第十二章++海洋矿产资源

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第十二章
海洋矿产资源
3、资源量
① 铁锰结壳资源勘查准则:
赤道两侧纬度20范围缺乏沉积层的区域; 基底岩石年龄大于20Ma(新结壳或老结壳)或大于10Ma (新结壳); 无环礁、珊瑚礁、海底火山构造体的800~2400深水区; 无现代火山活动、海山斜坡稳定; 海流活动区,发育浅而良好的最低含氧层; 远离河口、风区,不受陆源碎屑供给影响。
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海洋矿产资源
② 主要分布在太平洋中南部、大西洋和印度洋的海山区; ③ 分布在CCD面之上,赋存水深一般为300~3000m; ④ 其环境包括板内火山堆积体、大洋扩张轴、活动火山弧 以及大陆边缘等。
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海洋矿产资源
1、特征
① 颜色:黑色或暗褐色; ② 表面形态:瘤状、葡萄状、光滑和松散土状; ③ 内部构造:平行纹层构造,向内具有分带性; ④ 结壳厚度:一般厚1~10cm,最厚可达24cm; ⑤ 矿物:锰、铁氧化物和氢氧化物,非晶质铝硅酸盐,碳 酸盐和碎屑矿物,以δ-MnO2和隐晶质针铁矿为主;
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第十二章
海洋矿产资源
2、生长历史与生长速率
④ 铁锰结壳生长速率一般为1~10mm/Ma; ⑤ 影响铁锰结壳生长速率的因素: 热液活动:受热液活动影响,铁锰结壳的生长速率加 快,热液型铁锰结壳生长速率可达 100~200mm/Ma;生长速率越快,Co含量越低; 生物生产力:生物生产力越高,铁锰结壳生长速率越 大。
第十二章
海洋矿产资源
12.1 多金属结核 12.2 铁锰结壳 12.3 海底热液矿床 12.4 海洋砂矿 12.5 近海化石能源
第十二章
海洋矿产资源
① 多金属结核:一种富含多种金属,主要由铁锰氧化物和 氢氧化物组成的“球状”沉积物,包括核心和壳层两部 分,亦称锰结核、铁锰结核、锰矿球;
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第十二章
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海洋矿产资源
1、成因类型
③ 热液排出时形成的矿床:
高温热液从喷口排出时由于硫化物或 非金属矿物微粒的快速结晶,形成黑、 白色的雾状体,即“黑烟”和“白烟”; 根据海底热烟囱形成方式和形成温 度,分为:高温型“黑烟囱”(形成温 度350~400℃)、中温型“白烟囱” (100~300℃)以及低温型溢口(形 成温度<100℃);
针铁矿
钙锰矿
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第十二章
海洋矿产资源
1、成因类型
④ 热液排出后形成的矿床:
热液涌出海底后,热液中的溶解金属元素立即和海水 混合稀释,由于元素的溶解度、浓度和在海水中的滞 留时间的不同而发生“稀释”、“富集”; 滞留时间较短的金属在喷口附近形成富集型层状硫化 物矿床(红海型),滞留时间较长的金属在喷口远处 的氧化地带形成铁锰氧化物和氢氧化物或金属硅酸盐 沉积。
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第十二章
海洋矿产资源
2、分类与成因
④ 生物-化学成因成矿说——韩喜球等(1996):
根据多金属结核中发现的大量铁锰质超微化石——太平洋螺 球孢菌和中华放线菌,其分别构筑了粗糙型结核和光滑型结 核,认为嗜铁锰的超微生物汲取铁锰元素作自身组分,死亡 后堆积成矿; 其中铁锰矿物为超微生物直接生物成矿作用产物,而铜、钴、 镍等金属元素是铁锰矿物与介质离子交换作用的结果;
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海洋矿产资源
3、资源量
② 莱恩-库克群岛区铁锰结壳资源量
莱恩-库克群岛的铁锰结壳资源
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第十二章
海洋矿产资源
12.1 多金属结核 12.2 铁锰结壳 12.3 海底热液矿床 12.4 海洋砂矿 12.5 近海化石能源
第十二章
海洋矿产资源
① 海底热液矿床:由海底热液成矿作用形成的块状硫化物、 多金属软泥和多金属沉积物,富含Cu、Pb、Zn、Au、 Ag、Mn、Fe等,产于水深1500~3000m,高热流区的 洋中脊、海底裂谷带和弧后边缘海盆; ② 海底热液矿床作用分布在东太平洋海隆区(加拉帕戈斯 裂谷、哥斯达黎加裂谷、胡安德富卡海脊)、西太平洋 弧后盆地、大西洋中脊、印度洋中脊和红海扩张区。
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第十二章
海洋矿产资源
1、成因类型
① 海底热液矿床分类: 海底热液矿床的成因分类
脉状
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海洋矿产资源
1、成因类型
① 海底热液矿床分类: 海底热液矿床的成因分类 浸染状
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第十二章
海洋矿产资源
1、成因类型
① 海底热液矿床分类: 海底热液矿床的成因分类
块状
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第十二章
海洋矿产资源
1、成因类型
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第十二章
海洋矿产资源
1、基本特征
⑥ 结核核心:老的多金属结核碎块、深海沉积物、火山碎屑、 生物骨屑; ⑦ 结核壳层构造:原生构造、次生构造;
多金属结核的壳层构造类型
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第十二章
海洋矿产资源
1、基本特征
⑧ 多金属结核矿物种类:锰矿物(钡镁锰矿、布塞尔矿等)、 铁矿物(针铁矿、赤铁矿等)、粘土矿物等;
多金属结核中的锰矿物特征
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第十二章 单斜晶系
海洋矿产资源
六方晶系
斜方晶系
四方晶系
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第十二章
海洋矿产资源
1、基本特征
世界大洋多金属结核化学元素的平均含量
⑨ 多金属结核 富含锰和 铁,其次为 硅、铝、钙、 镁、钠、钾、 钛、镍、钴 等;
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第十二章
海洋矿产资源
1、基本特征
世界大洋多金属结核化学元素的平均含量
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海洋矿产资源
1、成因类型
③ 热液排出时形成的矿床:
热液喷口经常有烟囱和堆丘群分布,主要矿物组合有黄铜矿、 斑铜矿、黄铁矿、闪锌矿、纤维锌矿等;
斑铜矿
黄铜矿
黄 铁 矿
闪锌矿
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海洋矿产资源
1、成因类型
③ 热液排出时形成的矿床:
在远喷口的氧化环境,则出现针铁矿、钙锰矿等。
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第十二章
海洋矿产资源
1、特征
大西洋、太平洋铁锰结壳和多金属结核中元素的平均含量表
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海洋矿产资源
1、特征
大西洋、太平洋铁锰结壳和多金属结核中元素的平均含量表
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海洋矿产资源
1、特征
⑥ 铁锰结壳成分在大西洋、印度洋和太平洋均有差别; ⑦ 铁锰结壳与多金属结核成分也有明显区别,其成因为铁 锰结壳金属物质直接来自海水,多金属结核的金属还来 自下伏沉积物,且成岩来源的作用越大,多金属结核与 铁锰结壳成分上的差别也越大; ⑧ 铁锰结壳成分的主要特征是Co含量较高,而Ni、Cu、 Zn含量较低。
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第十二章
海洋矿产资源
2、分类与成因 ② 成因:
火山成因; 胶体化学沉淀成因; 岩石风化成因; 沉积物成岩成因; 生物成矿成因; 生物-化学二元成因; 海底热液成因。
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第十二章
海洋矿产资源
2、分类与成因
③ 成因-分类——鲍根德(1991):
多金属结核的成分-成因分类
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第十二章
海洋矿产资源
2、分类与成因
⑤ 多金属结核-铁锰结壳与热液矿床耦合成因——吴世迎等 (1995):
大洋多金属结核、铁锰结壳与热液矿床的统一性成因模式
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第十二章
海洋矿产资源
3、生长历史与生长速率
① 生长历史分为三个世代:
始新世末-早中新世中期(24.6~14.4Ma B.P. ); 中中新世早期-晚中新世末期(14.4~5.1Ma B.P. ); 上新世-第四纪(5.1~0Ma B.P.);
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第十二章
海洋矿产资源
1、成因类型
① 根据热液成矿作用过程、矿 床地质、地球化学、矿物学 特征,海底热液矿床分为四 种类型: 热液排出后矿床 热液排出时矿床 热液排出前矿床 沉积层内热液矿床 海底热液矿床的类型
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第十二章
海洋矿产资源
1、成因类型
① 海底热液矿床分类: 海底热液矿床的成因分类
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第十二章
海洋矿产资源
2、生长历史与生长速率
① 生长历史分为两个世代: 老结壳,12~18Ma B.P. ; 新结壳,0~11Ma B.P. ; ② 铁锰结壳形成于新生代晚期全球气候明显恶化的时期, 南极底流层18Ma B.P.前后开始活动,并逐渐减弱,老 结壳正好与南极底层水活动相吻合,而新结壳出现在南 极底层水运动不太激烈的时期;
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第十二章
海洋矿产资源
2、生长历史与生长速率
中太平洋铁锰结壳形成与古海洋演化关系图
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第十二章
海洋矿产资源
2、生长历史与生长速率
③ 影响铁锰结壳形成的因素:
最低含氧层中的锰通量; 最低含氧层之下锰氧化速率; 受方解石溶解速率控制的铁通量; 微量元素(Co、Ni、Cu、Zn、Pt)的通量; Co、Ni的表面化学富集作用; Mn、Pt的共沉淀作用; 基岩上的多次沉淀作用。
⑨ 多金属结核 富含锰和 铁,其次为 硅、铝、钙、 镁、钠、钾、 钛、镍、钴 等;
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第十二章
海洋矿产资源
2、分类与成因
① 分类——许东禹等(1994): 多金属结核的大小-形态-表面结构分类
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2、分类与成因
① 分类——许东禹等(1994):
多金属结核的大小-形态-表面结构分类
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第十二章
海洋矿产资源
2、分类与成因
③ 成因-分类——鲍根德(1991):
C型(2.5< Mn/Fe)结核:元素主要来自间隙水的扩散, 而间隙水中元素主要是在有机物缺氧条件下形成,即在细 菌媒介下,Fe3+、Mn4+参与了沉积物中某些有机物的降解 反应,接受了有机物的电子后还原,结核形成主要受沉积 物中可资利用的活性有机物和细菌的控制;

海洋矿产资源
主要分布在太平洋、大西洋、印度洋的深海区;根据大洋底构造地貌特 征、地理位置和多金属成分、幅度等在太平洋划分出8个主要的多金属 结核富集区;
世界大洋多金属结核分布图
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第十二章
海洋矿产资源
1、基本特征
① 颜色:黑色、绿黑色到褐色; ② 结晶形态:多孔微晶集合体、胶状颗粒和隐晶质; ③ 外形:球状、椭球状、菜花状; ④ 表面形态:粗糙、光滑或葡萄状; ⑤ 结核大小:微结核(直径<1mm)、中结核(110mm,一般2-6mm)和大结核(>10mm);
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第十二章
海洋矿产资源
2、分类与成因
③ 成因-分类——鲍根德(1991):
多金属结核的成分-成因分类
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海洋矿产资源
2、分类与成因
③ 成因-分类——鲍根德(1991):
A型(Mn/Fe≤1.5)结核:元素主要来自上覆水的缓慢沉 积,而上覆水元素主要来自火山喷发和海底页岩风化,其 形成过程主要受上覆水Mn2+控制; B型(1.5< Mn/Fe≤2.5 )结核:元素主要来自间隙水的扩 散,而间隙水中元素主要来自沉积物氧化成岩过程以及Fe、 Mn氧化物、氢氧化物的复溶过程,其形成过程主要受沉积 物中Eh的控制;
② 多金属结核分布与底层水含氧量高低有关,氧含量高, 结核富集,如南极底层水活动影响的区域; ③ 多金属结核生长速率有差异,一般1~20mm/Ma。
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第十二章
海洋矿产资源
4、资源量
① 控制多金属结核发育的因素:水深、沉积物间隙水的pH 值、Eh值、碱度和构造环境等; ② 全球洋底多金属结核资源量大约1500~3000Gt;丰度大 于10kg/km2、品位Cu+Co+Ni>1.76%的富矿区资源量 为14~99Gt。 丰度:单位面积中所赋存多金属结核的重量 品位:单位质量多金属中某类金属的质量百分比
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第十二章
海洋矿产资源
12.1 多金属结核 12.2 铁锰结壳 12.3 海底热液矿床 12.4 海洋砂矿 12.5 近海化石能源
第十二章
海洋矿产资源
① 铁锰结壳:一种水化成岩成因、生长在硬质基岩上的富 含锰、钴、铂等金属元素的“壳状”沉积物,又称锰结 壳,富钴、锰结壳,富钴结壳,多金属结壳,富钴、铁、 锰结壳,其中基岩为拉斑玄武岩、碱性玄武岩;
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第十二章
海洋矿产资源
1、成因类型
⑤ 沉积层内的热液矿床: 在靠近陆地、陆源碎屑沉积速率较高的洋壳增生轴 带,扩张轴区可以被沉积物掩埋,一旦热液从洋壳岩 石中排出,则直接进入沉积物层的内部,金属硫化物 可在沉积物柱内富集形成硫化物矿床。
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第十二章
① 海底热液矿床分类: 海底热液矿床的成因分类
条带状
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第十二章
海洋矿产资源
1、成因类型
② 热液排出前形成的矿 床:热液排出海底以 前,金属元素在增生 的玄武岩洋壳中沉淀 形成浸染状和网脉状 金属硫化物、硅酸盐 和碳酸盐矿物; 海底热液矿床的类型
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第十二章
海洋矿产资源
1、成因类型
③ 热液排出时形成的矿床: 海底热液通过热泉、间歇泉 或喷气孔从海底排出时,与 海水混合,温度迅速下降, 环境氧化-还原性质和溶液 pH值发生改变,使矿液中的 金属硫化物和铁锰氧化物沉 淀,形成块状硫化物矿床;
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