富钴铁锰结壳的控矿要素和成矿过程——以西太平洋为例

以西太平洋海山的麦哲伦海山群和马尔库斯-威克海山群为例,研究了富钴铁锰结壳（富钴结壳）形成过程中地质要素和海洋要素的作用,重点分析了海山漂移和沉降、水道开合、最小含氧带（OMZ）、大洋环流,以及气候变化等要素对富钴结壳形成的控制作用。基于对麦哲伦海山和马尔库斯-威克海山结壳样品剖面Mn／Fe值曲线的综合研究,结合控矿要素和成矿背景分析,将该区白垩纪以来富钴结壳的成矿过程划分为五个阶段：（1）自垩纪-始新世,（2）始新世末-晚渐新期,（3）晚渐新期-中中新期早期,（4）中中新期早期晚中新期早期,（5）晚中新期早期-现代,其中（2）、（3）阶段有利于发育富钴结壳。     

太平洋海山富钴结壳钙质超微化石生物地层学及生长过程

正确判断富钴结壳生长年代及过程有助于研究结壳形成地质历史和重建古海洋环境.利用生物地层学方法(生物遗留印痕)对太平洋不同海山结壳样品进行生长时代和阶段研究,发现麦哲伦海山CM3D06结壳和中太平洋海山CB14结壳最初形成年代和富集特征差异显著: 前者为白垩纪(或更古老)、晚古新世-早始新世、中-晚始新世、中-晚中新世、上新世-更新世等5个阶段;后者为晚古新世-早始新世、中-晚始新世、中中新世、上新世-更新世等4个阶段.两座海山结壳层内部超微化石组合具有极强的区域性特征,反映了大洋环境对生物的影响以及生物对环境的适应.结壳层间的不整合和结构构造的变化指示在渐新世其生长存在间断期,与成矿作用的间断有关.      

莱恩海山链MP2海山富钴结壳Co元素的富集/亏损研究

富钴铁锰结壳(简称富钴结壳或海山结壳)是生长在大洋洋底地势较高处(如海山)硬质基岩上的富含铁、锰、钴、铂、稀土等金属元素的"壳状"沉积矿产.与其它深海铁锰沉积相比较,海山结壳的的最主要特征是富Co,其Co含量是大洋铁锰沉积中最高的.但是,同一富钴结壳样品的不同层位Co含量的差异是比较大的,到目前为止,人们并没有充分认识富钴结壳为什么"富钴",即Co发生富集/亏损的原因.本文通过对莱恩海山链MP2海山的一块典型富钴结壳样品电子探针原位化学成分数据的系统分析,对富钴结壳形成过程中Co富集/亏损的原因进行了系统研究,以揭示富钴结壳中的Co富集机制以及富钴结壳成矿作用是否具有时代的特殊性.     

麦哲伦海山区富钴结壳成矿条件分析

麦哲伦海山区是西北太平洋内受北西向转换断层控制的板内海底火山链，其形成时代为中株罗世－－白垩纪。独特的构造背景和地理环境，造就麦哲伦海山区成为世界上最重要的富钴结壳分布区之一。海山上覆盖着火山岩和沉积岩两类结壳基岩，基岩的形成时代、类型、分布位置等，对结壳性质有重要影响。富钴结壳于晚白垩世晚期开始形态，始新一－中新世发育最为有利。自株罗纪以来麦哲伦海山由南半球跨越赤道迁移到北关球，这一阶段南级冰盖的消融与生长和板块构造上起的海陆变迁，导致海山区最低含氧层深度和CCD面发生变化，结壳的生长出现间断，内部元素组分发生突变或渐变，麦哲伦海山上的结壳，一船呈现两个世代，新老壳层间在元素含量上有差异，老世代壳层中有6个元素成因组合，壳层中有4个元素成因组合。     

大洋钻探与海底矿产

深海钻探与大洋钻探发现的许多古海洋事件和古环境变化，控制着海洋矿产的形成与分布，并为研究海底成矿作用提供了大量科学资料，大洋钻探及其他有关研究已经证明，南极底层水和上升流的发育，硅质生物的高生产力，以及始新世、渐新世、中新世与上新世的沉积间断，都有利于多金属结核，富钴结壳和磷灰石的形成。因此，深海钻探和大洋钻探对于海洋成矿理论有重大贡献。     

试谈富钴结壳的成矿机制

富钴结壳的形成是“物理化学成矿”的结果。在海水中存在一个最低含氧带（OMZ），在此带内，来自内源、外源和水成等多种来源的Fe、Mn等成矿元素含量丰富。在OMZ下方，由于氧化作用，Fe、Mn首先形成水合氧化物胶体，同时Pt也可能在此时从海水中分离出来；在Fe-Mn氧化物沉淀过程中，由于表面吸附作用，具有合适表面电荷的Co^2 、Ni^2 等离子，被吸附到胶体颗粒表面，逐步富集成矿；在微生物和上升海流的作用下，磷酸盐组分加入到结壳中，形成夹层。因此,富钴结壳是多组分分阶段物理化学成矿的产物。     

大洋富钴结壳资源调查与研究进展

富钴结壳是继多金属结核资源之后被发现的又一深海沉积固体矿产资源,在太平洋、大西洋和印度洋的海底均有分布。据估算,全球三大洋海山富钴结壳干结壳资源量为(1081.1661~2162.3322)×108t。世界各国对富钴结壳的调查始于20世纪80年代初,截至目前,已有日本、中国、俄罗斯和巴西等4个国家与国际海底管理局签订了富钴结壳勘探合同,而韩国的矿区申请也于2016年获得核准。富钴结壳按形态可分为板状结壳,砾状结壳和钴结核3种类型。富钴结壳内部结构构造在宏观上通常表现为三层构造,即底部亮煤层、中部疏松层和顶部较致密层;在微观下主要表现为柱状构造、叠层构造、斑块状构造、纹层状构造等多种类型。富钴结壳的矿物成分主要为自生的铁锰矿物,包括水羟锰矿、钡镁锰矿、羟铁矿、四方纤铁矿、六方纤铁矿、针铁矿等。富钴结壳富含Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Zn等金属元素以及稀土元素和铂族元素,其中Co含量尤为显著。三大洋中,以太平洋富钴结壳的Co平均含量最高。富钴结壳的生长过程极其缓慢,平均仅几毫米每百万年。研究表明,西太平洋富钴结壳最早于始新世-早中新世开始生长。目前通常认为富钴结壳为水成成因,即Co、Fe、Mn等金属元素来源于海水。此外,有研究表明微生物在富钴结壳的形成过程中也起着非常重要的作用。富钴结壳的分布及特征受地形、水深、基岩类型、海水水文化学特征、经纬度等多种因素的影响,其主要分布于碳酸盐补偿深度以上、最低含氧带以下、水深800~2500 m的海山、岛屿斜坡和海底高地上,西、中太平洋海山区被认为是全球富钴结壳的最主要产出区。     

墨西哥西马德雷山脉中—新生代构造、岩浆演化及成矿特征

墨西哥西马德雷山脉是白垩纪—新生代岩浆活动和构造运动形成的。中新生代岩浆活动可以分为5个主要阶段:侏罗纪—早白垩世、晚白垩世—古新世、始新世—渐新世、中新世早期和中新世中期—现代。这些岩浆活动和构造运动与法拉隆(Farallon)板块向北美大陆俯冲和加利福尼亚湾打开相关。墨西哥中新生代的成矿作用与东太平洋板块边缘连续的俯冲过程密切相关,矿床类型多样,包括VMS(与火山相关的块状硫化物)型、斑岩型、IOCG(铁氧化物铜金)型、矽卡岩型等。     

西藏冈底斯成矿带成矿规律

冈底斯成矿带是中国西部最重要的成矿带之一,目前已探获的铜金属资源量大于3000万t、铅锌金属资源量大于730万t。前人对该带成矿地质条件、成矿规律、成矿理论等研究取得了创新性、突破性的成果,文章结合成矿带最新勘查和研究进展,开展了以下总结工作：①划分了矿床类型。成矿带已发现的矿床类型包括：斑岩型铜金、铜钼、钼（铜）矿床,矽卡岩型铜、铅锌、铁、钨钼矿床,浅成中-低温热液型铅锌银、铯、自然硫矿床,沉积型石膏、煤等;②收集汇总了矿床成岩成矿高精度年龄学数据,总结了成矿时代分布规律,划分了石炭纪、晚三叠世—侏罗纪、早白垩世晚期—晚白垩世早期、晚白垩世晚期—始新世早期、渐新世、中新世、第四纪7个成矿期;③总结了不同矿床类型的空间分布规律,探讨了矿床东西向成带、南北向成串的控制因素;④收集了典型矿床金属硫化物的硫、铅同位素数据,探讨了成矿物质来源对成矿元素的影响：幔源物质→壳幔混合物质→壳源物质依次对应了Cu-Au→ Cu-Mo→Pb-Zn成矿元素的分布;⑤厘定了5个成矿系列,包括冈底斯与晚古生代沉积成矿作用有关的石膏矿床成矿系列;冈底斯与印支晚期—燕山早期中酸性岩浆成矿作用有关的Cu、Au、Ag、Fe矿床成矿系列;冈底斯与晚中生代沉积成矿作用有关的煤矿床成矿系列;冈底斯与喜马拉雅期岩浆成矿作用有关的Cu、Mo、Pb、Zn、Au、Ag、W、Fe、Co矿床成矿系列;冈底斯与新生代沉积成矿作用有关的砂金矿床成矿系列;⑥探讨了区域构造演化与成矿的关系。     

磷酸盐化作用对结壳元素富集的影响

本文为磷酸盐化作用对大洋富钴结壳化学影响的大比例尺细致研究。作者对取自西北太平洋麦哲伦海山区一厚度为10cm的富钴结壳样品,自顶至底以5mm间距采取了分层样品进行了成矿元素和稀土元素分析。结果表明,未被磷酸盐化的新结壳和磷酸盐化的老结壳间主要成矿元素的含量相差显著     

成矿信息精细化研究的意义及有效途径

成矿信息精细化研究是针对"现阶段矿产地质工作中过度依赖现代高端实验测试技术方法、过分追求利用有限的高精测试数据构建矿床模型,忽略了对更多成矿信息的精细化研究,难以直接指导探矿工程布置"的问题而提出的。成矿信息精细化研究突出研究成矿要素在有限时空尺度上的变化细节,尽可能利用勘查区内地质、物探、化探、遥感等资料,通过研究成矿信息的空间特征和变化趋势,还原成矿过程的细节。其四大研究特征是:重视大数据统计规律、重视多角度提取信息、重视研究勘查区尺度上地质信息的变化特征和重视研究成矿事件发生时的成矿过程细节。其五大研究要点是:识别控矿因素,分析矿床成因,研究矿质迁移富集机理,总结控矿因素在不同时、空尺度的变化规律,以及详细恢复成矿过程。研究路径是:对控矿因素进行专项深化研究、对实验室微观信息规律进行深入研究和对物化遥资料进行深入分析,为精细化研究提供更多信息。     

An integrated method for the quantitative evaluation of mineral resources of cobalt-rich crusts on seamounts

Cobalt-rich crusts on seamounts potentially have the economic value of multiple metals. In the field of exploration, it is important to perform quantitative evaluations of mineral resources and delineate promising areas in survey regions for future mining. Accordingly, this study, based on prior knowledge, develops an integrated method to quantitatively evaluate mineral resources of cobalt-rich crusts on seamounts and gives an application example to demonstrate this method. The method includes four steps: first, defining units with certain areas and shapes on the target seamount (a 20 km² square block in the application example) and estimating characteristic values of the cobalt-rich crust for each unit with known geological survey data using a space interpolation method such as Kriging; second, presenting several model algorithms, i.e. Regional Coverage of Crusts, Suitable Slope Percentage for Mining and Fitting Area on Slopes, to extract the corresponding regional metallogenic factors for each unit by inputting regional surveying data (such as bathymetry data) into these models; third, considering both the features and regional metallogenic factors of cobalt-rich crusts in each unit to estimate their distribution of mineral resources on the entire seamount; and last, according to the distribution of the mineral resources and international social and economic requirements (such as the regulations of the International Seabed Authority), delineating a promising area for future mining.     

成矿系列的缺位问题及其在成矿预测中的应用

文章在燕山地区找矿实践中,应用矿床的成矿系列概念和分析方法开展了成矿预测研究,提出了成矿系列缺位概念,其含义是指在一定的区域内,依据矿床的成矿系列概念,经对该区地质演化历史、矿床形成地质环境、成矿作用、成矿物质、矿床时空分布规律、成矿系列模式、成矿体系的系统研究后,确定的成矿体系中各个序次的成矿系列在空间、时代、矿床类型、成矿元素(矿种)等方面应当存在而尚未被发现的部分。并把成矿系列缺位分出4个类别,即成矿系列空间缺位、成矿系列时代缺位、矿床类型缺位、矿床成矿元素(矿种)缺位。对运用成矿系列缺位概念进行成矿预测时应重点研究的内容进行了初步探讨,列举了成矿系列缺位预测成功范例。     

成矿系统研究及其资源、环境意义

成矿系统是指在一定地质时空域中，控制矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用过程，以及所形成的矿床系列和异常系列构成的整体，它是具有成矿功能的一个自然系统。成矿系统理论要点是：①成矿是一个由发生、持续到终结的开放的复杂动力系统；②成矿作用产物包括矿床系列和异常系列，它们共同构成矿化网络；③成矿系统研究的是矿床形成、变化、保存的全过程；④成矿系统的研究，必须与成矿背景环境的研究一体化，并按构造动力体制进行分类。成矿系统研究的三重意义在于：①推动成矿学的深入发展，并有利于矿床学与地球科学其它分支学科的相互渗透；②在找矿预测中建立战略观点和整体思路，促进区域找矿和资源潜力评估工作；③研究成矿系统中有害组分的污染程度，为矿区环境质量评估和环保工作提供科学资料。论文指出以系统观和历史观相结合的研究方法，将使资源和环境服务的成矿系统研究得到进一步发展。     

利用多波束回波强度进行中太平洋潜鱼海山底质分类

中、西太平洋海山区是富钴结壳的重要富集区,钙质远洋沉积、碳酸盐岩沉积及重力作用引起的滑塌沉积是海山山顶和斜坡的主要沉积类型,它们的空间分布规律对于富钴结壳的分布至关重要.在国内首次利用EM122多波束回波强度资料对中太平洋潜鱼海山进行了底质类型研究,对回波强度资料进行处理和统计分类,并与浅地层剖面和地质取样结果对比,分析得出了4种底质类型,即富钴结壳、钙质远洋沉积、碳酸盐岩基底及碎屑流沉积.这几种底质类型具有不同的回波强度特征,其中富钴结壳区表现为均一的回波强度高值特征;钙质远洋沉积区表现为均一的回波强度低值特征,二者回波强度值相差约20 dB.结果显示潜鱼海山山顶仅局部发育钙质远洋沉积,大部分为碳酸盐岩基底出露区,山顶边缘及侧翼山脊处为主要的富钴结壳分布区.此外,该海山存在3处较大规模的重力滑塌沉积区,主要为碎屑流沉积.      

成岩成矿深度：主要影响因素与压力估算方法

成岩成矿深度是金属矿床成矿地质体的重要空间参数,受到地质构造、岩浆岩、围岩等诸多因素的影响。初步讨论了成矿深度的主要影响因素：岩浆因素和构造因素。内生矿床,特别是岩浆热液矿床的形成深度与岩浆作用的深度有关,岩浆侵位深度限定了矿床形成深度的下限,而岩浆上升和侵位过程中分异出的热液的深度直接决定了成矿深度。构造变形直接控制了多孔介质的渗透率,渗透率制约了流体的流动,成矿流体运移和就位则直接与成矿深度相关联。还阐述了成岩成矿深度(压力)的估算方法,以流体包裹体温压计为主,结合其它矿物地质温度计和压力计,并综合考虑成矿地质构造、岩浆岩、围岩等因素,才能获得合理和符合地质实际的成矿深度,为找矿勘查提供经得起检验的深度参数。     

西昆仑及邻区成矿规律和成矿系列

成矿系列是研究区域成矿规律的一种学术思想,主张用系统论、活动论的观点研究在地质历史发展的各阶段、各特定地质构造环境中成矿作用的过程及形成的矿床组合自然体。本文基于对西昆仑及邻区大地构造演化的新认识和新理解,结合研究区境内外地质和矿产勘查研究新进展,尤其是大批成矿年龄精测数据和对成岩成矿物质来源的新认识,将西昆仑及邻区内生金属矿产资源划分为8个主要矿床成矿系列：（1）古元古代鞍山式沉积变质型铁矿成矿系列;（2）中元古代层控碳酸盐岩型铁铜金矿床成矿系列;（3）志留纪沉积变质岩系有关的Fe矿床成矿系列;（4）晚泥盆世-早石炭世层控碳酸盐岩型铅锌（铜）矿床成矿系列;（5）石炭纪火山岩型块状硫化物铜矿床成矿系列;（6）晚石炭世层控碳酸盐岩型锰矿床成矿系列;（7）侏罗纪-白垩纪层控（MVT）和沉积喷流型（SEDEX）型铅锌矿床成矿系列;（8）中新生代与伟晶岩有关的稀有金属矿床成矿系列。叙述了各个成矿系列的成矿地质背景、成矿特征、矿床组合、时空分布规律和典型矿床特征等。本次成矿系列的划分,强调以重大构造事件作为背景,突出以重大构造事件与大规模成矿的耦合关系作为出发点,力求从更大尺度上认识矿床形成的成矿动力学背景。值得指出的是,研究区幅员辽阔,不少矿床的成矿系列具有明显空间递变性,如与特提斯洋闭合和碰撞有关的成矿事件横跨原特提斯-古特提斯和新特提斯阶段;北昆仑地体为塔里木古陆的一部分,记录从古元古代早期到新元古代的构造演化对Rodinia 超大陆汇聚和裂解的响应。在长期演化过程中,西昆仑及其邻区形成了独特的成矿系列。     

青海五一河地区岩浆热液型铁多金属矿床地质特征与成矿模式

青海五一河地区岩浆热液型铁多金属矿床由虎头崖多金属矿区、迎庆沟多金属矿区、景忍铁多金属矿区相连组成,是祁漫塔格地区找矿成果较显著的矿床之一,大地构造位置处于北祁漫塔格早古生代岩浆弧及祁漫塔格早古生代结合部位。本文基于详细的野外工作,从矿床地质特征、矿床的形成构造环境、成矿条件及主要控矿因素,探讨了矿床的成矿机理,在此基础上建立矿床的找矿模式,以指导找矿。     

西天山构造演化与优势矿产成矿规律

西天山位于中亚增生型造山带的西南缘,夹于准噶尔地块和塔里木克拉通之间.西天山造山带的构造演化与天山洋的俯冲?关闭过程密切相关.西天山地质构造复杂,成矿作用独特,既可形成与活动陆缘有关的斑岩铜金矿和火山?沉积岩型铁锰矿,也可发育与伸展构造有关的海底热水沉积型铅锌矿和浅成低温热液型金矿等多个集中区.西天山地质构造演化和成矿作用一直是地质学家关注和研究的热点,近年来的地质找矿和基础研究工作也取得一系列重大进展,但同时也存在一些急待解决的问题.本文通过对区域地质背景、沉积建造、岩浆演化、成矿地质特征与物质来源、控矿因素等方面资料的综合研究,认为西天山造山带从前寒武纪到晚古生代经历了古陆边缘裂解、洋?陆俯冲增生、陆?陆碰撞及后造山伸展等地质过程;与此相应形成了多个成矿区带,主要包括:（1）哈尔达坂前寒武纪古陆边缘裂陷盆地环境的铅锌成矿带,（2）与博罗科努古生代洋?陆俯冲、碰撞?碰撞后伸展环境有关的金铜铅锌多金属成矿带,（3）与阿吾拉勒晚古生代岛弧?弧后盆地有关的铁多金属成矿带,（4）那拉提古生代岛弧金铜多金属成矿带.在此基础上建立了西天山主要成矿区带的成矿模式,厘定了与西天山沉积建造?构造活动?岩浆活动有关的成矿序列,总结了西天山铁铜铅锌金等优势矿产时空结构模型.      

华北地台北缘西段主要成矿系统分析

研究了华北地台北缘地质演化、构造分区, 从南到北依次为乌拉山-色尔腾山-大青山陆内隆起区、东升庙-渣尔泰山陆内裂陷区、狼山-石哈河陆缘隆起区、霍各乞-白云鄂博陆缘裂陷区、白乃庙-白银都西隆起裂陷带、温都尔庙-爱力格庙裂陷带、苏左旗-锡林浩特槽内隆起区.分析了陆缘基底建造和裂谷沉积建造, 划分出裂谷裂陷期和沉降期沉积.研究了成矿系统, 以成矿物质来源的同一性和继承性划分出3个成矿系统: (1) 变质岩金矿成矿系统, 以绿岩建造为物源基础, 有多种矿床类型组合, 主要产于古陆隆起带的变质岩区. (2) 海相火山细碧岩及喷流沉积成矿系统, 主要产于裂谷裂陷期形成的火山岩建造中, 与火山活动岩浆同期的热水喷流有关, 有铜、铅、锌多金属矿床. (3) 碱性-碳酸岩及喷流叠生成矿系统, 产于白云鄂博裂谷早期碱性-碳酸岩火山岩中, 其中伴随高温硅钾热水喷流沉积, 形成稀有-稀土-铁叠生矿床.主、东矿床新生代以来经受了强烈风化剥蚀, 并有冲积富集现象.