富钴结壳资源评价和圈矿方法探讨

分析和讨论了我国现行富钴结壳资源评价所用的算术平均法在基础数据获取方面存在的问题,给出了相应的改进方案,并提出和引入了见矿率、成矿系数等新的评价参数,改进了现有方法的不足.围绕目前迫切需要解决的结壳圈矿工作中的界线问题,从调查方法、资料处理和界线确定等三方面进行了相应的理论探讨.这些工作将为当前我国富钴结壳申请矿区的选择、圈定以及资源评价提供技术支撑,也是后续矿区加密调查和钴结壳储量精细计算的重要依据.     

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。     

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.     

西北太平洋采薇海山富钴结壳矿物学和地球化学特征

富钴结壳是一种富含Mn、Co、Ni和稀土元素（镧系元素加钇,简称REY）等元素的海底矿产资源。本文研究的富钴结壳样品是“科学”号在2018年HOBAB5航次于西北太平洋采薇海山的山顶边缘上通过电视抓斗获得的。利用扫描电镜、X射线衍射仪（XRD）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分析了富钴结壳的显微构造、矿物学特征和地球化学特征,并探讨了其成因类型和形成机制。富钴结壳的结构从内到外可分为土黄色的疏松层（C8-5）、黑色铁锰致密层（C8-2、C8-3和C8-4）和发育葡萄状球体的粗糙表面（C8-1）。土黄色疏松层孔隙度较高,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石、钠长石、钙十字沸石和钡镁锰矿,Mn的含量较低,Al的含量较高。黑色的铁锰致密层孔隙度较低,呈柱状构造,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石和钠长石,Al含量有所下降,Mn含量升高, 说明陆源物质的供应逐渐变少。在富钴结壳的生长后期,其主要显微构造由柱状构造向斑杂构造转变,二者的过渡区域为铁锰氧化物与富Si碎屑物质组成的层状构造。富钴结壳各层位的Mn/Fe比值为1.16～1.85,且各层位Ce呈正异常,Y呈负异常,以上特征表明富钴结壳为水成成因型,其金属元素来源于氧化性海水,未受到热液活动的影响。依据富钴结壳的年代学数据,可知从渐新世末期到上新世中期,富钴结壳的生长过程一直受控于太平洋深层水。Co/(Fe+Mn)和Co/(Ni+Cu)的不断升高表明富钴结壳一直在氧化性较高的海水环境中生长。相较于其他大洋和海区,采薇海山富钴结壳具有高含量的Co、Ni和REY,具有极高的经济价值和开采价值。     

中太平洋莱恩海山富钴结壳元素地球化学特征及成因

富钴结壳是一种经济价值高、开发前景好的海洋矿产资源,其外部形态、内部构造和地球化学特征记录了古海洋环境的演变信息。本次研究借助富钴结壳细致分层的显微构造及元素地球化学的差异分析,探讨中太平洋莱恩海山富钴结壳成因及形成过程。富钴结壳样品由上至下可分为5层,顶部较致密Ⅰ层黑褐色,表面光滑,杂质较少,具有雪松状叠层石构造,反映了沉积水动力较强;较致密Ⅱ层与Ⅰ层宏观特征类似,具有柱状和胡萝卜状叠层石构造,沉积水动力最强;疏松Ⅲ层和疏松Ⅳ层黄褐色,内含沉积物杂质,多见斑杂状构造,沉积水动力比较弱;致密Ⅴ层为磷酸盐层,具有亮黑色的沥青光泽,富含有孔虫化石,底部Ⅴ层Sr、P、Ca等元素明显富集,表明了海洋生物的明显参与,沉积水动力最弱。莱恩海山Ce异常及高钴高锰低铁特征,表明结壳长期处于氧化环境;而Mn、Fe、Co等元素地球化学特征综合表明,海洋水动力及氧化性总体表现为由底部Ⅴ层至Ⅱ层氧化性逐渐增强,至顶部Ⅰ层有所减弱的趋势;依据元素分配系数、Ce正异常、Ho正异常、Y负异常及成因三角图,判定结壳为南极底流影响下的海水成因。综合结壳年代学数据,在元素剖面中记录了三期磷酸盐化事件,恢复了莱恩海山富钴结...     

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。     

西太平洋Lamont海山中新世以来富钴结壳成矿环境的演化

分析了西太平洋Lamont海山12个站位33个富钴结壳样品的主元素和稀土元素,结果表明,该海山富钴结壳成因类型属于水成成因,并且在形成过程中基本未受到磷酸盐化作用的影响。Lamont海山的一个富钴结壳样品剖面的电子探针数据显示,该海山富钴结壳的成矿环境在新第三纪以来至少存在2个演化阶段:第1阶段,23~15 Ma,富钴结壳中Mn相对富集,成矿环境以富氧贫硅为特征;第2阶段,15~0 Ma,富钴结壳中Fe相对富集,成矿环境以贫氧富硅为特征。成矿环境的氧化能力总体上呈现下降的趋势。联系新生代世界大洋,尤其是西太平洋的地质演化背景,认为引起成矿环境演变的原因主要是西太平洋大洋板块的WNW向漂移和新第三纪以来全球水道开合,造成了Lamont海山所处海区最低含氧带逐渐减薄。     

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...     

全球三大洋海山钴结壳资源量估算

钴结壳具有Co、Ni、Cu和Mn及其他金属的潜在矿产资源和储存在结壳层中古环境信息的双重意义。与深海多金属结核和热液硫化物矿床相比,具有较高Co、Ni和Pt含量的海山钴结壳有可能成为商业勘探的潜在目标。为合理地估算出全球三大洋海山钴结壳资源量,基于我国西太平洋海山钴结壳拖网采样调查资料和对太平洋海山钴结壳资源分布规律和钴结壳矿区圈定参数指标的深入研究,按海山不同高度、不同洋壳年龄赋予不同结壳厚度,进而计算出全球三大洋海山钴结壳分布面积为3 039 452.14km2和干结壳资源量为(1 081.166 1~2 162.332 2)×108 t。太平洋海山钴结壳分布面积为2 123 087.12km2和干结壳资源量为(513.244~1 026.488)×108 t,大西洋海山钴结壳分布面积为512 509.74km2和干结壳资源量为(116.503 2~233.006 4)×108 t,印度洋海山钴结壳分布面积为403 855.28km2和干结壳资源量为(81.484 9~162.969 8)×108 t。三大洋海山钴结壳的Mn、Co、Ni和Cu金属量分别为(138.848 0~277.696 0)×108 t,(3.967 6~7.935 2)×108 t、(2.793 6~5.587 2)×108 t和(0.825 1~1.650 2)×108 t。根据钴结壳的Co含量、Co通量和厚度相关分析,所赋予的钴结壳厚度占理论推测厚度的6.10%~12.20%,这与Ku等得出"钴结壳生长时间约占其整个生命史4%"的认识非常相近。三大洋海山钴结壳实测厚度与赋值厚度对比分析表明,太平洋海山钴结壳赋值厚度平均值为1.87cm,实测厚度平均值为1.77cm,相对误差为5.35%,大西洋和印度洋相对误差分别为18.18%和23.23%。研究数据表明按海山高度和洋壳年龄所赋的钴结壳厚度基本合理,估算出的钴结壳资源量基本可靠。本文首次估算出三大洋海山钴结壳资源量,为整个海盆和三大洋海山钴结壳资源量估算提供了新方法。     

中太平洋海山区尖顶和平顶海山结壳成矿与分布的比对研究

尖顶海山和平顶海山是洋底海山的两种类型,同时也是富钴结壳资源赖以成长的主要载体,两者在地形上具有显著差别,资源状况和分布也不尽一致。以地形分类为基础,就中太平洋海山区两类海山结壳的成矿特征、宏微观构造、矿物和化学组成以及空间分布等进行了比对研究。研究认为,尖顶海山体积虽小,但地形演化连续,底层流及环境氧化性较强,有利于结壳的长期稳定生长,结壳厚度总体较大,富成矿元素和生物组分,远景成矿区域连续绵长。平顶海山山体巨大,顶部和斜坡陡崖区不利于结壳成长,底流活动只在山顶边缘和山脊地带表现突出,环境氧化性整体较弱,后期构造活动相对频繁,结壳总体厚度较小,铁,碎屑和热液组分含量较高,远景矿区相对狭窄。     

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。     

Distribution characteristics of seamount cobalt-rich ferromanganese crusts and the determination of the size of areas for exploration and exploitation

In 2001, the International Seabed Authority (ISBA) initiated the consideration relating to the Regulations for Prospecting and Exploration for Hydrothermal Polymetallic Sulphides and Cobalt-rich Ferromanganese Crusts in the Area at its 7th session. Since then, the consideration of the Regulations has been mainly focused on the size of areas to be allocated for exploration and exploitation of the crusts. This paper, based on the investigation data and the analysis of the distribution characteristics of the crusts, suggests a model for determining the size of areas for exploration and exploitation of the crusts, taking into account various factors such as production scale, crust thickness and grade, mineable area proportion, recovery efficiency, exploration venture, and so on. Through the modeling, the paper suggests that the exploration area (the area covered by each application for approval of a plan of work for exploration of cobalt-rich crusts) shall be 4 856 km² and the exploitation area (the mine site area) shall be 1 214 km², for 20 years of 1 million wet tonnes annual production.     

Resources calculation of cobalt-rich crusts with the grid subdivision and integral method

On the basis of three geological models and several orebody boundaries,a method of grid subdivision and integral has been proposed to calculate and evaluate the resources of cobalt-rich crusts on the seamounts in the central Pacific Ocean.The formulas of this method are deduced and the interface of program module is designed.The method is carried out in the software "Auto mapping system of submarine topography and geomorphology MBChart".This method and program will possibly become a potential tool to calculate the resources of seamounts and determine the target diggings for China's next Five-year Plan.     

中太平洋海山富钴结壳成矿的空间分布规律研究

海山是富钴结壳主要的成矿载体,结壳成矿分布不仅受到海洋最低含氧带、碳酸盐补偿深度、生物生产力、物质来源、海水氧含量等大尺度宏观因素的影响,同时也受到海山地形、沉积作用和底层海流冲刷等小尺度微观因素的控制。通过对以中太平洋R海山为主的水下结壳成矿与分布的深入研究,发现结壳富集区以海山浅水区域为主;地形地貌上的尖顶高地区、顶坡过渡带、山体鞍部、山脊、斜坡上部等区域结壳质量较好,覆盖率高;下斜坡、山谷、山顶平坦区和斜坡区平缓台地是结壳贫乏区,结壳厚度小、覆盖率也低;15°以下的小坡度地形结壳成矿较好,3°~7°最佳,15°以上的大坡度区质量有所下降,陡崖区最差。地形对结壳分布和成矿起基础性影响作用,沉积作用和底流冲刷分别起到阻滞和促进作用,海流是保持低坡度区结壳长期稳定生长的关键因素,地形控矿本质上是和底层流联合对抗沉积堆积作用的过程。     

Quantifying the relative intensity of fishing on New Zealand seamounts

New Zealand seamounts support major fisheries for several deepwater fish species, including orange roughy (Hoplostethus atlanticus) and smooth oreo (Pseudocyttus maculatus). Although a high proportion of features in the depth range 500–1000 m have been fished, very little is known about the ecological impacts of bottom trawling on seamounts. The potential impact is likely to be influenced by the spatial extent and frequency of fishing. A new index is presented to assess the relative intensity of trawling on New Zealand seamounts. The fishing effects index (FEI) incorporates information on the density of fishing on the seamount as a proportion of the seabed area and also on tow direction. Detailed fisheries data from more than 250 000 tows were examined to calculate FEI for New Zealand seamounts. The most intensively fished seamounts were on the south Chatham Rise, an area characterised by a large number of relatively small features which were fished serially for orange roughy in the 1980s and 1990s. Other seamounts with high FEI were on the north Chatham Rise, Challenger Plateau, and off the east coast of the North Island. A range of sensitivity analyses indicated that the general rankings of seamounts were relatively robust to the choice of arbitrary thresholds used to assign tows to seamounts.     

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.     

Variation reduction in quality of an optical triangulation system employed for underwater range finding

This paper attempts to more thoroughly understand the factor effects on the performance of an optical triangulation system used for range finding in water. In this study analytical expressions for estimating the peak of the laser spot and for image processing were presented. Both the design of experiment process and the Taguchi method have been used to evaluate factor effects and to specify design parameters. To assess the effects of monochrome and color image displays on the performance of range finding, two sets of experiments were carried out. The optimum models based on factor effects were predicted and constructed through the analysis of variance. The confirmation experiments were performed and the outcomes are in good agreement with the predicted optima. Based upon the results of experiments and analyses, it is found that brightness, contrast, and peak detection algorithms are the main factors to dominate the quality of range finding while using a monochrome camera. And further, all control factors of brightness, contrast, peak detection algorithm, sampling range, and specific primary color for intensity computation are critical to the quality of range finding while using a color camera. Notably, right selections of the image resolution and the sampling range can shorten the computing time and get high precision results.     

混凝土试验中一类特殊问题的拟合方法研究

混凝土多轴疲劳试验样本因其含有大量的重复数据和试验数据离散性极大,因此许多传统的方程拟合方法都不适于这类特殊问题。对基于最小二乘法的多元线性或可化为线性的非线性拟合问题,对一切可能方程的求法进行了改进,并对各种方法进行了全面比较研究,最后找到了适用于混凝土疲劳这一类特殊问题拟合的R估计方法。利用相对较好的拟合方程查找异常值,然后据此分析异常值产生的原因,从而指导进一步的试验或者对异常值进行有效处理。