Geotechnical properties of oceanic sediments in polymetallic nodules belts

I~IOWOver years POlylnetallic noduleS are considered one of POtential rererces with the most econOAnc value in ocean rererces. MOSt countries have conducted thorOUgh investigations and researcheS in polyTnetallic nodules belts and a vast amount of data have aam collected. These dataprovide bases for cornmercial exploitation Of the polyrnetallic nodules in the future.~echnical properties are very imPOrtant to the selection of mining methods, and affect thedesign and manufacture of ocean…     

人工神经网络在多金属结核研究中的应用

本文通过对太平洋CC区多金属结核成矿背景的综合分析,利用人工神经网络随机BP算法,建立能够反映控矿因素的地质因子与结核分布参数间关系的人工神经网络模型,用于研究海底多金属结核的分布。本文对BP算法加以改进,提高了BP网络的收敛速度,加强了BP网络的学习和记忆功能,开发出人工神经网络的软件包,该软件包能够快速估算矿区内每个位置结核的丰度值,且具有较高的容错性。     

深海多金属结核生长模拟及宏观形貌研究

研究旨在提出深海多金属结核生长的数值模拟方法,以获取典型的结核宏观形貌,为后续结核输运过程的冲击碎裂仿真提供几何模型。根据已有的深海多金属结核采样研究结果,假定矿物沉积速率满足正态分布。将多阶段时变随机沉积模型嵌入ABAQUS UMESHMOTION子程序中,通过控制网格节点移动实现了结核多阶段随机生长模拟,给出了结核不同生长阶段的外形及截面特性模拟结果。分析了鱼骨、鲨鱼牙齿、板岩、鹅卵石等典型不同核心物质及矿物沉积速率变异性对结核生长过程的影响,确定了核心物质在海床淤泥中埋置深度对结核生长形态的影响。研究表明：基于网格节点移动的结核生长模拟技术可有效处理结核几何拓扑变化较小的生长过程,核心物质的初始形状及其在海床上的埋置深度是影响结核形貌的主要原因,而矿物沉积速率的变异性则主要影响结核表面的光滑度。     

地形坡度对多金属结核分布的控制作用

选取我国东太平洋多金属结核开辟区内的一个区域作为研究区,利用人工神经网络中应用最为广泛的BP网络,建立控制多金属结核分布的地质因素与多金属结核分布之间的映射关系,探讨地形坡度对多金属结核分布的控制作用.结果表明,在经度、纬度、水深、坡度四个因素中,坡度对结核分布影响程度最大;多金属结核主要分布于坡度小于5°的地方;当坡度小于5°时,丰度与地形坡度呈正相关,品位与地形坡度呈负相关,丰度与品位呈负相关;品位与坡度似呈指数关系,坡度增大,品位降低.     

东太平洋多金属结核中放射性核素的不破坏γ谱分析

用HPGeγ谱仪不破坏地直接测定了采自东太平洋的20个多金属结核样品,样品中可探测到的核素有238U,230Th,226Ra,210Pb,228Ra,228Th,235U,227Ac(或231Pa)和40K.对样品顶侧和底侧分别面对探测器的计数率和计数率比进行了分析,获得了其所蕴含的多金属结核生长、运动、放射性核素来源及其与环境关系的信息.提出了判断多金属结核顶、底侧的新方法.并根据顶、底侧230Th计数率比推测多金属结核不同的滚动时间.     

Geochemical types of pacific polymetallic nodules: An application of multivariate analysis

A total of 843 samples of Pacific Ocean polymetallic nodules (PNs) from five survey areas have been studied (metals analyzed: Mn, Fe, Ni, Cu, Co, Zn, Pb). The statistical analysis included the following techniques: factor R analysis, quick cluster Q analysis into 50 preclasses, various hierarchical cluster Q analyses (HCAs) using the preclasses (application of different HCAs to an identical set of data and of an identical HCA to two different subsets of the data), comparison of the HCA. The PNs of the survey areas can be grouped into five geochemical types (I‐V). The genesis of the PNs was interpreted as early diagenetic, hydrogenetic, and mixed (early diagenetic/hydrogenetic and hydrogenetic/hydrothermal. In addition, some further conclusions regarding the applicability of various HCA techniques depending on the structure of the data set have been drawn.     

分形理论在太平洋多金属结核分布研究中的应用

分形理论与耗散结构、混沌理论一样,是最近一个时期非线性科学研究中所取得的重要成果[1],并在近年来得到了迅速的发展.其主体内容是研究系统的自相似性和不规则性,能为复杂问题的定量化提供新的途径[2].用分形理论研究地质现象是非线性科学的一个重要方向,前人已在地质数据的分形结构、地质时空结构的自相似性及其动力学机制、地质现象的分形重建与矿床分形统计预测方法等方面进行探索,取得了一些重要成果[3～6],但值得指出的是地质分形是统计意义上的无规分形,与数学意义上的严格自相似有区别.     

东太平洋多金属结核分布的二维趋势面分析

对规则网的 469个测站的多金属结核丰度和 93个测站的 Mn、 Cu、 Co、 Ni元素进行趋势面分析 ,经 F检验 ,各变量的变异性显著 ,拟合度较低 ,表明多金属结核丰度及 Mn、Cu、Co、Ni金属元素的控制因素比较复杂。趋势面分析结果与相关分析结果一致 ,Mn、Cu、Ni元素有极相似的趋势特征 ,有两个轴向分布 ,一个为东西向轴 ,高值区在东部 ,另一个为北西向轴 ,高值区在北西部 ;结核丰度与 Co也有极相似的趋势特征 ,高值区在西部。应用逐次趋势面分析的结果将结核丰度的地质特征分解成各种简单控制因素的叠加 ,使对多金属结核的控矿因素、分布规律和物质来源的研究方法多样化     

西北太平洋多金属结核铂族元素地球化学特征

Polymetallic nodules and cobalt (Co)-rich crusts are enriched in platinum-group elements (PGEs),especially platinum (Pt) and may be important sinks of PGEs.At present,little information is available on PGEs in polymetallic nodules,and their geochemical characteristics and the causes of PGEs enrichment are unclear.Here PGEs of polymetallic nodules from abyssal basin in the Marcus-Wake Seamount area of the Northwest Pacific Ocean are reported and compared with the published PGEs data of polymetallic nodules and Co-rich crusts in the Pacific.The total PGEs (ΣPGE) content of polymetallic nodules in study area is 258×10~(–9) in average,markedly higher than that of Clarion-Clipperton Zone (CCZ) nodules (ΣPGE=127×10~(–9)) and lower than that of Co-rich crusts in the Marcus-Wake Seamount (ΣPGE=653×10~(–9)),similar to that of Co-rich crusts in the South China Sea(ΣPGE=252×10~(–9)).The CI chondrite-normalized PGEs patterns in different regions of polymetallic nodules and cobalt-rich crusts are highly consistent,with all being characterized by positive Pt and negative Pd anomalies These results,together with those of previous studies,indicate that PGEs in polymetallic nodules and Co-rich crusts are mainly derived directly from seawater.Pt contents of polymetallic nodules from the study area are negatively correlated with water depth,and Pt/ΣPGE ratios in nodules there are also lower than those of the Corich crusts in the adjacent area,indicating that sedimentary water depth and oxygen fugacity of ambient seawater are the possible important controlling factors for Pt accumulation in crusts and nodules.     

中国多金属结核西示范区的结核小尺度分布特征

利用在中国多金属结核西示范区加密调查中获取的海底视像资料,通过水下定位数据处理和结核覆盖率计算,并结合多波束地形测量数据,从结核覆盖率分布角度对多金属结核的小尺度分布特征进行研究。研究结果表明:多金属结核分布与地形有一定的对应关系,在地形平缓区域,结核覆盖率变化较平缓,而在某些地形陡峭区域,由于块状结壳的形成,结核/结壳覆盖率出现明显的跃升;西示范区为结核高覆盖率分布区,结核覆盖率沿东西方向变化不大,由北向南呈增高趋势;地形坡度对结核分布有明显的影响,在区内0°~3.6°的坡度范围内,坡度越大,结核覆盖率越高。     

太平洋东马里亚纳海盆多金属结核成因及品位控制因素

本文选取东马里亚纳海盆与CC区中国多金属结核合同区西区的多金属结核样品,采用ICP-OES、ICP-MS以及XRD等测试方法对结核表层进行了地球化学与矿物学分析,并探讨了东马里亚纳海盆结核成因以及其主要成矿元素含量的控制因素。结果表明,结核具备水成型结核的主、微量元素特征,并受到成岩作用的影响。结核上下表层各元素含量差异明显,上表层Fe、Co、P等多数主量元素及∑REYs含量均高于下表层,而Mn、Cu、Ni等元素含量在下表层明显增加。根据结核矿物学以及海洋环境特征,并结合前人数据统计分析认为,东马里亚纳海盆结核样品中Mn、Ni、Cu、Co、Fe、Ce的品位主要受控于Mn矿物组成、底层海水溶解氧和表层海水初级生产力,La、Y等稀土元素品位还受到洋中脊热液活动的制约。     

Exploration of polymetallic nodules in the Area: Reporting practices,data management and transparency

The International Seabed Authority (ISA) regulates the activities related with the exploration and exploitation of seabed mineral resources in the Area, which are considered as the "common heritage of mankind" under the United Nations Convention on the Law of the Sea. The ISA has also the mandate to ensure the protection of the marine environment. The development of good practices for the annual reporting and data submission by Contractors is crucial for the ISA to comply with the sustainable development of the mineral marine resources. In 2015, the ISA issued a new template for reporting on exploration activities, which includes the definition of the format for all geophysical, geological and environmental data to be collected and analysed during exploration. The availability of reliable data contributes to improve the assessment of the ISA on the activities in the Area while promoting transparency, which is considered as a major principle of industry best practices.     

东太平洋多金属结核及相关因素概述

以翔实的照片与图件资料为依据, 展示东太平洋中国开辟区内多金属结核类型及其在大洋底赋存状态; 结核内部叠层石纹层及其建造者——两种超微生物化石特征; 不同类型结核的矿物与化学成分特点。同时对结核分布规律与区内地化环境、水深、地形、沉积物类型等之间关系也作扼要说明。     

太平洋多金属结核中铁锰矿物分析及成因研究

铁锰矿物是大详多金属结核的重要组成,了解不同类型结核中主要铁锰矿物种类、形态、分布特点和结晶程度等,不仅有助于对锰矿物乃至多金属结核成因的研究,而且对选矿冶炼和资源的综合利用也具有现实意义.本文通过透射电子显微镜等多种手段综合分析与鉴定,指出多金属结核中主要铁锰矿物有钙锰矿、水羟锰矿、水钠锰矿、方锰矿、锰铁矿和针铁矿等.结晶程度普遍较差,钙锰矿结晶相对好于其他矿物,并在粗糙型结核中含量高,外层至核心含量稳定,变化小.水羟锰矿广为分布,但结晶差.铁矿物含量东区低于西区,结核外壳铁含量高于内核.锰矿物分布在叠层石柱体和纹层内,呈束状、纤维状和树枝状,与建造多金属结核的超微生物菌丝体形态一致.粗糙型结核是选冶的主要对象.     

九州-帕劳海脊南段共生多金属结核与富钴结壳地球化学特征及其资源意义

深海多金属结核与富钴结壳富含Mn、Co、Ni、Cu及稀土等元素,极具资源潜力,因而广受关注。选择采集自九州-帕劳海脊南段水深约3 000 m的6个多金属结核和2个富钴结壳样品进行地球化学特征研究。结果显示本区样品Mn/Fe比值为0.88～1.07,Co及稀土元素含量高,与库克群岛多金属结核元素特征相似,表现出典型的水成成因特征。与其他地区水成结核、结壳相比,样品具有较高的Ca含量,可能和其所在位置海脊部位水深较浅、位于碳酸盐补偿深度（CCD）以上有关。样品表现出Y负异常、Nd含量高等水成结核的特点,但微弱的Ce正异常特征与其他地区水成多金属结核/壳的强烈Ce正异常特征不同,这表明其生长于弱氧化环境。本区结核分布在CCD以上,最小溶氧层（OMZ）以下,是一种水成成因、贫氧生长的新型多金属结核,其物质来源、成矿模式将为揭示多金属结核的形成分布规律提供一条全新的认识途径。同时研究区结核、结壳Co及稀土元素含量较高,且分布位置较浅,易于开采,具有一定的资源潜力。     

Influence of regional and local topography on the distribution of polymetallic nodules in Central Indian Ocean Basin

Detailed bathymetric surveys from part of the Central Indian Ocean revealed several bathymetric features such as hills, slopes, valleys, and plains. Areas with a local relief of a few to hundreds of meters generally have a high abundance of polymetallic nodules with a patchy distribution. Areas with less relief have lesser abundance but a regular distribution. North-south topographic profiles have a smoother sea floor than the east-west ones. Near the minor faults, the abundance is high. Mn,Ni,Mn/Fe levels are higher in the plain areas, and rough terrains have high Fe,Co and low Mn/Fe levels.     

深海浅地层剖面特征及其与多金属结核富集度的关系

对东太平洋 Ｃ Ｃ 区内 １ 万多公里的浅地层剖面探测资料进行了统计分析, 并对深海浅地层剖面特征及其与多金属结核丰度的关系作了研究, 结果表明： 多金属结核的富集度与海底声反射率呈正比关系, 影响和控制结核丰度的主要因素是海底地形。一般透明层愈厚, 结核愈富集, 但不是对应关系; 层状层或散射层发育, 则多金属结核富集, 反之则不富集     

东太平洋多金属结核中铁、锰元素的分形演化及其意义

运用分形理论,通过建立不同的相空间,计算了东太平洋多金属结核中的铁、锰元素的时间序列在各相空间中的关联分维,并与其在沉积物岩心中的关联分维进行了对比.通过研究发现,多金属结核中铁、锰元素和沉积物中Fe₂O₃及MnO在分形演化过程中均存在分维吸引子,认为沉积物中的Fe₂O₃和MnO可以用3个变量来描述,它们可能代表了火山、生物和陆地的三种来源,而描述结核中的铁、锰元素却需要14个变量,反映多金属结核中铁、锰元素的来源和/或赋存非常复杂,至少有14个因素在起作用,可能暗示了结核在形成过程中存在复杂的生物化学作用,为多金属结核的生物成因提供了间接的数学证据,同时也合理解释了结核生长结构所具有的自相似韵律现象.     

东太平洋多金属结核富钡镁锰矿细脉蛋白石层的成因机制

为探讨东太平洋CC区多金属结核中富钡镁锰矿细脉蛋白石层的成因机制,利用矿相显微镜、电子探针和ICP-OES,对蛋白石层及其周围铁锰氧化物进行了显微结构特征和化学成分特征的研究。结果表明:高反射率矿物结晶程度较好,主要由MnO组成,具有高Mn低Fe的特征,为成岩成因的钡镁锰矿。中反射率矿物结晶程度较差,主要由MnO和FeO组成,为水成成因的水羟锰矿。低反射率矿物为一种半透明矿物,主要由SiO₂组成,为生物成因的蛋白石。根据钡镁锰矿、水羟锰矿和蛋白石的成因机制,为蛋白石层及其内部钡镁锰矿细脉的形成过程建立了一个模型,共分为5个生长阶段:第1阶段,结核呈半埋藏状态在氧化环境中形成水羟锰矿;第2阶段,结核呈半埋藏状态接受SiO₂胶体的沉淀作用形成蛋白石层;第3阶段,结核呈半埋藏状态在氧化环境中形成水羟锰矿的同时,其成岩作用和蛋白石的脱水作用使蛋白石层中产生大量的裂缝;第4阶段,结核呈埋藏状态在弱氧化-还原环境中发生交代作用和重结晶作用形成钡镁锰矿;第5阶段,结核呈半埋藏状态形成水羟锰矿。     

东太平洋多金属结核的形成年代及生长速率研究

用铀系法、氨基酸法和锶同位素法对取自东太平洋的数个多金属结核进行了年代测定。在参考其他测年数据并综合地质、气候、环境等资料后, 发现东太平洋多金属的形成与南极底层流有密切关系。大多数结核自渐新世后逐渐生成发育, 早中新世、中中新世及晚上新世是结核发育的最有利时期。多金属结核的生长速率为１０－ ６ ｍ ｍ ／ａ 数量级。由于在不同地质时期受到不同的环境因素的影响, 结核的整个生长发育过程呈阶段性与多变性等特征。