《海洋科学》第十章开发石油

第十章　开发海洋

向海洋要石油

我们已经知道，石油是重要的海洋资源，它不仅蕴藏在大陆架，还蕴藏在海洋深处。

在高科技的今天，人们运用海洋工程技术，把海洋石油开采出来，是刻不容缓的事情。

开采海洋石油，早期是采用固定式的钻探平台，现在发展为移动式平台。

移动式平台有三种，1953年开始使用的是自升式钻探平台。自升式平台，我们在电影中、在图片中经常见到。它像一只庞大的桌子，“桌腿”是一组钢柱，在拖航时，把“腿”提升，到作业区时，放下柱腿，插进海底，任凭风浪起，“我自岿然不动”。然后，根据需要，升降钢柱，使平台升高到波浪打不到的高度。在平台中央安装有钻探机，石油工人在平台上进行操作。

钻探机有一个长长的钻杆，在它的下端装有一个能转动钢齿的钻头，钻杆转动时带动钻头旋转，钻入地下，凿穿岩在高科技的今天，人们运用海洋工程技术，把海洋石油开采出来，是刻不容缓的事情。

开采海洋石油，早期是采用固定式钻探平台，一直钻到油层。随着钻孔的加深，可接长钻杆。油井钻成后，把油管装入孔内，石油就会沿油管流出，再通过输油管道流进贮油罐。开始，石油在周围天然气和水的压力下自动从井里喷出，过一段时间后，就必须用泵抽取。自升式钻探平台主要是在90米左右水深的大陆架使用。

半潜式平台是专为开发较深水域海底石油而设计的。它没有“腿”，是由甲板和浮筒连接组成，拖航时，浮筒浮在水面，到作业地点后，使甲板往水中沉到规定的深处，这样就可以钻探了。第一艘半潜式平台叫“蓝水”号，是1960年下水的。

半潜式钻探平台可在超过300米水深的海域工作。为了在更深的海底开采石油，现在使用一种钻井船。钻井船能像船一样航行在海上，作业时用锚泊固定，钻机安装在船的中央。因为钻井船是用锚固定，所以稳定性较差。

为了防止船由于潮流和海流的影响，偏离作业点，在船上安装了电脑控制装置和可用360°转动的推进器，使船随时稳定在作业区。

钻井船曾在水深7000米的海底钻过井。

1973年3月27日，在英国北海海面上，“杰兰”号石油钻井平台日间作业已结束，人们正在电影厅里悠然地看电影。

突然，海面上，狂风骤起，掀起7米多高的巨浪，冲击着石油钻井平台。

当时，人们并不担忧，因为“杰兰”号的台墩和浮筒都很坚实，不怕狂风巨浪的威胁。

突然，巨大的石油平台震颤了一下，接着，又是一阵震颤，随着就是一声巨响，电影厅一下子倾斜40度，坐椅都向一边滚去。这一切来得太突然，人们还没有清醒过来，“杰兰”号石油平台倾翻在海中了。

这是怎么回事？后来，经专家分析，平台的倾翻不是它挺不住狂风巨浪，而是由于海洋金属腐蚀引起的。原来，为了在一根横梁上固定一台定位的电子装置，工人曾在横梁上面钻了一个小洞，由于海水长久腐蚀，小洞扩大成一条27厘米长的裂缝，造成平台倾翻在海浪中。

由此可见，海里金属腐蚀和海面上常见的狂风巨浪、急流冲击，常常会给石油钻井平台和钻井船带来严重的后果，因此，科学家正在试验海底石油钻井的新技术。

海面的波浪强度大，随着深度增加，波浪强度会迅速减小。在一二百米深的海底，基本上没有波浪的冲击，所以，科学家们把原来安装在平台上的井口装置放到海底去，这样，既可以去掉复杂的海上平台设施，又十分安全。

石油工人可乘小型潜艇下海，通过遥控装置操纵海底采油装置和阀门、管道等。开采出来的石油，由管道送到停泊在海面上的浮筒内，再送上油轮，运回陆地。

开采天然气，通常是用管道输往陆地。新技术是使天然气在海上就地转换成液化天然气，然后再往外运输，这样，开采设备规模小、成本低。

向海洋要淡水

大概在地球上没有一个人会不熟悉水。生命离不开水，人体含有水约占体重的2／3。一个人的生命，每天起码需用2升水来维持，工农业生产离不开水，庄稼成长要靠水来浇灌。生产1千克猪肉，要用4500—8500升水，造一辆汽车要用5000升水，全世界一昼夜耗水量是70亿吨。

人类生活和工农业生产需要的水是淡水，可是，占地球表面71%的水中，97．2%是海洋中的水，实际上能利用的淡水，只占世界水总量的0．63%。

随着世界人口的增加和生活水平的提高，随着工农业生产的发展，世界淡水用量正以每年4%的速度急剧地增加。据统计，近20年来，世界不少地区供水不足，目前估计有12亿人口缺水。

这怎么办？唯一的办法是向海洋要水。

可是，海水平均含有3．5%的盐分，不能使用。人喝了海水，会渴上加渴，引起机体脱水。用海水浇灌农作物，农作物会“腌死”。有些靠海的浅滩地常由于海水的浸渍而变成盐碱地，几乎寸草不长。在工业上也不能用海水，因为海水含有大量的矿物盐类，不合纯度要求，如果用来烧锅炉，会生成厚厚的锅垢，损坏锅炉。

这该怎么办呢？办法是使海水淡化，把海水中的盐分与水分开。

蒸发法是海水淡化最简单的方法，就是将海水加热蒸发，再将水蒸气冷却，提取淡水。太阳能蒸馏淡化装置就是使用这种方法。

太阳能蒸馏淡化装置，像一座座矮小的房子，屋顶用玻璃或透明塑料板组成，可以使阳光透过，照射在海水上。海水变热蒸发，水蒸气上升后，碰到玻璃会凝结成水滴，收集到两旁的淡水槽中。

蒸发法还有许多种，目前世界90%的海水淡化装置是由多级闪急蒸发法生产的。闪急蒸发法是给加热了的海水施加高压，然后突然降压，使水在瞬间蒸发的方法。所谓多级就是把许多蒸馏器串联起来，让压力下降几次使水蒸发。

《旧约圣经》里有这样一段记载：先知摩西带领以色列人从红海走到阿拉伯一个叫书珥的旷野，在旷野里走了三天都找不到水。后来，到了一个叫玛拉的地方，那儿的水苦也不能喝，大家都向摩西抱怨道：“我们喝什么呢？”

摩西向天主呼求，天主让他看到一棵树，他把这树丢在水中，水就变甜了。

离子交换树脂，我们对它已不太陌生，它就是科学家手中的“摩西神树”，用它放在海水中，它可以像海绵吸水那样，吸附出海水中的盐分，使海水变成淡水。

用离子交换树脂使海水淡化的方法叫离子交换法，这种方法适应于海洋上的遇难人员应急之用。

海水淡化还有一种方法是电渗析法，就是在海水淡化装置中插入两根电极，在两极之间放入一种特种薄膜。这样就把海水淡化装置隔成三室，一个叫阳极室，一个叫阴极室，一个叫中间室。当接通电源后，奇迹就会发生，海水中的盐分会向两个电极“靠”去，使得两个极室的海水愈来愈浓，而中间室的海水逐渐被淡化。这种方法适用于中小型淡化厂，我国西沙永兴岛上的海水淡化站，是目前世界上最大的电渗析淡化装置，每天生产淡水20多吨。

在自然界有这样一种膜，它只能透过水分子，不能透过其他物质，科学家把这种膜叫做半透膜。动植物的细胞膜都是半透膜，如干大豆放在水中浸泡后会膨胀，就是因为水通过细胞向干果内部渗透的结果。

利用半透膜可以淡化海水，这种方法叫反渗透法。用人造半透膜把水和海水分开。海水是盐水溶液，水分子会透过膜渗透到海水中，使海水稀释，并且产生一种压力，叫渗透压。然后，向海水加一个压力，大于渗透压，这时，海水中的水分子就会被挤出海水，透过半透膜，到纯水这边来。

反渗透法脱盐效率高。近年来，各国都在研究、推广应用，是一种前途诱人的方法。在1978年到1982年期间，世界已建成21家日产300吨以上的反渗透海水淡化厂。

向海洋要水，一些国家生奇想，把漂浮在南太平洋的南极冰山，用船拖来，让它融化掉，供人类利用。一座小冰山可供几十万人的城市用一年，初步试拖，已取得成功。

有了海水淡化技术，海洋就成了人类取之不尽用之不竭的淡水库。

煮海成盐新技术

相传东海龙王的三女儿琼莲不甘龙宫的寂寞，经常带着丫环梅香偷偷浮出海面，到海边游玩。

一天晚上，月光皎洁，琼莲和梅香又来到景色优美的海边。忽然传来悦耳的琴声，她们俩人被琴声吸引，来到一间草舍，只见一个小伙子在灯下低头弹琴，弹得潇洒有力，琼莲听得出神。

后来，小伙子发现窗外月光下，有位亭亭玉立的姑娘，喜出望外，他把琼莲请进草舍内，在一起谈论乐曲，两人越说越投机，约定下次中秋在海边相会。第二年中秋，那个叫张羽的小伙子很早到了海边，可是，等到天黑都没见到琼莲，他筋疲力尽倒在一块石头边，伤心地哭了起来。原来，龙王为了阻止女儿溜出龙宫，把她锁在西宫。这时，琼莲也万分焦急，情急中，忽然想出了一个计策。她叫梅香把宫中的三件镇海宝贝：铁杆、银锅和金钱偷出来，交给张羽。

张羽得到了镇海宝贝后，取了三块石头和干柴，支起银锅，舀满海水，丢下金钱，烧了起来。锅里水花水泡上下翻滚，大海也像开了锅。没有多久，海水快被烧干了，龙宫里一片哭叫声。老龙王被烧得两眼冒火，口干舌燥。

最后没有办法，老龙王只得爬到海边，向张羽求饶，答应放出三女儿琼莲，让他们结婚，一对有情人终成眷属。故事毕竟是故事，张羽煮海是为了娶东海龙王的女儿。现在，人们“煮海”是为了从海水中取得盐。

煮海为盐就是把海水取上岸来，放在铁锅等设备内，用火烧，待海水烧开后，蒸发出水汽，使海水浓缩成苦卤，再使苦卤继续蒸发，蒸发到最后，食盐就会变成一粒粒像冰糖一样的晶体，从海水中跑出来。世界历史学家们公认，中国是最早从海水里提取食盐的国家。据文物考证，早在5000年前，我们的祖先已经用海水煮成食盐了，相传历史上有个风砂氏，他是跟神农氏同时代的人，也是首先煮海为盐的人。

从海水中制取盐的另一种方法是滩晒法。滩晒制盐的地方是盐田，一般建在海滩边，借用海滩逐渐升高的坡度，开出一片像扶梯似的一级一级池子。

利用涨潮，或用风车或泵抽取海水到池内。海水流过几个池子，随着风吹日晒，水分不断蒸发，海水中的盐浓度愈来愈高，最后让浓盐进入结晶池，继续蒸发直到析出食盐晶体。

在我国，滩晒法最早出现在元代，到了清朝康熙年间，大规模开辟华北长芦盐区，开始大面积滩晒食盐。其他国家海水制盐的方法基本上和我国相似。有趣的是，美国实现专利法时，第一个专利就是滩晒食盐的工艺，滩晒法经济有效，到现代还在广泛采用。

现在我国有40多万制盐工人，随着现代化的机械操作，加上科学管理，海盐生产逐年上升，每年可以生产海盐近2000万吨，占食盐总产量的80%，居世界第一位。

在制盐方法上，还有一种是冷冻法。在瑞典和前苏联等国家，他们让海水天然冷却成冰，冰几乎由淡水组成，剩下来的是苦卤，就是浓盐水。让苦卤经过几次冰冻，得到的盐水越来越浓，最后，再用人工加热的方法得到食盐晶体。这种方法只能在冬天生产，其产量不高。

海底家居

中国有句俗话：“金窝银窝不如自家的草窝。”人类居住在陆地上，为了遮雨避风、防野兽，建造了居住空间，那就是住宅。目前，世界上公认的人类第一幢住宅，是猛犸骨住宅。它位于乌克兰北部城市契尔尼柯夫美金村附近，是由动物猛犸的长牙、肩胛骨、颅骨等骨头组成的。

人类要回归故乡——海洋中去居住，也需要建造自己的住宅，海洋中的第一间住宅可以说是由美国一位叫林克的飞行员建造的，名叫“海中人”1号水下居住室。地点在地中海法国近海水深30米的海底。这间住宅是一个密封金属圆筒，由几个支架支撑着。居室底部有一扇“门”，可供潜水员进入海水；上部是密闭电梯，可供居住者由水上进入居室内。居室内充满着与30米海底压力相同的高压氦—氧混合气体，供居住者使用，以保证住室内不受海水浸淹。林克在水下居住室内，像在陆上家中一样，吃了一顿丰盛的午餐——杏仁饼、奶酪、色拉和水果，愉快地渡过了14小时，然后安全返回海面。

水下住宅与陆上住宅一样，造型各异，生活设施俱全。为了完成他的大陆架开发计划，水肺发明人库斯特建造了几个水下住室。

1962年首次实验时，他建造了“海底之家”，放在10米水深处。在相距200米的波美格岛上设立了指挥所，通过管道和电线，将冷热水、电和压缩空气供给“海底之家”；相互间的联系是通过电话；在“海底之家”内还有一台电视机，可以自由收听和观看电视节目；5名潜水员在“海底之家”生活了1个月，经历了许多奇特的事情。他们发现在水下住宅内，香烟燃烧得特别快，人的伤口好得特别快，比陆上要快1倍时间。奇怪的是，室内的电风扇却转得特别慢，胡子也长得特别慢。

1963年第二次实验时，库斯特建造了“海星号”，有4个翼。中间是控制中心和会议室，4个翼是4间房，分别是淋浴室、研究室、厨房、寝室。8名海下作业人员在“海星号”度过了1个月的海底生活。

1965年第三次实验时，库斯特建造了圆壳形水下住宅，外形像一个球壳，固定在一个有4条腿的台上，全长14米，重130吨，高8米。住宅分上下两层。第一层有出入口，放着6张床的寝室、洗脸间、淋浴室、潜水服干燥室等。第二层是厨房、工作室、洗脸间、实验室等。住宅内设备应有尽有，有壁橱、书架、电视摄影机、低温冷却装置。1964年，美国海军海洋局制造了两个活动功能非常俱全的水下居住室，一个叫“西莱布Ⅰ”号，又名“水下实验室Ⅰ号”，建在水下58米；一个叫“西莱布Ⅱ”号，建在水下62米深处。它们都有实验室、寝室、厨房、淋浴室、洗室和潜水仪器等。潜水员在水下生活了几十天，开展科学实验和海洋考察，工作、生活都很正常，胃口大开，品尝了各种好菜。有趣的是，他们请了一只海豚当水下通讯员，为他们运送当天的报纸和亲朋好友的信件。令人激动的是，他们与住在水下100米深处的另一住宅内的法国潜水员互通电话，互相祝贺人类通往深海取得的重大突破。

居住在水下住宅里是很舒服的，可是，当他们返回水面后，却要进减压舱减压几天，因为，水下居住室内的压力与陆上的大气压不一样。

我们前面介绍过，在水下每增加10米深，压力增加1个大气压。随着潜水深度的增加，潜水员受到的压力也相应增大，在20米深处，他受到的压力为3个大气压，在水下居住室内呼吸的空气压力也是3个大气压，也就是人们在地面上所受的大气压力的3倍。潜水员在水下吸入高压空气，不会发生危险，可是高压空气中的氮气不是身体所需要的。潜水员浮出水面时，压力减少，渗入身体组织中的氮气就会形成气泡，这些气泡会在各组织部分，特别是关节部位引起血液灌流障碍，造成关节疼痛，皮肤瘙痒，严重时，双腿不能行走，痛得在地上打滚。这就是减压病，是由于减压时间不充分引起的。

我们前面给大家介绍的“饱和潜水”技术的提出，将会使人类能够实现重返海洋、在水下长期居住的理想了。

深海采矿

1974年的一个漆黑的夜晚，在美国宾夕法尼亚洲切斯特地方的一个造船厂内，戒备森严、气氛紧张。一艘刚造好的、名叫“格洛玛勘探者”号的新船，在神不知鬼不觉中，偷偷离开了码头，驶向大海，消失在无边无际的黑暗中。天下没有不透风的墙，人们纷纷议论起这艘船。有人说，它是一艘最新式的间谍船，专门用于在海上追踪前苏联潜艇。也有人说，它是一艘海盗船，专门到海里去打捞古代海底沉船里的金银财宝。更有人说，这是一艘专门安装海底核导弹的军用船只……这艘船一下子变成了一艘神秘之船。

过了约3年，1977年初，美国海军当局才把“格洛玛勘探者”号的真相公布于众。原来，这是一艘36000吨级的新型深海采矿船，具有在水深超过5000米的海底采矿、打捞的本领。中央情报局的间谍探到一个消息，前苏联的一艘先进的攻击型潜艇，在太平洋夏威夷群岛西北不远的海域中沉没了。

为了取得这艘潜艇的秘密，情报局想把它打捞上来。可是，那里水深，有5000多米，一般打捞船无法做到。于是，他们打起了“格洛玛勘探者”号的主意，派它去执行打捞前苏联潜艇的任务。出航不久，“格洛玛勘探者”号不负众望，在5000多米深的海底，成功地打捞起前苏联潜艇的残骸，截获了密码、鱼雷和核弹头等重要军事情报，为美国立了一大功。

“格洛玛勘探者”号完成了打捞潜艇任务后，干起了它的本行，从几千米的深海底开采当时还鲜为人知的珍贵锰结核矿石。

开采深海锰结核矿的方法有三种。机械方式是从采矿船上吊放铲斗挖取，像挖泥船一样。日本已经成功地制造了一艘用这种方法采矿的船。这艘船的一侧安装上了一串很长的、像坦克履带的循环履带，在履带上每隔25米左右装一个挖斗，一般有200个。采矿时把履带的一端伸到海底，开动马达，使履带转动起来，船一边慢慢地航行，挖斗连续不断地挖取锰结核矿，提升到船上。

采用液压的方法，有些像抽水机抽水，用吸管从海底直接吸取矿物。吸管的顶端是带有电视摄影仪的吸头。由于吸管很长，重量大，所以，在吸管上端装有必要的浮筒，这样能减轻采矿船的负载。浮筒里有电动机和推进器，主要是防止海流冲击，保持管子和船只同一方向移动。使用潜水器是一种新的设想。在普通的潜水器上装有一套采矿和装矿的设备，利用潜水器内外的压力差把锰结核吸入仓内。

填海成地

地球的表面积是5．1亿平方千米，人类能够生活的陆地，只占29%，约是1．5亿平方千米，其中能供人类使用的农田只有44亿公顷。面对人口剧增，土地资源有限的局面，怎么办呢？向海洋要土地。于是，围海造田，就成了开发海洋的一个重要部分，这项工作有些国家早就在进行了。

荷兰位于欧洲西部，“荷兰”的意思是低地。荷兰全国24%的面积低于海平面，只有1／3的面积高出海平面1米。荷兰人民世世代代都在向大海挑战，以修堤造坝、排水排涝、填海造陆、与海水搏斗著称于世。

日本是个地少人多的国家，对海上造地非常感兴趣。他们制订了移山填海计划，把挖山的土石运去填海造地，每小时可运1600吨石头，把山移走后的平地建住宅；填平了的海同样可以建造住宅。他们准备用200年时间，在日本四周建立700个人工岛。这个计划如果成功，日本的国土实际上将增加1倍。目前，他们已在神户外3千米的海中，建造了一个人工岛，面积36公顷，是目前世界上最大的人工岛。人工岛的外侧是防波堤，其他三面是现代化的码头，可同时停靠21艘万吨级船。人工岛实际上是一个小小的现代化城市。他们设想在水深100米的海中地区，筑一个周长为100千米的圆形坝，然后用抽水机把坝内的海水抽干，在700平方米的范围内，建起一座可供200万人居住的圆形城市。

新加坡没有内陆，所以，也得向海上扩展。他们用斗轮式挖掘机，挖2000万平方千米的土，用运送带把土运到海边，最远可达9千米以上。填海得到400万平方千米的建筑场地，搬山可得到120平方米的土地。

摩洛哥是个面积较小的国家。他们实现了向海上夺地的设想，结果使自己的领土扩大了。

我国北方渤海湾浅海区，那里自然条件复杂，有波浪、风暴潮、泥沙沉积、海底滑坡等，又是属于强烈地震区域，是世界上最复杂、最不稳定的海洋环境地区之一。就在这里，中国船舶工业总公司第九设计院为天津大港油田设计了一个人工岛，岛上有起重机区、动力区、储罐区和生活居住区，被誉为“中华第一岛”。

在21世纪，人类依靠更加先进的科技力量，向海洋要地的规模将比现在更大，人类的许多活动都将会在海洋提供的土地上进行。

海底遨游

“请到天涯海角来！”这是我国海南岛三亚市潜水旅游公司的广告语。

在三亚市的大东海、牙龙湾等海域，游客们可以穿上潜水衣，带上氧气瓶和水下猎枪，在水下导游的引导下，浏览海底美景，打猎、采集海底动植物。

够刺激吧！

如果想乘潜艇观光海洋世界，那么，请去美国的“海底游览公司”，他们有豪华、宽敞的潜水游艇。在艇外安装有一种可以散发鱼饵的特殊设备，专门引诱鱼群向游艇靠拢，以便游客们观看。美国还有一家“海底观察公司”，位于西雅图，他们的潜艇是由新颖透明的材料组成，游客一进入艇内，就仿佛身处海底似的，够吸引人的。

在日本四国岛西南岸的龙串湾，有一个海底公园。海底公园有水中瞭望塔、潜水观光船、海中单轨车、海中散步道等各种设施，这是在1970年建成的。游客先乘单轨车到瞭望塔，塔的平台上可容25位游客，在那里观赏海上风光。然后，游客乘电梯在塔内而下，到海底建筑物，海底建筑物四周都是玻璃窗。游客们可以在海中散步道漫步，随心所欲地观赏千姿纷呈的海底世界，可以尽情地参观天然水族馆里的海中生物。如果感到饿了，或者累了，可以走进用强化玻璃和透明塑料建成的餐厅里，愉快地饱餐一顿。海底公园内还有清洁、舒适的海水浴场，饭后可以去那儿休息一会，然后再乘坐小型潜艇游览“龙宫”。

哪一位游客愿意在海底居住几天，就请到世界上第一家海底旅馆去。这家旅馆名叫贾乐斯，开设在美国佛罗里达半岛最南端基拉乐戈海岸外约10米深的海底。海底旅馆的顶上有一个木筏，游客乘渡船到木筏上，然后，从那里通过一条长60米的像烟囱似的空气通道，进入旅馆。贾尔斯海底旅馆有6间包房，每间面积8平方米左右，房内有透明舷窗，可以观看海底世界；房内还有贮满食品的冰箱、小型唱机、录音机和录像机等供游客消遣。游客通过旅馆的电话与陆地上的亲朋好友诉衷肠、谈观感……这里的设施、服务真够周到的！

在黑海城市索契，有一家特殊餐厅，它的一部分餐厅在水下，有300个座位，安排在餐厅玻璃窗附近。餐厅的菜肴都是用鱼、海藻、软体动物和海洋动植物烹炒的。游客可以边观赏黑海水下世界的一部分，边品尝海鲜。

到海底旅游去，将会给你带来意想不到的乐趣，人类与海底生物交朋友的日子近在眼前。奇妙的海底世界将不再为龙王独占，也不再是一个黑漆漆、静悄悄的幽宫，海底将成为人类的新乐园，一个热闹、繁华的水下大世界。