高科技施展的天地

中国有句俗语：“靠山吃山，靠海吃海”。然而，也许在不久的将来，人类对这句话的实践不再是一种浪漫而简单封闭的“利用”。现在陆地资源已尽匾乏，频频向人类亮起了红灯。据测算，陆地资源的人口承载力，最多可达 100 亿人（目前 51 亿），如果充分利用海洋资源，就可以养育 300 亿人。要开发海洋，离不开使用高、精、尖的技术。

海洋遥感技术与地理信息系统这一重要的高新技术，在海洋的开发中得到越来越广泛的运用。

遥感是一种以物理手段，数字方法和地学分析为基础的综合的应用技术。作为遥感应用者来说，应当了解遥感的全过程，即对研究目标的电磁波辐射进行收集、传输、校正、转换、处理分析，也就是遥感的信息的收集，信息的处理和信息运用三大类。

现代遥感技术系统主要由遥感器、遥感平台和信息传输、处理与分析等几个部分组成。遥感器又称传感器，是直接获得目标物信息的仪器，用以测量和记录电磁辐射强度和特征，是遥感技术系统的主要组成部分。常用的遥感器有：照相机、扫描仪、辐射计和雷达等。遥感平台用于放置遥感仪器，按其高度有地面平台（高架、塔、车、船等），空中平台（如气球、飞艇、飞机等）和太空平台（人造卫星、太空探测器载入飞机、太空站和探空火箭等）。它们有不同的应用范围。在遥感作业中，这三类平台往往配合使用，以建立立体的观测体系。遥感信息通过直接回收（返回式卫星、航天飞机等），或用无线电传送到地面接收站。遥感数据经过数据压缩，数据校正等一系列处理后，以数宇或影像形式的资料进行传输。

地理信息系统（简称 GIS），是综合处理和分析空间数据的计算机系统，地理信息系统是一个跨学科的技术系统，具有信息共享、综合分析、辅助决策等特点，成为资源与环境综合评价、规划、管理、决策的现代化手段。利用地理信息系统技术进行渔业资源开发，首先建立研究区的海水循环模型。利用地理信息系统技术的现有的同一海域各单因素专题图，还可以合成综合

性海图。地理信息系统技术可用以研究海底地形演变，还可用于海洋数据管理。

作为空间信息获取、管理和分析的有效工具的遥感和地理信息系统技术，已在海洋科学和海洋开发领域中得到了不同的程度的应用。但与在陆地资源与环境方面的应用相比较，还是较落后的，这是因为过去较多地注意应用于陆地的机理、方法和技术系统的研究，同时也因为对海洋的研究还不够深入，海洋遥感机理比较复杂，技术系统的研制难度也很大。

继美国发射海洋卫星—1 之后，雨云—7 气象卫星上的海岸带水色扫描仪和日本的海洋观测卫星，都是直接为海洋研究服务的，气象卫星也为获得海洋信息设置了通道。90 年代计划发射或已发射的海洋卫星，有加拿大的雷达卫星和欧洲空间局的地球资源卫星—1。我国也计划在 2000 年前后发射海洋卫星。这些卫星在星体、遥感器及轨道设计上，均尽可能地满足海洋学上的需要。一个多国合作计划“全球观测系统”正在进行中，它是从空中对全球进行大气、海洋、生物等进行综合观测研究的庞大计划项目，由一系列航天平台、卫星和探测器组成，并研制多种新的遥感器。在海洋观测方面就涉及到海水、海面风、波浪、环流、生物活动等方面，研究课题大部分是综合性的。

我国于 1996 年发射了资源卫星（与巴西合作），在 2000 年前后还将发射静止气象卫星和海洋卫星。我国资源与环境信息系统，以及一些专题性的地理信息系统的研究，已完成许多基础建设，初具规模。资源卫星的应用系统正在积极组建中。自 70 年代后期我国开发海洋遥感的研究以来，已培养了一支较强的科学队伍。我们深信，海洋遥感与地理信息系统，将得到很大的发展，为我国海洋研究和海洋开发提供有效的技术保证。

海水中数量最大的是水资源，面对世界性的水源危机，人们希望从海水中获得淡水，因此，海水淡化研究作为一门新兴科学技术，受到人们极大关注。

从海水中取得淡水，其方法有几十种，但概括起来主要有蒸馏法、膜分离等。直到 80 年代中期，蒸馏法淡化继续占世界淡化市场的首位。与此同时，膜分离法亦成为世界高科技竞相开发的热点。西欧尤里卡计划涉及当代高科技五大领域，24 个尖端项目，其中把海水淡化渗透膜“技术”提到相当突出的地位。欧洲共同体计划把膜技术列为主要研究并发领域，特别强调连续过程（如反渗透、超过滤、微孔过程、电渗析、渗析）中的膜应用。日本通产省工业技术也把高效分离膜列为“90 年代基础研究开发制度”中。海水中丰富的盐卤，还是海水中提取多种贵重元素的重要来源。我国是世界海盐生产最多的国家，平均年产量为 1356.5 万吨。主要用于提取盐卤的方法有：塑苫结晶、塑料薄膜铺底防渗等技术。

从海水中提镁常用的方法大都是由海水沉淀的氢氧化镁转化为氯化镁，然后电解得到金属镁和氯气。近几年来，海洋镁资源研究重点，转向高纯度的海水镁砂方面。海水镁砂生产也是利用碱沉淀剂。首先将海水中的镁离子转化成氢氧化镁，然后经过分离洗涤、过滤、轻烧、成型和死烧，最后获得海水镁砂产品。由于卤水并不是纯净的镁盐溶液，要获得高纯度镁砂，实际难度很大。制备高纯度镁砂的技术关键是降钙和除硼。华东师范大学和中国科学院海洋研究所等单位，试用离子交换预处理法和过碱法可使镁砂的含量接近或达到国际先进水平。利用酸法或碱法可降低海水镁砂中含钙量。

从 60 年代开始，约有 10 多个沿海国家相继进行了海水提铀研究，其中以水合氧化钛吸附剂为基础的无机吸附剂进展最快。该吸附剂机械强度较差，为了改善这一状况，采用高分子粘合剂和水合氧化钛制成复合型钛吸附剂，获得较好效果。近几年来，有机吸附剂的研究非常活跃，主要集中在聚丙烯偕胺肟肟树脂、聚丙烯偕胺纤维、含膦基或膦羧基的大孔螯合树脂、大环六配位基化合物等方面。而日本改良偕胺肟树脂的亲水性，又使吸铀迅速显著增大。

锂被誉为“能源金属”。目前从卤水中提取锂的技术有：蒸发结晶法、沉淀法、溶剂革取法、离子交换法等。而现在较大规模地生产重水的方法有蒸馏法、电解法、化学交换法和吸附法等。

但是，所有这一切技术从目前发展趋势看，海水化学资源的开发和利用，仍处在基础研究逐渐转向技术研究和开发过渡时期。至今入接从浩瀚的海洋水体中，只拿到食盐、淡水、镁、溴、钾等几种物质，大部分资源尚未开发利用。因此今后仍需继续开展微量物质的分离富集新技术研究和开发应用研究，特别是与核能有关的海水提铀、锂和氚的研究，以便为人类 21 世纪新能源的开发提供原料。纵观近几十年国内外海水资源的开发利用，从海洋中单项提取某种微量物质耗资过高，竞争性较差，难以推广应用。综合提取显然是海水化学资源开发利用的重要途径。有人曾估算过，如果仅按现有的研究成果和技术水平，使一次通流海水，经过不同吸附剂组合的液固分配富集床，同时捕集十多种稀有而宝贵的元素，则所获得产品值将显著超过生产过程所消耗的费用。因此，有的国家如日本就提出发电一淡化一综合提取三者相结合的联合生产和经营方式，使物质和能量均得以合理利用，从而降低每种单项产品的成本。

多年来世界近海渔业，由于过度开发使一些资源蕴藏量减少，科学家们根据多年的研究观察，提出了一个利用现有资源开展增殖的计划，这就是“水产农牧化”的研究。

海洋农牧化技术是一项高技术，也是一个新技术群，它包括海洋生物技术、机电一体化技术、新材料、环境工程技术、信息技术，以及资源管理技术等。通过这些高新技术的开发应用，重点解决农牧化所需的苗种培育、生产和管理技术，培育、改良鱼虾贝藻的种苗和幼仔，生产成长快、肉质好、生命力强的优良品种。现代化的海洋农牧场，正是建立在高新技术基础上的海水养殖和增殖渔业新生方式组合体，它不仅要对“放牧”对象进行品种培育、改良，而且要实施渔场管理和人工改造。除了生物技术外，包括增加海水温度、水质监测、鱼群控制、人工鱼礁等工程技术。当前许多国家已经制定了发展海洋渔牧场的计划，世界各国都划定 200 海里专属经济的渔业区。随着我国沿海鱼类资源的衰退，迫切需要把近海渔场和滩涂养殖的发展密切结合起来。

当前，世界海洋高新技术的两大发展重点之一是海洋矿产资源勘探开发技术。

这是一项高技术密集型的产业，涉及地质、海洋、气象、机械、电子、航海、采矿、运输、冶金、化工、海洋工程等许多学科和工业部门。深海矿产资源勘探开发技术，主要包括深海油气开发技术、深海多金属结核矿开发技术和深潜技术等。其中，寻找海底油气田的技术过程，分为勘探技术、钻井技术、开采技术、储运技术。其中主要的勘探技术有：现代三维海洋地球

物理勘探技术；地球化学勘探技术。

无论是海洋油气的勘探还是开采，都需要钻探海底地层，海上钻井，在技术和费用方面要比陆地上高得多，海上钻井装置可分为两大类：固定式钻井装置和活动式钻井装置，海洋石油天然气的勘探技术与钻井技术最终都是为了石油、天然气的开采。随着现代科技的不断发展，海洋石油、天然气的开采技术已开展为多种多样的形式，主要有：人工岛技术、固定式生产平台技术、浮式生产系统技术和海底采油技术等。其中海底采油技术，是近年来随着自动控制技术和潜水器技术的发展而发展起来的。海洋油气储存技术，目前已成为多种方式，以满足不同的开采环境、储油池、储油罐、储油船和液化天然气船等。

当前世界开采石油、天然气的技术发展方向，是如何降低海上开发费用和如何向深水和极浅海开发。最近世界三大石油公司之一的壳牌石油公司，专门成立了一个叫做 SLIM 的特别小组，以研究降低海上开发费用的技术问题。该小组制定了一系列开采技术措施。如果提高压力的多相泵、多相升压站技术；低成本高性能的绝缘材料。挪威拥有世界最先进的海洋油气开采技术，目前从事的研究项目有：石油钻井平台的移动、维修技术；海底石油生产系统；深水特大吨位钻井平台技术等。纵观世界各国的研究动态，今后海洋油气开发技术的发展趋势，主要可归结为以下几个方面：发展浮式石油然气生产系统；海底采油技术；发展最佳浮油式石油天然气生产系统的部件技术；研制初期生产与采油实验系统；开拓深海石油开发技术，研制水深 500 米以上的可移动再利用的平台和第二代石油钻探装置；水下技术，包括潜水装置、水下运载工具和设备、水下有人与无人作业技术和方法等。

相比之下，深海底非燃料矿产的开采加工技术，目前还处于实验和模拟操作阶段。大洋锰结核的分离和加工技术目前仍沿用陆上的传统方法和技术，真正适合海底多金属结核的开采、加工、冶炼技术的设备，还有待完善和改进。

为了能找到锰结核比较富集、金属含量较高而便于开采的海区。首先，要有性能良好的远洋调查船，这是基本条件。进而要采用现代化的仪器设备和技术。根据调查的方式，调查技术可概括为直接调查和间接调查两大类。直接调查包括利用各种取样工具，海底电视、遥控水下摄影等技术，采集或观测洋底沉积物。近年来由于使用了比较先进的直接调查技术，如无缆取样、无缆摄影等，大大提高了调查效率。但近年来，各国一直在研究新的高效调查技术。目前，日、德、法等国已将水声与浅海地层地震技术，成功地用于洋底锰结核的勘探。此外，近年来用于浅海沉剖面调查的旁测声技术，正在被尝试用于锰结核调查。经过几十年来各国对三大洋锰结核的大量勘探与开发实践，已有一些开采技术最具发展前景。其一是水力提升式采矿技术，是通过由采矿管、浮筒、高压水泵和集矿装置四部分组成的系统实现的；其二是空气提升式采矿技术，与水力提升式采矿技术相似，区别是在船上装有大功率高压空气泵，气泵产生的高压空气通过输气管道向下，从采矿管的深、中和浅三个部分输入，在采矿管中产生高速上升的气、固、液三相混合流，把经过洋底集矿装置采集的锰结核矿提升到海面采矿船上。

自从 70 年代试验锰结核开采成功以来，开采规模日益扩大，已由过去各国单独开采，发展到现在多国大规模合作开采。从目前的情况看，到本世纪末，世界大洋锰结核可进入商业化生产阶段，预计 21 世纪大洋锰结核将成为

世界重要的有色金属来源。80 年代以来，又一种大洋底矿产——结壳矿的勘探正以迅猛之势取代锰结核。所谓结壳矿是指分布在没有沉积物的海底和海山表面的一层薄壳状矿物体，其厚度一般在 10 厘米左右，平均 2 厘米以内。此种结壳中的金属品位高，因而具有经济开采价值。其中钻的含量比在锰结核中高一倍。结壳矿在西太平洋和大西洋的海底隆起区分布十分广泛，但目前的研究程度还不高，开发技术尚不成熟。不过其经济上的重大战略意义已使美、日、法、德等发达国家正在加紧勘探与开发的调查研究工作。

海底热液矿床是 80 年代才受到人们重视的新矿种，它是由大洋底裂谷处的热液作用而形成的硫化物和氧化物矿床。其形态可分为岩化的块状体和软泥状体两类。前者主要分布在东太平洋海底，后者主要分布在红海。海底热液矿床富含铜、铅、锌、铁、镉、钼、钒、锡、金、银等 10 多种金属。特别是它含有金、银等贵金属，而被誉为“海底金银库”。随着调查工作的不断深入，一个个大型海底热液矿床不断被开采出来。当前人们主要采用以下两种开采技术：岩化块状体矿床的开采技术和多金属软泥的开采技术。海底热液矿床是仅次于锰结核的深海底矿产资源，其前景可观。目前，各国纷纷不惜巨资建造专用深潜器，用来研究海底热液矿床，海底热液矿床的开发研究，大有赶超锰结核开发之势。

海洋永远是奥妙无穷的，人类永远是勇于探索的。人们现在还不知道：明天，海洋又会为人类“奉献”什么！但人类永远不会停下探索的脚步。

由于海洋资源的多样性和环境的复杂性，人们一直非常重视海洋资源的综合开发，到 20 世纪的后半期，海洋综合开发将渐渐形成一个崭新的领域—

—海洋工程技术。

海洋工程是应用海洋基础科学开发利用海洋资源所形成的一门综合技术学科，也指开发海洋资源，保护海洋环境和某些特殊用途所需的各种建筑物、建筑物群或其他工程设施。海洋的资源开发利用和环境保护治理，常常需要通过相应的海洋工程才能实现。海洋工程需要运用很多如勘测结构、施工、管理等方面的高新技术，也包括运用现代系统工程方法，才能实现综合的、多目标的开发。海洋工程包括：海岸工程、近海工程和深海工程三大类。

海岸、近海、深海三大类工程技术，分别用于海岸带、大陆架、大洋等海域的海洋资源开发。海岸、近海、深海、三类工程常是相互交叉的，其工程技术也是相互渗透、密切联系的。海洋工程的结构形式多种多样，常用的有重力式建筑物、透空式建筑物和浮式结构物。重力式建筑适用于沿海浅水地区；透空式建筑物适用于近岸浅水不海域，软土地基，更适用于水深较大的海域；浮式结构物主要适用于深水海域。此外，近几十年来研究制造的深潜水器，已不单单用于人们实验及探险的需要，它可以和水面浮式结构共同组成海底采掘系统或遥控海底生产系统。深潜水器需要在数千米深的海底工作，承受很大的水压力及其他复杂的环境因素作用，要运用更多的高新技术。

根据海洋技术工程的特点和发展趋势，今后还将在以下四个方面给予高度的重视：①关注新技术的不断涌入。近数十年来海洋工程技术的迅速发展与大量引入先进技术密切相关，这个趋势今后更为显著，海洋开发已成为世界各海洋国家注意的重点，这是一场新技术革命，一场进步与落后、富裕与贫穷的争夺。②关注新学科的相互渗透。海洋工程和海洋开发具有显著的综合性的特点，多学科的相互渗透常常是海洋工程技术发展的生长点，也是海洋工程技术的重要特色。③关注与海洋环境的密切关系。海洋工程技术是在

适应、改善海洋环境过程中发展的，还要有利于海洋环境，包括生态的循环。有时是海洋环境本身，还有工程周围的局部小环境也是海洋工程的重要组成部分。④关注海洋工程技术研究的重要性。海洋工程技术及其方法的提高，在很大程度上决定于实践总结和科学研究，也要重视海洋工程技术科学研究本身的提高，包括研究方法、设备和仪器的完善与发展，引入高新技术等。