基于高斯混合模型的太平洋深海盆地多金属结核成因分类

多金属结核类型成因分类是海底矿产资源关注的重要地质问题,诸多学者一直探索利用多金属结核地球化学特征进行多金属结核成因判别。近年来,随着大数据分析方法的应用,为探索利用机器学习技术进行多金属结核地球化学特征进行成因分类提供了很好的思路和方法。本文基于多年调查研究获取的太平洋多金属结核地球化学数据,利用高斯混合模型聚类分析技术,实现了太平洋深海盆地多金属结核成因分类,并对水成型结核进行了进一步判别分析,共划分出成岩型、混合型、水成Ⅰ型和水成Ⅱ型四类成因多金属结核,为太平洋深海找矿突破和资源评价提供重要依据。同时,不同成因类型结核空间预测结果显示,西北太平洋海域是水成Ⅰ型富钴多金属结核的主要分布区域之一,主要分布在马尔库斯—威克海山群、麦哲伦海山群北部、马绍尔海山群和中太平洋海山群西南部的山间盆地,以及附近的皮嘉费他海盆和中太平洋海盆西北部,是未来西太平洋富钴多金属结核资源找矿突破需要关注的关键海域。     

海底固体矿产资源综合信息定量评价方法初探

深海固体矿产资源,如多金属结核、富钴结壳、热液硫化物等,越来越受世界各国重视,以此为目标的调查与评价工作也越来越受重视。然而,由于深海矿产资源评价工作与陆地存在差异性,诸如调查程度低、控矿因素复杂、背景资料少、区域广大等等,陆地矿产资源评价工作中常用的定量评价方法未获得系统应用。本文尝试     

“蛟龙号”载人潜器在海山富钴结壳资源评价中的应用

<正>深海矿产资源十分丰富,是人类开发利用的重要领域,随着深海矿产勘查、开发和利用技术的不断进步,人类利用深海矿产资源的能力不断提高。深海矿产资源主要包括多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物,这三种资源我国已经与国际海底管理局签订了勘探合同,其中多金属结核是2001年签订的,多金属硫化物是2011年签订的,而富钴结壳合同是2014年签订的,合同期均为15a。富钴结壳具有Mn、Co、Cu、Ni、Pt、REE和其他金属的潜在矿产资源和储存在结壳层中古环境信息     

中国海洋国土的确定及矿产资源

我国是有辽阔海洋国土的海洋大国,海陆总国土面积约1 260×104km2。中国海处于大陆边缘,其海底地貌可分为大陆架、大陆坡、岛弧、海沟和深海海盆五大类。本文按地体构造分析我国海域及邻区的构造,其主体处于欧亚板块的华北亚板块、扬子亚板块、华南亚板块、南海亚板块和东南亚亚板块,其中亚板块可分为若干地体。台湾海岸山脉及其以东区域位于菲律宾海板块。三叠纪以来,这些板块、亚板块和地体处于不断拼合、增生或离散之中。按照联合国海洋法公约,渤海是内海。黄海的西部海域,东海和南海的大部分海域都是我国国家管辖的专属经济区,都是中国海洋国土,根本不是什么公海。我国海洋矿产资源极其丰富,海洋油气资源的勘探与开发居最重要的地位。除了已开采海滨砂矿、铜、煤等固体矿产之外,应特别要重视海洋多金属结核、天然气水合物等资源的勘探和开发。     

深海多金属结核开采潜在工程地质环境影响研究进展

深海多金属结核广泛分布于全球海底,资源储量丰富、开采潜力巨大。自20世纪60年代,围绕深海多金属结核开采提出了连续链斗式、穿梭艇式、管道提升式等的采矿方式,目前研究中多以管道提升式研究为主。将赋存在海床沉积物表面的多金属结核开采出来必然会引起表层沉积物的扰动,从而影响海水化学性质及海洋生物活性。国内外学者围绕深海多金属结核开采,从结核的资源储量、矿区工程地质条件、开采技术、环境影响等方面展开了诸多研究。基于国内外大量文献资料,着重整理了深海多金属结核富集区CC区(东太平洋的克拉里昂—克里帕顿断裂带之间的海底区域)的研究进展。针对以管道提升式开采方式开采深海多金属结核产生的潜在工程地质环境影响得到以下几点认识:(1)结核开采过程中对表层沉积物产生扰动致使沉积物发生再悬浮,再悬浮颗粒浓度是影响海水化学性质、海洋生物活性的主要原因;(2)矿区表层沉积物的工程地质性质是深海多金属结核开采过程中生态环境影响程度的关键控制因素,其决定了结核开采时沉积物再悬浮的质量、空间分布特征;(3)目前多金属结核开采的环境影响评价多基于对生物群落的影响程度进行定性的评价,尚未有基于沉积物工程地质性质变化、再悬浮沉积物时空分布规律进行的环境影响评价,未来深海多金属结核开采环境工程地质影响定量评价系统有待建立。以上认识对于深入了解多金属结核开采研究现状、工程地质环境影响特征、监测环境影响内容有重要意义。     

富钴结壳标准物质研制完成

富钴结壳（cobalt－richcrusts）是继大洋多金属结核之后又一储量巨大的深海矿产资源。与多金属结核相比，由于它的经济价值更高（富含Co和Pt），分布更集中（生长在海山表面），产出水深较浅，由开采带来的环境影响较小，而倍受重视。人们普遍认为，富钴结壳有可能更早地投入商业性开发，从而成为当今深海矿产资源研究的重点。在“大洋矿产资源研究开发”国家专项“九五”计划的支持下，国家地质实验测试中心、国家海洋局第二海洋研究所、广州海洋地质调查局、矿产资源研究所和俄罗斯大洋地质与矿产研究所按照国际标准化组织（ISO）和国…     

我国深海矿产研究:进展与发现(2011—2020)

深海矿产是地球上尚未被人类充分认识和利用的最大潜在战略矿产资源,近十年我国在该领域的研究取得了重要进展。在太平洋国际海底区域申请到2块多金属结核勘探区、1块富钴结壳勘探区,在西南印度洋中脊申请到1块多金属硫化物勘探区。研究阐明了我国多金属结核和富钴结壳勘探区小尺度成矿规律,揭示了其成矿作用过程及古海洋古气候记录,探讨了关键金属元素富集机制。在西南印度洋、西北印度洋和南大西洋中脊发现了多处热液区,阐述了其成矿作用及控制因素,建立了超慢速扩洋中脊热液循环模型,探讨了拆离断层型热液成矿系统的成矿机制。在太平洋和印度洋划分了4个深海稀土成矿带,在中印度洋海盆、东南太平洋和西太平洋深海盆地发现了大面积富稀土沉积区,初步揭示了深海稀土的富集特征、分布规律、赋存状态和成矿机理。今后在继续加大深海矿产资源调查研究的同时,应聚焦深海关键金属成矿作用研究。     

矿物测年技术在深海多金属硫化物找矿中的应用

<正>自1978年在EPR21°N附近发现深海热液多金属硫化物沉积以来,各国学者又在大西洋洋脊、印度洋洋脊等全球主要大洋中脊单元和弧前、岛弧和弧后盆地发现了深海多金属硫化物矿点或矿体,该类矿床因富集Cu、Pb、Zn、Au和Ag等金属而受到人们在科学认识和经济价值方面的兴趣。我国作为全球最大的发展中国家,经济稳固发展的同时对一些金属矿产特别是贵金属、稀有金属的需求也日趋强烈。在近年来国内深海资源(包括深海多金属硫化物资源)调查研究加速发展的背景下,寻找有     

太平洋库克群岛结核结壳稀土成矿研究

太平洋海底蕴藏着丰富的矿产资源。事实表明,稀土不仅蕴含于深海软泥中,还蕴含于海底多金属结核和富钴结壳,而且两者的平均稀土含量高于深海软泥。本文统计并计算了世界上公开发表的富钴结壳和多金属锰结核的稀土数据。结果表明,全球多金属锰结核的稀土元素和钇REY平均含量为1000 μg/g,重稀土和钇(HEY)在结核结壳中的比重则普遍高于15%;而富钴结壳中的REY平均含量则为2310 μg/g,远高于多金属锰结核的稀土含量。     

深海沉积物中稀土元素的富集成矿作用

我国虽是稀土大国,但重稀土仍是十分紧缺的关键金属资源。2011年日本学者Kato等在太平洋深海盆地中发现了大规模富含稀土元素的沉积物,引起世界各国高度重视。深海富稀土沉积物广泛分布于海底,其富集稀土元素尤其是相对富集重稀土元素等关键金属,是继大洋结核结壳、洋中脊热液硫化物、天然气水合物之后一种重要的海洋矿产资源。目前太平洋和印度洋中都证实有大面积富稀土沉积物的存在,我国科学家将深海稀土资源分为4个主要成矿远景区,其中太平洋3个,印度洋1个。富稀土沉积物的矿物组分主要包括生物成因磷灰石（鱼牙和鱼骨）、微结核（铁锰氧化物或氢氧化物）、沸石、黏土矿物等,其中生物磷灰石是最重要的稀土载体。稀土元素直接来源于上覆海水和孔隙水,热液和火山活动可能也有贡献。水深、沉积速率和氧化还原环境等是控制深海稀土元素富集的重要因素,强底流、海底火山和热液活动以及气候事件所导致的陆源输入的变化也会对深海稀土富集产生重要影响。深海稀土成矿作用仍然存在一些尚未解决的科学问题,需进一步加强深海富稀土沉积物成因及超常富集机制等的研究,以丰富和完善深海稀土的成矿模型,为我国在深海稀土富集区的勘探研究与实践提供重要借鉴。     

基于CC区的多金属结核矿床成因地质模型

通过对东太平洋克拉里恩.克里珀顿区(CC区)和中国多金属结核开辟区(COMRA区)多金属结核的国内外研究资料和数据加以归纳总结,从多金属结核产出的区域地质背景、富集成矿条件以及结核的生长过程及其历史等方面,较全面地阐释了多金属结核的成因机制,深化了对有关多金属结核矿床形成演化控制因素的认识.在明确大洋多金属结核矿床定义基础上,分别建立了基于CC区的宏观、中观和微观三个不同空间尺度的多金属结核区域成矿模型、矿床成矿模型和结核生长模型,完整地提取了多金属结核矿床成因地质模型,为CC区潜在矿产资源的预测和评价提供了重要的科学依据.     

南海边缘海多金属结核与大洋多金属结核对比

本文通过系统对比分析前人研究成果,研究了南海边缘海多金属结核的成矿特征,结果表明：南海边缘海结核的矿物组成与大洋结核相似,均主要由锰相矿物和铁相矿物组成,其中锰相矿物主要为水羟锰矿和钡镁锰矿,铁相矿物主要以无定型铁氧化/氢氧化物形式存在,另外南海边缘海结核中含有大量硅酸盐矿物,表明在南海结核成矿过程中受到大量的陆源碎屑矿物混杂;相对于大洋主要经济成矿区的多金属结核,南海边缘海多金属结核中主要的经济元素如Mn、Cu、Co、Ni和Zn质量分数较低,而亲陆源性元素如Fe、Ti、P、Nb、Pb、Rb、Sc、Ta、Sr、Th和REY（REE和Y）等质量分数较高;南海边缘海多金属结核的元素地球化学特征和REE配分模式显示其为水成成因,并呈现更低的Mn/Fe值;同时南海边缘海结核也具有较快的平均生长速率及较高的δCe正异常,表明其生长在更为氧化的海水环境。虽然较快的沉积物沉积速率和动荡的海水环境影响了南海边缘海结核的成矿,但大量陆源物质进入海洋也为南海边缘海结核提供了丰富的成矿物质来源,便于南海边缘海结核的快速生长成矿。南海边缘海结核富集有Fe、Ti、Pb、Rb、Th和REY等金属元素,同样可以作为极具潜力的海洋矿产资源。南海边缘海多金属结核具有其独特的地球化学特征,与大洋多金属结核存在着明显差异。     

证据权法在CC区潜在多金属结核资源预测中的应用

运用证据权法,根据东北太平洋Clarion-Clipperton地区(简称CC区)的海底断裂构造、海底沉积物类型、初级生物生产力、水深等主要控矿地质证据资料,对该地区潜在多金属结核资源进行了预测。地质证据与多金属结核矿床的空间相关性研究表明,控制多金属结核的地质证据依次为:海底沉积物类型、初级生物生产力、海底断裂构造和水深。预测结果表明,已发现的多金属结核矿床分布的后验概率区间为0.29~0.73,说明证据权法在大洋多金属结核潜在资源预测中具有良好的应用效果。多金属结核矿床形成的有利后验概率区间表明,在研究区的西南部和南部存在寻找多金属结核资源的潜力地段。     

太平洋中国开辟区锰结核生物成因研究

本文对叠层石（微小叠层石与奇异叠层石）及其建造者（中华微放线菌与太平洋螺球孢菌）在结核中显示的规律性特征,叠层石纹层与超微生物生长,主要锰矿物及Fe、Mn元素与叠层石类型之间关系以及超微生物直接成矿等作了深入研究。结果表明：锰结核中叠层石柱体一般都显示出纹层、纹层组与纹层带3个级别的生长韵律,明层菌丝体密集,暗层菌丝体稀疏;两种叠层石类型与超微生物化石种存在着良好的对应关系;主要锰矿物含量变化与叠层石类型密切相关;叠层石柱体内Fe、Mn元素分布比柱间空隙具有明显的规律性,而全球性大气化程度比生殖菌丝强;超微生物的生化作用与沉积粘附作用直接造成了结核中Fe、Mn元素的富集,而全球性大气修与洋底微环境的周期性变化,影响了微生物生长的兴衰,导致了明暗相间纹层的交替出现。我们认为,叠层石纹层显示的韵律性特征,是胶体化学作用与沉积作用难以形成的,只有微生物群体的世代繁衍,才能构筑成几乎固定不变的叠层石柱体形态。上述研究成果,进一步确立了大洋锰结核的生物成因观点。     

Estimating growth rates of ferromanganese nodules from chemical compositions: implications for nodule formation processes

Using available information on the accretion rates and the bulk chemical compositions of oceanic ferromanganese nodules, it can be shown that the accumulation rate of manganese is proportional to the square of the accumulation rate of iron. This relationship has been used to derive an equation that predicts nodule growth rates from their chemical compositions. The equation accurately predicts growth rates up to about 50 mm/10⁶ yr, but yields incorrect rates for faster-growing concretions. From this relationship nodules underneath water of high primary productivity grow most rapidly and accumulate transition metals most rapidly; however, nodules from regions of highest primary productivity do not have the highest concentrations of nickel and copper. Reduction of manganese within the sediment column and remobilization of a fraction to the surface sediments adds manganese to nodules without substantially augmenting the supply of other transition elements. The addition of remobilized manganese to the nodule dilutes the concentrations of nickel, copper and iron, even though their rates of accumulation are also high.     

太平洋调查区多金属结核的地球化学特征和成因

东太结核主要为半埋藏和埋藏型,发育于以黏土和硅质组分为主的沉积环境。东太结核的锰相矿物主要有水羟锰矿和钡镁锰矿,具有较高的REY、Cu、Ni含量和Mn/Fe比值,显示遭受间隙水的影响,落入水成成因和成岩成因两个区间范围。西太结核主体暴露在海水中,周围沉积物主要由深海黏土组成。西太结核的锰相矿物几乎只有水羟锰矿,具有较高的REY、Co含量和低Mn/Fe比值,属于典型的水成成因型。两个区域的多金属结核的稀土北美页岩标准化模式均显示Ce正异常、Y负异常和无或弱Eu异常,与海水稀土特征构成良好的耦合关系,是多金属结核对海水稀土选择性富集的结果。西太结核相对东太结核具有更高的Ce含量和δCe,Co、Ti与Ce具有良好的正相关关系。研究认为海水中溶解氧并不一定是控制结核Ce正异常程度的关键因素,Co、Ti等元素及其相关组分能够引起Ce与其他稀土元素的强烈分馏,也可能是影响多金属结核Ce正异常程度的控制因素。研究区多金属结核和富钴结壳表层样的ε_Nd范围为-6.6~-2.5,是全球最富放射性成因Nd的海洋铁锰壳层。结合稀土模式以及Eu异常特征,本研究认为多金属结核的稀土主要来自ε_Nd相对较高的周围陆壳,可以通过河流或者大气沉降等方式输送到大洋,而研究区广泛分布的海山玄武岩释放的放射性成因Nd同位素对海水的影响微弱。     

Marine mineral resources

Oceanic manganese nodules, for long the cornucopia of sea floor mineral deposits, have lost much of their economic attractiveness in recent years as a result of depressed metal prices and difficulties surrounding their potential extraction under the Law of the Sea Convention. In their place, commerical interest in mineral deposits within Exclusive Economic Zones has increased, while the scientific world is enamoured with the black smokers discharging at mid–ocean ridges and the polymetallic sulphides that precipitate from them.     

潜在多金属结核矿床GIS预测系统设计与应用

文章简要介绍了赤道东北太平洋Clarion-Clipperton海区多金属结核矿床产出的大地构造位置和结核空间分布特点。根据该海区多金属结核的成因特点,预测该海区潜在多金属结核矿床的分布,对潜在多金属结核矿床GIS预测系统进行了需求分析和系统设计。采用Microsoft公司的Visual Basic 6.0和RSI公司的IDL 6.0编程语言及Microsoft公司的Access数据库,选用ESRI公司的MapObjects 2.3 GIS组件,对该软件系统的"文件"、"查询"、"图层管理"、"查明资源"、"潜在资源"、"工具"、"浏览"、"帮助"等8大功能进行了编程实现。系统运用于国际海底区域研究"十五"专项课题"基于CC区的多金属结核矿床地质模型"研究中,获得了该区查明资源估算量、潜在资源位置和数量等预测成果。     

Uranium in pacific deep-sea sediments and manganese nodules

A total of 1344 manganese nodules and 187 pelagic sediments from 9 areas in the North and the South Pacific were analyzed for U by the delayed-neutron counting technique. A strong positive correlation between U and Fe in nodules and sediments suggests a co-precipitative removal from sea water into the Fe-rich ferromanganese mineral phase δ -MnO₂. Enrichment of U and Fe in nodules from the northwestern slopes of two submarine hills (U between 6 and 9 ppm) in the equatorial nodule belt is thought to be caused by directional bottom water flow creating elevated oxygenized conditions in areas opposed to the flow. Economically important nodule deposits from the nodule belt and the Peru Basin have generally low U contents, between 3 and 5 ppm. Insignificant resources of U of about 4 × 10⁵ in the Pacific manganese nodules are estimated.