着丰富的矿产资源，其范围之广、储量之大远超陆地矿产资源。深海矿产资源一般指公海以及国家专属经济区(EEZ)以外的海洋资源部分。深海矿产资源主要分为多金属结核、富钴铁锰结壳和海底块状硫化物三种类型[1]。这些富集在深海中的矿产资源很多都是现代高科技、绿色技术或新兴技术所必不可少的原材料。当今世界对清洁能源技术和高新智能技术的应用需求不断增长，制造诸如风力涡轮机、太阳能电池板、电动汽车、锂离子电池、人工智能设备等需要消耗大量的金属，例如铜、镍、铝、锰、锌、锂和钴等。陆上矿产的枯竭和对金属需求的增加正在激发人们对深海采矿的兴趣[2]。

1 深海采矿概述

1.1 深海矿产资源

深海蕴藏着丰富的多金属结核、富钴铁锰结壳、海底块状硫化物等资源，开发利用潜力巨大。深海多金属结核是由周围海水(水成因)或沉积物中孔隙水(成岩作用)中的金属沉淀形成的，广泛分布于水深4 000～6 000 m的深海平原，以马铃薯大小的结核形式存在，仅东北太平洋赤道附近的克拉里昂-克利珀顿区结核的估计矿产储量就高达210亿t。太平洋和印度洋中部热带地区的结核中镍、铜、钴、钼、锂、稀土元素和砷等矿产高度富集，具有特殊的经济意义[3]。富钴铁锰结壳是在有氧条件下冷海水直接沉淀形成的，为覆盖在坚硬基底岩石上的铁锰氧化物和氢氧化物组成，富含钴、锰、镍、铜和稀土，通常存在于800～3 000 m的深海，表面呈肾状、鲕状或瘤状，主要集中分布在太平洋海山顶部。据估计，大约635万km2的海底(占海底面积1.7%)被富钴结壳所覆盖，其资源远景巨大[4]。海底块状硫化物(SMS)是海底热液多金属沉积物的一种，被认为是陆基火山块状硫化物(VMS)沉积物的现代类似物，主要产于中速至快速(大于5 cm/a)扩张的活动洋脊和开张的海盆扩张中心地带，如东太平洋洋隆、加拉帕戈斯海岭等，矿物成分主要是硫化物和硫酸盐矿物，富含锌、铜、银、硅等。据估计，现代海底可能存在1 000～5 000个大型硫化物矿床[5]。

1.2 深海采矿的发展

19世纪70年代，英国皇家海军舰艇挑战者号(HMS Challenger)探险船在海洋探险中首次发现深海里有矿产[6]。但直到20世纪60年代，MERO才揭示了深海矿床的经济潜力，并预测深海采矿将在20年后开始[7]。这引起了世界的关注，期待开发深海矿产作为未来的替代金属来源。1972年1月，在美国哥伦比亚大学拉蒙特-多赫蒂(Lamont Doherty)地球天文台举行了主题为“海底铁锰矿床”的会议，科学家首次对太平洋克拉里昂-克利伯顿断裂带(CCZ)中的铁-锰结核进行了详细研究。随后，科学家进行了有关太平洋[8-11]和印度洋[12-15]不同地区矿床的分布，地球化学和矿物学的研究。许多研究还解释了海底矿床的形成过程、地质因素及其与沉积环境的关系[16-20]。同时，热液硫化物[21-22]和富钴铁锰结壳[23-24]也被认为是潜在的资源。

一些国际组织开展了一系列的勘探计划，随后提出了在国际海域开发海底资源的请求。1994年，联合国为促进和管理海底采矿，在牙买加首都金斯敦正式成立了国际海底管理局(ISA)，负责管理国际海底区域(即任何国家管辖范围以外的国际海域)及其资源。在沿海国家管辖海域以外的公海范围内进行勘探和开采活动都需要向国际海底管理局申请许可。然而直到2010年，在太平洋和印度洋中，国际海底管理局为先驱投资者(法国、俄罗斯、日本、中国、韩国、德国和InterOceanMetal联合组织——东欧国家联盟)只颁发了8个深海矿产勘探合同，勘探目标仅为多金属结核；此后10年(到2020年)，国际海底管理局为各国政府赞助的承包商颁发的勘探合同激增至30个，勘探区块总面积超过150万km2，范围覆盖了太平洋、印度洋和大西洋，勘探目标涵盖多金属结核、富钴铁锰结壳和海底块状硫化物。

2 基于SWOT分析的深海采矿发展态势分析

2.1 优势分析(strengths)

1) 深海矿产资源丰富。深海矿产资源主要分为3种类型：多金属结核、富钴铁锰结壳和海底块状硫化物。这些资源富含锰、铜、钴、钛、镍、稀土等多种矿产。 据PETERSEN等[25]估计，深海三种类型矿产资源的有利勘探区域面积大约为4 290万km2，在主要矿产富集区资源估测量超过292亿t(表1)[25]。深海矿产的富集程度比陆地高，并且可以在一处采矿场回收3种或更多种金属，这些矿产很多都是现代高新科技、绿色技术所必不可少的原材料[26]，例如制造高性能太阳能电池板的关键金属材料碲，其在海水中的富集程度是陆地上的50 000倍[27]。海底的结壳和结核基本上都是在海床之上呈平铺的状态，块状硫化物矿床上几乎完全没有覆盖物。目前，大部分商业勘探集中在克拉里昂-克利珀顿地区，据估计，克拉里昂-克利伯顿区的结核中含有的钴、锰和镍含量超过陆地上所有已知矿床的总量。

表1 深海矿产资源特征Table 1 Characteristics of deep sea mineral resources

2) 深海开采具有陆地采矿不具备的优势。现有的许多工业活动都发生在陆地和近岸环境中，而深海采矿活动预计会远离对许多太平洋社区至关重要的沿海和浅水生态系统，不存在土著居民或原住民的问题。相较于陆地采矿，深海采矿所处的深海环境对于人类相对陌生，人类还不太善于直接利用深海环境和生态系统提供的便利条件，再加上新的

技术进步，意味着与基于陆地的矿产开采相比，深海开采对环境和社会的影响可能要小。另外，深海采矿无需建设公路等海底基础设施，采矿船可以很方便地在不同的采矿点之间移动进行开采，深海采矿相对于陆地采矿还会减少温室气体的排放。例如，深海采矿公司DeepGreen的发言人曾表示，从海底提升锰结核这一过程无需爆破、钻洞和挖掘，所产生的二氧化碳要低于陆上采矿[28]。

3) 有助于发展绿色和低碳经济。2020年5月，世界银行发布的《气候变化行动所需要的矿产资源》报告指出，没有矿产资源，就不可能实现低碳未来，特别是关键矿产将成为能源转型的重要基础之一，并强调低碳未来将是矿产“非常”密集型。要达到《巴黎协定》规定的气候变化目标，到2050年，锂和钴等矿产的产量将比2018年大幅度增加450%以上，铜的产量需要增加2 900万t，任何潜在的矿产供应短缺都可能影响清洁能源技术在全球部署的速度和规模[29]。深海中蕴含了大量清洁能源技术所需的矿产资源，且矿藏量一般比陆地上要高得多，这些资源对于太阳能电池板、风力涡轮机和电动车至关重要，能够实现绿色技术所需金属和原材料供应的多元化，加强深海采矿可以大规模增加低碳经济转型发展过程中的矿产战略储备。

4) 有助于提升人类对深海资源与环境的认识。目前人类对整个海底的研究尚处于较为初始的阶段。深海采矿可以促进海底地质填图技术的发展，加强人类对海底地貌的认识和利用，促进深海采矿相关服务和装备的研发，对维护国家安全具有重要战略意义。

2.2 劣势分析(weaknesses)

1) 对海洋生态环境影响较大。结核、结壳和块状硫化物所处的特殊环境中存在着许多极具多样性的生物群落。海底采矿设备在采矿过程中，会导致其机械路线沿线的海底动物直接死亡，并会破坏海底原始地形(海底影响)。当采集机器沿海底运动时，它们会搅动大量的软沉积物，这些沉积物可能会扩散数万千米远，最终重新沉淀下来，掩埋和扼杀海底生物。采矿的废弃沉积物会倾倒回海中，形成另一股羽流对海底生物带来不利影响(海底和海中水体影响)[30]。采矿还可能通过引入入侵物种，矿床中的有毒物质，溢出的矿石以及诸如液压油、噪音和振动、可见光等之类的污染物来影响附近的生物(海底、海中水体和上层水体影响)[31-32]。

THIEL等1989年在秘鲁海盆进行了扰动与再迁入(DISCOL)实验，通过模拟采矿产生的扰动来测试其对深海环境的影响，这是迄今为止对商业深海采矿潜在影响最大的实验。结果表明，扰动发生后，实验区的生物密度和种群丰度急剧下降，7年后仍大幅下降。2015年，SIMON-LLED等[33]重新对DISCOL试验区的生物进行评估后发现，26年后，模拟采矿对秘鲁海盆多种底栖生物的数量和多样性的影响仍十分明显。GILLARD等[34]进行的一项计算机模型研究发现，沉积物重新沉积的时间可能比目前假设的时间长10倍。

2) 前期成本高。深海采矿属于资本密集型行业，需要专门的开采设备和运输存储设备，要在技术研发，以及船舶、设备和加工等方面进行大量支出。根据ISA法律规定，矿业承包商在深海开采矿石前必须对其采矿区进行环境评估，此类环保评估活动也会产生高昂的经济成本。因此，商业化开采的前期成本可能会给承包商带来巨大的经济压力。

3) 缺乏相关法规。深海海底采矿可以带来长期的社会经济效益，但是以可持续的方式利用深海资源，同时最大限度地减少对海洋环境的影响是至关重要的。深海矿产资源绝大多数位于主权并不明确的国际海底区域，《联合国海洋法公约》规定国际海底管理局(ISA)是负责组织和控制国际海底区域内矿产勘探和开发的唯一机构[35]，任何希望从事深海采矿的国家或企业都需向ISA申请勘探或开采许可。但是目前ISA尚未发布深海开采行为准则，虽然ISA表示力争在2020年完成“准则”的制定，但由于涉及利益分配、环境保护等敏感问题，各成员国在2020年的期限内能否达成共识，目前仍不容乐观[36]。2020年2月至3月ISA举办了第26届年度大会的第一部分，深海开采行为准则的制定仍处在讨论阶段[37]。

4) 对海上交通、捕鱼业等产生影响。深海采矿活动需要管理，由于噪音、沉积物等其他相关因素，可能会设置禁区，会存在一些出入的限制，进而影响海上一些航道的畅通性。此外，捕鱼业等产业也会受到采矿活动的直接影响。这都将会对深海采矿的实施造成阻力(图1)。

图1 深海采矿对环境的潜在影响Fig.1 Potential environmental impact of deep sea mining

2.3 机会分析(opportunities)

1) 有利于采矿东道国国民经济的发展。按照国际原则，只有以国家的身份才能向ISA申请许可证，因此一些有意于开展深海采矿的公司会与太平洋岛国签署经济互惠协议来获得海底资源开采的许可。太平洋岛国可以通过收取矿产生产特许权费用、对利润征税、或对外国公司收取费用来获取深海采矿业的经济回报。

深海采矿还可以为东道国提供直接的就业机会。在劳动力发达的国家，尤其是陆上采矿较为成熟的国家，可以为本国相关从业者提供高技能或专门技术职位。在其他劳动力资源欠发达的太平洋岛国中，引进的高水平深海采矿从业者可能(至少在一开始)担任高技能职位，这可以为能力建设和技术转让机会提供基础。此外，还会在服务业、房地产业等行业中创造间接就业机会。

2) 拥有潜在的非市场利益。深海采矿对海底的勘探和开发将有助于对这些地区技术和科学的认识。技术进步的潜在经济利益包括：将改善未来深海采矿的可行性和盈利能力的进步；和对其他行业有利的进步(例如深海旅游、电缆铺设等)。此外，深海矿产开发过程中还发现了以前海洋中未知的物种，并提供了有关生物过程、遗传和基因资源的新信息。

3) 社会各界对深海采矿的兴趣与日俱增。虽然ISA已经明确表示在发布深海开采行为准则之前，不会颁发任何一张开采许可，但是这并不影响各国对于深海勘探的热情。截至2020年3月，ISA已为各国政府赞助的承包商批准了30份勘探合同，而2010年仅有6份勘探合同。中国、韩国、俄罗斯是拥有勘探合同数量较多的国家，此外，日本、印度、欧洲一些国家、太平洋岛国等也申请了自己的勘探合同区块。勘探区域更是覆盖了除北冰洋之外的所有大洋(表2)[38]。尽管目前公海海底的矿产资源仍在很大程度上受到ISA的保护，但是部分国家及企业已经在不受ISA约束的专属经济区内开始了开采演练，深海采矿行业的投资正在增长。

表2 ISA批准的深海矿产勘探合同Table 2 Deep sea mineral exploration contractapproved by ISA

续表2

2.4 风险分析(threats)

1) 开发与保护存在矛盾。2015年通过的联合国2030年“可持续发展目标(SDGs)”第14条要求所有国家以保护和以可持续的方式利用海洋及海洋资源，保证其可持续发展。但现有的稀缺数据表明，深海采矿可能将对海洋生物造成毁灭性的、潜在的、不可逆转的影响。因此很多环保主义者和民众都对深海采矿持反对意见。加拿大多伦多的鹦鹉螺矿业公司在巴布亚新几内亚管辖的海域计划开展的“索尔瓦拉1号”深海采矿项目是全球第一个深海矿产开采项目，计划开采巴布亚新几内亚沿海的热泉喷口；该项目于2011年达成协议，但此后由于环境问题，多次受到当地社区的反对，当地民众成立了“索尔瓦拉战士联盟”等组织来反对鹦鹉螺矿业公司的计划，以推动海底采矿禁令，导致该项目最终面临法律诉讼，加上资金困难，2019年鹦鹉螺矿业公司宣告破产。巴布亚新几内亚政府也要承担相当于该国900万人口一年全部卫生预算三分之一的债务。这也让其他太平洋国家意识到了深海底采矿的风险，巴布亚新几内亚最近与斐济和瓦努阿图一起，呼吁至少十年内，暂停在他们国家管辖范围内开展海底采矿。

2) 生态红线尚未明确界定。由于深海环境对于整个地球和人类非常重要，所以必须首先了解深海开采的风险，建立生态红线，然后再决定是否、以及在何种条件下允许进行开采[39]。根据法律规定，深海采矿承包商在开展开采活动之前必须进行环境评估，以确定开采设备对生态环境影响的程度。目前还没有明确具体的生态红线，即达到对环境造成何种程度的影响时不能开采。目前完成的深海采矿试验都局限于相对较小的微型试验级设备，还没有对实际采矿设备进行模拟。采矿实验巨大的经济成本和较高的技术要求也让承包商们望而却步。科学家和环保主义者都担心，法规的制定将鼓励采矿业在确定如何能够避免造成严重的环境危害之前，就开始进行采矿作业。

3) 存在经济风险和政治风险。提取深海矿物并将其投放市场会导致当地的矿产品经济环境发生变化，从而可能直接或间接地与陆地矿产产生经济竞争或相互替代。海底采矿一旦开启，来自海底的大量矿物会让矿产价格趋于平稳或下跌，会威胁到那些靠陆地矿产为生的人或国家。采矿业占国民经济比例较大的国家例如智力和南非已经表示了对海底采矿可能会影响自己的陆地采矿作业和经济的担心。联合国制定的《海洋公约法》中规定，国际海底管理局签发许可或允许海底采矿的前提是，其规模不应对主要依靠陆上同类金属开采的发展中国家经济产生不利影响，所以“采矿守则”需要着力补偿这些国家的损失，这对于ISA是巨大的挑战。

深海采矿不仅在技术上有特殊的要求，在政治和法律上都很复杂。受地缘政治、国际法律法规等因素的制约。国际援助、外交事项或其他政治因素可能是一个国家决定是否授予承包商特许权的重要因素。在公海“区域”内，国家与承包商签订合同或赞助可能与获取矿产的战略重要性有很大关系。如果承包商在实际的深海开采活动中发生问题，例如造成了明显的环境破坏，那么合同签署国就将承担巨大的政治和法律风险[40]。

3 深海采矿发展的决策建议

通过以上分析，构建了深海采矿SWOT分析矩阵(表3)。

表3 深海采矿SWOT分析矩阵Table 3 SWOT analysis matrix of deep sea mining

3.1 优势机遇策略(SO)

1) 开展国际合作，共享科研成果。《联合国海洋法公约》指出：“海洋的种种问题都是彼此密切相关的，有必要作为一个整体来加以考虑。各国应促进为和平目的而进行海洋科学研究的国际合作。”由于深海采矿带来的环境影响具有跨地区的性质，在不同矿区应该是相似的，各国没有必要开展重复性的工作，对深海采矿环境治理的科学技术需要广泛的国际合作，这样既可满足科学需求，又符合各方的经济利益。

2) 加大投入，加快建立海底观测系统。海底观测网是人类观测海洋的新型平台，可实现海洋由海底到海面的全天候、连续、实时和高精度立体观测。美国、加拿大、日本以及欧洲各国纷纷投入巨资构建海底观测网并成功运行，包括美国海底观测网(OOI)、加拿大海底观测网(ONC)、欧洲海底观测网(EMSO)、日本海底观测网(DONET)等，以对海洋动力过程、海洋生态环境、海底矿产资源和海底地质活动进行观测和预警[41]。目前，已建设的海底观测网络基本集中在各国专属经济区以内的海域。鉴于国际海底区域内存在深海矿物高潜力区[42]，有利于深海采矿的国家应向国际海底管理局申请许可，加大投入，在国际海底区域加快建立海底观测系统，即可以测试新的采矿技术，也可以监测其对环境的影响。

3.2 优势挑战策略(ST)

1) 寻求跨学科合作，进行全面的基线研究。国际海底管理局规定，为了评估深海采矿活动的潜在环境影响，承包商必须在勘探阶段就收集环境基准数据，以了解深海中生活着哪些物种，它们如何生活以及如何受到开采活动的影响，以便确定基线，用于同采矿开始后的状况进行比较。然而，生物学基线数据的收集需要相当丰富的生物分类学专业知识，很多深海物种目前可能尚未被科学家所知。因此需要寻求跨学科的合作，同时把更多的资金用于培训和教育计划，以加深我们对深海的了解。

2) 构建绿色经济框架，促进可持续经济发展。深海采矿的绿色经济涉及经济资本(工业资本，包括基础设施等)、自然资本(环境支持、服务业规模)和社会资本(知识、技能和经验)三种资本类型，是指市场力量和机遇与环保技术相结合，以维持或改善沿海地区赖以生存的经济、社会和环境资源。绿色经济可以被视为与自然环境和生态系统兼容、对环境友好、对社会公正的经济体系。要实现深海采矿的绿色经济，政策制定者可以采取措施，确保深海采矿的环境和社会成本得到管理并被采矿的社会效益和经济回报所抵消，并确保这些回报得到公平地投资和分配。这样可以避免任何一种形式的资本以其他形式的资本为代价不成比例增长，使社会和自然资本以及经济资本的回报最大化，进而形成更具弹性的经济体，为人民的利益和经济发展创造可持续的价值[43]。

3.3 劣势机遇策略(WO)

1) 认真权衡深海采矿的收益和成本。一国决定是否进行深海采矿，需要仔细评估和权衡采矿对环境、经济、社会等方面的影响，并进行分析表明该国与采矿相关的总体利益大于其潜在成本。例如，什么时候收入足以满足一定程度的环境损害，可接受和不可接受的环境破坏水平的阈值是多少。在权衡深海采矿的成本和收益以及采矿收益可能用于社会再投资的潜在方式时，生态、经济和社会复原力是重要的考虑因素，这样才能实现深海采矿的可持续发展。

2) 进行生态环境评估，制定措施减轻环境影响。政府和相关部门应确保在批准任何采矿决定之前，优先权衡采矿作业造成的生态环境影响，并进行高质量的环境评估，以评估深海采矿作业对环境造成的全面破坏程度和持续时间。采矿的环保成本应包括在财务和经济评估中。当前的技术可能不足以避免对环境造成严重和持久的损害，因此需要对采矿作业的允许范围和持续时间进行严格并具有预防性的控制，尽量优化采矿设备，以减少海底干扰。在实践中，尚未证明环境补救措施是有效的。

3.4 劣势挑战策略(WT)

1) 加强国际社会的监管。国际海底管理局肩负着双重任务：促进深海矿物的开发，同时确保这种开发对环境无害。国际海底管理局的任务具有挑战性和冲突性。因此，国际社会(包括政府代表和公众)需要加强监督，以确保海洋生物得到充分保护。此外，为了避免由于国际海底管理局双重任务可能引起的利益冲突，国际海底管理局还应考虑放弃一些职责，并将其交给其他机构承担和监管。

2) 大力发展循环经济。应鼓励相关产品的修理、回收和再利用，以帮助减少对深海原材料的需求。创新产品设计以使用更少的材料或替代材料也可以减少需求，进而最大限度地保护深海原生环境。

4 结 语

深海矿产资源开采潜力巨大，通过SWOT模型分析，深海采矿相较于陆地采矿具有独特的优势，对当今世界绿色和低碳经济发展转型具有重要的战略意义，可为国家的经济和社会发展带来新的机遇；近年来相关实体对深海采矿行业的关注度和投资力度正在快速增长。但深海采矿实践同时面临着较大的环境、资金和政治风险，在业内存在较大争议，深海矿产开采的相关法规尚未制定。建议各国加大研究与合作力度，提高深海矿产资源的勘查与开发能力，同时科学规避深海采矿可能带来的各种风险。国际相关组织也需加强监管，尽快出台相关法规，以尽快实现深海矿产规范化、合理化开采。