海底锰结核.docx

海洋铁锰结核（壳）简介XX（XX大学XX学院XX班）摘要 海洋铁锰结核是目前最具开发价值的海洋矿产之一，其中富含多种金属， 引起了各国的广泛关注本文简要介绍了海洋铁锰结核的分布情况、特征和成因 及研究进展等，并对海洋矿产资源的开发进行了展望关键词铁锰结核、铁锰结壳、海底矿产、钻、东菲律宾大洋铁锰结壳是继大洋多金属结核之后出现的又一极具潜在经济价值的水 下固体矿产资源［1］,富含Mn、Fe、Cu、Co、Ni和Pt等金属及非金属P,并且结壳 的产出水深多小于3 000 m,易于进行系统的样品采集，开采风险及开采时对环境 的影响也较小因此，备受各国政府的关注据专家预测，大洋铁锰结壳很可能会 比大洋多金属结核率先实现商业性开采,并成为21世纪新兴的海洋矿产产业［湘对海洋铁锰结核的研究早已为各国所注目美、英、法、俄、日等国争相组 织大规模调查与研究，已取得了丰硕成果其中关于多金属的来源、结核成因、 元素分布特征等方面，海洋沉积地球化学作了大量研究工作⑷目前，对于“铁锰 结核和结壳”的研究，俄罗斯可以说走在前头，由全俄大洋地质与矿产资源研究所 安德列耶夫博士主编的1 ： 15 000 000 “世界金属成矿图”、“世界地质和矿产图” 及其系列图件，清晰地展示了全球大地构造背景上铁锰结核、富钻结壳、深海硫 化物、含矿泥、磷化物、砂矿以及天然气水合物的分布状况⑸。

一、分布铁锰结核广泛分布于世界大洋海底其最佳分布海区是水深4 500〜5 500 m 海底平原区其中太平洋最富，其次是印度洋和大西洋铁锰结核中高含量的微 量元素主要以类质同象或吸附态存在于铁锰氢氧化物中［6］铁锰结壳尽管在100多年前发现铁锰结核时被同时发现，但直到20世纪80 年代初，德国“太阳号”科学考察船在中太平洋海山区发现铁锰结壳中Co的异 常富集后才开始了对铁锰结壳的专门调查和研究目前，作为最具潜在经济价值 的深海矿产资源之一，铁锰结壳已引起越来越多国家和研究者的重视铁锰结壳是一种海底自生铁锰氧化物集合体,一般生长在几乎无沉积物覆盖 的海山顶部和斜坡基岩上由于其分布和元素富集上（富含Mn、Co、Pt、REEs） 的特征，引起了各国科学家和政府的高度重视铁锰结壳中的元素与地壳和深海 沉积物的平均丰度相比,总体与铁锰结核相似，其中Co、P、Pt和REEs更高，铁锰 结壳中高度富集的元素主要有Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Pt、P、REEs等，普遍 比地壳的平均含量高出2~3个数量级铁锰结壳中Co、REEs和P的富集主要是 水成成矿作用和生物沉积成矿作用的结果这两种成矿作用越强，所形成的铁锰 结壳的潜在的经济价值越大⑺。

铁锰结核与结壳之间的差别是较低的稀土总量：在个别标本中，稀土总量变 化于613~1 074 - 3 g/t之间，平均为849 - 6 g/t钇含量明显低于结壳中，它平 均不超过79 • 4 g/t在总的光谱相似条件下，结核的特点是所有元素数量较大的均一性和较小的 变化区间在某些标本中测到结核底部稀土含量较低，这反映为铈的含量低与结壳相比，结核中稀土元素含量较低的主要原因也许是其年龄较轻，因为 稀土总量在很大程度上决定于沉积物质形成的时间另外，已知麦哲伦海山的结 壳与碱性玄武岩伴生，其中稀土元素含量比洋中脊拉斑玄武岩中高出一个数量级, 与后者的火山源有关的热液场可能是结核矿石组分的来源⑻二、特征和成因以东菲律宾海深水区新型铁锰结壳为例1地质背景研究区位于西太平洋菲律宾海东部的帕里西维拉（Parece Vela）海盆内（图 1）1978年进行的深海钻探59航次的449孔就位于研究区内研究区平均水深 在4 500 m以上，其基底很不规则,形成于距今26~24 Ma前，并在大约21 Ma前沉 降至CCD以下在大约20 Ma前，西马里亚纳海脊的强烈火山作用开始影响本区， 形成火山碎屑沉积,在大约13 Ma（百万年）前，火山作用影响结束，开始只接受深 海黏土沉积⑼。

研究区的沉积层厚度总体较薄，沉积速率较小区域内碳酸钙的 补偿深度（CCD）在4 000~4 500 m之间网因此，除部分海山、海脊上有少量碳酸 钙沉积外，区内沉积物中基本不含碳酸钙沉积从表层沉积物pH和Eh值的测量结果来看,研究区总体上为较强氧化性和弱 碱性环境此外，由于研究区较低的生物生产力和弱碱性海底沉积环境对硅质生 物残骸的溶解作用uh,致使沉积物中的硅质生物成分（如硅藻和放射虫等）也较少而较低的沉积速率和较强的氧化性环境正是铁锰结壳形成的必要条件E 13° 140图1东菲律宾海研究区位置Fig. 1 The location of th归 study area intlie East Philippine Sea2铁锰结壳的形态构造及矿物组成铁锰结壳多为褐黑色，表面鲕粒发育厚度一般为2~3 cm，最厚可达7 cm, 最薄的则小于1 cm结壳直径多大于5 cm宏观观察，结壳为板（层）状结壳层的厚度从小于1 mm到大于1 cm不等 最明显的可分为两层:上层为年轻结壳,下层为老结壳，层间常夹有一深海黏土沉 积物薄层在显微镜下，铁锰氧化物、氢氧化物的矿物集合体为浅灰色到灰白色,其总体 反射率较低，且反射率常随Mn、Fe等金属含量的提高及矿物结品程度的增加而增强（图2a）。

结壳内的显微构造主要为不规则状构造，局部出现柱状构造、平行纹 层构造及块状构造（图2b）根据X射线衍射分析结果（图3）,结壳的主要矿物成分为^MnO2、铁的氧化物/氢氧化物、石英、长石和黏土矿物此外还有少量钠水锰矿、钙十字沸石、磷3铁锰结壳的成因苻『5"3匕X *打』■<作为新型铁锰结壳的发育区r研究区的沉枳:环境与其他铁锰结壳发育区（大M K母；ETfi水锭矿2—石英；Ph一 钙十字沸石;V -SMn（）2灰石、角闪石、伊利石和云母等，钙锰矿及钡镁锰矿则非常少见［⑵洋和边缘海海山）显著不同研究区13 Ma以来的沉积速率较慢，其平均值小于 3 - 4 mm/ka,并且随着火山活动对研究区影响程度的日益降低，其沉积速率具有自 下而上逐渐降低的趋势［9］新型铁锰结壳产于深海黏土、硅质软泥或硅质黏土中， 水深均接近或深于CCD我们对38个表层沉积物的测试结果表明，其CaCO3的平 均含量为 1 - 26%, Fe2O3 为 10 ・ 61%, MnO 为 1 - 28%,Cu、Co、Ni 分别为 329 - 26、 70 - 04和272 - 28仇g/g现场测试表层沉积物Eh值为166 mV,属于较强氧化环 境。

较低的沉积速率和较强的氧化环境均有利于铁锰氧化物的沉淀一般认为大洋海山水成铁锰结壳的Mn/Fe比值多大于1,边缘海的海山水成 结壳含铁量偏高，Mn/Fe比值较大洋结壳低,但也大都大于0 • 5［13］研究区结壳 的Mn/Fe比值平均仅为0.24,低于上述海山水成铁锰结壳的Mn/Fe比值,这与所 研究深水结壳中较高的铁含量有关由于研究区火山喷发物中富铁贫锰I"因此, 形成的结壳也以铁的氧化物/氢氧化物为主此外，菲律宾海作为一个边缘海,虽 然研究区没有大量河流沉积物的输入，具有较低的沉积速率和较强的海底氧化条 件等结壳形成和生长的有利条件，但风尘物质对研究区仍有一定影响［15-18］这些 风尘成因的陆源物质为研究区结壳带来了一定量的陆源金属，致使研究区结壳具 有较高的铁含量，同时对其他金属元素及碎屑元素的富集也具有一定的影响结 合上述对结壳块体化学组分的分析结果，我们认为，研究区的结壳主要为水成成 因，同时也受一定程度的火山和陆源碎屑物质的影响三、 中国对海底锰结核处理技术的研究进展中国对海底锰结核的开发研究始于20世纪80年代初，1991年中国成为继印 度、法国、苏联和日本之后第五个深海采矿先驱投资者。

虽然研究起步较晚，但 起点较高,研究开发的方法几乎都是建立在第二代的基础上经潜心研究,20世 纪80年代开发出了几种颇具特色的海底锰结核处理方法［19］即：① 常温常压活化硫酸浸出法；② 常温常压盐酸浸出法；③ 低温水溶液催化还原氨浸法；④ 熔炼一锈蚀一萃取法四、 展望大洋中和大洋底蕴藏的资源十分丰富和多样，有生物矿产，也有非生物矿产非生物矿产中又包括了流体矿产(石油、天然气、气体水合物)和固体矿产虽然海洋矿产资源的海上调查研究已有百年以上的历史，但是,真正开发开 采性的调查研究则始于上世纪中叶对东太平洋海底铁锰结核的勘查当时,对百 余个站位的结核矿石进行了取样分析根据这些资料,Mero (1965)在其专著《海 洋的矿物资源》中曾估算太平洋中蕴藏有万亿(1012)吨的铁锰结核资源，而且这些 结核以超过人类开采的速度生长着他的估算后来被证明确有夸大，但其结论则 极大地鼓舞和推动了工业大国对海底矿产资源的开发性勘查和研究在20世纪80~90年代,各国开始了太平洋、印度洋富钻结壳的矿产资源调查， 在中太平洋确定了近10个具开发远景的富钻结壳产区在过去的30年间，包括 中国在内的各国完成了千余航次的海上地质调查、取样和海底钻探,对铁锰结核 和富钻结壳的分布、物质成分、资源量和采冶工艺进行了全面而深入的研究，使 人们对海底矿产的分布、资源量和开发前景有了一个较全面和较准确的了解如。

相信随着最新科学技术的应用，海洋矿产资源的开发将会取得更大的进展参考文献：[1] 王毅民.深海矿产资源研究开发中的分析技术[J].岩矿测试,1992, 11(1/2): 179.[2] Hein J R, Schwab W C, Davis A S. Cobalt and platinum-richferromanganese crusts and associated substrate rocks from theMarshall Islands[J]. Marine Geology, 1988, 78: 255-283.[3] 潘家华，刘淑琴.大洋固体矿产富钻锰结壳研究进展[C],当代地质科学技术进展.武汉： 中国地质大学出版社，1995: 16-23.[4] 蓝先洪.海洋地球化学的研究现状与发展趋势[A].韩晓鹏.海洋科学中若干前沿领域发 展趋势的分析与探讨[M].北京:海洋出版社，1994.55-66.[5] 杨木壮，吴琳，何朝雄，吴能友，国际海洋矿产研究新进展，Marine Geology Letters海 洋地质动态,2002,18(9) : 17—21.[6] 蓝先洪，海洋地球化学若干领域的研究进展，Marine Geology Letters海洋地质动 态，2002,18(4):6-11[7] 姚德.深海底固体矿产[A].杨子赓.海洋地质学[M].青岛:青岛出版社,2000.309-311.[8] B B A B g o H u H 等，《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》，2007,8(2): 1-12.[9] Scott R B, Kroenke L, Zakariadze G. Evolution of the southPhilippine Sea: Deep Sea Drilling Project Leg 59 results[C]// Kroenke L, Scott R B, Brassell S, et al. Initial Reports of theDeep Sea Drilling Project, V59. U.S. Govt. Printing Office, 1981: 803-815.[10] Ujiie H. Planktonic foraminiferal biostratigraphy 。