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第1章 大洋固体金属矿产资源概述1

1.1 大洋多金属结核资源3

1.1.1 多金属结核资源探查概况3

1.1.2 多金属结核的形成和地域分布5

1.2 大洋富钴结壳资源11

1.2.1 富钴结壳资源探查概况11

1.2.2 富钴结壳的形成和地域分布13

1.3 大洋多金属硫化物资源18

1.3.1 多金属硫化物资源探查概况18

1.3.2 多金属块状硫化物的形成和地域分布20

1.4 深海生物多样性28

1.4.1 与海底多金属块状硫化物矿床相关的热泉生物多样性28

1.4.2 与深海底多金属结核相关的生物多样性30

1.4.3 与海底富钴结壳相关的生物多样性31

第2章 资源勘查32

2.1 地质勘查阶段32

2.1.1 术语32

2.1.2 地质勘查阶段33

2.1.3 各勘探阶段的工作34

2.2 调查方法36

2.2.1 区域性调查36

2.2.2 普查37

2.2.3 勘探41

2.2.4 关于海底块状硫化物找矿43

2.3 资源评价44

2.3.1 储量和资源量评价要求44

2.3.2 评价原始材料的要求51

2.3.3 资源量评价矿段划分和储量计算52

2.3.4 资源量计算57

2.3.5 地质经济评价59

第3章 资源勘查技术装备概述68

3.1 调查船70

3.2 探测技术装备主要类型77

3.3 探测仪器设备79

3.3.1 拖网79

3.3.2 沉积物取样器80

3.3.3 采水器和生物取样器81

3.3.4 电视抓斗82

3.3.5 遥控深海底岩心钻机82

3.3.6 光学图像系统111

3.3.7 声学探测系统111

3.3.8 综合探测拖体114

3.3.9 海洋地震探测系统116

3.3.10 专用拖曳式快速探矿系统120

3.4 水下机器人126

3.4.1 载人潜水器126

3.4.2 ROV130

3.4.3 AUV137

3.4.4 AROV140

3.4.5 底行式遥控作业车142

3.4.6 水下机器人的比较145

3.5 海洋长期观测站网络系统147

3.5.1 观测站基本类型147

3.5.2 海底观测网络系统支持技术设备151

3.5.3 观测站技术156

3.6 中国深海调查船及技术装备160

3.6.1 “大洋一号”调查船160

3.6.2 “向阳红九号”调查船及“蛟龙号”7000m载人潜水器161

第4章 大洋金属矿床164

4.1 多金属结核矿床164

4.1.1 中国矿区资源概况164

4.1.2 矿区水文气象165

4.1.3 海底地质168

4.1.4 结核矿床特征174

4.2 富钴结壳矿床177

4.2.1 区域海洋环境178

4.2.2 地质构造和基岩特征178

4.2.3 矿区地形180

4.2.4 微地形特征182

4.2.5 富钴结壳矿床特征183

4.2.6 中国申请的富钴结壳勘探矿区概况190

4.3 多金属块状硫化物矿床193

4.3.1 海底块状硫化物矿床类型193

4.3.2 海底块状硫化物矿田的主要特征194

4.3.3 块状多金属硫化物矿物理力学特性215

4.3.4 商业开采矿床实例-Solwara 1海底块状硫化物矿床217

4.3.5 中国申请的海底多金属块状硫化物勘探矿区224

4.4 深海多金属沉积物（软泥）矿床226

4.4.1 位置226

4.4.2 勘探概况227

4.4.3 地质环境229

4.4.4 矿床特征概述229

第5章 深海固体金属矿产资源开采技术发展概况232

5.1 国际上深海固体矿产资源开采技术发展概况232

5.1.1 20世纪60年代起步232

5.1.2 20世纪70年代达到高潮232

5.1.3 20世纪80年代进入低潮234

5.1.4 20世纪90年代转入多种资源开发研究，亚洲新兴国家积极介入234

5.1.5 21世纪海底块状硫化物矿床将进入商业试采阶段235

5.2 中国开采技术发展概况237

5.2.1 研究开发准备阶段237

5.2.2 1991—2005年实施深海采矿技术的第一期发展规划237

5.3 多金属结核开采系统主要类型244

5.3.1 拖斗采矿系统244

5.3.2 连续索斗采矿系统（CLB）245

5.3.3 往返潜水采运车采矿系统245

5.3.4 集矿机-流体提升采矿系统247

5.4 国外20世纪70年代末多金属结核海试采矿系统实例249

5.4.1 OMA海试采矿系统249

5.4.2 OMCO海试采矿系统255

5.4.3 OMI海试采矿系统281

5.5 亚洲国家多金属结核采矿系统研发的浅海试验概况287

5.5.1 日本多金属结核采矿系统集矿机浅海试验287

5.5.2 韩国多金属结核采矿系统设备浅海试验290

5.5.3 印度多金属结核采矿系统设备浅海试验292

5.5.4 俄罗斯多金属结核采矿系统设备浅海试验294

第6章 大洋多金属结核矿床开采296

6.1 开采工艺方法和系统296

6.1.1 矿床开采条件296

6.1.2 确定开采工艺系统的准则297

6.1.3 开采工艺系统297

6.1.4 开采规划298

6.2 集矿子系统技术300

6.2.1 基本功能300

6.2.2 基本技术要求301

6.2.3 集矿原理和集矿机组成301

6.2.4 采集机构设计309

6.2.5 履带行驶机构设计318

6.2.6 破碎机327

6.2.7 集矿机构与履带行驶机构的连接机构328

6.2.8 几种典型的自行式集矿机328

6.3 提升子系统技术330

6.3.1 矿浆泵水力提升系统330

6.3.2 气力提升系统347

6.3.3 气力提升与泵提升的比较356

6.4 供电与测控子系统技术357

6.4.1 水下供电系统358

6.4.2 测控系统358

6.5 水面支持系统368

6.5.1 对水面支持系统的基本要求368

6.5.2 水面支持系统的类型369

6.6 中国中试采矿系统372

6.6.1 系统结构372

6.6.2 系统的主要技术性能379

6.6.3 浅水试验380

6.7 开采多金属结核的投资和运营费估计386

第7章 富钴结壳矿床开采388

7.1 富钴结壳矿床开采条件和技术难点388

7.1.1 富钴结壳矿床开采条件388

7.1.2 富钴结壳矿床开采难点388

7.2 富钴结壳矿床开采规模和能力389

7.2.1 生产能力确定389

7.2.2 总回采率估算389

7.2.3 不同生产能力所需矿床面积390

7.3 开采工艺方法和设备391

7.3.1 履带自行多滚筒截割采矿机-管道水力提升采矿系统391

7.3.2 绞车牵引挠性螺旋滚筒截割采矿机-管道水力提升采矿系统392

7.3.3 采矿机破碎-链斗管道提升采矿系统395

7.4 滚筒截割机构设计396

7.4.1 采掘机构必须满足的技术条件396

7.4.2 滚筒截割机构的主要参数396

7.4.3 刀具受力的估算400

7.4.4 工作机构的最大装备功率403

7.4.5 牵引机构最大牵引力的确定403

7.4.6 截齿的排列与截割图403

7.5 开采富钴结壳的投资和运营费估计407

第8章 多金属硫化物矿床开采408

8.1 海底块状多金属硫化物矿床开采408

8.1.1 矿床开采的有利条件和可行性408

8.1.2 矿床开采已步入生产勘探和采矿系统准备阶段408

8.1.3 采矿系统的研究和设计409

8.1.4 鹦鹉螺公司Solwara 1矿床采矿系统412

8.1.5 海王星公司采矿系统419

8.2 红海多金属沉积物（软泥）矿床开采系统423

8.2.1 试采前研究工作423

8.2.2 采矿系统424

8.2.3 试采426

第9章 深海采矿设备设计的若干力学和计算问题427

9.1 管线动力学分析427

9.1.1 输送软管空间形态和对集矿机行驶性能影响分析427

9.1.2 管线系统动力学“吊索”数值分析法433

9.2 升沉补偿器系统的力学分析计算439

9.2.1 气动弹簧升沉补偿器系统440

9.2.2 油气弹簧升沉补偿器系统443

9.3 深水设备部件耐水压设计若干问题449

9.3.1 压力补偿449

9.3.2 耐压密封舱451

9.3.3 高压下运动副公差配合与选材452

9.4 水下设备吊放缆绳载荷的预测453

9.4.1 物体水中重力453

9.4.2 流体动阻力453

9.4.3 末速度454

9.4.4 虚质量（惯性载荷）455

9.4.5 缆绳上作用的所有力456

9.4.6 瞬时载荷457

9.4.7 缆绳安全工作载荷和安全系数460

第10章 深海设备设计中若干材料的选择473

10.1 浮力材料473

10.1.1 类型473

10.1.2 合成泡沫塑料浮力材料473

10.1.3 金属陶瓷中空浮力球478

10.1.4 深海中空玻璃浮球479

10.2 深海采矿系统设备耐腐蚀性材料选择481

10.2.1 深海采矿系统设备制造材料选择必须考虑的因素481

10.2.2 海洋用不锈钢483

10.2.3 海洋用钛合金489

10.2.4 海洋用铝合金493

第11章 深海采矿对海洋环境的影响499

11.1 深海底采矿对海洋环境的可能影响499

11.2 采矿对环境影响研究概况500

11.3 降低深海采矿对环境影响的主要有效措施504

11.4 采矿环境监测505

11.4.1 环境基线参数505

11.4.2 采矿试验及环境监测507

主要参考文献510