Евгений Козловский
вице-президент РАЕН,
доктор технических наук,
профессор
Природные ресурсы, в первую очередь минерально-сырьевые, составляют основу существования человечества и определяют будущее мировой цивилизации. По оценкам ученых, разведанные в пределах континентальной суши мировые запасы минерального сырья ненадолго обеспечат растущие потребности человечества: нефти хватит на 40 лет, природного газа – на 65, меди, никеля и олова – на 30-35, свинца и цинка – на 20-25, золота и серебра – на 15-20 лет, и только запасы каменного угля могут обеспечить потребности мировой экономики более чем на 200 лет. Однако развитие мировой экономики сопровождается неуклонным ростом потребления топливно-энергетических и других видов минерального сырья. Из добытых в последние 100 лет свыше 185 млрд. т угля и 45-50 млрд. т железной руды более половины использовано в период 1960-2000 гг. Потребление других видов минерального сырья, в частности цветных и легирующих металлов и сырья для производства удобрений, увеличилось за это же время в 3-5 и более раз.
Специалисты утверждают, что в XXI веке будет продолжаться интенсивный рост потребления почти всех видов минерального сырья. Только в предстоящие 50 лет мировое потребление нефти по прогнозам увеличится в 2-2,2 раза, природного газа – в 3-3,2, железной руды – в 1,4-1,6, первичного алюминия – в 1,5-2, меди – в 1,5-1,7, никеля – в 2,6-2,8, цинка – в 1,2-1,4 раза, потребление других видов минерального сырья возрастет в 2,2-3,5 раза. В связи с этим в ближайшие 50 лет объем горно-добычных работ увеличится более чем в пять раз, главным образом за счет эксплуатации новых месторождений, разведанных в пределах континентальной суши.
В последние десятилетия в связи с растущим дефицитом отдельных видов минерального сырья и постоянным снижением качества полезных ископаемых на суше, заметно возрос интерес к минерально-сырьевому потенциалу глубоководных частей Мирового океана. Речь идет в первую очередь об углеводородном сырье и железомарганцевых образованиях – специфическом виде полиметаллических руд, не имеющих аналогов среди материкового минерального сырья. Когда возник интерес к разработке глубоководных месторождений минеральных ресурсов главным стало их изучение и классификация. Они были поделены на две большие категории: сырьевые ресурсы в твердых породах и рыхлые осадочные отложения, которые присутствуют по всему морскому дну и на любой глубине.
Углеводородное сырье
Размещение нефтяных и газовых месторождений на континентах свидетельствует о том, что промышленные скопления этих полезных ископаемых генетически и пространственно связаны с теми осадочными бассейнами, в недрах которых из органического вещества, рассеянного в породах, происходило образование залежей нефти и газа. Как известно, осадочные бассейны широко распространены и под дном Мирового океана. В связи с тем, что строение океанического осадочного чехла, распределение в нем органического вещества, термический режим и процессы образования и осаждения горных пород (литогенеза) резко отличаются от аналогичных свойств и характеристик суши, условия, необходимые для нефтеобразования, здесь менее благоприятны.
Под дном Мирового океана выделяются три типа осадочных бассейнов. Первый – бассейны, формирующиеся под дном внутренних и окраинных морей. Это обычно крупные впадины, заполненные мощной толщей (3-10 км и более) осадков. Второй тип возник в областях сопряжения континентов и океанических впадин, включающие шельф, континентальный склон и подножия. Для этого типа характерен широкий диапазон толщи осадков с максимальными значениями в пределах шельфа и верхней части континентального склона, однако возможно, что наибольшей мощности осадочный чехол может достигать в нижней части склона. Третий тип бассейнов образовался во внутренних областях Мирового океана, обладающих малыми толщами осадочного чехла (1 км и менее) и однообразными глинистыми и известково-глинистыми отложениями.
Наиболее изученными глубоким бурением являются бассейны первого и второго типов в сухопутной и мелководной частях. С большей или меньшей достоверностью имеющаяся информация о строении этих частей и перспективах их нефтегазоносности может быть экстраполирована и на акваториальные части бассейнов. К третьему типу бассейнов такая экстраполяция не применима – здесь первостепенное значение приобретает выявление перспективности на генетической основе.
Надо сказать, что во всем мире обеспеченность нефтедобычи запасами нефти неуклонно снижается. Так если в 1972 г. было разведано на 35 млрд. баррелей больше, чем добыли, то в 1999 г. – на 18 млрд. баррелей меньше. Причем, к концу 1999 г. среднегодовой прирост доказанных запасов нефти за пять предшествовавших лет составлял 3,5 млрд. баррелей, в то время как к концу 1972 г. этот показатель равнялся 50,6 млрд. баррелей. Ситуация усложняется в связи с отставанием развития технологии разведки и добычи нефти от роста потребности в ней. Поэтому нефтяные компании всего мира, озабоченные истощением разрабатываемых ими месторождений на суше, активизируют свою деятельность на морских шельфах и примыкающим к ним участках континентального склона и его подножия.
Согласно результатам ряда исследований общие потенциальные ресурсы нефти и газа дна Мирового океана оцениваются в 1,8-2,1 трлн. т условного топлива, что намного превышает разведанные запасы углеводородного сырья на суше. К настоящему времени в мире известно около 1000 морских месторождений нефти и газа. Уже к 1976 году годовая добыча «морской» нефти превысила 500 млн. т., что составило около 25% всей добычи в мире. По оптимистическому прогнозу Л. Г. Уикса на морских акваториях на глубинах до 305 м можно извлечь 289 млрд. т нефти и 140 трлн. м3 газа.
По оценкам специалистов общая площадь морских нефтеперспективных отложений превышает 15 млн. км2. При этом наиболее перспективной является мелководная часть акваторий Мирового океана – континентальный шельф, наиболее доступный для освоения углеводородных ресурсов. С началом систематических исследований и освоения добычи нефти на континентальном шельфе представление о размерах залежей углеводородных ресурсов морского дна существенно расширились. Уже доказаны большие перспективы нефтегазоносности континентальных склонов и их подножий. И если раньше перспективы нефтегазоносности континентального шельфа рассматривались в пределах глубин до 200 метров, то в настоящее время нефть добывается уже на глубинах моря свыше 1000 м. Причем, исследования и инженерные работы интенсивно ведутся в разных странах на глубинах более 2000 м.
Освоение глубоководных месторождений сопровождается изменениями в технике и технологии бурения и нефтепромысловых работ. Если стационарные основания эксплуатационных платформ применяли при глубине моря в пределах 365-457 м, основания с натяжным донным креплением – в пределах 914-1524 м, то современные плавающие эксплуатационные комплексы, управляющие донным промысловым оборудованием, могут работать при глубинах свыше 2400 м.
Несмотря на истощение сухопутных месторождений и существенный рост мировых цен на нефть, морское бурение по объемам работ в последние годы существенно уступает сухопутному. Такое положение объясняется ростом себестоимости нефтедобычи при переходе к освоению глубоководных, менее богатых месторождений. Тем не менее, к настоящему времени в глубоководных областях Мирового океана уже разведано свыше 2,6 млрд.т запасов жидких углеводородов и 1,5 трлн.м3 газа. Сложились три главных центра глубоководных работ – у берегов Бразилии, вдоль западного побережья Африки (от Сенегала до Намибии) и в американском секторе Мексиканского залива, где в условиях больших глубин пробурено свыше 700 поисковых скважин и открыто 150 месторождений нефтяных и газовых месторождений, включая ряд месторождений-гигантов. Приоритет этих достижений принадлежит Бразилии, где в глубоководной части бассейна Кампос уже разрабатываются 40 нефтяных месторождений. Три крупнейших – Марлим, Альбакора и Ронкадор – имеют совокупные разведанные запасы свыше 1,1 млрд.т нефти.
С высокой эффективностью изучение глубоководной акватории ведется у побережья Западной Африки, прежде всего Анголы и Нигерии. Здесь в условиях пассивной окраины Атлантического океана выявлена система регионального развития турбидитовых отложений, с которыми связаны такие крупнейшие (100-3000 млн.т) месторождения как Джирасол, Бонга, Диканза и др. Значительными являются и запасы открытых средних месторождений, оцениваемые в 44 млн.т.
В Мексиканском заливе темпы освоения ресурсов глубоководной области являются наиболее высокими в мире. Если до 1991 г. за пределами глубины 300 м. было открыто 15 месторождений, то за 1990-е годы – 67. Средние запасы месторождений здесь ниже, чем у побережий Бразилии и Африки (11млн. т), но наиболее крупные имеют запасы, превышающие 100 млн. т (Грези Хорс, Льяно и др.).
Морская периферия России (в основном шельфы морей) характеризуется высокими перспективами открытия и освоения ресурсов углеводородного сырья за счет вовлечения в разведку новых площадей Печорского, Охотского, Японского, Каспийского, Баренцева, Азовского, Черноморского, а в отдаленной перспективе – Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского, Чукотского и Берингова морей. Начальные извлекаемые геологические ресурсы морских шельфов России оцениваются в 100 млрд. т.
Металлические руды и фосфориты
Известно, что реки несут в море растворённые полезные компоненты, такие, например, как марганец, железо, кобальт, медь и другие металлы. Попадая на дно океанов они подвергаются биохимическим процессам, образуя железомарганцевые конкреции –желваки – с высоким содержанием металлов. Такие образования до 8-10 см в диаметре и даже крупнее покрывают собою значительные пространства океанических равнин, находящихся на значительных глубинах – до 5-6 км. Эти равнины, очевидно, могут составлять до 70% всего дна Мирового океана. Здесь марганец и сопутствующие ему металлы (кобальт, медь, железо и никель) в огромных количествах «хранятся» вот уже миллионы лет.
Залежи фосфоритов также образуются в результате отложения растворённых веществ континентального происхождения. Они откладываются в виде шаровидных конкреций в тех районах, где восточный пассат дует в сторону берега, вызывая подъём глубинного слоя вод к поверхности, несущего наверх значительные массы фосфора. Это происходит главным образом в полосе между 30° северной и 30° южной широты.
Согласно теории плитовой тектоники океанические бассейны вовсе не служат пассивными ваннами для хранения веществ, смытых с суши в море. На самом деле это области активно идущей минерализации. На подводных границах плит земной коры, при наличии в океанической коре вулканического происхождения многочисленных тектонических разломов, где мантия, кора и океан обмениваются тепловой энергией и веществами, идёт бурное формирование гидротермальных отложений. По трещинам этих разломов из глубин Земли к поверхности морского дна устремляются минерализованные гидротермальные воды с температурой до 350 оС. Растворенные в них металлы вступают в реакцию с сульфатами морской воды и осаждаются на дне в виде сульфидов железа, меди, цинка, свинца и др. металлов, образуя зоны так называемых «чёрных курильщиков».
Впервые гидротермальные зоны скопления минералов были открыты в 1960-х годах на севере Красного моря в области, где происходит отдаление Аравийского полуострова от Африканского континента. Было установлено, что гидротермальные растворы порождают осадки, ложащиеся на дне слоями толщиной в зависимости от своей плотности. Там существуют насыщенные металлами рассолы, образующие залежи потенциально полезных ископаемых. Их местоположение совпадает с осью расширения дна Красного моря.
В 1979 г. комиссия, созданная властями прибрежных государств – Судана и Саудовской Аравии, направила в этот район исследовательское судно, снабженное оборудованием для гидравлического драгирования. Было выполнено первоначальное исследование крупнейшей рудной залежи «Atlantis II Deep», paсположенной на глубине около 2 тыс. м. По оценкам, в этой залежи запасы цинка, меди, серебра и золота суммарно могут составить примерно 100 млн. т. Добыча их технически возможна уже сейчас, хотя экономически пока мало целесообразна. Сейчас известно уже свыше 200 таких мест с гидротермальной циркуляцией. Эти месторождения находятся на глубинах до 3700 м и встречаются в различных тектонических отложениях морского дна. Но только 10 из них имеют достаточные запасы и необходимое качество для того, чтобы эффективно разрабатываться в будущем. Одно из таких месторождений находятся в бассейне Eastern Manus Basin, где расположены две крупные подводные гряды.
Есть в Мировом океане и иные области с условиями, сходными с Красным морем, где активно идёт процесс расширения площади дна, и отлагаются металлы. Примером может служить область крупного подводного холма, именуемого Trans-Atlantic Geotraverse. Он находится в рифтовой долине в пределах срединно-атлантического хребта, около 26° с.ш. Диаметр холма составляет примерно 200 м, высота – около 40 м. Сложено это сооружение главным образом из сульфидов железа, меди и цинка, присутствуют также серебро и золото. Исследования, выполненные в рамках международной программы, позволили установить присутствие под холмом линзообразного рудного тела, под которым расположена зона, где идёт подъём из недр гидротермальных растворов, питающих это рудное скопление.
Сходные процессы гидротермальной минерализации происходят и в области подводных вулканов в районах островных цепочек, возникших при погружении коры на границах её сходящихся плит, как это наблюдается в западной части Тихого океана.
Ферромарганцевые корки с повышенным содержанием кобальта формируются в процессе выпадения осадка из холодных донных вод (гидрогенетические осаждения) или в результате комбинации гидрогенетического и гидротермального осаждения в регионах гидротермальной деятельности, особенно в участках земной коры с повышенным тепловыделением и вулканических арках. Толщина ферромарганцевых корок, которые богаты кобальтом и, кроме того, содержат свинец, теллур, висмут и платину, может достигать 250 мм. Ферромарганцевые корки обнаружены на глубинах от 400 до 4000 м. Большая часть мощных корок, обнаруженных в Атлантическом океане, залегает на глубинах от 800 до 2500 м в зоне с минимальным содержанием кислорода, мощные корки в Тихом океане залегают на глубинах от 1500 до 2500 м.
Добыча кобальта сконцентрирована в значительной мере вокруг лишь одной подводной горы в Тихом океане, где ежегодно получают около 700 тыс. т этого металла. Проработки показывают, что при содержании кобальта от 0,6 до 1% данное месторождение в принципе способно удовлетворять от 11 до 20% мировой в нем потребности.
Среди основных признаков для поисков и разведки подобных месторождений выделяют следующие, гарантирующие успех работ: крупные вулканические сооружения, находящиеся на глубине более 1000-1500 м; вулканические структуры, не скрытые крупными атоллами или рифами; зоны сильных и устойчивых придонных течений; прибрежные хорошо развитые зоны с минимальным содержанием кислорода; зоны, защищенные от поступления большого количества речных и наносных пород; небольшие области сглаженного рельефа; высокие террасы, седловины и ущелья; устойчивые откосы; отсутствие локального вулканизма. Прогнозные ресурсы марганца, никеля и в особенности кобальта в глубоководных районах Мирового океана существенно превосходят прогнозные ресурсы этих металлов на континентах.
В 1997 г. австралийская компания «Nautilus Minerals» взяла в аренду у правительства Папуа – Новой Гвинеи два участка в море Бисмарка, на дне которого находятся активные гидротермальные источники, с целью оценки перспективности их разработки. Вблизи этих участков недавно открыта подводная гора Коникл Симаунт, в недрах которой содержатся залежи золота, по качеству вполне сравнимые с разрабатываемыми на расположенном рядом о. Лихир. В настоящее время также идёт оценка месторождений золота Санрайз, находящихся в пределах островной дуги Идзу-Огасавара к югу от главных Японских островов. После обнаружения на юго-западе Тихого океана вулканических конусов интерес к подводной добыче золота значительно возрос.
Другая, самая большая подводная гора, известная как Conical Seamount, также расположенная в территориальных водах Папуа – Новая Гвинея, представляет собой месторождение полезных ископаемых и тоже с исключительно большим содержанием золота. Тип минерализации указывает на участие в этом процессе магматических расплавов с высоким содержанием золота. Если дальнейшие исследования подтвердят эти результаты, месторождение Conical Seamount может стать первым разрабатываемым подобным морским месторождением. Оно располагается на относительно небольшой глубине – около 1050 м, что делает его идеальным для разработки.
Правовое регулирование недродопользования на морском дне
Основы правового регулирования деятельности международного сообщества в Мировом океане определены положениями Конвенции ООН по морскому праву, принятой в апреле 1982 г. и вступившей в действие в ноябре 1994 г. Согласно этим документам морские минеральные ресурсы являются общим достоянием человечества. Но это касается лишь тех месторождений, которые залегают вне пределов континентального шельфа, принадлежащего конкретным государствам.
В отношении глубоководной добычи в Конвенции обозначены два региона: эксклюзивная экономическая зона и международный район морского дна. Статьи с 55 по 75 части V Конвенции регулируют эксклюзивную экономическую зону. Она определена как «200-мильная морская зона вдоль побережья страны, все права на экономическое использование которой принадлежат этой стране, но по которой (в отличие от 12-мильной зоны) разрешен беспрепятственный проход судов других стран».
В соответствии со статьей 56 Конвенции прибрежное государство обладает суверенитетом в отношении разведки, добычи, хранения и распоряжения природными ресурсами и морским дном. Часть XI Конвенции обеспечивает правовые основы деятельности в международном районе морского дна и освоения его ресурсов, которые в соответствии со статьей 136 являются общим наследием человечества, от имени которого действует уполномоченный орган, именуемый Международным комитетом по морскому дну (ISA). Для национальных горных компаний предпочтительнее разрабатывать полезные ископаемые на участках морского дна, относящихся к эксклюзивной зоне, так как при этом им приходится иметь дело только с собственным правительством. Вне 200-мильной зоны, в международных водах, юридическим лицом, которое управляет этой зоной, является ISA ООН.
В 2001 г. международным актом исключительное право в течение 15 лет вести разработку в восточной части экваториальной акватории Тихого океана морских залежей марганцевых конкреций, содержащих медь, никель и кобальт, было дано семи инвесторам, представляющим как отдельные страны, так и промышленные группы. Его получили Государственный департамент развития морских ресурсов Индии, российское государственное предприятие "Южморгеология", французский НИИ IFREMER/ AFERNOD, японское предприятие DORD”, китайская фирма KOMRA, корейский институт KORDI, а также совместная компания "Интерокеанметалл", представляющая интересы Болгарии, Кубы, Польши, России, Словакии и Чехии.
Интересы России на дне Мирового океана
В пределах международного сектора морского дна России выделен район в западной части северной приэкваториальной зоны Тихого океана для изучения и освоения скоплений кобальтмарганцевых корок (КМК). Этот район включает Магеллановы горы, поднятия Маркус-Уэйк и Уэйк-Неккер, а также северную часть подводного продолжения Маршалловых о-вов и островов Лайн. Прогнозные ресурсы в этой зоне – 1842 млн. т сухой руды, содержащей порядка 380 млн. т марганца и 10 млн. т кобальта.
В рудном поле Кларион-Клиппертон (Тихий океан) ISA ООН за Россией закрепил участок дна в 75 км2 для разведки и добычи железомарганцевых конкреций (ЖМК). В пределах этого участка запасы и прогнозные ресурсы ЖМК категорий С2, Р1 и Р2 (в соотношении 3,1:2.1:94,8) оцениваются в 448 млн. т сухой руды при среднем содержании марганца 29,4%. Кроме того, Россия, как отмечалось, является участником международной организации «Интерокеанметалл», которой в том же рудном поле Кларион-Клиппертон выделен участок с месторождениями ЖМК. В рамках этой организации реализуется крупная межгосударственная программа по поискам, разведке и подготовке к промышленному освоению минеральных ресурсов Мирового океана. С 1987 г. проведен комплекс геологических и технологических исследований, приведших к открытию на закрепленном за организацией участке уникального месторождения комплексных руд никеля, меди, кобальта и марганца. Ресурсы месторождения оцениваются в 260 млрд. долл. и обеспечат в будущем потребность государств-участников в указанных важнейших металлах.
К настоящему времени усилиями морских геологических организаций России выполнен значительный объем поисковых геолого-геофизических исследований в рудной провинции западного сектора северной приэкваториальной зоны Тихого океана. Они позволили оценить прогнозные ресурсы промышленно ценных компонентов в пределах изучаемого силами России участка морского дна, которые составляют по ЖМК (млн. т) – никель – 6,68, медь – 5,50 , кобальт – 1,10 , марганец – 142,0 , что на суше равноценно крупным месторождениям никеля и меди и уникальным кобальта и марганца, а по КМК – кобальт – до 525 тыс. т, марганец – до 20 млн. т, никель – 435 тыс. т.
Попутно с главными компонентами в ЖМК практический интерес могут представлять молибден (0,06 %), платина (0,12 г/т), редкоземельные элементы (0,5 кг/т), золото (0,03 г/т) и серебро (1,1 г/т); в КМК – медь (0,12 %), молибден (0,04 %), платина (0,5 г/т), редкоземельные элементы (0,5-1,7 кг/т), золото (0,06 г/т), серебро (2,07 г/т).
Важнейшим фактором, определяющим экономическую ценность ЖМК и КМК, является более высокое содержание в них всех промышленно значимых компонентов по сравнению с их содержанием в добываемых рудах российских месторождений на суше.
Что касается марганца, то в ЖМК и КМК он представлен оксидными рудами металлургического сорта, которые по качеству значительно превосходят руды (преимущественно карбонатного состава) марганцевых месторождений суши России. По извлекаемой ценности полезных компонентов ЖМК и КМК могут классифицироваться как богатые руды, сопоставимые со сплошными сульфидными медно-никелевыми рудами месторождений Норильского района.
Ожидаемые капитальные вложения в освоение месторождений ЖМК и КМК сопоставимы с затратами на освоение уникальных месторождений цветных металлов, расположенных в экстремальных географо -экономических и горнотехнических условиях (Талнахское – 2,7 млрд. руб., Октябрьское – 2,8 млрд. руб., Удоканское – 4,5 млрд. руб.). Эксплуатационные затраты при освоении месторождений КМК не превышают таковые при разработке месторождений сульфидных медно-никелевых руд Норильского района и месторождений ЖМК.
Совместное с "Интерокеанметаллом" освоение месторождений ЖМК и КМК позволит обеспечить потребность России (уровень 2005 г.) в марганцевых рудах на 100 %, никеле – на 54,6 %, меди – на 11 %, кобальте – на 270 %. Освоение месторождений дна Мирового океана будет способствовать более рациональному использованию минеральных ресурсов России. Так ввод в эксплуатацию океанических месторождений ЖМК и КМК при общей годовой производительности предприятий, равной 45,0 тыс. т никеля, позволит сократить к 2010 г. объем добываемой из российских недр руды, с учетом ожидаемых технико-экономических показателей работы Норильского ГМК, на 4,0 млн. т, и соответственно снизить негативное техногенное воздействие на окружающую среду в районах интенсивной деятельности этого комбината.
Промышленное освоение закрепленного за Российской Федерацией участка ЖМК в зоне Кларион-Клиппертон позволит также решить проблемы, связанные с надежным обеспечением ведущих подотраслей металлургии России дефицитными видами сырья, прежде всего кобальтом и марганцем, и сохранением не восполняемых ресурсов недр суши для будущих поколений.
По ряду горно-геологических и технико-экономических показателей объекты КМК не уступают участку ЖМК в зоне Кларион-Клиппертон, а по некоторым промышленное освоение их более перспективно. Определяющими факторами являются высокое среднее содержание кобальта в КМК, которое в три раза превышает его содержание в ЖМК (0,6 против 0,2 %); незначительные глубины сосредоточения основной части ресурсов – от 1200 до 1800 м (для ЖМК – от 4700 до 5100 м); наличие месторождений, ресурсы руды и металлов которых достаточны для обеспечения годовой добычи в1 млн. т сухой руды (4,2 тыс. т кобальта, 3,8 тыс. т никеля, 1 млн. т марганцевой руды) в течение 20 лет; и ряд других.
Исследование недр морского дна – это огромный источник информации для фундаментальной геологии, геофизики, геохимии, геотектоники и других дисциплин, связанных с изучением геологического строения нашей планеты.Участие в изучении и освоении минеральных ресурсов Мирового океана обеспечит расширение геополитического влияния России при распределении ресурсного потенциала в мировом масштабе. В условиях конкуренции с другими странами важно не растерять приоритетность и права отечественной морской геологии, признанные международным сообществом, и не упустить свою долю ресурсов океанического сырья.
Основным критерием развития глубоководной добычи минерального сырья будет, естественно, прибыль, которая в значительной степени зависит от рентабельности эксплуатации месторождений. Для этого, как представляется, могут быть, в частности, адаптированы применяемые ныне способы шельфовой добычи олова, золота и алмазов и созданы новые специальные технические средства. Россия имеет все возможности занять достойное место в освоении неисчерпаемых кладовых Мирового океана и этим восполнять дефицит минерально-сырьевых ресурсов страны.