海底矿产资源与成矿作用作业

海底多金属硫化物资源研究现状和未来

战略规划

姓名：李梦星

专业：2013级海洋地质

学号：21130411008

摘要：随着调查和研究的深入，世界各国对国际海底区域分布的多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物和深海稀土几种深海固体矿产资源的关注程度日益增高，越来越多的国家为占有国际海底资源，加快了资源调查和评价的步伐，国际海底区域矿产资源的竞争形势愈加紧迫。本文结合专业，对我国多金属硫化物资源的开发现状进行论述；并从深海矿产资源商业规模的经济开采受限，对深海采矿的相关技术亟须开展深入研究，制定相应目标及对策。

关键词：海底矿产资源多金属硫化物研究现状开发技术

1 引言

国际海底区域蕴藏着丰富的战略矿产资源，其中多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物和深海稀土几种深海固体矿产越来越受到国内外的广泛关注。随着现代社会和工业对各种矿产资源需求的增大以及陆上矿产资源的逐渐枯竭,研究和开发大洋海底矿产资源的问题就变得越来越迫切了。

从上世纪50 年代开始至今，世界各国对几种深海固体矿产开展了不同规模的勘查和研究。随着研究的深入，几种深海固体矿产潜在的经济价值越来越受到人们的重视，许多国家为占有国际海底资源，发展国家后备战略矿产资源，加快了国际海底资源勘查和评价的步伐。国际海底区域资源竞争的形势愈加紧迫，“蓝色圈地”运动愈演愈烈。对国际海底区域内几种深海固体矿产资源的分布和勘查现状进行综合评述，以期对国际海底矿产的当前形势有所了解和把握。

海底块状多金属硫化物是继多金属结核、富钴结壳等深海矿产资源人类认识到的又一种新的海底矿产资源，由于其赋存水深较浅、距离陆地较近，经济价值也相对较高，被认为具有较好的开采价值和优势。近年来，国际市场铜等金属价格的一路飙升以及海洋油气资源开发技术的不断发展，刺激了国际上对多金属硫化物研究及开发活动的不断加强，开采多金属硫化物的可行性和必要性都在加大。本文介绍了国际上对多金属硫化物的研究开发现状，特别是在西南太平洋区域对多金属硫化物的商业勘探活动和开采计划等情况，并对多金属硫化物的开采前景进行分析，希望所提供的信息能引起国内相关部门和企业对该方面情况的关注。

2 海底多金属硫化物

海底热液多金属矿床是以多金属硫化物为主，伴生有Fe、Cu和Zn的氧

化物、Fe的硅酸盐以及Mn的氧化物的海底矿床类型，它们是由热液过程及其伴生的海底火山活动所形成的。某些情况下，可有重晶石、二氧化硅和硬石膏等矿物。迄今所发现的热液多金属矿藏多数位于大洋中脊扩张中心（包括红海在内），少数见于弧后盆地、火山弧区和板内热点火山。

海底热液多金属矿床大多是海水通过裂隙进入海底岩石并淋滤其中的金属元素，从而变成成矿溶液，并最终回到海底沉淀其中淋滤的金属元素而形成的。这种反应的驱动力是侵入地壳的岩浆所提供的热。如果热液在上行的过程中遇到相当数量的冷的下行海水，其中大部分的金属物就会沉积下来，在洋壳的上部形成网状矿脉；如果上行通道中没有海水注入，则会在海底形成喷溢未经稀释的热液的烟囱，分选良好的热液沉积悬浮物发生沉淀而形成热液矿床。并不是所有海底热液矿床都是通过简单的海水─玄武岩反应所形成的热液沉淀而成的产物。如果热液在到达海底前要通过沉积物通道，热液和沉积物之间的反应所导致的热液的组份和只通过大洋玄武岩基底的热液组份不同。例如，在Galapagos 断裂带的热液丘，热液和深海沉积物之间的反应形成了富铁蒙脱石，而非热液硫化物沉积，其上为与海水接触的氧化锰沉积(Moorby和Cronan 1983)。在加利福尼亚湾的Guaymas海盆，高温的热水溶液和沉积物发生反应，导致碳酸钙和硅质生物的溶解，并沉积形成各种新的热液矿物相。

海底热液多金属矿体的形成与喷溢热液流体的烟囱有着密切的成因联系。大多烟囱的生长可以非常迅速。深潜观测发现烟囱的生长速率在烟囱生长初期阶段可达30cm/天(Goldfarb等1983)，老烟囱达8cm/天(Hekinian等1983)。烟囱可高达20m以上，随后塌落形成由烟囱碎石组成的热液沉积丘，相邻烟囱的交互生长同样可以形成热液丘。因此，丘状地貌是海底热液多金属矿体的突出特征。据Rona (1984)的估计，一个典型的热液沉积丘状矿体含有约1000t左右的金属物质。

2.1 海底热液矿床的分布

自从发现第一个黑烟囱以来，大洋中已发现200多个热液活动区。在这些沉积中，大约有15个热液沉积矿床，若位于陆地上，已达到矿藏的规模，它们的大小和品位都与那些陆上现已开采的古硫化物矿床相似。已知的146个硫化物矿床位于四种不同的构造环境中(图1)。1978年首次(Cyamex等1979；Francheteau 等1979；Spiess等1980)在东太平洋海隆21°N和Galapagos海脊(Corliss等1979)

发现海底硫化物成矿作用，这些发现证实了热液活动是与新洋壳产生密切相关的重要过程。大量的航次调查已确认热液过程导致了大型硫化物矿床的形成（Rona 1988；Rona和scott 1993；Scott 1987）。过去20多年中的探索已经在大洋中发现了多种热液活动和沉积矿床，其多样性首先要归因于多种多样的地球动力环境和源岩性质。现在已在快速扩张洋脊、超快速扩张洋脊、慢速扩张洋脊、有沉积物盖层的洋脊、年轻和成熟的弧后盆地、岛弧以及破裂带发现热液沉积矿床。

图1 热液硫化物矿床在大洋中的位置，同时给出地球动力环境与源岩类型,带下划线的地名对应大型沉积矿床2.2大型海底热液矿床的地质背景

在陆上，火山成因的大型块状硫化物矿床的平均大小为1.3×106 t，而且对于每一个“大型矿床”都可能包含100个或者更多的小型沉积矿床。有的现代海底热液沉积矿床的规模和品位与这些古矿床相当。现代海底热液活动区，特别是大型热液成因多金属硫化物矿床区的形成受到多种复杂地质因素的控制。尽管大部分现代海底热液活动区(42％)位于快速扩张的洋中脊上，但在这些热液活动区中大多都不对应形成大型硫化物矿床。表1中列出了一些大型热液矿床，它们主要位于三种火山环境：慢速扩张脊、快速扩张脊和弧后盆地。

表1大洋中大型硫化矿床的主要特征

位置地质背景地质控制因素水深(m)扩张率源岩类型/大小