我国开发国际海底矿物资源的必要性和可行性

1 海底蕴藏着丰富的、具开采价值的多金属结核资源海底矿物资源种类繁多。目前所说的国际海底矿物资源主要指的是国家管辖范围以外的深海底的多金属结核、富钴的锰结壳和金属硫化物热液矿床。其中,海底多金属结核目前尤其引人瞩目。世界各大洋的深海底蕴藏有通称为锰结核的富含镍、铜、钴、锰等76种元素的多金属结核资源约3万亿吨,其     

富钴结壳中矿物组成对稀土元素分布的制约

为探讨富钴结壳中矿物组成对稀土元素分布的制约,对约翰斯顿岛富钴结壳中矿物组成及稀土元素特征进行了研究。依据主要矿物组成,富钴结壳可以分为3种类型,分别命名为A、B、C。由A到C,水羟锰矿含量逐渐降低,B类中磷灰石含量最高,C类中水钠锰矿和钙锰矿含量最高。A类结壳中富集REE3+、Ce,B类结壳中富集Ce和Y。A类富钴结壳中,REE3+、Y以专属吸附的方式富集在铁氧化物上,Ce3+氧化成Ce4+与其他REE分离,吸附在锰矿物上。B类结壳中,稀土元素主要以独立矿物的形式存在,另有部分Ce、LREE3+吸附于铁相中,部分Y存在于磷灰石中。C类结壳中,稀土元素主要赋存在锰矿物中,部分Y存在于磷灰石中。     

大洋深海硫化物矿调查成就与研究问题

1概述 美国、法国和墨西哥《SIAMEKS》国际科考队曾于1978年在东太平洋隆起北纬21°处的考察过程中发现了硫化物矿。早在100多年（1875—1878）前,英国“挑战者”号调查船发现大洋中的铁锰结核和钴锰结壳及磷灰岩。在大洋中脊范围内发现新形式有用矿产-即同热液活动密切有关的硫化物矿,它与结核和结壳不同,不仅埋藏在海底表面,而且还产于大洋基底岩石中。     

磷酸盐化对莱恩海山链MP2海山结壳Co富集的影响

利用电子探针对中太平洋莱恩海山链MP2海山典型富钴结壳样品的剖面分别进行壳层、碎屑矿物和自生矿物主元素原位分析.通过对壳层(主要的成矿金属元素、脉石元素)、碎屑矿物和自生矿物中的Si,Al,Ca和P等元素质量分数的研究,探讨磷酸盐化作用对MP2海山富钴结壳中Co元素富集的影响.发现结壳第Ⅱ层未磷酸盐化壳层存在贫钴壳层,...     

太平洋铁锰结核与富Co结壳的矿物地球化学比较研究

本文对采自东太平洋CC区的2块不同类型的铁锰结核及中太平洋麦哲伦海山的1块富Co结壳,采用XRD和ICP-MS(AES)等分析研究方法,进行了矿物地球化学的比较研究。结果表明:铁锰结核主要由水羟锰矿及钡镁锰矿组成,富Co结壳主要以水羟锰矿为主。与2块铁锰结核相比,富Co结壳总体上Cu、Al、Na含量较低而Co含量较高;两块不同类型的结核相比较,水成型铁锰结核的P、Ti含量较高,而成岩型铁锰结核的Cu、Ni含量较高。3块样品的稀土元素含量均较高,为(521.8~1 424.15)×10-6。REE分布型式总体呈平缓型,(La/Yb)N为0.72~1.01,并具程度不同的Ce、Eu正异常。经估算,富Co结壳的生长速率为1.92~4.24mm/Ma,水成型铁锰结核的生长速率为1.31~14.29 mm/Ma,成岩型铁锰结核的生长速率为11.24~76.32mm/Ma。并根据铁锰结核的化学成分变化推测了其生长环境的变化。     

中太平洋海山区尖顶和平顶海山结壳成矿与分布的比对研究

尖顶海山和平顶海山是洋底海山的两种类型,同时也是富钴结壳资源赖以成长的主要载体,两者在地形上具有显著差别,资源状况和分布也不尽一致。以地形分类为基础,就中太平洋海山区两类海山结壳的成矿特征、宏微观构造、矿物和化学组成以及空间分布等进行了比对研究。研究认为,尖顶海山体积虽小,但地形演化连续,底层流及环境氧化性较强,有利于结壳的长期稳定生长,结壳厚度总体较大,富成矿元素和生物组分,远景成矿区域连续绵长。平顶海山山体巨大,顶部和斜坡陡崖区不利于结壳成长,底流活动只在山顶边缘和山脊地带表现突出,环境氧化性整体较弱,后期构造活动相对频繁,结壳总体厚度较小,铁,碎屑和热液组分含量较高,远景矿区相对狭窄。     

麦哲伦海山群富钴结壳元素地球化学特征及赋存状态

为探究大洋富钴结壳的元素地球化学特征和赋存状态,以西太平洋麦哲伦海山群5个富钴结壳样品为研究对象,通过X射线衍射法、等离子体发射光谱法、等离子体质谱法及相态分析手段,分析了富钴结壳的矿物组成、主量元素和稀土元素含量。结果表明,富钴结壳样品主要结晶矿物为水羟锰矿,次要矿物包括石英、斜长石和钾长石,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物。富钴结壳样品中Mn和Fe含量最高, Mn为16.87%～26.55%, Fe为14.34%～18.08%。富钴结壳明显富集稀土元素,其稀土总量为1 287～2 000μg/g,Ce含量为632～946μg/g,约占稀土总量的50%;轻稀土含量为1 037～1 604μg/g,重稀土含量为249～395μg/g,轻稀土元素明显高于重稀土元素。稀土元素配分模式呈现Ce正异常而Eu无异常,具有Ce富集特征。麦哲伦海山群富钴结壳是水成沉积成因,基本没有受到海底热液活动和成岩作用的影响。元素赋存状态与其矿物相密切相关, Na、K、Ca、Mg和Sr主要赋存于碳酸盐相, Mn、Ba、Co和Ni主要赋存于锰氧化物相, Fe、Al、P、Ti、Cu、Pb、V、Zn、Zr和REE主要...     

海底矿藏是怎样形成的

深海矿物资源,通常主要指海底锰结核、海底热液矿(也称多金属软泥)和海底石油。锰结核矿是一种分布于水深4000～6000米大洋底的矿物资源,含有镍、铜、钴、锰等76种元素。人们估计,世界大洋锰结核矿的总储量可达3万亿吨,仅在太平洋就有1.7万亿吨。如果按目前人们的开采需求量计算,锰、镍、钴等可供人类上万年的开采需求,由此可见海洋中锰结核矿储量之巨大了。海底热液矿床多分布在火山活动的大洋中脊裂谷处,火山岛弧地带,或分布在与火山活动有关的断裂带和构造线上。海底热液矿床的发现时间并不长,仅有二、三十年的历史,但从一开始就引起科学家们的高度注视。这是因为,海底     

大洋富钴结壳成因机制的探讨——水成因证据

根据对大洋富钴结壳的分层与年龄、分层与生长速率、生长间断等观测事实,以及大洋富钴结壳主量元素锰、铁元素及钴元素、铂元素、稀土元素、氦同位素、锇同位素等的水成富集,指出大洋富钴结壳是水成因的,进而指出富钴结壳的形成与基岩无关,水动力条件、最低含氧带、生物作用等可能对富钴结壳的形成有控制作用。同时,富钴结壳不一定只生长在岩石裸露的海山上,在沉积物覆盖的海山区也有可能找到富钴结壳。     

声学探测技术在富钴结壳勘探中的应用及展望

富钴结壳是深海固体矿产之一,其资源潜力巨大,已成为世界各国竞相调查的重要对象。声学探测技术作为一种海洋地球物理探测技术,因其在大面积调查和局部连续精细勘探方面的独特优势,在富钴结壳资源调查中得到了广泛应用。在搜集整理国内外相关文献的基础上,概述了富钴结壳的分布特征,分析传统勘探方法的不足,系统介绍多波束、侧扫声呐、浅地层剖面、原位高频测厚等声学探测技术在富钴结壳勘探中的应用现状。通过比较分析国内外声学探测技术发展现状以及未来富钴结壳勘探需求,提出3点未来发展趋势：开发一体化声学探测技术以实现海底特性的综合性测量;综合利用深海潜水器以实现近底高精度探测;深度融合大数据和人工智能技术以实现海量声学数据的智能化处理。     

南海多金属结壳(核)铁锰矿物/海水界面效应与成矿元素的富集

海底铁锰结壳和结核是重要的海底矿产资源,蕴含着丰富的金属元素并且具有巨大的经济价值。本文主要以南海多金属结壳（核）为研究对象,采用X射线粉晶衍射（XRD）、激光拉曼光谱、红外光谱分析（FTIR）以及X射线光电子能谱对铁锰矿物的矿物学和谱学特征进行了系统的分析和研究。粉晶衍射和拉曼光谱分析结果表明,南海多金属结壳的矿物组成为水羟锰矿、石英和长石,结核的矿物组成为钡镁锰矿、水羟锰矿、石英和长石,铁相矿物均为无定形铁氧化物/氢氧化物,并且锰相矿物和铁相矿物的结晶程度均较差。红外光谱分析结果显示多金属结核和结壳中的铁锰矿物具有大量表面羟基,这些含质子表面羟基官能团,可为海水中各成矿元素的络合提供丰富的活性位点。XPS分析表明多金属结核和结壳中铁锰矿物表面以Fe、Mn和O元素为主,其中Fe呈正三价态,Mn以正四、正三价为主,可能还含有少部分正二价态。对比南海多金属结壳（核）与太平海山结壳,南海多金属结壳（核）具有更为显著的表面羟基氧（-OH）含量,而太平洋海山结壳则以晶格氧（O^2-）为主,表明太平洋海山结壳铁锰矿物结晶程度较南海多金属结壳（核）高。综合研究表明,在海底铁锰结壳和结核中（氢）氧化锰/铁矿物与海水之间界面效应对金属离子的富集机理主要有：（1）金属离子与矿物表面羟基进行络合反应,形成以配位键相连的羟基络合物,或与表面的质子交换生成稳定的内层络合物;（2）矿物的带电表面与金属离子通过静电作用形成双电层,生成外层络合物;（3）金属离子与矿物结构中的Mn、Fe离子同晶置换而成为结构阳离子。     

News from the seabed – Geological characteristics and resource potential of deep-sea mineral resources

Marine minerals such as manganese nodules, Co-rich ferromanganese crusts, and seafloor massive sulfides are commonly seen as possible future resources that could potentially add to the global raw materials supply. At present, a proper assessment of these resources is not possible due to a severe lack of information regarding their size, distribution, and composition. It is clear, however, that manganese nodules and Co-rich ferromanganese crusts are a vast resource and mining them could have a profound impact on global metal markets, whereas the global resource potential of seafloor massive sulfides appears to be small. These deep-sea mineral commodities are formed by very different geological processes resulting in deposits with distinctly different characteristics. The geological boundary conditions also determine the size of any future mining operations and the area that will be affected by mining. Similarly, the sizes of the most favorable areas that need to be explored for a global resource assessment are also dependent on the geological environment. Size reaches 38 million km² for manganese nodules, while those for Co-rich crusts (1.7 million km²) and massive sulfides (3.2 million km²) are much smaller. Moreover, different commodities are more abundant in some jurisdictions than in others. While only 19% of the favorable area for manganese nodules lies within the Exclusive Economic Zone of coastal states or is covered by proposals for the extension of the continental shelf, 42% of the favorable areas for massive sulfides and 54% for Co-rich crusts are located in EEZs.     

南海铁锰结核(壳)的稀土元素地球化学

于1987年5—6月间,中、西德在南海进行地球科学调查,获得5个铁锰结壳、6个铁锰结核样品。本文在利用X荧光法测定15个稀土元素的基础上,对南海铁锰结核(壳)的稀土丰度、配分模式与伴生元素的关系以及稀土的来源作了较为详细的探讨。研究表明,南海铁锰结核(壳)的平均丰度为1625×10~(-6),铁锰结核为2167×10~(-6),分别要比太平洋结核高1—2倍,比太平洋北部沉积物高3—4倍,比南海沉积物高10—20倍;结核和结壳的稀土经球粒陨石标准化后的配分模式基本相同,Ce正异常,Eu亏损不明显;与伴生元素、沉积物及岩石稀土对比研究表明,结核(壳)中稀土主要来自南海中酸性岩类风化、淋漓后缓慢沉积。     

富Co铁锰结壳铂族元素与铼-锇同位素组成及其意义

用ICP－MS测定了太平洋富Co铁锰结壳铂族元素和铼－锇同位素组成。富Co铁锰结壳不仅异常富集铂族元素，而且铂族元素及其它亲铁元素的配发与陨石特征非常相似。铁锰结壳的铼－锇同位素组成明显有别于大陆地壳岩石，和K－T界线沉积物相似，接近陨石值。世界大洋范围内的富Co铁锰结壳均产于远离海底构造热液活动区，几乎不可能受到地幔源热液作用的直接影响。因此，富Co铁锰结壳中的铂族元素可能部分来源于地外物质。     

俄罗斯大洋固体矿产资源调查研究进展

介绍了俄罗斯的海洋多金属结核、铁锰结壳、热液硫化物和磷钙土资源调查研究活动概况和发展趋势。     

大洋铁锰结核的微生物成矿过程及其研究进展

深海铁锰结核作为世界上潜在的巨大金属宝库已成为当今开发海底矿藏的热点,因而深入了解铁锰结核成矿过程成为其开发利用的先决条件。研究发现多金属铁锰结核中的铁锰矿物不仅仅是由单纯的物理作用形成的,同时也包含了海洋生物驱动的生物矿化的过程。本文介绍了运用分子生物学、矿物学和地球化学等多学科的研究方法对大洋中铁锰的生物成矿过程和成矿特征的研究。深海铁锰结核的生长速率缓慢且其生长演化伴随着微生物群落的活动,因此结核的生长过程同时也记录着不同时期微生物群落结构的变化并生成了大量的微生物化石。在铁和锰的生物矿化过程中,细菌可以通过酶促反应氧化Fe（Ⅱ）和Mn（Ⅱ）,同时可能伴随生物能量的生成,此外微生物还可以通过非酶促反应的方式促进Fe和Mn的富集沉淀。这些研究表明生物矿化作用在大洋铁锰结核成矿过程中有巨大贡献,对大洋铁锰结核的生物成因过程提供更加全面准确的理解,从而为今后进一步充实大洋铁锰结核的生物矿化理论及其开发利用提供依据。     

Precious and nonferrous metals in the ferromanganese crusts of the central Sea of Okhotsk

Thin mineral grains of nonferrous and precious metals (Ag, Au, Cu, Ni, Pb, Sn, Zn, Sb, Ti, W, Mo, and Ce) were revealed for the first time by SEM and microprobe studies of polished sections of iron-manganese crusts from the Sea of Okhotsk. The metals form native and intermetallic compounds; less frequently they form mineral oxides or sulfides. The conclusion was drawn that the main part of the native minerals represents a mechanical admixture in the ferromanganese crusts.     

西太平洋卡罗琳洋脊CM4海山铁锰结壳矿物学和地球化学特征

2017年8月中国科学院海洋研究所在西太平洋低纬度海区的卡罗琳洋脊CM4海山开展了多学科综合调查,发现该海山山体表面分布着大量的铁锰结壳。本文对该海山的5个铁锰结壳样品进行了矿物学和地球化学研究,利用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子光谱及质谱(ICP-OES、ICP-MS)等测试技术分析了铁锰结壳的矿物组成、主微量元素和稀土元素含量,并进一步探讨了铁锰结壳的成因类型。结果表明,该海山铁锰结壳的矿物组成以水羟锰矿为主,含有少量钡镁锰矿、水钠锰矿、针铁矿、纤铁矿、石英和方解石。该海山铁锰结壳的Mn、Fe、Co、Ni、Cu元素平均含量分别为24.24%、15.14%、0.16%、0.34%、0.01%。与全球各大洋海山区铁锰结壳相比,该海山样品的Cu含量很低。该海山铁锰结壳的稀土元素(REY)含量相对偏低,总体为轻稀土(LREE)富集;稀土(REY)配分模式显示相对平坦的特征,呈明显的Ce正异常,轻微的Y负异常和Ho正异常。样品的矿物组成、元素比值、元素组合等都表明该海山铁锰结壳属于水成成因,未受明显的成岩作用影响。     

Ferromanganese crusts from the Sea of Okhotsk

New data on the microstructures and the mineral and chemical compositions of ferromanganese crusts obtained from the western slope of the Kuril Island Arc in the Sea of Okhotsk during cruises of the R/V Vulkanolog are discussed. The study of the crusts using analytical electron microscopy methods revealed that their manganese phase is represented by vernadite, Fe-vernadite, todorokite, asbolane, and asbolane-buserite, while the iron phase consists of hematite, hydrohematite, ferroxyhite, and magnetite. The assemblage of lithic minerals includes apatite, quartz, epidote, and montmorillonite. According to the chemical analysis, most of the crusts contain a significant share of volcanogenic and hydrothermal material, which is evident from the elevated values of the Mn and Ti modules, the low concentrations of some trace elements, and the positive Eu anomaly in the rare earth elements composition.     

南海铁锰结核(壳)的元素地球化学研究

本文利用南海11个铁锰结核(壳)样品的化学分析资料,研究了铁锰结核(壳)中Fe,Mn,Cu,Co,Ni,Pb,Zn,Cr,K,Na,Ca,Mg,Si,P,Al,Ti,Sr,Ba及∑REE的元素地球化学特征。结果表明:(1)铁锰结核(壳)以高Fe,∑REE,低Mn,Cu,Co,Ni等元素为主要特征;(2)铁锰结核(壳)中Fe,Mn间无明显相关,而Fe与∑REE,∑Ce,∑Y呈弱的正相关,Mn与∑REE,∑Ce,∑Y呈明显的正相关,结壳中Fe,Mn与Si,Al,Cu Co Ni呈负相关;(3)结核(壳)中Mn/Fe与Cu/Ni,Ce/La呈负相关,Mn/Fe主要受Mn控制;(4)结核(壳)中Fe,∑REE等元素主要来自南海陆源中酸性岩类的风化、淋滤和沉积。