洋底锰结核

1、多金属型矿物的深海结核是将来可以利用并根本改 变世界的有色金属市场，是接替己有陆地矿床(Mn，Ni， 变世界的有色金属市场，是接替己有陆地矿床(Mn，Ni， Zn，Cu，Ag，Cd，Au及Co)储量的出路所在 Zn，Cu，Ag，Cd，Au及Co)储量的出路所在 2、已开采的上述金属的陆地矿床的储量已显著降低， 这必然会引起开发海洋矿床兴趣的增涨。 3、小型化的选择，对产品统一规格使用的显茗下降以 及代用品的竞争都使得准确可靠地预测开始海洋矿床 的工业开采变得异常复杂。 根据实际的估计，结核矿床的工业开采要到2020年以 根据实际的估计，结核矿床的工业开采要到2020年以 后才有可能进行（Lenoble 1993，Kotlinski1996）。 后才有可能进行（Lenoble 1993，Kotlinski1996）。
洋底锰结核
普遍认为：结核的发现是在1872~1876年间 普遍认为：结核的发现是在1872~1876年间 由英国舰船“挑战者”(Challenger)号的著名 由英国舰船“挑战者”(Challenger)号的著名 的历史探险发现的。 根据Manheim F(1965)意见，还在更早就 根据Manheim F. F(1965)意见，还在更早就 在卡尔斯海中确定有结核的存在。而在湖水 中的结核远在100年前就己知它的存在，19 中的结核远在100年前就己知它的存在，19 世纪中叶在瑞典对它进行开采(Cronan， 世纪中叶在瑞典对它进行开采(Cronan， l980)。 l980)。 目前，已经产查明，多金属结核存在于河流、 目前，已经产查明，多金属结核存在于河流、 湖泊与海洋中。 湖泊与海洋中。
目前存在的问题
到目前为止还没研究透彻的问题有：存在于 结核中的成分的来源，结核形成的机制，产 生矿床富集的条件。 需今后继续讨论的问题是：结核中不同来源 的成分。 影响结核形成的具体环境因素是具有区域性 的不同点，它既有地质地貌因素、大地构造 的影响，同时也有水动力作用的影响。
海洋结核形成的理论分岐
第二节 洋底锰结核的研究简史
海洋结核的研究可以划分为三个历史阶段： 1)认识阶段(1872-1965年)： 1)认识阶段(1872-1965年 2)勘察分析阶段(1965-1974年)，包括存在条 2)勘察分析阶段(1965-1974年 件，作为Mn，Ni，Cu与Co金属潜在来源的 件，作为Mn，Ni，Cu与Co金属潜在来源的 结核分布； 3)资料积累阶段(从1974年起)，发现了第一批 3)资料积累阶段( 1974年起) 矿床，并开始研究对它的工业开发。从19世 矿床，并开始研究对它的工业开发。从19世 纪末起对海洋的研究兴趣开始系统增长。
第四节 锰结核赋存的局部与区域关系
结核在海底面上的分布是完全各不相同的，而含 结核丰度值的变化是以数百米甚至数千米的空间 计算的（图2 计算的（图2）。 据研究，影响结核在海底面上分布的因素是：深 据研究，影响结核在海底面上分布的因素是：深 度、海底水流的氧化程度，构成结核物中核的细 碎物的存在、与金属来源的距离、水力动力的活 动性、沉积的低速度、水生生物的产量与沉织岩 的岩性。 在含结核的区域内，不论是区域性的还是局部地 区的行为因素，共同作用的过程都是复杂的，有 差别的
洋底锰结核
结核是由核及围绕它的氧化物组成的，同时它 的形状和大小通常差异也很大(一般大于1 的形状和大小通常差异也很大(一般大于1 cm) （图1 （图1）。结核的形状，特别是在它形成的早 期，取决于核的形状和大小。微结核的大小则 只有lmm。深水结核是由铁、锰的氧化物以及 只有lmm。深水结核是由铁、锰的氧化物以及 淤泥矿物的多 金属矿物的自然积聚而形成的，
在众多的分析资料中，在海洋结核形成的多种因 素作用下许多作者的观点发生分岐。普遍认为， 结核形成的过程取决于物质的来源、火山作用的 强度、水质的水力化学结构、水动力学、水生生 物的产量、海底的形状、成岩动力过程的强度， 以及岩性与沉积物成岩过程的改变。 但本质的分岐是在对含结核物质形成过程中哪些 因素起了主要作用及具体的评价方面，一些研究 者认为主要的影响因素是内生的，另一些研究者 则认为是水成的，同时一些学者认为起决定作用 的是沉积速度，另一些则认为是沉积物的岩性。
分布区域
锰结核一般多分布在远离海岸、水深在3000-5000米的深 锰结核一般多分布在远离海岸、水深在3000-5000米的深 海大洋的表层沉积中。其位置通常位于碳酸盐补偿深度 以下。 世界各大洋底部都有锰结核分布，但以太平洋底部分布 最广。在北太平洋，北纬6 30`~北纬20 ，西经110 最广。在北太平洋，北纬6。30`~北纬20。，西经110。~ 西经180 西经180。范围内，是世界各大洋中锰结核最富集的海域， 特别是在夏威夷群岛附近，锰结核几乎完全覆盖了海底。
海洋结核形成的理论分岐 目前已经掌握了大量事实，有可能建立关于结核的 形成模型与理论。在多年来的讨论中，J. A. 形成模型与理论。在多年来的讨论中，J. Murray(1891)观点的拥护者认为：结核中成分的来 Murray(1891)观点的拥护者认为：结核中成分的来 源是海底火山作用的产物，而另一派Renard(1891) 源是海底火山作用的产物，而另一派Renard(1891) 的拥护者则认为主要是流入海洋中的沉积物质。20 的拥护者则认为主要是流入海洋中的沉积物质。20 世纪60年代，问题扩展到成分来源于宇宙(Peterson， 世纪60年代，问题扩展到成分来源于宇宙(Peterson， 1959)。而据Lynn与Bonatt(1965)，起决定作用的 1959)。而据Lynn与Bonatt(1965)，起决定作用的 是在结核形成中海洋沉积物的成岩作用的转换。 D. S. Cronan对这次讨论结果作了总结，并作出了 Cronan对这次讨论结果作了总结，并作出了 一个假说即：结核的成分有各种来源，问题不在于 要建立一个唯一的来源，问题在于要区分结核中不 同成分的各自不同的来源。
结核形成的因素之沉积速度 还有一个主要因素是沉积物的沉积速度。低 沉积速度适合于结核的形成。沉积速度既取 决于获取的金属量也取决于海底水流的速度， 在高速沉积的条件下，构成结核的核心的碎 片沉入沉积物速度更快，从而促使氧化物的 沉淀。其次，高沉积速度是与更多的有机质 进入沉积物相联系的，这样就增大沉积物的 聚集并可能在水与沉积物的边界层上氧的含 量降低。
分布区域
矿区主要在火山大地构造活动带，集中在靠 近海洋中部迅速扩张的中脊轴线、位于C 近海洋中部迅速扩张的中脊轴线、位于C-C 区、太平洋的秘鲁湾以及中印度洋地区 太平洋加利福尼亚区、与门那尔答，西澳大 利亚及印度洋中的戴曼廷那(阿姆斯特丹) 利亚及印度洋中的戴曼廷那(阿姆斯特丹) 也 是结核集中区
锰的赋存形式
浅成条件下的锰是和铁分离的，因为正离子氧化 锰Mn导致它的分解与在水溶液中沉淀。 Mn导致它的分解与在水溶液中沉淀。 与Fe2＋离子比较，它要求更高的氧化势能。富 Fe2＋离子比较，它要求更高的氧化势能。富 集的程度取决于氧化环境条件下的变化。锰的风 化过程使锰比铁更容易浸出，在胶凝溶液中氢氧 化铁和氢氧化锰的凝聚条件是各不相同的。锰的 化铁和氢氧化锰的凝聚条件是各不相同的。锰的 氧化物与氢氧化物在沉积盆地中的深度要比铁的 相应化合物的深度大。 锰在海洋沉积中的主要形式为弱可溶性的MnO 锰在海洋沉积中的主要形式为弱可溶性的MnO2， 锰的吸附或它的复杂化合物。
洋底锰结核的起源与分布区域
解释沉积的过程，结核中某些金属的富集，确定 结核区地形地貌与富集差异的联系．以及建立在 结核与沉积物中金属富集的克拉克数，分析共生 的联系都是很重要的。应当建立结核中有些元素 富集而另一些又不富集的条件，什么是影响沉积 过程、结核的生成过程的因素（Cronan 1982， 过程、结核的生成过程的因素（Cronan 1982， Strachow l986）。目前在这一方面的知识水平 l986）。目前在这一方面的知识水平 尚不能完全解答这些问题。
生成问题四个基本提问
关于海洋结核的生成问题归结为问答以下四个基本 提问： 1) 在陆地上生成含锰矿床自身有哪些不同的特性? 在陆地上生成含锰矿床自身有哪些不同的特性? 2）在海洋结核中存在的成分的主要来源是什么? ）在海洋结核中存在的成分的主要来源是什么? 3) 在生成结核的区域中亦即在水—沉积物的边界层 在生成结核的区域中亦即在水— 中运送到海洋的物质以及它的聚集的主要机制是什 么? 4）在该海(地区)域中决定条件及结核形成过程的主 ）在该海(地区) 要因素是什么? 要因素是什么?
第三节 洋底锰结核的起源与分布区域
确定海洋多金属结核的生成，认识矿床的富 集过程与条件是特别复杂的事，最基本的问 集过程与条件是特别复杂的事，最基本的问 题是形成结核的物质成分种类和来源的阐明 (如结核中的铁、锰和其他伴随的元素)。其中 如结核中的铁、锰和其他伴随的元素) 结核的富集程度与下沉的沉积物是最重要的， 结核的富集程度与下沉的沉积物是最重要的， 就是说直接将结核的形成过程与包围核的沉 积物联系起来．说明Mn与Fe与主要伴生元素 积物联系起来．说明Mn与Fe与主要伴生元素 的地质化学性能是最根本问题。伴生元素包 括：Mo，Ba， 括：Mo，Ba，V，Cr，Ni，Co，Cu， Cr，Ni，Co，Cu， Zn．Pb。 Zn．Pb。
图2 在含结核的矿床区域中海底面上结核分布的变化
结核形成的因素之海底海水的高氧化程度
海底海水的高氧化程度具有基本意义，只要pH 海底海水的高氧化程度具有基本意义，只要pH 值还未增高而氧化还原的势能(Eh)还未达到相应 值还未增高而氧化还原的势能(Eh)还未达到相应 的值，则Fe2+的离子不会被氧化成Fe3+离子， 的值，则Fe2+的离子不会被氧化成Fe3+离子， 而Mn2＋离子不会成为Mn4＋离子。通常具有正 Mn2＋离子不会成为Mn4＋离子。通常具有正 电荷面的非晶质Fe(OH)3与带负电荷的非晶质 电荷面的非晶质Fe(OH)3与带负电荷的非晶质 Mn(OH)2的形成是以Fe与Mn氢氧化物的吸入方 Mn(OH)2的形成是以Fe与Mn氢氧化物的吸入方 式和溶解离子的存在以及有机质连接为条件的 (Gorlich 1986)。到目前为止尚未找到在弱氧化 1986)。到目前为止尚未找到在弱氧化 介质中的结核。在那里沉淀的是碳酸锰而不是氧 化物。
研究意义
应当指出：在所有己知的陆地矿床中，没有一 个矿床会像在结核中那样包含四种金属（Mn、 Mn、 Ni、Cu、 Ni、Cu、Co ）。 结核中四种金属的含量将对未来经济稳定产生 巨大的影响（Lenoble 1993）。当其中的一种 巨大的影响（Lenoble 1993）。当其中的一种 金属的价格变动很大时则它们的总价格表现出 相当高的稳定性。 结核中的主要金属元素已成为大多数国家的战 略资源。东欧和非洲国家的政治形势的改变和 经济体制的转换(即由中央计划转向市场) 经济体制的转换(即由中央计划转向市场)直接 影响了金属市场。
结核形成的因素之物源距离 第三个重要因素是与获得金属主要来源的距离有 关，同时在靠近亦道地带，水生生物的产量很高， 这是沉积物中富集金属的附加因素，据D. 这是沉积物中富集金属的附加因素，据D. Z. Piper及Williamson(1977)，上述条件加速了锰的 Piper及Williamson(1977)，上述条件加速了锰的 沉积。
结核形成的因素之核心的意义 即使有良好的环境条件，如果没有核心的话 也不会有结核的产生而只有氧化物沉积。由 于缺乏作为核心的碎屑物，只能形成微结核。 大多数核心来自火山作用或水生生物( 大多数核心来自火山作用或水生生物(骨骸部 分)，也可以是更老的结核瓦解后的碎片。更 老结核的碎片成为新形成结核的核心，这说 明含结核物形成过程的长期持续性与稳定性 (见右下图)。在这种区域中有高度集中的结核 见右下图) 物存在(Cronan1980)。 物存在(Cronan1980)。