防灾科技学院 学术论文专用课程名称：宝石学 班号：1050121/131 学号： 姓名： 成绩： 任课教师 白相东 日期： 2012 年 4 月 1 日 1大洋海底多金属结核概述【三号黑体】【摘要】 大洋底部的多金属结 核中富含 Mn、Cu、Co、Ni 等元素的沉 积矿物集合体，目前世界 对铁、锰、镍、 钴等有用金属元素的需求日益增大，海底多金属结核资源的经济地位也相应进一步提高，各国 对海底铁锰结壳资源的研究力度加强本篇 对目前大洋多金属 结 核的分布、聚集的地 质特点；物质 成分、内部的结构构造；成矿机制和成矿模式；开采方式等进行综述性概括 总结目前国内外学者 对大洋多金属结核的研究成果，以及目前对多金属结核还存在的疑惑，夯需努力探讨的问题关键词】 大洋 海底 多金属结核【小五楷体_GB2312】一、概述【标题小四黑体】大洋多金属结核(polymetallic nodule)是一种富含铁、锰、镍、钴等有用金属元素的洋底自生沉积矿物集合体（图一） 。
1873 年英国“挑战者”号环球考察船在大西洋加纳利群岛之法劳岛西南 300km 处的海底首次采集到多金属结核，但是直到 1965 年，美国学者 Mero 根据 110 个测站的样品分析结果，指出大洋多金属结核的经济价值后，人们才意识到大洋多金属结核的巨大潜在经济价值，进而掀起了一股深海矿产资源调查热 【正文五号宋体】图一锰结核的剖面图与实物图（引至[1]）总体而言，它广泛分布于水深 4 000~ 6 000 m 深海底，丰度达 5~ 18 kg/m2含有铜、钴、镍、锰、铁、钨、钛、钼、金、银、铂等 70 多种元素多金属结核中目前已知平均含量达到 1×10-6km2 以上的元素有 50 多种其中 Ma、Fe、Si 、Al、Ca、Mg、Na、Ni、Cu 的丰度在 1% 之上，P、Ba、 Pb、Zn、Sr、V、Mo、Zr、Ti 等可达 100×10-6—1000×10-6 数量级Mn、Co、Mo 、 Ni、Pb、P 、 V、Fe、Sr、Y、Zr、Ba、La 等 元 素在多金属结核中富集程度非常高，可达到地壳丰度的几十倍到几百倍而 Si、Al、K、Ca、Mg、Na、Sc、Ti 在多金属结核中的丰度比在地壳中的丰度低，元素趋于分散 [5]。
而锰铁元素占主要地位，目前也以铁锰结核为主要开采矿床同时大洋多金属结核的储藏量相对惊人，据测算，其中大洋洋低主要的猛结核，分布在太平洋的锰储量达 2 000 亿 t，相当于陆地上的 57 倍；而镍结核 90 亿 t，相当于陆地的 83 倍；铜结核 50 亿 t，相当于陆地上的 9 倍；钴结核 30 亿 t，相当于陆地上的 539 倍 [1]所以对于解决目前紧缺的铜、钴、镍、锰、铁等矿产，一方面大力勘探陆地矿床，另一方面可以把部分工作从陆地上转移到海底多金属结核矿床二、多金属结核的主要分布、富集的地质特点防灾科技学院 学术论文专用课程名称：宝石学 班号：1050121/131 学号： 姓名： 成绩： 任课教师 白相东 日期： 2012 年 4 月 1 日 2因为多金属结核广泛分布于水深 4 000~ 6 000 m 深海底，所以对深海多金属结核分布的调查难度较大，一些经济和技术发达的国家和机构曾投入巨大的资金和人力做过这方面的专门调查。
据已有调查资料，世界各大洋中约有 15%的海底被金属结核所覆盖由于地理、地质、水文环境和生物生产力等方面的差异，各大洋中多金属结核的分布、丰度很不均匀其中太平洋分布最广，约有2300 万 km2，印度洋约有 1500 万 km2，大西洋分布最少，约有 850 万 km2，即使在一个很小的范围内丰度也有很大的变化 [1]其中位于国家管辖海域以外的国际海底区域面积约为 2.517 亿km2，占地球表面积的 49%，这一广阔区域蕴藏着丰富的矿产资源世界各大洋多金属的储量约有 2~ 3 万亿 t，仅太平洋就有 1.7 万亿 t[2]国内外现有的调查研究结果显示，结核主要分布于洋底的平原、丘陵和海山的深水区而结核中的 Mn、Fe 等矿物具有间断分布的特点，最早的生长期在 18 Ma 以前,晚的现代仍在生长大洋铁锰结壳大多分布在太平洋的西北海盆、中央海盆以及马里亚纳海盆边缘的海山和海台上，其中尤以太平洋近赤道区最为富集，东太平洋、大西洋及印度洋的局部海山区也有少量发现这些富集的主要原因在下文给出探讨，但从铁锰结壳的分布特征来看，构造运动及与其相关的火山活动是控制结壳成矿的重要地质因素我国目前在东太平洋国际海底圈出多金属结核富集区 31×104km2 [4]。
而铁锰结核主要有两大分布区：①黄海、东海：仅分布铁锰结核；②南海：我国铁锰氧化物最丰富和最有利用潜力的边缘海盆 (图二 ) 图二 南海铁锰结核—结壳站位、含量分布和分区（引至[4]）三、金属结核的物质成分、内部的结构构造由于多金属结核的矿物成分十分复杂、结晶程度差，颗粒微细，且多交织共生因此，对其开展矿物学研究极为困难，一般高倍显微镜很难分辨其矿物成分和结构许多研究者借助于 X 光衍射（XRD ） 、红外光谱（IR） 、透射电镜（TEM ） 、电子探针（EMP）等先进的微束测试技术，从不同角度对锰结核进行了成分及结构分析研究目前研究的成果得出，组成多金属结核矿物有很多种，根据化学成分的不同，可分为锰相矿物、铁相矿物和脉石矿物三大类其中锰相矿物主要有钙锰矿、水锰矿、钠水锰矿等铁相矿物主要有赤铁矿、针铁矿、纤铁矿、四方纤铁矿、水铁矿等脉石矿物主要有黏土类和沸石类矿物（钙十字、沸石、斜发沸石、蒙脱石等） ，碎屑矿物类（石英、长石、角闪石等）和其他自生矿物（方解石、防灾科技学院 学术论文专用课程名称：宝石学 班号：1050121/131 学号： 姓名： 成绩： 任课教师 白相东 日期： 2012 年 4 月 1 日 3石膏、磷灰石等） 。
结核的主要成分由高价态的 Mn、Fe 的氧化物、氢氧化物组成，主要锰矿物有10 A 水锰矿、偏锰酸矿、钠水锰矿 [3]研究多金属结核的化学组成，可以了解结核不同生长阶段的物源供给情况，从而为揭示其成因、富集规律提供依据有关学者进行了 O、C、H、Si 等同位素综合研究结果表明结核中 Fe、Mn 矿物主要是氧化物和氢氧化物多金属结核的核心物质大部分应是具有强风化蚀变、吸附能力高、比表面大的火山岩（主要为玄武岩和安山质玄武岩）或老结核碎块所构成由于富集含 18O 高的钙十字沸石，使核心的 δ 18O 值明显高于壳层 [5]多金属结核的结构构造非常复杂多样，与其生长环境和形成机制密切相关可以通过观察结核壳层的宏观和微观构造、结核微层特征，来了解结核不同生长阶段的环境变化及形成机制金属结核壳层的结构可以分为原生结构、重结晶结构和交代残余结构三大类其中原生结构包括不规则胶状环带结构、波浪形环带结构、同心环带结构、缟状结构、叠瓦结构；重结晶结构包括鳞片状结构、纤维状结构；交代结构包括各种原生结构的交代残余结构、团块状交代残余结构、生物交代残余结构在结核形成或脱水过程中形成的原生构造包括斑杂状构造、鲕状构造、柱状构造和纹层状构造；在成岩过程形成的块状构造属于次生构造；在结核形成以后由于外力作用而形成的裂隙被矿液充填形成的脉状构造属后生构造然而不同研究者对多金属结核的壳层构造的分类各有不同 T.Y.Uspenskaya 等人按形态和成分分为枝状的晶质锰壳层（MD 层）和较薄的枝状壳层（TLD 层） 。
单连芳（1998）将结核壳层构造分为斑杂状、柱状、层纹状、脉状和鲕状；梁德华（1990）首先提出了结核内部“构造层组”的新概念许东禹等对结核壳层构造的成因进行研究后，将构造分为原生构造、次生构造和后生构造三大类，在此基础上又细分为六小类韩昌甫，通过对多金属结核内部矿物组分、古生物组合等研究，提出了生长层组的新概念 [2]四、多金属结核成矿机制、成矿模式多金属结核成矿机包含以下三点：（1）成矿条件：根据结核形成分布的基本特点,其成矿的必要条件可归结为三个方面:一是具有成矿金属的供源和一定的浓度；二是具有适宜于成矿作用的环境；三是只有输送到成矿作用反应场才能有效地参与成矿作用 [6]多金属结核是在构造相对稳定、海水深度在碳酸盐补偿深度（CCD ）线下、底层水强烈活动以及低沉积速率的环境下形成的研究发现 CCD 线变化、沉积间断、海底表层沉积物类型及分布规律、古气候变化及水深变化等古海洋环境条件对多金属结核的形成起决定作用 [7]多金属结核的长期保存，必须满足以下两个条件：①不被沉积物掩埋；②始终要处于成矿反应场中如果多金属结核被埋藏在沉积物中，就会发生元素的扩散，使结核溶解，这就导致了在古老的深海相地层中没有埋藏的多金属结核存在。
控制多金属结核保存的因素很多，其中起主导作用的有生物活动、结核粒径的大小、沉积物成岩的静压作用、构造环境、沉积速率以及地球化学界面等2）矿物来源：关于锰结核矿物质的间接来源，早有人提出有四大来源，即大陆岩石风化、成岩作用、海解作用及火山和热液作用，但对直接来源研究较少许多学者在研究了海沉积物成岩作用及孔隙水和成矿物质在海洋水体中迁移、富集的过程后指出，底层水和孔隙水是锰结核成矿物质的直接来源 [6]3）成矿的环境：从多金属结核分布区的底层水和沉积物的酸碱度及氧化—还原电位的分析资料看，底层水的 ph 值为 7.785—7.837，Eh 值为 412—422mV，表层沉积物的 Eh 值为 425—502 mV，底层水及沉积物温度在 1.5—2℃之间，属弱碱性氧化低温环境 [7]姚德（1994）提出了多金属结核生长的自反馈“钟摆式”模型许东禹等认为金属结核的生长是一个脉动式生长过程，在强烈底层流的作用下，成矿环境动荡不安，多金属结核处于间断生长期在弱底流作用、低温、高氧化还原电位、弱碱性的条件下，多金属结核得到充分生长和发展，从而形成了生长—间断的生长结核的成矿模式：现将结核的主要研究内容概括为表 1 的成矿模式,将其谓之以洋底垒群带和防灾科技学院 学术论文专用课程名称：宝石学 班号：1050121/131 学号： 姓名： 成绩： 任课教师 白相东 日期： 2012 年 4 月 1 日 4矿物沉析带的复合带为背景、胶体化学作用为主导、物理化学作用和生物化学作用叠加的外生成因水下沉析的结核成矿模式。
表一 多金属结核成矿模式图 （引至[7]）五、大洋多金属结核采矿方式虽然大洋海底多金属结核储量大，可以解决目前某些矿产紧缺现状但是多金属结核广泛分布于水深 4 000~ 6 000 m 深海底，所以对深海多金属结核的开采难度较大，但随着科学技术的不断发展，各种海洋开采仪器的研发，对海底多金属结核开采已经不是很大的难题，主要难题就在于开采成本上总之，目前的开采方式主要有以。