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。     

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。     

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。     

西太平洋拉蒙特平顶海山富钴结壳矿区圈定与资源量估算

为能科学合理、快速量化地圈定出大洋海山钴结壳优质矿区,本文基于国际海底管理局提出的矿区选取模型,利用我国西太平洋海山钴结壳资源调查的拖网采样资料,结合西太平洋海山钴结壳分布特征,提出人机交互式的矿区圈定方法,对西太平洋马尔库斯-威克海山区拉蒙特平顶海山圈定出钴结壳资源远景区和符合国际海底管理局规章要求的51个钴结壳矿块,估算出拉蒙特平顶海山和51个矿块的钴结壳资源量及金属量,同时通过对拉蒙特平顶海山日本申请矿区的结壳资源分布特征分析,表明采用人机交互式的矿区圈定方法得出的结果,不仅能快速定量地圈定出钴结壳资源前景较好的矿区,也为大洋海山钴结壳矿区圈定和资源量估算提供了新方法。     

基于 GIS 的富钴结壳资源量计算系统开发

富钴结壳资源量计算和资源评价是大洋富钴结壳矿区圈定工作的重要内容之一。阐述了基于GIS组件MO构建富钴结壳资源量计算系统的主要功能模块组成和设计思路。该系统利用VC采取面向对象的方法编程,设计开发了富钴结壳资源量计算评价程序,实现了地质块段法等多种计算方法。该系统吸纳了资源评价和矿区圈定中水深、丰度、品位和坡度等几个重要评价指标,可方便地实现钴结壳资源量计算,为大洋富钴结壳矿区圈定和矿产资源开发提供依据和参考。     

中太平洋海山富钴结壳与基岩关系的研究

对我国首次取得的中太平洋海山基岩和富钴结壳样品的结构构造、矿物和化学组成特征的研究表明,该区主要基岩类型为碱性玄武岩、磷块岩、磷酸盐化碳酸盐岩和燧石等,碱性玄武岩分布最广,并均有不同程度的风化.观察表明,富钴结壳的载体可以是各种岩性的基岩.玄武岩、风化火山岩和磷块岩上的结壳厚度比燧石的大,有较高的经济价值,是选矿冶炼的主要对象.对于调查区内富钴结壳形态总体上可分为三种类型:板状、砾状和结核状结壳.从以下四个方面探讨结壳与基岩之间的关系:(1)海水、基岩和结壳中主要金属元素含量特点;(2)通过聚类分析方法探讨结壳与基岩之间的亲疏程度;(3)结壳的分布特征;(4)不同基岩类型对结壳生长的影响.分析结果表明,调查区内的火山岩及磷块岩对结壳形成的贡献大(比其他类型岩石).     

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。     

中西太平洋海山形态类型与钴结壳资源分布关系

通过对中西太平洋海山形态剖面的山体高度、山顶直径、基底直径、山顶直径与基底直径之比、山体坡度、山体高度与基底直径比值六个参数多元统计分析,发现可以根据山体高度与基底直径的比值对海山形态类型进行分类:比值小于0.10的为平顶海山(Ⅰ类),大于0.10的为尖顶海山(Ⅱ类),对于等于0.10的海山需参考平坦度和山体坡度,平坦度大和山体坡度缓的为Ⅰ类,反之为Ⅱ类。西太平洋的麦哲伦海山区、马绍尔群岛基本以平顶海山为主,介于中西太平洋之间的威克—马尔库斯海山区和中太平洋海山区、莱恩群岛平顶海山与尖顶海山共同发育。对各种类型海山上钴结壳分布研究发现,无论是在尖顶海山还是在平顶海山,板状结壳均比较发育,但砾状结壳在平顶海山比在尖顶海山的发育。中太平洋尖顶海山的结壳比平顶海山的发育,但由于山顶面积小,钴结壳资源量不大。仅从平顶海山看,在麦哲伦海山区、威克—马尔库斯海山区板状结壳比中太平洋海山区、马绍尔群岛、莱恩群岛的板状结壳发育,前者的板状结壳平均厚度大于3 cm,后者的板状结壳平均厚度小于3 cm,总体上是西太平洋平顶海山钴结壳比中太平洋平顶海山的发育。两种类型海山各方向上的资源分布明显不同,在平顶海山的西部山坡的资源比东部山坡的丰富,尖顶海山的则刚好相反。     

莱恩海山链富钴结壳新壳层标志物的成分特征

在莱恩海山链MP2海山的一块富钴结壳样品新壳层中,发育有"褐红色碎屑物质",这种物质粒度细小,呈浸染状分布,以Fc-Mn壳层柱状结构间的填隙物的形式产出.基于对该海区结壳样品手标本和光片的观察,认为这种"褐红色碎屑物质"可作为新壳层的一个标志物.利用电子探针技术,对这块富钴结壳样品进行了分析,获得了该结壳新壳层中"褐红...     

中太平洋富钴结壳Co元素地球化学特征

对在中太平洋研究区5座海山调查时获取的38个富钴结壳样品中主要金属元素的含量进行了化学分析,探讨了不同海山富钴结壳中Co元素含量的变化规律及结壳中元素间的相关关系,结果表明:(1)5座海山富钴结壳中的各主要金属元素含量相近,38个富钴结壳样品中Co元素的平均含量为0.67%,具有一定的开发前景。(2)不同海山富钴结壳中Co元素含量有一定变化,其变化与富钴结壳的类型、海水水深、地形地貌以及成矿作用等有密切的关系。Co元素在板状结壳中的含量为最高,在钴结核中的含量次之,而在砾状结壳中的含量为最低;富钴结壳中Co元素含量与海水水深呈负相关,浅水区富钴结壳中Co元素的含量明显高于深水区;海山地形地貌对Co元素的含量及富钴结壳的发育有一定影响,海山的椭圆状分支、支脉及边缘部分,Co元素的含量相对较高,富钴结壳发育得较好;Co元素富集成矿作用还主要受锰、铁水成成矿作用的控制。(3)富钴结壳中金属元素之间存在不同程度的相关性。Mn元素分别与Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Na、Ba、Ti等元素呈强烈的正相关,而分别与Al、Si、Ca、P、Fe、Sr等元素呈负相关;Co元素分别与Cu、Al、P、Ca等元素呈负相关;Ca元素与P元素呈强烈正相关。     

南海东部管事海山铁锰结壳的矿物组成和地球化学特征

对于开阔大洋海山结壳的矿物组成和地球化学特征研究已经比较深入,但对边缘海海山铁锰结壳的研究却较少。以在南海东部管事海山上采集的两块铁锰结壳为研究材料,对其进行了X射线衍射、扫描电镜及电子探针微区的分析,结果显示结壳矿物以水羟锰矿为主,含有少量针铁矿,碎屑矿物主要是石英和长石。结壳的显微结构呈现条带状分布,有10~15μm长的空隙和0.5μm直径大小的孔洞。相对于大洋结壳,结壳的Mn含量较高,与马尼拉海沟附近火山喷发物质有关,但Cu、Co和Ni含量更低,可能与边缘海沉积速率高或有机络合物吸附有关。矿物组成及元素比值表明结壳主要是水成的,但未发生明显磷酸盐化作用。元素比值和相关性表明,Mn主要来源于南海扩张停止后火山喷发、玄武岩风化形成溶解Mn;Fe与Si元素均来自火山碎屑、生源物质和陆源物质,还受到管状蠕虫吸附的影响。南海管事海山结壳是在富氧环境中上升流作用下选择性吸附水体中溶解化学元素缓慢沉积而成。结壳中元素含量随时间变化趋势反映了南海的古环境变化。     

西太平洋富钴结壳中钙质超微化石和分子化石研究

本文对西太平洋麦哲伦海山CM3D06富钴结壳进行了钙质超微化石生物地层学研究,发现结壳中有代表白垩纪(晚期)、古新世(晚期)、始新世(早、中、晚期)、中新世(中期)、上新世(晚期)和更新世等各时代的标准钙质超微化石,表明结壳的形成始于白垩纪(晚期);在富钴结壳中检出正构烷烃、类异戊二烯烃、甾烷类等众多分子化石,分子化石组合特征指数、主峰碳、ΣC-23/C+24、CPI、Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18和nC31/nC17显示有机质生物母源主要为海洋浮游植物、浮游动物和底栖非光合作用的菌类,而甾烷类的C29、C28和C27含量分布的变化则说明生物种群具有快速演变的特征。此外,还探讨了CM3D06结壳中Pr/Ph和有机碳同位素组成变化与结壳生长过程中的海洋环境演化的关联程度。     

Advances in the Study of Geochemistry and Paleo-oceanography of the Co-rich Crust

The current advances in the study of geochemistry and paleo-oceanography of the Co-rich crust are reviewed in this paper. We summarize the study of geochemistry of the Co-rich crust, discuss the diffusion of elements in the Co-rich crust and the exchange with ambient seawater. Besides, we discuss the effect of phosphatization and substrate rocks on the composition of the Co-rich crust. We also introduce the application of stable isotopes (including the stable isotopes of Pb, Nd, and Hf), radioactive isotopes (including the radioactive isotopes of Be, U and Th), and elements (including the major elements, minor elements and rare earth elements) to the study of paleo-oceanography of the Co-rich crust.     

富钴结壳中成矿元素的微区分布特征及其地质意义

采用X射线荧光光谱仪,对CCLLD27站位富钴结壳中8个主要成矿元素(Mn、Fe、Co、Cu、Si、Al、Ca和Ti元素)含量的分布特征进行了微区扫描和人工分层样品方法的分析,结果表明:(1) 成矿元素Mn、Fe、Co和Cu的微区变化很大:Mn与Co元素的微区分布特征相似,而Fe和Cu元素的微区分布特征则相反.主要造岩元素Si和Al的微区分布特征基本类似;Ca元素的微区变化较大,在近底部的基岩层其含量达到最高峰值.Ti元素的微区分布特征与Mn、Co元素微区分布特征接近.(2) 微区扫描与人工分层样品两种不同测试方法所得的结果基本一致,说明微区扫描方法具有一定的可靠性,能反映富钴结壳在不同生长时代各成矿元素含量的变化特征.(3) 富钴结壳微区元素分布特征的研究,有助于对结壳不同成矿阶段各种不同成矿作用的定性评估.     

南海海山铁锰结核元素赋存形式

铁锰结核中主微量元素的赋存形式研究对于理解铁锰结核的形成及其中元素的进入过程具有重要意义。选择采集自南海蛟龙海山水深约3 300 m的3个铁锰结核,根据其内部剖面上原位X荧光光谱分析(XRF)的主量元素含量差异分层进行了分层取样。对于分层样品开展了淋滤实验,分别提取样品中的碳酸盐相、锰矿物相、铁矿物相和残渣相组分,并将该4种组分以及原样中主微量元素加以分析比较。结果表明,蛟龙海山结核多数主要元素赋存方式基本上类似于大洋水成型结核结壳,但相对于大洋水成型结核结壳,Al、K、Mg、Li、Ti在碎屑相中赋存比例更高,呈现出边缘海水成型结核元素赋存方式的特点。圈层之间部分元素赋存形式略有变化,其中Mg、Cu、Ni、Zn从核心到边缘在锰矿物相中的赋存比例随着Mn/Fe比值的升高而增加,体现了不同生长阶段结核元素和矿物组成的变化。即Mn/Fe比值越高,说明锰氧化物/铁氧化物比值越高,而Mg、Cu、Ni、Zn主要赋存于锰氧化物中,所以Mg、Cu、Ni、Zn赋存于锰矿物相/铁矿物相的比例增加。此外,通过与前人关于南海蛟龙海山结核淋滤结果的对比发现,实验试剂与反应时间对于结核淋滤结果有较大影响。     

国际海洋矿产研究新进展

通过在俄罗斯参加学术会议，访问和广泛的交流研讨，对当前国际上的大洋固体矿产和天然气水合物研究现状和最新进展有了一定的认识，尤其对俄罗斯海洋地质、大洋矿产和天然气水合物的调查研究情况有了较深入的了解。     

基于宏基因组测序研究中太平洋海山富钴结壳区非培养微生物生态功能

富钴结壳是一种重要的海底矿产资源.富钴结壳是生物地球化学和微生物学的研究热点,但目前我们对富钴结壳区的微生物群落结构仍缺乏认识.本研究针对中太平洋海山富钴结壳区沉积物,采用非培养方法获得微生物基因组信息并分析其生态学功能.采用PCR的方法筛选得到78个带有16S rRNA基因的克隆.变形杆菌门和奇古菌门MGI类群分别为古菌和细菌的主要类群.测序并分析了9个带有16S rRNA 基因的fosmid克隆.这些克隆中含有较多的代谢相关和重金属抗性相关基因,表明多样的代谢和抗逆途径在微生物适应富钴结壳环境中发挥了重要作用.代谢途径分析表明,氮循环是富钴结壳区一种重要的生物地球化学过程.此外,发现多个水平基因转移事件,这些基因大部分转移自细菌,少量转移自古菌或植物.比较基因组分析表明,属于奇古菌门MGI类群的克隆W4-93包含一段共线性的基因簇.以上结果说明水平基因转移和基因组分歧进化在微生物适应深海环境过程中发挥了重要作用.