富钴结壳资源量评估方法

富钴结壳是一种重要的海底矿产资源,对其进行资源量评估有着十分重要的意义。主要探讨了当前富钴结壳资源量评估的几种主要方法,并对其进行了分析比较。     

富钴结壳定年简介

富钴结壳生长通常十分缓慢,其速率一般为几mm/Ma。因此这些结壳提供了成矿环境(海水、沉积物等)的长期历史记录。然而,富钴结壳完整、精细定年的可靠性仍然是一个问题。为此,国外学者采用了多种方法对结壳进行定年,井得到其生长速率。以下分别介绍这些方法的原理、应用及其优、缺     

X射线荧光光谱法同曲线测定海洋沉积物和陆地地化样品中的29个主次痕量元素

本法采用粉末压片,使用Axios X射线荧光光谱仪同曲线测定海洋沉积物和陆地地球化学样品中钠、镁、铝、硅、磷、氯、钾、钙、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、砷、溴、钇、铌、锆、锶、铷、铅、钍、钡、铪共29个主次痕量元素。针对地质样品的多样性,通过多种校准样品拟合同曲线测量,降低了检出限,并有效解决了Cl、As等元素的测量范围局限性。用经验系数、理论alpha系数与经验系数相结合和康普顿散射线内标法校正元素间的基体效应。分析结果的精密度和准确度能满足《地质矿产实验室测试质量管理规范》中的相关要求。     

海山富钴结壳的圈矿方法

对海山富钴结壳的圈矿方法进行了分析和探讨,指出海山富钴结壳圈矿的主要方法和步骤为:(1)挑选富钴结壳发育良好的海山。除大片连续厚层板状分布的结壳发育良好的大型平顶海山是重点调查的目标海山外,规模较小的尖顶海山是近年来新的圈矿目标海山。(2)确定矿块的边界位置。对选定的海山进行深海摄像、电视抓斗、拖网和浅钻等多种手段的调查,通过所取得的综合结果对矿块边界进行判断,确定准确的矿块边界。(3)计算结壳的覆盖率。利用调查所获得的矿块相关的数据和信息对矿块内结壳厚度和结壳覆盖率以及矿区资源量进行评估。     

富钴结壳分布的分形特征

利用我国在西太平洋国际海底两个海山获得的富钴结壳资料进行分形研究后发现，富钴结壳的分布具有变维分形分布的特点，结壳丰度呈二阶累计和分形分布，结壳厚度呈多阶不定累计和分形分布，通过计算得到了它们各自的分维数，进而对两个海山的结壳资源进行了初步评价。     

浅谈大洋富钴铁锰结壳拖网作业

富钴铁锰结壳富舍重要金属元素铜、钴、镍等，是海洋最重要的金属矿产资源之一，已引起世界各国尤其是发达国家的日益关注。结壳拖网是目前调查富钴结壳最主要的手段，但调查难度大，危险系数高。本文对结壳拖网作业需要考虑的几个因素进行探讨，并结合实际作业的典型例子进行说明。     

浅地层剖面在富钴结壳调查研究中的应用

文中以Topas PS018系统为例简要介绍浅地层剖面仪的工作原理和系统组成,重点介绍浅地层剖面在大洋富钴结壳资源调查研究中的应用情况。浅地层剖面资料与联合作业的海底视像、岩芯取样等资料进行对比和分析,发现浅地层剖面能够有效识别基岩、板状结壳、砾状结壳、砂、沉积物等不同底质类型,对浅地层剖面资料进行深入挖掘能够提取出富钴结壳矿区界线信息。     

能量色散X射线荧光光谱法测定海洋碎屑沉积物中28种元素

采用粉末样品压片制样,利用Epsilon3能量色散X射线荧光光谱仪(EDXRF)对我国边缘海碎屑沉积物中28种主量元素和微量元素进行测定。使用33个海洋沉积物、深海沉积物、水系沉积物、三角洲沉积物和岩石标样等国内外标准物质建立标准曲线,采用仪器软件的数学模式校正基体效应和元素间的谱线重叠效应。经国家标准物质检验,分析结果与标样值吻合;元素的检出限为0.02~124.14μg·g-1;精密度(RSD)均小于9%。对我国边缘海碎屑沉积物样品进行分析,其测定值与重量法、电感耦合等离子体光谱法和电感耦合等离子体质谱法的测定值基本一致。鉴于Epsilon3 EDXRF具有体积小、多元素同时快速分析、准确度高和精密度好的优点,可考虑作为船载仪器,在科考现场测定海洋沉积物的元素含量,对于及时指导海上工作、撰写航次报告具有重要作用。     

海山富钴结壳标准物质研制

报道了我国与俄罗斯合作研制的三个海山富钴结壳标准物质GSMC-1,2,3.这三个标准物质的原样分别取自西太平洋麦哲伦海山和中太平洋海山.样品经风干、选配、球磨制备成均匀的粉体样品,其均匀性采用高精度的X-射线荧光光谱法检验.样品的化学组分采用国内外多实验室协同分析方式定值,有八个国内实验室和八个国外实验室参加了合作分析.测试组分均为57个,其中GSMC-1,2有43个组分定为保证值,10个组分作为参考值;GSMC-3有45个组分定为保证值,8个组分作为参考值.经2a多的试用,三个标准物质已于2005年被国家计量部门批准为国家一级标准物质,其编号分别为GBW07337,GBW07338和GBW07339.     

中太平洋海山演化史及与富钴结壳的关系

中太平洋海山区是海山富钴结壳广泛分布的一个重点地区，目前我国正在该区进行富钴结壳资源调查，了解该区海山形成演化史对研究富钴结壳的成因及其分布规律有重要意义。根据大量的文献资料，对该区海山演化史进行了综述，并对海山与其上生长的富钴结壳的关系进行了探讨。     

Minor and rare elements in manganese crusts and nodules and sediments from the Manihiki plateau and adjacent areas: Results of HMNZS Tui cruises

Six manganese crusts, 13 manganese nodules, and 16 sediments were analyzed by instrumental neutron activation analysis. Data were generated on selected major and minor elements but geochemical evaluations are based only on Fe, Sc, U, Th, and the rare earth elements (REE). Manganese crusts and manganese nodules have comparable trivalent REE contents and show a shale‐like distribution pattern. Both crusts and nodules are characterized by a positive Ce anomaly but the anomaly is higher in nodules. REE contents in manganese nodules show a linear dependence on the Fe content, and it is concluded that these elements are incorporated in the Fe‐rich (δ‐MnO₂) phase. In the crusts, the REE correlate with Sc and are therefore assumed to be associated with the clay minerals. Uranium contents are significantly higher in the crusts than in nodules whereas Th is slightly higher in the nodules. There is a clear positive correlation between U and Th in nodules but there are too few data to make a similar conclusion for crusts. Compositional data suggest a division of the sediments into two groups. The carbonate sediments have much lower REE contents and a more pronounced negative Ce anomaly than the clays, while both show a lithogenous component as indicated by a slight negative Eu anomaly.     

太平洋徐福海山富钴结壳稀土元素和铂族元素赋存状态研究

利用等离子体发射光谱法、等离子体质谱法以及相态分析手段,对太平洋徐福海山富钴结壳稀土和铂族元素地球化学特征、赋存状态及富集机制进行研究。结果表明,富钴结壳稀土和铂族元素明显富集,其稀土总量为1 842～2 854 μg/g,铂族总量为144～1 180 ng/g,老壳层中稀土和铂族元素含量明显高于新壳层,这可能与老壳层发生磷酸盐化作用有关。轻稀土元素含量明显高于重稀土元素含量,呈现Ce正异常而Eu无异常,具有明显Ce富集特征。铂族元素之间发生了明显分异作用,PPGE含量明显高于IPGE,表现出明显Pt正异常而Pd负异常,具有明显Pt富集而Pd亏损特征。稀土元素赋存状态显示,新壳层中稀土元素主要赋存于铁氧化物相,其富集比例为65.40%～70.05%,老壳层中稀土元素主要赋存于残渣态,富集比例为62.27%～65.77%,这可能与残渣态中磷酸盐有关。铂族元素赋存状态显示,新壳层和老壳层中铂族元素都主要赋存于铁氧化物相,其富集比例为63.66%～69.51%,残渣态(29.20%～34.68%)对铂族元素也有一定的富集能力。富钴结壳稀土和铂族元素的富集推测为铁氧化物胶体粒子的吸附作用,受海水氧化性环境影响,可溶性Ce³⁺和Pt²⁺分别被氧化成不溶性Ce⁴⁺和Pt⁴⁺,沉淀被吸附到铁氧化物相中,从而造成富钴结壳稀土和铂族元素的富集。     

X-射线荧光光谱法定量分析海山富钴结壳中MnO2与MnO的含量之比值

通过普通X-射线荧光光谱仪,结合PeakFit谱峰处理软件,对不同比例的MnO和MnO₂的混合样品的K_β谱峰参数进行了研究,用数学方法将实测的谱峰分解为各个单一的谱峰参数(峰位、峰高、半高宽、子峰面积),找出了各个谱峰参数与不同价态锰的含量之间的关系,并据此确定了中太平洋海山区大量富钴结壳样品中不同价态锰的相对含量.分析结果显示,富钴结壳中+4价锰从核心向外有增高的趋势,可以认为这与该区第三纪以来南极底流活动的增强有关.     

西太平洋Kocebu海山铁锰结壳稀土元素地球化学特征

西太平洋麦哲伦海山区是全球重要的铁锰结壳资源分布区,具有丰富的稀土元素资源潜力。本文对采自麦哲伦海山区Kocebu海山的11个铁锰结壳表层样（＜1 mm）进行稀土元素地球化学研究,探讨其含量特征、成因和影响稀土元素富集的环境因素。结果表明：Kocebu海山铁锰结壳表层样品ΣREY（Rare earth elements and yttrium）平均含量为1 366 mg/kg,低于前人在麦哲伦海山区其他海山以及邻近的马尔库斯–威克海山区的分析结果;样品轻稀土富集和Ce正异常（平均值为1.45）特征以及稀土元素成因图解、配分曲线和分配系数曲线等均表明该海山结壳属于水成成因;海水中稀土元素含量和溶解氧含量是控制结壳生长的关键环境参数,二者在Kocebu海山所在海区的浅水环境中含量较低;结壳ΣREY含量偏低与采样点水深较浅导致的海水稀土元素含量和溶解氧含量较低密切相关,受碎屑矿物的稀释作用影响较小。在开展铁锰结壳地球化学特征研究和资源勘探评价时应充分考虑采样水深的分布范围,局部水深样品的分析结果可能导致研究结果出现较大偏差。     

西太平洋采薇海山群富钴结壳铂族元素地球化学特征与来源

为探讨富钴结壳铂族元素的来源,以西太平洋采薇海山群富钴结壳样品为研究对象,利用X射线衍射法、等离子体发射光谱法和质谱法,对富钴结壳样品进行了矿物组成、主量元素和铂族元素含量分析。研究表明,富钴结壳的主要结晶矿物为水羟锰矿,次要矿物有石英、斜长石、钾长石和碳氟磷灰石,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物。富钴结壳中Mn和Fe含量最高,且明显富集铂族元素,铂族总量为142～1 352 ng/g,其中Pt为114～1 268 ng/g,占铂族总量的80%以上。老壳层的铂族元素含量高于新壳层,老壳层发生了磷酸盐化作用。富钴结壳的铂族元素之间发生了分异作用,Pd组（PPGE）含量高于Ir组（IPGE）。铂族元素配分模式显示Pt正异常和Pd负异常,具有Pt富集而Pd亏损特征,推测富钴结壳的铂族元素来源于洋壳蚀变过程中海山玄武岩和海水之间的水−岩反应。富钴结壳的铂族元素与CaO、P₂O₅、Ba和Cu正相关,推测铂族元素赋存于磷酸盐矿物相中。富钴结壳生长剖面从上到下,由新到老,铂族元素含量呈逐渐增加趋势,海水氧化性环境和高海洋生产力可增进磷酸盐化作用,从而进一步促进了铂族元素的富集。该研究对于揭示富钴结壳铂族元素的来源具有一定的参考价值。     

Metal flux as an alternative parameter in evaluating the resource potential for co-rich ferromanganese crusts

We propose a geochemical parameter, “metal flux” in evaluating hydrogenetic Co-rich ferromanganese crust deposits in the Pacific seamount area, that is based on physical, chemical, and geological characterization of the integrated growth piles of crusts. We calculated the metal flux for fifteen sites from different depths ranging between 900-6000m from different seamounts. The secular and areal variations of metal flux indicate a strong geological controls, and also can be a reliable tool for estimating an economic potential of the crusts. The Co flux decreases with increasing water depth, followed by almost constant flux of Ni and Mn. The Al and Fe fluxes vary with regions, indicating higher values in the western regions near the island arc probably related to a supply from the Asian continents. The results imply that Co, a redox sensitive metal element, is controlled by redox conditions of seawater, while Fe and Al are by terrigenous input. The metal flux reflects global and regional conditions and controls the compositional diversity of metals, thus consequently, the parameter can be a reliable powerful tool to estimate or single out more potential areas.     

X射线荧光光谱法测定海洋沉积物中的41种元素及氧化物

海洋沉积物样品具有盐分含量高、吸水性强、基体复杂、不同元素浓度差异悬殊等特点,其元素定量分析无论在样品前处理以及分析测试方法都有不少问题。特别是常微量元素很难用同一种方法进行测定,波长色散X射线荧光光谱可以很好的解决这一难题。因此,本文构建了粉末压片制样波长色散X射线荧光光谱法直接测定海洋沉积物样品中41种元素或其氧化物(Na_2O、MgO、Al_2O_3、SiO_2、P、S、Cl、K_2O、CaO、Fe_2O_3、Sc、Ti, V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、Sn、Sb、Ba、La、Hf、W、Pb、Bi、Ce、Nd、Th、U)的方法。样品在30 t的压力下保压30 s,制备的样片坚固光滑、吸潮性小。针对海洋地质样品的多样性,通过多种校准标准品拟合曲线进行测量,降低了检出限,优化了测量条件。用经验系数、理论α系数与经验系数相结合和康普顿散射线内标法校正元素间的基体效应。对土壤成分标准物质GBW07408和海洋沉积物成分标准物质GBW07315进行精密度考察,大部分元素的方法精密度提高至0.16%~3.87%,绝大多数主次痕量元素的测量精密度(RSD)小于4%,方法检出限为0.8~220μg/g。对渤海湾三个站位沉积物样品41种元素或其氧化物测定,结果表明,测定方法的重复性好,经国家一级标准物质验证,表明方法准确可靠,能满足日常分析要求。该方法对水系沉积物、土壤等陆地地化样品同样适用。     

Quantifying 20th century deposition in complex estuarine environment: An example from the Hudson River

Sediment processes in estuaries are controlled by the interaction of factors that include tides, fresh water inputs, bed morphology, sediment supply, and hydrodynamics. The interaction of these factors strongly influences the pattern of sediment deposition. The ability to quantify sediment deposition on a regional scale will improve the understanding of the underlying processes, and provide valuable information for managing estuarine systems. This paper describes our approach for obtaining the deposition pattern and quantifying the amount of 20th century impacted sediments in the Haverstraw Bay section of the Hudson River Estuary. Through the combination of high-resolution seismic data and rapidly acquired geochemical information from numerous sediment cores, we estimate that our study site experiences an average sediment accumulation rate of ∼3 mm/y and that ∼75,000 t/y or ∼10% of the annual total sediment input measured at the Poughkeepsie, NY gauging station (USGS) is stored in this reach of the Hudson River on ∼100 y timescales. A detailed analysis of the depositional pattern indicates that the accumulation rate varies considerably throughout the study area ranging from non-depositional to >8 mm/y. Our data also clearly indicate that the dredged channel in Haverstraw Bay is currently the main focus of deposition in this area.