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。     

东太平洋CCFZ区多金属结核元素富集机制:来自结核剖面原位微区分析

多金属结核微层原位微区分析能够更好地揭示结核生长过程中元素的赋存和迁移过程,为认识多金属结核元素富集机制和成因提供新的证据.通过使用电子探针(EPMA)和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)等手段对采集自东太平洋克拉里昂?克利珀顿断裂区(CCFZ区)的多金属结核进行了分析研究.研究结果表明,结核矿物主要为...     

大洋多金属结核微生物成矿作用的机制及方式

笔者定量研究了太平洋东部海水、孔隙水、沉积物及多金属结核中微生物地球化学作用与多金属结核生成的关系。重点研究了好气性微生物(铁细菌、排硫杆菌、嗜盐菌及锰氧化菌)和厌气性微生物(硫酸盐还原菌、反硝化菌、脱氮硫杆菌)的活动强度和生物转移率与成矿的关系。对比模拟实验研究了微生物和化学作用对成矿元素的转移和聚集,结果表明,微生物改变了系统氧化还原条件,对成矿元素的沉淀强度远远超出了化学作用,并加速了Fe、Mn的富集成矿作用,促使元素富集而间接成矿。 扫描电镜及透射电镜研究首次发现多金属结核各壳层中存在大小不等、形状不一的球状、杆状、椭球状及丝状的古微生物体化石,而且在多金属结核核心部位还发现有纳米级的球状、链状、串珠状等超微菌化石。有些矿化的微生物细胞壁上含     

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。     

东太平洋CC区多金属结核铂族元素(PGE)地球化学及其意义

文章采用火试金分离富集法和等离子发射光谱(ICP_MS)测定了东太平洋CC区多金属结核中PGE和Au元素的含量,结果显示:结核中PGE相对于洋壳明显富集,尤其是Pt含量较高,wPt平均值为100.90×10-9。各种类型的多金属结核PGE和Au的球粒陨石配分曲线及有关参数非常一致,均表现为Pt正异常和Pd负异常,显示其中PGE和Au具有相似的来源。多金属结核与海底海山富钴结壳PGE配分模式及特征元素比值对比表明,两者PGE可能具有相同的来源,可能主要来源于海底玄武岩的水岩反应,部分来源于铁陨石,而并非主要来自海底热液及正常海水。     

大洋多金属结核中稀土元素的测定及其地球化学特征

大洋多金属结核经碱熔分解，氢氧化物沉淀和阳离子交换树脂富集稀土元素后，主元素（也是富线光谱元素）Ｍｎ和Ｆｅ的残留量（ｗＢ）仅０１％左右，不干扰ＩＣＰ＿ＡＥＳ法测定稀土元素。方法的检出限为１μｇ／Ｌ（Ｌｕ）～７５μｇ／Ｌ（Ｎｄ），ＲＳＤ（ｎ＝１１）小于５％。采用此法测定了国家一级多金属结核标准物质中１５个稀土元素，结果与标准值相符；同时为东太平洋多金属结核待定值标准物质提供了１５个稀土元素数据；并对其地球化学特征做了初步探讨     

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.     

多金属结核比表面积分析测试条件研究

多金属结核富含多种关键战略金属,是重要的深海沉积矿产.多金属结核疏松多孔,具有从海水/孔隙水中吸附痕量金属进而富集成矿的关键材料学特性,其比表面积是成矿作用研究的一个关键参数.目前比表面积测试技术方法成熟,但很少应用于多金属结核的比表面积分析,且由于研究目的不同,样品预处理条件也不同.本文探究了多金属结核BET比表面积...     

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。     

南海西北陆缘多金属结核地球化学特征及成因

对取自南海西北陆缘海域的大型多金属结核进行了电子探针、X射线粉晶衍射(XRD)、等离子质谱仪(ICP-MS) 和等离子光谱仪(ICP-AES) 等方面的分析.结核核心部位的主要矿物组成为石英、伊利石、钠长石和绿泥石, 壳层的主要矿物为δMnO₂等.铁、锰组分呈现Fe含量高、Mn含量低和Mn/Fe低的特征.Si含量高, Cu、Co、Ni含量低; 稀土元素(REE) 含量高, 平均为1472.30×10-6, 轻稀土与重稀土的比值(LREE/HREE) 达19.54, 并且存在较强的Ce正异常.元素含量的变化显示: 从结核内壳层到外壳层, Fe、Mn、Cu、Co等元素含量呈不规律变化, 具有典型的边缘海特征, 该特征反映结核在形成过程中受到边缘海沉积环境波动变化的影响, 陆源物质供应量的增加对Fe、REE、Si等元素的富集起到了促进作用, 而对Mn、Ca等元素的富集则产生明显的稀释作用.多金属结核Mn/Fe比及Mn-Fe- (Cu+Ni) ×10三组分图解显示, 南海北部陆缘多金属结核为水成成因, 该成因与结核所赋存的边缘海环境密切相关, 反映了结核成长发育的过程中, 南海典型的边缘海沉积条件和多变的古海洋环境因素对其产生了重要影响.      

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。     

Comparative study on the geochemical characteristics of rare earth elements in deep-sea sediments from different regions of the Pacific OceanSCIEI北大核心CSCD

太平洋深海沉积物中富集稀土元素(REY,包括钇),被认为是富有潜力的新型稀土资源。(含)沸石粘土、深海粘土和多金属软泥是主要的富含REY的沉积物类型,其中(含)沸石粘土和深海粘土在中、西北太平洋海盆大面积分布,而多金属软泥则多分布于靠近东太平洋洋脊热液活动的深海盆地中。目前关于中、西北太平洋海盆的深海粘土和(含)沸石粘土已有较多的研究,但关于多金属软泥中REY的研究较少。不同区域、不同类型深海沉积物中的稀土元素赋存状态有何差异?影响稀土富集的机制又是什么目前尚不清楚,也就进一步影响了对深海沉积物稀土资源的勘查和开发工作。本文分析对比了太平洋不同区域不同类型深海沉积物的地球化学特征及矿物学特征。结果表明,总体上,中、西北太平洋海盆深海沉积物中,尤其是(含)沸石粘土中的REY含量明显高于东太平洋海盆多金属软泥REY含量,其REY的富集主要与磷酸盐有关。超常富集REY(∑REY>2000×10^(-6))的沉积物中的CaO/P_(2)O_(5)比值趋向于一致(~1.4),几乎接近于磷灰石CaO/P2O5比值(~1.3),因此REY主要赋存载体为磷灰石,该区沉积物中REY的富集可能受到磷酸盐化的影响;东太平洋海盆多金属软泥明显受到热液影响,铁和锰的含量明显增加,但其∑REY含量集中于500×10^(-6)~800×10^(-6),不随铁和锰的增加而变化,REY的富集仍与磷酸盐关系密切,而与铁锰物质和铝硅酸盐关系不大。中、西北太平洋海盆富稀土的深海沉积物形成时处于较强的氧化环境,同时又有充足的含磷物质补给,才造成REY在该区沉积物中的超常富集;而东太平洋海盆多金属软泥虽然处于氧化环境,但缺少足够的磷补给,所以其∑REY含量通常低于中、西北太平洋海盆沸石粘土中∑REY含量。     

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...     

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。     

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。     

加速器质谱分析超痕量铍同位素研究深海沉积物沉积速率和多金属结核生长速率

用加速器质谱测定１０Ｂｅ同位素，研究深海沉积物和多金属结核中１０Ｂｅ同位素的含量分布，获得相关的地质年代、沉积速率和生长速率。     

Potential Influence of Ocean Acidification on Deep-Sea Fe–Mn Nodules and Pelagic Clays: An Improved Assessment by Using Artificial Seawater

In order to assess the potential risk of metal release from deep-sea sediments in response to pH decrease in seawater, the mobility of elements from ferromanganese (Fe–Mn) nodules and pelagic clays was examined. Two geochemical reference samples (JMn-1 and JMS-2) were reacted with the pH-controlled artificial seawater (ASW) using a CO₂-induced pH regulation system. Our experiments demonstrated that deep-sea sediments have weak buffer capacities by acid–base dissociation of surface hydroxyl groups on metal oxides/oxyhydroxides and silicate minerals. Element concentrations in the ASW were mainly controlled by elemental speciation in the solid phase and sorption–desorption reaction between the charged solid surface and ion species in the ASW. These results indicated that the release of heavy metals such as Mn, Cu, Zn and Cd should be taken into consideration when assessing the influence of ocean acidification on deep-sea environment.     

Mechanism and Modes of Microbial Minerogenesis of Polymetallic Nodules on the Ocean Floor

This paper presents a quantitative analysis of the relations of the occurrence of polymetallic nodules with the geochemical actions of microbes in the seawater, pore water and sediments at the bottom of the eastern Pacific Ocean basin. Emphasis is laid on the relations of the activity intensity and biochemical transformation rate of aerobic bacteria (iron bacteria, Thiobacillus thioparus, halobacteria and manganese-oxidizing bacteria) and anaerobic bacteria (sulphate-reducing bacteria, denitrifying bacteria, Thiobacillus denitrificans) with mineralization. The experimental research on the migration and accumulation of ore-forming elements caused by microbial and chemical actions shows that the microbes have changed the conditions of oxidation and reduction in the system, and their effect on the element precipitation is much stronger than the chemical actions and accelerates the enrichment of Fe and Mn. It demonstrates that the microbes can change the environment to promote the accumulation of ore-formin     

Rare earth element geochemistry of oceanic ferromanganese nodules and associated sediments

Analyses have been made of REE contents of a well-characterized suite of deep-sea (> 4000 m.) principally todorokite-bearing ferromanganese nodules and associated sediments from the Pacific Ocean. REE in nodules and their sediments are closely related: nodules with the largest positive Ce anomalies are found on sediments with the smallest negative Ce anomalies; in contrast, nodules with the highest contents of other rare earths (3 + REE) are found on sediments with the lowest 3 + REE contents and vice versa. ${}^{143}\text{Nd}{}^{144}\text{Nd}$ ratios in the nodules (～0.51244) point to an original seawater source but an identical ratio for sediments in combination with the REE patterns suggests that diagenetic reactions may transfer elements into the nodules. Analysis of biogenic phases shows that the direct contribution of plankton and carbonate and siliceous skeletal materials to REE contents of nodules and sediments is negligible. Inter-element relationships and leaching tests suggest that REE contents are controlled by a P-rich phase with a REE pattern similar to that for biogenous apatite and an Fe-rich phase with a pattern the mirror image of that for sea water. It is proposed that 3 + REE concentrations are controlled by the surface chemistry of these phases during diagenetic reactions which vary with sediment accumulation rate. Processes which favour the enrichment of transition metals in equatorial Pacific nodules favour the depletion of 3 + REE in nodules and enrichment of 3 + REE in associated sediments. In contrast, Ce appears to be added both to nodules and sediments directly from seawater and is not involved in diagenetic reactions.