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文|小玖观天下
编辑|小玖观天下
深海采矿处于勘探阶段，深海矿区的高压、低温和复杂的地质和水动力环境带来了许多挑战，人类活动无法进入这些环境，所以，需要作出相当大的努力来确保可持续、经济、可靠和安全的深海海底采矿。
本研究综述了海洋工程地质学和深海采矿活动相关环境，对海洋矿产资源开发进行了文献计量分析，总结了海洋采矿三个阶段（即勘探、开采和封闭）的发展、理论和技术相关问题，并讨论了工程地质环境， 地质灾害，现场监测技术，环境保护要求和环境影响的详细信息。
阿拉伯数字 海洋矿产资源开发文献计量分析根据变化趋势，海洋矿产资源领域的发展大致可分为三个阶段：第一阶段、第二阶段和第三阶段，在第一阶段，WOS数据库平均每个时间跨度的文献数量约为19篇，CNKI数据库的平均文献数量约为22篇。
这些低文献数量表明，在此期间，海洋矿产资源并未引起专家和工程师的广泛兴趣，文献数量少也与当时的经济社会发展状况有关。
第二阶段的研究情况有了很大的改善，WOS数据库每次研究~280项，CNKI数据库每期~40项研究，与第一阶段相比，第二阶段的WOS数据库文献数量增加了近15倍。
在第三阶段，相关研究的数量再次大幅增加，WOS数据库在每个时间跨度内的平均文献数量达到~1256篇，CNKI数据库达到~195篇，这些趋势凸显了海洋矿产资源开发中如何成为热门研究课题，这些趋势可能预示着这项研究课题将在未来很长一段时间内保持流行。
文献关键词可以直观地反映研究的主题，并影响文献检索者的发现以及读者是否有兴趣阅读该研究，WOS和CNKI数据库中海洋矿产资源研究文献关键词的聚类，表示一个关键词在所有文献数据中的出现频率，聚类之间的链接表示关键词之间的相关性。
WOS数据库中最常见的五个文献关键词是“重金属”、“沉积物”、“微量元素”、“污染”和“稀土元素”（从频繁到不频繁排序）;CNKI数据库中最常见的五个文献关键词是“多金属结核”、“海洋沉积物”、“淹没矿井”、“采矿车辆”和“环境影响”。
两个数据库关键词所指出的热门研究方向相似，包括矿产资源本身（如金属和结核）、资源开发方法和资源开发对环境的影响，这些研究方向显然与从识别资源到安全开发资源的整个研究过程保持一致。
海洋采矿技术一般来说，海洋采矿活动根据其实施顺序分为三个主要阶段：勘探、开采和关闭，勘探阶段是指海洋采矿项目获得勘探许可但未获得采矿许可后的时期，勘探阶段应提供地质水文环境条件、海底土壤岩土性质、潜在危害以及项目相关建议。
采矿许可证获得后，项目进入开采阶段，可以组织开展采矿开采活动，当采矿任务完成或停止时，项目进入关闭阶段，矿区生态系统恢复。
勘探阶段的技术：海洋采矿项目的综合勘探应以工程地质、岩土工程、生物学等领域的技术为基础，涵盖海洋生物、气象、化学和地质。
地球物理勘探技术：物探可以根据物探场的局部变化，揭示项目区的地质特征（如地质背景、地层物质组成、地质结构等），物探主要考虑海底地层物质的特征（如密度、弹性、导磁率、电导率、导热系数和放射性），以阐明和解释地球物理场的变化。
根据探测到的特征，常见的地球物理勘探技术包括重力勘探、地震勘探、磁探和电勘探。
重力探索：重力勘探的原理是基于各种岩石和矿石的密度差异引起的海底重力加速度场的局部变化，重力加速度场的局部变化（即重力异常）可以通过重力装置来探索，主要是船载设备（例如重力计和扭转平衡）。
然后可以获得重力加速度场的平面图和截面，并用于推断矿产资源的位置，重力勘探可以使用定点测量或区域连续测量进行。
地震勘探：地震勘探的原理是基于地震波在不同弹性地层中的传播，首先，地震波是人工激发的（例如，通过爆炸源、******、火花爆炸气体或谐振器），不同弹性层之间界面处的反射或折射波由水听器接收和记录。
最后，通过不同的波传播时间和光谱来识别地层，地震勘探通常用于勘探油气藏层、煤田、盐岩矿床和一些金属矿床，该技术可用于海上连续观测，勘探深度超过一千公里，效率高。
磁力勘探：磁力勘探的原理是基于各种磁性岩石、矿石和其他物体引起的地磁场中的局部异常，磁场探测器（例如，质子进动磁力计和梯度计）首先固定在海底阻力体上。
然后将身体拖到移动的船后面一定距离内，并记录地层的局部磁异常，该技术适用于勘探矿石资源（例如铁矿石，铅锌矿石和铜矿石）。
磁力探索 a 工作原理，其中 W 是作为减压器单元的重量（拖曳的电磁发射器由 3 个接收器（Rx1、Rx2 和 Rx3，调谐以测量这些不同频率的磁场）和一个发射器（水平磁偶极子）组成，在海底形成一个总长度为 40 m 的阵列，在一定频率范围内产生谐波磁场b 陆地输出示例和 c 水下天然气资源勘探示例输出。
电气勘探：电勘探的原理基于岩石和矿石的电性能（例如，电导率，电磁感应和电介质）的差异，在这里，场是纯径向几何的，当它们与亚水平板体相交时能够产生电流效应。
该技术的实现类似于磁勘探的实现，不同之处在于电勘探中的场源是具有不同频率和波形的电信号，然后记录和分析海底电场和电磁场的空间分布，根据场源的电流特性，电勘探技术可进一步分为直流法和交流法。
岩土工程勘探技术：与地球物理勘探的大范围调查相比，岩土工程勘探是基于定点调查的，岩土工程勘查主要用于测试和评价项目区海底土的地质条件（如各土层的组成、结构、形成年龄、成因类型以及不利的地质作用）和岩土性质（如粒度分布、孔隙比、液塑极限、压缩模量、内聚力和内摩擦角）。
这些信息可用于判断项目场地的稳定性和适用性，岩土工程勘探是一种直接的方法，根据测试现场，岩土工程勘探的技术包括原位和实验室测试。
原位测试：现场测试直接在项目区域的海底进行，那里的数据更接近真实状态，地球化学勘探的原位测试技术相对简单，取决于工作海洋环境，原位测试过程通常涉及各种探头（例如，锥形、横板型、碟形、柱式、T 型和球型）垂直穿透海底土壤层。
然后根据穿透阻力或旋转扭矩力推断土层信息，实施测试依赖于潜水设备（例如，电缆工作平台和ROV）和动力设备（例如，链条驱动的穿透系统和齿轮驱动的穿透系统）。
深海采矿场址工程地质环境评价根据勘探阶段获得的工程地质环境数据（矿区结构、深海地形地貌、地层组成、沉积物物理力学性质、矿物赋存形式、水动力环境等），采用定性和定量相结合的方法对场地的工程地质环境进行评价。
多金属结核分布于水深4000-6500米的深海平原;它们位于地表0.3米以内，全部或部分被海底沉积物覆盖，多金属结核周围的海底沉积物通常表现出高孔隙率、高含水量和低剪切强度。
这些沉积物分层明显，上层由水、沉积物和多金属结核组成，使采矿车辆难以行驶，下层由沉积物和多金属结核组成，可为采矿车辆提供支撑，作为多金属结核的丰富区域，克拉里昂-克利珀顿带（CC区）位于克拉里昂断裂带以南、莱恩断裂带以东、克利珀顿断裂带以北、东太平洋隆起以西。
多金属结核在丘陵之间的洼地和土丘顶部的平原最为丰富，丰度与0°至3.6°范围内的斜坡梯度呈正相关，抽样测试表明，表层20厘米以内的沉积物的抗渗透性为0-15 kPa，粗略地说，该多金属结核场址的工程地质环境比较简单，地质灾害发育中等，采矿活动对工程地质环境影响中等，CC区工程地质环境总体品位中等。
CC带位于北太平洋的克拉里昂断层和克利珀顿断层之间，受到那里发育的断层构造的影响，与多金属硫化物和多金属结核不同，富钴结壳主要存在于远离构造活动区的海山、高原和深海丘陵的侧面和山峰，并且通常固结在基岩上。
随着地壳成熟度的增加，孔隙度和水分含量降低，导致富水沉积物脱水以及富钴结壳和基岩的收缩、开裂和滑动,同时，地壳地点受到流体动力学的强烈影响，这加剧了地壳脱落并导致地质灾害。
深海海底采矿羽流的影响羽流生成可以分为两个阶段：提取过程中排放的海底沉积物羽流和选矿和水下尾矿处理期间排放的中水羽流，在提取阶段，采矿车辆的行驶和管道接触地面部分的拖曳会干扰海底沉积物并形成海底沉积物羽流。
中水羽流的成分多种多样，包括尾矿、带到生产支持容器的沉积物以及矿物清洁产生的废水，沉积物羽流的演变和命运由运输过程决定，运输过程在多个时空尺度上运作。
ISA打算引入法规来控制羽流对深海环境的影响，虽然羽流的范围和具体影响受到了相当大的关注，但模拟和预测大规模羽流的传播仍然是需要解决的重要问题，需要通过物理模型测试、长期原位监测和高级数值模拟等研究来揭示羽流的迁移机制并评估其影响的空间范围。
深海海底矿产资源的商业开发正逐渐接近现实，正在努力确保深海海底采矿活动的可持续、经济、高效和安全。本研究分析了海洋矿产资源开发、海洋采矿技术、深海海底采矿相关工程地质问题以及深海海底采矿对环境的影响。简要摘要和主要结论如下。
深海环境中的固定式开采主要使用可用于提取多种资源（例如石油、天然气、可燃冰、硫磺和煤）的半潜式平台进行，最后，关闭期间采用的技术仍处于探索阶段，包括建造人工藻类养殖场、种植红树林和放置人工鱼礁，然而，这些技术正受到广泛的研究关注，并显示出良好的未来前景。
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