西太平洋海底多金属结核空间分布与多波束回波强度的关系

西太平洋高丰度高覆盖率多金属结核的发现受到各国学者的高度关注,如何高效探测不同覆盖率和丰度的多金属结核分布特征是目前研究的重点。利用EM122多波束回波强度资料对西太平洋海盆结核分布特征进行分析,结果表明,回波强度的高低变化与结核覆盖率关系密切,而当结核覆盖率相当时,回波强度的高低变化反映了结核的粒径大小,其中大型结核（直径D>6 cm）较多时,回波强度值明显增大。利用最大似然分类方法对回波强度资料进行监督分类,得出深海沉积物、低丰度、中等丰度和高丰度结核空间分布,结果显示,深海粘土沉积区与丰度>>30 kg/m2的高丰度结核分布区多回波强度差异高达近20 dB。     

深水多波束回波强度数据处理技术探讨

多波束回波强度数据不但可用于分析和解释海底地貌,也可用于反演海底底质类型及其分布状况或者水下目标识别方面的研究。以EM 122多波束声纳系统数据为例,详细探讨应用CARIS多波束处理软件对某深水多波束作业区的回波强度数据的处理过程。根据软件处理后的数据浅析灰度量化及拼接方法,进一步改善声强图像的质量,后处理图像为多波束水下目标识别和海底底质分类研究提供准确、表述清晰的基础数据。     

多金属结核海底照片的图象识别与处理

NIRS是结核海底照片的处理系统。照片具点光源特征,中间亮边部暗,依光强与射线距离平方成反比的关系将其校正为平行光源照片;模式识别综合利用灰度、形状等特征分割图象与背景,圈定结核,然后计算覆盖率、估算丰度,以数据库存储管理信息。配置了1850DPI底片扫描仪,显示图象清晰。分析了DY851,DY853航次照片处理结果,划分出五种照片类型,提出了系统的最佳使用方法,讨论了照片处理质量的评价方法。     

世界海底多金属结核调查与研究进展

随着全球经济的发展,世界各国都面临着严峻的资源危机,而开发利用深海固体矿产资源已成为许多国家的重要选择。人们越来越意识到,海洋已经成为实现新世纪人类社会经济可持续发展的重要空间。随着中国大洋调查的进展,有必要系统梳理世界国际海域深海多金属结核资源调查历程、研究现状及进展。深海多金属结核资源作为可能是海底分布最广、储量最大的金属资源,历来得到国际和国内学者的广泛关注。近几十年的调查和估算表明,全球海洋中大约覆盖了54×106km2的多金属结核,有商业开采潜力的资源量达75×109t。但是很多海域涉及到具体区域性的资源调查工作还有待开展,同时在新的理论认识如热液成因和生物化学作用在多金属结核形成过程中的影响以及如何使金属提取过程更加绿色环保和科学高效等学科已经逐渐成为各国学者关注的新方向。中国应该合理有效开展具有针对性的多金属结核调查,争取使中国在深海海域矿产资源的调查和开发工作中走在国际前列。     

多金属结核海底照片和图象识别与处理

ＮＩＲＳ是结核海底照片珠处理系统，照片是具点光源特征，中间亮边部暗，依光强与射线距离平方成反比的关系将其校正为平行光源照片，模式识别综合利用灰度，形状等特征侵害图象与背景，圈害结核，然后计算覆盖率，估算丰度，以数据库存储管理信息。     

海底多金属结核照片图象处理技术展望

大洋多金属结核的海底照片主要用来计算结核覆盖率,了解结核形状等,有很高的实用价值。以往靠人工解译,工作量大、费时长,照片蕴含的信息难以充分提取和利用。NIRS是一个海底多金属结核图象处理系统,能完成从照相底片输入,图象处理到成果入库的全部处理。系统在IBM486机上运行,可船载到调查现场,并已在1994年地质矿产部第二海洋地质调查大队对太平洋海底调查的DY85-3航次中使用。经查新表明,NIRS是国内外第一个在该领域已用于海底多金属结核工作的实用处理系统。     

东太平洋CC区多金属结核物质来源和分布规律

对东太平洋CC区(Clarion-Clipperton Zone)多金属结核丰度、品位、多波束地形测量、深拖光学覆盖率探测、地震勘探等一系列调查资料综合研究表明:①东区和西区结核在其化学成分和形态上有差异,但是聚类分析结果表明不能按区域断然分开;②因子分析得出东、西两区结核4种主因子是Mn组元素Mn、Cu、Ni、Zn,Fe组元素Fe、Co、Ti、Sr,岩源组元素Si、Al、K,生物元素Ca、P;③西区结核成矿物质主要来源于上覆海水中金属元素的化学沉淀,火山成矿作用使结核富集和丰度增加,趋势面和人工神经网络分析表明结核主要分布在海底坡度≤5°地区,该地区的结核量占总结核量的89.62％,坡度>5°地区结核量占10.38％;④东区结核丰度、覆盖率、地形三者变化一致,重大相变距离为10～15km,来自地幔成矿物质通过玄武质洋壳裂隙和断层,为多金属结核的形成和生长提供了丰富的物质来源,地球深部地质作用过程如基底岩浆房活动可能对结核分布产生重要影响;⑤东太平洋CC区多金属结核矿带的形成应归于海底板块扩张活动的一种资源效应和经后期表生地质作用改造的结果。     

太平洋中部微生物与多金属结核的生成关系

作者采用洋底水-岩-微生物相互作用系统的观点首次对太平洋中部洋底多金属结核开展了微生物成矿作用的研究。通过洋底各介质中微生物活动与多金属结核生成机制、成矿物质转化的微生物作用及化学作用对比模拟实验研究、观察和测定系统中成矿物质浓度及环境参数的变化,揭示了成矿组分由微生物活动引起的反应速度和演变方向;从微生物地球化学作用的观点,论证了多金属结核微生物成矿机制和成矿模式;提出了多金属结核微生物成矿阶段和成矿理论。     

太平洋CC区多金属结核丰度和品位分布特征

太平洋CC区(Clarion-Clipperton Zone)是多金属结核丰度高、品位高的分布区,也是最具有开采价值的区域,本次研究CC区多金属结核丰度和品位分布特征研究的范围为5°N—20°N、110°W—158°W区域,此区域是太平洋多金属结核最富集矿带。CC区东起110°W,西至莱恩海脊,东西延伸约3500km,南北分别以克拉里昂(Clarion)断裂带和克立帕顿(Clipperton)断裂带     

海底多金属结核的氦同位素异常及地质意义

太平洋中部CC区海底多金属结核的氦丰度和同位素比值被测定,³He/⁴He= 1.73×10^-5～13.26×10^-5。通过与大气、地壳、地幔及宇宙尘的氦同位素对比提出多金属结核的。³He/⁴He比值异常可能与海底热液或宇宙尘的注入有关。根据氦同位素异常与海底热液活动的关系指出结核中的成矿物质可能主要来源于海底热液;深晦沉积物与多金属结核的³He/⁴He比值相似,表明沉积物的沉积速率与多金属结核的生长速率基本一致。     

利用多波束回波强度进行中太平洋潜鱼海山底质分类

中、西太平洋海山区是富钴结壳的重要富集区,钙质远洋沉积、碳酸盐岩沉积及重力作用引起的滑塌沉积是海山山顶和斜坡的主要沉积类型,它们的空间分布规律对于富钴结壳的分布至关重要.在国内首次利用EM122多波束回波强度资料对中太平洋潜鱼海山进行了底质类型研究,对回波强度资料进行处理和统计分类,并与浅地层剖面和地质取样结果对比,分析得出了4种底质类型,即富钴结壳、钙质远洋沉积、碳酸盐岩基底及碎屑流沉积.这几种底质类型具有不同的回波强度特征,其中富钴结壳区表现为均一的回波强度高值特征;钙质远洋沉积区表现为均一的回波强度低值特征,二者回波强度值相差约20 dB.结果显示潜鱼海山山顶仅局部发育钙质远洋沉积,大部分为碳酸盐岩基底出露区,山顶边缘及侧翼山脊处为主要的富钴结壳分布区.此外,该海山存在3处较大规模的重力滑塌沉积区,主要为碎屑流沉积.      

海底水一沉积物界面系统中成矿元素的组合特征与多金属结核形成的关系

利用“海洋四号”调查船HY4—871,881航次在东太平洋海盆取得的底层水、沉积物、间隙水及多金属结核样品,研究探讨了海底水—沉积物界面系统不同物质相中结核主要成矿元素间的关系,并以此为基础讨论了结核成矿元素的来源及其成矿机制。研究表明,Mn、Fc在底层水和沉积物中表现出一定的正相关关系。而在间隙水和结核中则发生了完全相反的变化。间隙水中Mn、Fc密切共生,而结核中Mn、Fc则高度离散,这表明在沉积物早期成岩阶段,Mr~Fc在间隙水中有着相同的溶出富集机制,而在结核形成过程中则有着完全不同的沉淀聚集机制。此外,Co、Ni、Cu与Mn、Fc之间组合关系的变化则反映了不同海底作用的影响。底层水与结核及间隙水与结核相应元素之间关系的变化表明结核主要成矿元素的来源不同,Mn、Ni、Cu主要来源于间隙水,Fc、Co则主要来源于底层水。     

太平洋CC区的沉积间断与多金属结核的关系

根据对取自东北太平洋“克拉里昂”和“克里帕顿”两断裂带之间的４３０号柱状岩芯的多学科的综合分析结果，发现该岩芯中至少存在四个比较明显的沉积间断。这四个沉积间断分别处于岩芯的表层，２８ｃｍ，２１５ｃｍ，和３２０ｃｍ处，其年代分别为全新世，中更新世，上上新世和中中新世－上上新世。南极底层流的发育则是造成上述沉积间断的主要原因。     

大洋多金属结核同位素地球化学研究

本文对DY85-1航次采自东太平洋海盆“CC”区不同地貌区、不同类型的大洋多金属结核进行了O、C、H、Si等同位素综合研究。结果表明,O同位素变化能反映结核的生成环境、生长速率、物质来源及成矿机理;Si同位素组成特征能帮助推测结核核心物质的来源;C同位素的研究表明,多金属结核成矿作用是在古海洋水变冷的总趋势下进行的;δ13C、δ18O和δD的规律变化,反映了海洋水变冷的周期性和渐变性。     

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。     

大洋多金属结核研究概况

从多金属结核的分布及富集规律、物质成分、内部结构、形成机制等方面论述了目前国内外的一些研究动态,对目前在这一研究领域提出的一些新概念、新方法作了一定的介绍.在分析和总结前人研究成果的基础上,指出了在这一研究领域还存在的一些问题及今后研究的方向.     

深海多金属结核分布与有价元素提取工艺进展

深海多金属结核主要分布在CP区和CC区等不同海域,表层沉积物均以硅质粘土为主,CP区多金属结核丰度一般大于15 kg/m~2,Cu+Co+Ni品位较低,一般小于1.8%;CC区区内丰度大于5 kg/m~2的占45%,主要集中在本区的中部和南部,其对应的品位高于2.5%,基本呈纬向带状分布。外部结核层、内部结核层与核心层w(Fe_2O_3)、w(MnO)分别为9.4%～12.8%、39.7%～46.5%,不同结核层中钠水锰矿、钡镁锰矿、δ-Mn_2等主要矿物的XRD衍射峰强度呈现一定差异。外部结核层较薄,内部结核层较厚表面布满规则裂纹,核心层至少具有一个形核核心。多金属结核中所含金属元素种类丰富、多矿物紧密混杂,难以提取其中的Mn、Fe、Cu、Co和Ni等有价金属元素。火法冶炼有熔炼法与直接还原法,其产品一般为富锰渣与合金,酸/碱法浸出可得到Mn、Fe、Cu、Co和Ni等的金属,其浸出率基本能达到85%以上,甚至可以达到95%以上。生物法可通过微生物浸出多金属结核的Mn、Fe、Cu、Co和Ni等元素。此外,熔炼-锈蚀法、电解法等处理多金属结核同样效果显著。     

多金属结核中二氧化锰的测定

用过量的含有Ｈ２ＳＯ４的（ＮＨ４）２Ｆｅ（ＳＯ４）２溶液分解多金属结核的同时,还原了试样中的ＭｎＯ２,然后以Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７标准溶液滴定测定了多金属结核中的ＭｎＯ２。就样品分解过程中的加热温度和时间对测定结果的影响及标准溶液的标定等问题进行了讨论,经多次测定,方法重现性好。应用此方法为新研制的多金属结核标准物质提供了ＭｎＯ２的定值数据,其结果与初定值相符,无剔除值,精密度（ＲＳＤ,ｎ＝８）小于０６％。     

太平洋中部多金属结核中锰矿物的电镜研究

利用电子显微术,研究太平洋中部多金属结核中的锰矿物。主要锰矿物为水羟锰矿和钡镁锰矿,它们显示不同的电子衍射花样特征和形貌特征。钡镁锰矿根据形态特征分为三个相:纤维状、片状和板条状。水羟锰矿和钡镁锰矿都是自生矿物,水羟锰矿主要是通过微生物氧化直接从溶液中沉淀生成。而钡镁锰矿则是在没有微生物参加下由溶液中分离出来的。两种矿物之间有着密切的生长关系。