第十一章海洋礦產(chǎn)資源

1、第一節(jié) 深海底固體礦產(chǎn) 第二節(jié) 濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)第三節(jié) 海洋石油天然氣資源第十一章 海洋礦產(chǎn)資源第一節(jié) 深海底固體礦產(chǎn)一、海洋礦產(chǎn)的類(lèi)型與分布二、大洋礦產(chǎn)的特征與成因三、深海底礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)前景與研究意義一、海洋礦產(chǎn)的類(lèi)型與分布 (一)海洋礦產(chǎn)資源的概念 所謂海洋礦產(chǎn)資源，通常是指目前處于海洋環(huán)境下的除海水資源以外的礦物資源；而對(duì)那些過(guò)去是在海洋環(huán)境下形成的現(xiàn)在已是陸地組成部分的礦物資源，原則上應(yīng)歸屬于陸地礦產(chǎn)資源。 海洋是人類(lèi)的巨大寶庫(kù),是未來(lái)社會(huì)物質(zhì)生產(chǎn)的重要原料基地。在地球上已發(fā)現(xiàn)的百余種元素中，有80種在海洋中存在，其中能夠直接提取利用的有60余種。從海岸到大洋，從海面到海底分布

2、有豐富的海洋礦產(chǎn)資源。 眾所周知，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，陸地礦產(chǎn)資源日趨緊缺，人們自然而然地把目光投向海洋。自上世紀(jì)70年來(lái)以來(lái)，各發(fā)達(dá)國(guó)家已對(duì)海洋礦產(chǎn)資源給予極大關(guān)注； 目前世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展海洋高新技術(shù)，實(shí)施“科技興?！睉?zhàn)略，其目的，就是為了開(kāi)發(fā)利用海洋礦產(chǎn)資源。海洋礦產(chǎn)資源的巨大潛力始終吸引著人們，導(dǎo)致了近30年來(lái)海底礦產(chǎn)資源的重大發(fā)現(xiàn)。然而迄今為止除開(kāi)發(fā)海洋石油天然氣資源已成為全世界海洋第一大產(chǎn)業(yè)和濱海砂礦在某些國(guó)家形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模之外，其他礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)卻難以進(jìn)展。它一方面受到經(jīng)濟(jì)合理性的制約，另一方面目前尚難以預(yù)測(cè)開(kāi)采海底礦產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的巨大影響和全球生態(tài)系統(tǒng)的破壞。因此，各國(guó)

3、對(duì)于海底礦產(chǎn)資源的調(diào)查和研究大多出于為維護(hù)國(guó)家海底權(quán)益的戰(zhàn)略性考慮。 由于政治的、經(jīng)濟(jì)的、技術(shù)的和市場(chǎng)的原因，盡管許多海洋礦產(chǎn)資源目前還只具有潛在地遠(yuǎn)景地位，但是對(duì)海洋礦產(chǎn)資源的勘探開(kāi)采，必將勢(shì)不可擋。海洋礦產(chǎn)資源正以其自身的潛力和價(jià)值備受青睞，并日益成為各國(guó)激烈爭(zhēng)奪的對(duì)象。需要指出的是，在對(duì)海洋礦產(chǎn)資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)和利用時(shí)，應(yīng)當(dāng)而且必須遵循可持續(xù)發(fā)展的原則，既要滿足當(dāng)代人的需求，又要以不損害后人的生存和發(fā)展為前提。(二)海洋礦產(chǎn)資源的分類(lèi)作者梅羅（1963）米契爾加森（1981）克羅南（1984）周福根（1982）朱而勤（1978）郭步英沈錫昌（1989）分類(lèi)原則海洋分區(qū)海洋構(gòu)造環(huán)境礦種海洋分區(qū)

4、海洋地質(zhì)環(huán)境環(huán)境與礦種礦產(chǎn)分類(lèi)1海水礦產(chǎn)2海灘礦產(chǎn)3大陸架礦產(chǎn)4洋底表層 沉積礦產(chǎn)5海底硬巖礦產(chǎn)1被動(dòng)大陸邊緣礦床2大洋環(huán)境形成礦床3俯沖帶有關(guān)礦1海灘砂礦和集合粒2海洋自生礦物3磷塊巖4錳結(jié)核和錳結(jié)殼5含金屬軟泥6海底次表生礦床1海濱砂礦2磷鈣石3海綠石4海底石油5海底錳結(jié)核6重金屬軟泥海水礦產(chǎn)1濱海砂礦2海底磷礦3洋底錳結(jié)核和錳結(jié)殼4海底多金屬軟泥5海底塊狀硫化物礦床6海底油氣藏海底礦產(chǎn)表層礦產(chǎn)1砂礦2自生沉積礦3復(fù)成因礦4遠(yuǎn)洋沉積礦底巖礦產(chǎn)1表下礦產(chǎn)2基巖礦產(chǎn) 從上表可知，多數(shù)學(xué)者都是根據(jù)海洋礦產(chǎn)資源的礦物種類(lèi)及其產(chǎn)出的海洋地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行分類(lèi)，雖有微小的差別，但總體來(lái)說(shuō)比較接近。本章將遵循

5、上述原則，在描述各類(lèi)海洋礦產(chǎn)資源的形態(tài)、分布、礦物組成和化學(xué)成分的同時(shí)，盡量考慮其形成環(huán)境并探討其形成機(jī)制，力求全面地反映最新研究成果。機(jī)械沉積分異礦產(chǎn)砂礦(Au、Pt、Sn、Ti、REEs、金剛石等) 海岸帶建筑與工業(yè)砂 海岸帶、陸架區(qū)化學(xué)或生物化學(xué)沉積成因礦產(chǎn)磷鈣土(P)上升流發(fā)育的陸坡、島嶼、海山斜坡鐵錳結(jié)殼(Co、Pt、REEs、Mn)8003 500m水深的大洋島嶼與海山斜坡帶成巖成因礦產(chǎn)鐵錳結(jié)核(Cu、Co、Ni、Mn等) 深海平原區(qū)海洋成因礦產(chǎn)甲烷氣體水合物(CH4) 500 m水深以下海底沉積物表層熱液成因礦產(chǎn)多金屬軟泥(Au、Ag、Pb、Zn、Mn等)新生海底裂谷帶、大洋中脊

6、、海底熱點(diǎn)活動(dòng)區(qū)、弧后擴(kuò)張區(qū)塊狀硫化物(Cu、Pb、Zn、Au、Ag等)大洋中脊、弧后擴(kuò)張區(qū)等鐵錳氧化物(Fe、Mn)新生海底裂谷帶、大洋中脊、海底熱點(diǎn)活動(dòng)區(qū)、弧后擴(kuò)張區(qū)非海洋成因 礦產(chǎn)石油、天然氣、煤以及基底巖石中的其他礦產(chǎn)(陸地有的礦產(chǎn)在海底，特別是陸架基底均可出現(xiàn)) 陸架區(qū) 海洋礦產(chǎn)類(lèi)型與分布二、大洋礦產(chǎn)的特征與成因海底磷礦 鐵錳結(jié)核 鐵錳結(jié)殼 多金屬熱液沉積物 甲烷氣體水合物 海底磷礦 海底磷礦是指P205含量18的磷塊巖(由于其中富含Ca0，又稱(chēng)磷鈣石)，其主要礦物成分是膠磷礦，為隱晶質(zhì)或呈膠狀構(gòu)造的磷灰右。 此外，還包括與膠磷礦伴生的細(xì)晶磷灰石。 海底磷礦的一般特征和地理分布 (一

7、)海底磷礦的一般特征 海底磷礦(磷塊巖或磷鈣石)一般呈結(jié)核狀、塊狀、板狀、顆粒狀產(chǎn)出，其內(nèi)部多呈鮞狀或?qū)訝顦?gòu)造，通常含雜質(zhì)較多，常呈暗灰色。如含大量碳或黃鐵礦，則呈黑色。 磷塊巖中的主要雜質(zhì)為粘土、碎屑物、海綠石、方解石、白云石、碳質(zhì)、硅質(zhì)、黃鐵礦以及一些生物骨屑等。其結(jié)核通常呈不規(guī)則狀，致密堅(jiān)固，相對(duì)密度為2.62.8，硬度：(摩氏硬度)5。結(jié)核大小相差懸殊，在加利福尼亞灣沿岸平均直徑為5 cm，最大結(jié)核為605020 cm3(Dietz等，l942) (二)海底磷礦的地理分布 海底磷礦主要分布在濱外淺灘、淺海陸架、陸坡上部、邊緣臺(tái)地、海山等處，產(chǎn)出水深一般為幾十至幾百米，但也可以產(chǎn)于上千至

8、幾千米深的海底。在出現(xiàn)上升流，特別是在上升流輻散、沉積速率不大的地方，更有利于海底磷礦的富集。通常，大洋東側(cè)較其西側(cè)更富集。海底磷礦的地理分布 1、2大陸邊緣磷塊巖3海山磷塊巖 大陸邊緣磷塊巖1.主要分布在四個(gè)地帶： (1)東大西洋帶 主要在非洲西海岸外，如南非的厄爾勒斯難、西南非洲的納米比亞、中非的安哥拉、西北非的摩洛哥和撒哈拉等地的陸架區(qū)； (2)西大西洋帶 主要是北美洲岸外，如布萊克海臺(tái)、佐治亞和北卡羅來(lái)納的陸架區(qū)； (3)東北太平洋帶 指加利福尼亞灣和墨西哥灣陸架區(qū)和陸坡上部； (4)東南太平洋帶 主要是指秘魯一智利岸外的陸架區(qū)。2海山磷塊巖 主要分布在太平洋地區(qū)，包括海底火山、 平頂

9、山(截頂山)、海嶺等，如印度尼西亞西南部海山、新西蘭附近的海山所產(chǎn)磷塊巖。 海底磷礦的化學(xué)成分 海底磷礦(主要為膠磷礦)的化學(xué)成分為Ca(PO4)22H2O，其中PO43-可以被CO32-置換，由置換反應(yīng)造成的化學(xué)不平衡可由F-、OH-、Cl-等介入而得以補(bǔ)償(Gulbrandsen等，1966，Price和Galvert，1978)，形成含F(xiàn)、Cl、OH、CO3等的一系列磷灰石變種。 海底磷礦的產(chǎn)出環(huán)境及形成機(jī)制 (一)海底磷礦的產(chǎn)出環(huán)境 1富磷的氧化環(huán)境 由于冷暖海流匯合，引起溫度大幅度而迅速的變化，使深海生物大量死亡，導(dǎo)致生物體腐解，創(chuàng)造了海水中溶有大量磷酸鹽的環(huán)境。一旦富磷酸鹽進(jìn)入氧化

10、的海洋環(huán)境，磷酸鹽即以膠體形式凝聚于海底。 2CO2含量低的環(huán)境 海水中磷酸鹽的可溶性決定于CO2的含量。當(dāng)深部富磷酸鹽海水涌向表層時(shí)，由于壓力降低、溫度升高、CO2逃逸，導(dǎo)致磷酸鹽過(guò)飽和而沉淀。 3pH值低的厭氧環(huán)境 磷灰石形成于pH值低的厭氧海盆環(huán)境中。不過(guò)，在加利福尼亞灣南部海域某些氧化強(qiáng)烈的海洋環(huán)境中，也發(fā)現(xiàn)海底磷灰石?？磥?lái)，厭氧環(huán)境是形成磷灰石的有利條件，而非必要條件。 ( (二二) )海底磷礦的形成機(jī)制海底磷礦的形成機(jī)制 1.在大洋東側(cè)的上升流區(qū)較冷的富含P2O5的海水，從深部上升到陸坡上部、外陸架區(qū)，給表層海水中的生物提供了迅速繁殖的條件； 2.隨后，淺海浮游生物吸收海水中的磷并

11、使其固定； 3.當(dāng)海水中大量生物的糞粒及生物死亡之后的殘骸堆積于海底，其中大部分腐解，參與水體的再循環(huán)，并改變海水的pH濃度(使pH值升高)，有利于海水中磷酸鹽沉淀； 4.有機(jī)質(zhì)磷分解后溶于沉淀物的孔隙中，其濃度可達(dá)89 mg/l，以此過(guò)飽和狀態(tài)，在沉積物顆粒表面析出磷酸鹽凝膠、并不斷富集，可使P2O5含量增至2030。在此過(guò)程中，由于成巖作用，海底溶液中的Mg2+濃度不斷降低，也促使磷酸鹽沉淀； 5.原始磷酸鹽沉淀物呈半液態(tài)的粉砂、粘土級(jí)質(zhì)點(diǎn)，經(jīng)波浪的簸選，把輕組分帶出，使較重的磷鈣石等在原地富集。 大陸架上現(xiàn)代磷塊巖形成機(jī)制 大洋礦產(chǎn)的特征與成因大洋礦產(chǎn)的特征與成因海底磷礦鐵錳結(jié)核 鐵錳結(jié)

12、殼 多金屬熱液沉積物 甲烷氣體水合物 一、錳結(jié)核 錳結(jié)核（亦稱(chēng)鐵錳結(jié)核、多金屬結(jié)核、錳結(jié)核、錳礦瘤、錳礦球）是一種富含多金屬元素，主要由鐵錳氧化物和氫氧化物組成的黑色“球狀”沉積物團(tuán)塊。其中除含有多量的鐵、錳外，還富含銅、鎳、鈷、鉛等金屬元素，含量一般大于1%，成為僅次于海底石油的重要海洋礦產(chǎn)資源。（一）錳結(jié)核的基本特征 錳結(jié)核一般為黑色、綠黑色至褐色，由多孔的微晶集合體、膠狀顆粒和隱晶質(zhì)物質(zhì)級(jí)成，外形常呈球狀、橢球狀、菜花狀，其表面有三種類(lèi)型：粗糙表面、光滑表面和葡萄狀表面。就單個(gè)結(jié)核體來(lái)說(shuō)，其外表形態(tài)也有極大的變化，尤其是結(jié)核的上部和下部可呈現(xiàn)出極大的差異。 據(jù)雷布（1972）的研究，“漢

13、堡包”形錳結(jié)核，上部與海水接觸，其成分中鐵、鈷占優(yōu)勢(shì)，主要由海水中所含元素供給；下部處于海底沉積物埋藏狀態(tài)下，其成分中錳、鎳、銅占優(yōu)勢(shì)，主要由沉積物內(nèi)孔隙水中所含元素供給。 錳結(jié)核的硬度變化較大，按摩氏硬度可分14；其大小相差懸殊，有直徑小于1mm的微結(jié)核，也有直徑大于10cm的大結(jié)核，一般直徑為2 6cm。錳結(jié)核的平均密度為1.96g/cm3, 結(jié)核核心物質(zhì)有四類(lèi)：老的錳結(jié)核碎塊；深海沉積物（如深海粘土等）火山碎屑；生物骨骼。 （二）錳結(jié)核的分布特征 鐵錳結(jié)核廣泛分布于世界大洋海底(公海區(qū))。其最佳分布海區(qū)是水深45005500m的海底平原區(qū)。其中太平洋最富，其次是印度洋和大西洋。 依據(jù)大洋

14、底的構(gòu)造地貌特征和海區(qū)所處的地理位置以及錳結(jié)核的化學(xué)成分、豐度等，可在太平洋劃分出八個(gè)主要的錳結(jié)核富集區(qū)； 克拉里昂和克里帕頓區(qū)（也稱(chēng)CC區(qū)）；中太平洋區(qū)；威克內(nèi)克區(qū)；夏威夷區(qū)；加利福尼亞區(qū)；南太平洋區(qū)；米納德區(qū)；德雷克斯科舍區(qū) 上述富集區(qū)均位于中太平洋和東北太平洋,而且以6 12N、120W 160E的廣大海域內(nèi)錳結(jié)核最豐富。因?yàn)槌嗟栏浇鼮楦呱锷a(chǎn)力的帶，限制了錳結(jié)核的生長(zhǎng)，而太平洋緣，由于陸源碎屑物的大量輸入，也不利于氧化錳的生長(zhǎng)。北太平洋海底，某些地區(qū)深海粘土堆積速率僅為1mm/103a，也有利于錳結(jié)核的生長(zhǎng)，所以錳結(jié)核在該海域含量最高。 印度洋洋底錳結(jié)核主要分布在赤道以南。因?yàn)楸庇《?/p>

15、洋洋底的大部分為巨大的深海扇所占據(jù)，大量陸源碎屑物的輸入，使錳結(jié)核不可能發(fā)育。 大西洋是三大洋中錳結(jié)核最不發(fā)育的洋區(qū)。這是由于其洋底的大部分在碳酸鹽補(bǔ)償深度以上的緣故。但是在大西洋兩側(cè)的深海盆地內(nèi)，卻分布著豐富的錳結(jié)核，這可能與大西洋底流的強(qiáng)烈活動(dòng)有關(guān)。 我國(guó)經(jīng)過(guò)近20年的調(diào)查，在CC區(qū)已獲得一塊75000km2的“可供未來(lái)開(kāi)發(fā)的鐵錳結(jié)核礦區(qū)”。 世界大洋鐵錳結(jié)核分布圖（三）錳結(jié)核的礦物組成及化學(xué)成分1、礦物組成鐵錳結(jié)核中的礦物大致可以分為三類(lèi)：錳的氧化物和氫氧化物，鐵的氧化物和氫氧化物，硅鋁酸鹽等雜質(zhì)礦物。 主要的錳礦物有鋇鎂錳礦、鈉水錳礦和水羥錳礦。 最主要的鐵礦物有四方纖鐵礦、六方纖鐵礦

16、、針鐵礦和纖鐵礦。 鐵錳結(jié)核中高含量的微量元素主要以類(lèi)質(zhì)同象或吸附狀態(tài)存在于鐵錳氧化物和氫氧化物中。 2、化學(xué)成分 錳結(jié)核的化學(xué)成分異常復(fù)雜，富含多種金屬元素。其中主要有Mn和Fe，其次為Si、Al、Ca、Mg、Na、K、Ti、Ni、Cu、Co等。與地殼中化學(xué)元素的豐度相比，錳結(jié)核中趨于富集的元素有20余種，其中Mn、Ni、Co、Mo、Cu、Pb等有用金屬元素的含量高出其在地殼中平均含量的46 274倍。如果同海水中相應(yīng)的元素相比，錳結(jié)核中的Mn、Fe、Co、Cu、Ni等有用元素的含量更是超過(guò)其在海水中含量的百萬(wàn)倍以上。鐵錳結(jié)核中元素的變化特征 虧損型元素 相對(duì)于地殼豐度，在鐵錳結(jié)核中虧損的元

17、素主要是造巖元素Si、Al、Ca、Na、K、Mg。其中Si、Al和Ca的虧損程度較高，其地殼豐度約是它們?cè)阼F錳結(jié)核中的豐度的23倍。K、Mg、Na豐度變化較小，其在結(jié)核中的豐度分別比地殼減少了45、33和16。和深海沉積物相比，這些元素在結(jié)核中的豐度變化亦表現(xiàn)出類(lèi)似的虧損趨勢(shì)。 輕度富集型元素 主要是親氧元素，有Fe、P、Sr、Ba等。在鐵錳結(jié)核中除Ti的豐度稍高于地殼外，F(xiàn)e、P、Sr和Ba的豐度約為地殼的24倍。和深海沉積物相比，除Ba外，其他元素都表現(xiàn)出不同程度的富集。 高度富集型元素 主要有Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Mo和REEs。無(wú)論是和地殼還是和深海沉積物相比，這些元素在

18、鐵錳結(jié)核中都高度地富集。其中最為富集的元素是Pb和Zn，它們?cè)阼F錳結(jié)核中的豐度比地殼和深海沉積物高出56個(gè)數(shù)量級(jí)。Mn、Co、Ni、Cu和Mo則比地殼豐度高出23個(gè)數(shù)量級(jí)，比深海沉積物高出12個(gè)數(shù)量級(jí)。 鐵錳結(jié)核中元素的五個(gè)組合 存在于鐵錳結(jié)核中的元素根據(jù)其相關(guān)特征可以分成五個(gè)具有明顯成因意義的組合： 水成成因元素組 ：包括Fe、Co、Pb、Ti、Sr和REE等，是鐵錳結(jié)核的水成成礦作用的結(jié)果 ； 成巖成因元素組 ：包括Mn、Ni、Cu、Zn、Mo和Mg等，是鐵錳結(jié)核的早期成巖成礦作用的結(jié)果 ； 生物成因元素組 ：包括P、Ca等元素，是生物沉積成礦作用的反映； 造巖元素組 ：包括Si、Al、C

19、a和K等，反映了鐵錳結(jié)核形成過(guò)程中硅鋁酸鹽碎屑物質(zhì)的混入作用 ； 熱液成因元素組 ：包括Ba、(Ti和Mo)等。 （四）錳結(jié)核的分類(lèi)與成因 有關(guān)錳結(jié)核的分類(lèi)，國(guó)內(nèi)外所提方案甚多，目前尚無(wú)統(tǒng)一的分類(lèi)方案。至今，主要有4種分類(lèi)方法：形態(tài)分類(lèi)；成因分類(lèi)；粒級(jí)分類(lèi)；元素含量分類(lèi)； 鮑根德（1991）依據(jù)錳結(jié)核的化學(xué)成分、礦物組成、豐度、品位、沉積環(huán)境等特征，將錳結(jié)核分為A型、B型、C型三類(lèi)：多金屬結(jié)核的成分成因分類(lèi)（鮑根德，1991）地球化學(xué)類(lèi)型特征A型結(jié)核(Mn/Fe1.50)B型結(jié)核(Mn/Fe1.502.50)C型結(jié)核(Mn/Fe2.50)元素含量變化規(guī)律高Fe，Pb，Cr，Sr，REE；低Mn

20、，Ni ZnFe，Pb，Cr，Sr，REE和Mn，Ni Zn均處于A，C型之間高M(jìn)n，Ni，Zn，低Fe，Pb，Cr，Sr和REE元素相關(guān)Fe與Mn呈強(qiáng)烈的正相關(guān)Fe與Mn呈弱的正相關(guān)Fe與Mn呈明顯的負(fù)相關(guān)主要礦物組成-MnO21nm水錳礦+-MnO21mm水錳礦豐度、品位品位低（0.87%），豐度高(9.46kg/m2)品位、品位處于A，C型結(jié)核間，分別為1.47%，和8.15kg/m2品位高（2.27%），豐度低(7.03kg/m2)生長(zhǎng)速度生長(zhǎng)速度慢(1.73mm/106a)生長(zhǎng)速度較快，為(3.43mm/106a)生長(zhǎng)速度快(12.33mm/106a)沉積環(huán)境深海粘土、硅質(zhì)粘土和鈣質(zhì)

21、軟泥有均等的機(jī)率深海粘土和鈣質(zhì)軟泥沸石粘土和硅質(zhì)粘土類(lèi)型符號(hào)大小形態(tài)表面結(jié)構(gòu)LS大型6cm球狀粗糙光滑LE橢球狀粗糙光滑LD盤(pán)狀粗糙LC菜花狀葡萄粗糙LP連生體粗糙光滑LT板狀光滑粗糙LF碎屑狀光滑粗糙MS中型6cm球狀粗糙光滑ME橢球狀粗糙光滑MD盤(pán)狀葡萄粗糙MC菜花狀粗糙光滑MP連生體光滑粗糙MT板狀光滑粗糙MF碎屑狀光滑粗糙SS小型 1.76%圈定的富礦區(qū)資源量為14 99Gt。中國(guó)申請(qǐng)獲準(zhǔn)的多金屬結(jié)核合同區(qū)大洋礦產(chǎn)的特征與成因海底磷礦鐵錳結(jié)核 鐵錳結(jié)殼 多金屬熱液沉積物 甲烷氣體水合物 鐵錳結(jié)殼鐵錳結(jié)殼 錳結(jié)殼（亦稱(chēng)鐵錳結(jié)殼、富鈷錳結(jié)殼、多金屬結(jié)殼、）是一種水化成巖成因，生長(zhǎng)在硬質(zhì)基巖

22、上的富含Mn、Co、Pt等金屬元素的“殼狀”沉積物。基巖主要為拉斑玄武巖和堿性玄武巖。是一種海底自生鐵錳氧化物、氫氧化物集合體，一般生長(zhǎng)在幾乎無(wú)沉積物覆蓋的海山頂部和斜坡基巖上。其產(chǎn)狀有兩種：一種是球狀或似球狀鐵錳結(jié)殼，是鐵錳氧化物、氫氧化物環(huán)繞巖石碎塊生長(zhǎng)形成的，具有核心構(gòu)造； 第二種是被狀鐵錳結(jié)殼，是鐵錳氧化物、氫氧化物直接生長(zhǎng)在基底巖石上形成的 。 雖然一百多年前在幾乎發(fā)現(xiàn)鐵錳結(jié)核的同時(shí)就發(fā)現(xiàn)了鐵錳結(jié)殼，但很長(zhǎng)一段時(shí)間并未對(duì)鐵錳結(jié)殼給予特別的關(guān)注，只是當(dāng)作結(jié)核的一種特殊產(chǎn)狀看待。直到20世紀(jì)80年代初，德國(guó)“太陽(yáng)號(hào)”科學(xué)考察船在中太平洋海山區(qū)發(fā)現(xiàn)鐵錳結(jié)殼中Co的異常富集后，才開(kāi)始了鐵錳結(jié)

23、殼的專(zhuān)門(mén)調(diào)查和研究(Halbach et al，1982、1983、1984)。接下來(lái)的研究還發(fā)現(xiàn)除Co之外，Pt、REE、P等在鐵錳結(jié)殼中亦有高度富集。 目前，作為最具潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值的深海礦產(chǎn)資源之一，鐵錳結(jié)殼已引起愈來(lái)愈多國(guó)家和研究者的重視。（一）錳結(jié)殼的基本特征 錳結(jié)殼為黑色或暗褐色，表面多呈瘤狀或葡萄狀，也有光滑和松散土狀者。結(jié)殼內(nèi)部往往具有平行紋層構(gòu)造，可以反映其生長(zhǎng)過(guò)程中的環(huán)境變化。結(jié)殼一般厚1 10cm，最厚可達(dá)24cm，呈殼狀生長(zhǎng)于硬質(zhì)基巖表面上。 電子顯微鏡下，可以觀察到結(jié)殼層的分帶性，從表面的光滑、多丘、松軟狀構(gòu)造向內(nèi)逐漸過(guò)渡為比較致密狀、貝殼斷口狀和浸染狀鐵錳氧化物，內(nèi)部有

24、球狀、纖維狀、貝殼狀和網(wǎng)格狀構(gòu)造。（二）錳結(jié)殼的分布特征鐵錳結(jié)殼在世界大洋中的分布遠(yuǎn)沒(méi)有鐵錳結(jié)核那樣廣泛，它主要生長(zhǎng)分布于南北緯5l5之間、水深5003500 m(即最低含氧層和碳酸鹽補(bǔ)償深度間)且遠(yuǎn)離大陸的海山頂部和斜坡上。到目前為止，調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)的鐵錳結(jié)殼絕大部分分布于太平洋區(qū)，而且主要集中在夏威夷群島、約翰斯頓島周?chē)?、中太平洋和西太平洋海山區(qū)。 此外，在西北印度洋、西南印度洋、北大西洋和南大西洋等海域也有相對(duì)比較集中的分布 。 Hein(1990)將錳結(jié)殼的沉積環(huán)境分為板塊內(nèi)火山堆體、大洋擴(kuò)張軸、活動(dòng)火山弧以及大陸邊緣等單元。研究表明，錳結(jié)殼一般分布在CCD面之上，賦存水深大多為300

25、3000m，個(gè)別達(dá)4000多米；錳結(jié)核則分布在CCD面之下。世界大洋鐵錳結(jié)殼分布圖 鐵錳結(jié)殼的基底巖石類(lèi)型較多，主要有拉斑玄武巖、火山角礫巖、粗面巖、蒙脫石巖、泥灰?guī)r、磷灰?guī)r等。基巖的年齡與結(jié)殼的形成分布有關(guān)，一般認(rèn)為年齡老于20 Ma的基巖才有可能形成較厚的結(jié)殼。 鐵錳結(jié)殼的集中分布區(qū)一般是遠(yuǎn)離板塊擴(kuò)張中脊的海山區(qū)，如中太平洋海山區(qū)和西太平洋海山區(qū)年代較老的海山上生長(zhǎng)分布著大量的鐵錳結(jié)殼。鐵錳結(jié)殼分布區(qū)很少或沒(méi)有沉積物覆蓋，薄層沉積物僅局限于海山頂部或平坦的斜坡處。沉積物為含鈣硅質(zhì)軟泥。 從海山頂向斜坡下部，隨著深度的增加，厚度增大，黏土增多，鈣質(zhì)生物減少，而不利于鐵錳結(jié)殼的生長(zhǎng)。沉積速率低

26、或缺乏沉積的海山區(qū)是結(jié)殼發(fā)育的有利地區(qū)。 （三）錳結(jié)殼的礦物組成和化學(xué)成分 1、礦物組成鐵錳結(jié)殼總體上由三類(lèi)礦物組成：第一類(lèi)，鐵錳氧化物和氫氧化物自生礦物，主要是Mn02(水羥錳礦)，占鐵錳氧化物、氫氧化物的90以上，還有少量的鈉水錳礦和鈣錳礦等；第二類(lèi)，硅鋁酸鹽碎屑礦物和自生黏土礦物，包括石英、長(zhǎng)石、蒙脫石、伊利石等，深海沉積物中的礦物均可以在鐵錳結(jié)殼中出現(xiàn)；第三類(lèi)，磷酸鹽礦物(磷鈣土等)。 若將鐵錳結(jié)殼作為一種潛在的礦產(chǎn)資源。其所含三類(lèi)礦物中，硅鋁酸鹽礦物是雜質(zhì)礦物，鐵錳氧化物、氫氧化物和磷酸鹽礦物則是礦石礦物。因?yàn)镃o、Pt、REEs等具有潛在利用價(jià)值的金屬主要賦存于鐵錳氧化物、氫氧化物

27、中，而磷酸鹽礦物是P的主要載體礦物。 鐵錳結(jié)殼中Co、REEs(稀土元素)和P的富集主要是水成成礦作用和生物沉積成礦作用的結(jié)果。這兩種成礦作用越強(qiáng)，所形成的鐵錳結(jié)殼的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值越大。硅鋁酸鹽碎屑礦物和黏土礦物的混入對(duì)鐵錳結(jié)殼的形成起了稀釋和破壞作用，所以鐵錳結(jié)殼只分布于幾乎無(wú)正常沉積的島嶼水下斜坡和海山頂部與斜坡上。2、化學(xué)成分錳結(jié)殼中富集了多種金屬元素，其化學(xué)成分較為復(fù)雜。與大西洋中多金屬結(jié)核相比，其鐵錳結(jié)殼富集Fe、Mn、P、CO2、C有機(jī)、Ti、Co、V、Sr、As、Cd、Yb、Lu等，貧Na、Ba、Zn、Pb、Ni、Cu、Li、Cr、Ce等貴金屬，含量大致相同的有Si、Al、K、Mg

28、、Ca、Mo、Sc、Hf、Tk、U、Sm、Eu、Lu以及Mn/Fe比值。太平洋中鐵錳結(jié)殼相對(duì)于多金屬結(jié)核更富集Ca、Pb 及稀土元素，而Si、Na、K、Mg等較貧乏。在對(duì)比大西洋和太平洋結(jié)殼的平均化學(xué)成分時(shí)可發(fā)現(xiàn)，大西洋相對(duì)富集 Fe、Si、Al、K、Mg、P、CO2、V、Li、Sc、As、Sr、Cd、Hf、Th、Ce、Nd、Pd等，貧Mn、Ni、Co、Pb、Ti、Zn、Cu、Cs、U、Lu、Pt、Ph等，含量相近的元素有Na、Ca、Sr、Ba、C有機(jī)、Mo、Cr、Sb、Ta、Sm、Eu、Yb Au等。錳結(jié)殼與多金屬結(jié)核在化學(xué)成分上的差別，首先是因?yàn)榍罢叩男纬芍饕怯捎诮饘傥镔|(zhì)直接來(lái)自海水，而

29、后者卻有著金屬物質(zhì)的補(bǔ)充來(lái)源于下伏沉積物。在多金屬結(jié)核形成時(shí)，成巖來(lái)源的作用越大，則與錳結(jié)殼成分上的差別也越大。錳結(jié)殼化學(xué)成分的主要特征是Co含量較高，而Ni、Cu、Zn含量較低。鐵錳結(jié)殼中的元素組水成成因元素組：包括Mn、Fe、Co、Pb、REEs等，是鐵錳結(jié)殼的水成成礦作用富集的結(jié)果；生物成因元素組：主要包括P和Ca，是海底生物沉積成礦作用的反映；海解成因元素組：包括Cu、Ni、Zn、Cd、Ba、Mg等，反映了海底海解沉積作用；造巖元素組：主要是Si和Al，反映了鐵錳結(jié)殼形成過(guò)程中硅鋁酸鹽碎屑礦物和黏土礦物的混入作用。（四）錳結(jié)殼的成因機(jī)制 錳結(jié)殼的形成是海水中鐵錳硅酸鹽膠體、鐵錳氧化物膠

30、體和MnO2膠體因其異性電荷相互作用而發(fā)生共凝沉淀的結(jié)果。因?yàn)镸nO2膠體帶負(fù)電荷（其零電位時(shí)pH=2.8)，它可以吸附Cu、Co、Ni等正電離子，并使Co氧化(Co2+Co3+)；Fe(OH)3帶正電荷，零電位時(shí)pH=8.5，因而MnO2膠體與Fe(OH)3膠體可相互作用，并發(fā)生共凝沉淀；硅酸鹽中SiO2膠體也帶負(fù)電荷，其零電位時(shí)pH=4，它與Fe(OH)3膠體也能發(fā)生共凝沉淀。所以，富Co的鐵錳結(jié)殼是海水成巖作用形成的。 錳結(jié)殼與硬質(zhì)基底之間界線清晰，缺乏相互作用的痕跡，證明硬質(zhì)基底的物質(zhì)組成對(duì)錳結(jié)殼在其上的聚集不產(chǎn)生影響。錳結(jié)殼與基底表面傾斜度的密節(jié)關(guān)系說(shuō)明，錳結(jié)殼的形成不是由溶于水中的

31、懸浮物質(zhì)沉積作用造成的，而是鐵和錳的氧化細(xì)菌作用的結(jié)果，這些細(xì)菌的新陳代謝作用產(chǎn)生H2O2，使價(jià)低Fe、Mn高速氧化，導(dǎo)致洋底多金屬錳結(jié)核和錳結(jié)殼的形成。（五）錳結(jié)殼的生長(zhǎng)歷史與生長(zhǎng)速率 哈爾巴赫（1987）將中太平洋的鐵錳結(jié)殼分成兩個(gè)世代： 是12 18MaB.P.生長(zhǎng)的老結(jié)殼； 是11MaB.P.以來(lái)生長(zhǎng)的新結(jié)殼。 而在12 11MaB.P.之間形成灰白色磷鈣土層。磷灰石主要為鈣磷石和碳磷灰石，是鐵錳結(jié)殼劃分兩個(gè)世代的標(biāo)志層。 鐵錳結(jié)殼的形成與地質(zhì)歷史密切相關(guān)。鐵錳結(jié)殼一般形成于新生代晚期全球氣候明顯惡化的時(shí)期，南極底層流在18MaB.P.前后開(kāi)始活動(dòng)，并逐漸減弱，老結(jié)殼的形成正好與南極底

32、層水活動(dòng)相吻合，而新結(jié)殼則出現(xiàn)在南極底層水運(yùn)動(dòng)不太激烈的時(shí)期，形成磷鈣土的時(shí)期正好與最低含氧層的擴(kuò)張時(shí)期相吻合。 錳結(jié)殼的生長(zhǎng)速率一般為1 10mm/Ma，而熱液型錳結(jié)殼的年長(zhǎng)速率可達(dá)100 200mm/Ma。 Puteanus和Halbach(1988)的研究表明，錳結(jié)殼的生長(zhǎng)速率（S）越快，其Co含量越低，其關(guān)系式為： S（mm/Ma）=1.28/Co(%)-0.24 條件是Co的含量范圍為0.24% Co 2.0%。 水成錳結(jié)殼的生長(zhǎng)速率還與生物生產(chǎn)力相關(guān)，生物生產(chǎn)力越高，鐵錳結(jié)殼的生長(zhǎng)速率越大。（六）錳結(jié)殼的資源量根據(jù)Cronan等（1989）的資料，僅萊思一庫(kù)克群島區(qū)（170 155

33、 W，5 N 20 S），錳結(jié)殼的分布面積就約7.5萬(wàn)Km2,估計(jì)資源量112106t，其中含Co達(dá)1465103t、Pt為97t。世界洋底（尤其是太平洋底）廣泛地分布著錳結(jié)核和錳結(jié)殼，其中蘊(yùn)藏著極為豐富的Cu、Ni、Mn、Co等有用金屬資源，而且這些有用金屬資源目前還在隨著錳結(jié)核和錳結(jié)殼的不斷增生而增長(zhǎng)著。僅太平洋底錳結(jié)核和錳結(jié)殼中的主要金屬儲(chǔ)量與全球陸地上的儲(chǔ)量相比就可知道，它們分別是全球陸上儲(chǔ)量的幾十至幾千倍。從核技術(shù)上看，當(dāng)今科學(xué)核技術(shù)解決其開(kāi)采和利用的問(wèn)題并不難。但是，由目前世界Cu、Ni、Mn、Co的庫(kù)存量還比較大，因此世界市場(chǎng)并不需要立即投入開(kāi)采。目前，僅美國(guó)、德國(guó)、日本等少數(shù)國(guó)

34、家，因工業(yè)用Co完全依靠進(jìn)口，所以這些國(guó)家對(duì)洋底錳結(jié)核和錳結(jié)殼的調(diào)查及工業(yè)度采比較積極。陸上儲(chǔ)量Mn10108Cu1108Ni0.15108Co0.01108太平洋底（1m）儲(chǔ)量(t)2000108501089010830108太平洋底儲(chǔ)量/陸上儲(chǔ)量200506003000大洋礦產(chǎn)的特征與成因海底磷礦鐵錳結(jié)核 鐵錳結(jié)殼 多金屬熱液沉積物 甲烷氣體水合物 多金屬熱液沉積物 海底多金屬熱液沉積物 是指與海底火山活動(dòng)伴生的多金屬硫化物和與之共生的鐵的氧化物和硅酸鹽、錳的氧化物等組成的含金屬沉積物，通常含有重晶石、二氧化硅和硬石膏。這些礦床大多數(shù)產(chǎn)于洋中脊的擴(kuò)張中心(包括紅海)，其次是匯聚型板塊邊緣，

35、也見(jiàn)于板塊內(nèi)部的熱點(diǎn)活動(dòng)區(qū)(如夏威夷的Loihi熱點(diǎn)區(qū))。 世界洋底139處熱液多金屬礦點(diǎn)分布圖 礦床的特征與形成 （1） 以大洋中脊為例 大洋中脊的熱液礦床系由海水通過(guò)裂隙進(jìn)入海底巖石，并從巖石中淋濾金屬變成含礦熱液，然后再上升回到海底將淋濾的金屬沉淀而形成的。這種反應(yīng)和循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力是侵入洋中脊地殼中的巖漿所提供的熱源。由于大洋板塊在洋中脊分離，巖漿以巖墻形式侵入洋底次表層，并以熔巖流形式噴出海底。由于海底向遠(yuǎn)離洋脊擴(kuò)張軸方向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生裂隙，允許海水進(jìn)入。 礦床的特征與形成 （2） 這種海水的下滲可以在洋中脊兩側(cè)較寬的帶內(nèi)深達(dá)23 km。在下滲過(guò)程中水體開(kāi)始變熱，并從周?chē)鋷r中淋濾金屬。在

36、此過(guò)程中可以發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，劇烈地改變著海水的化學(xué)成分。由于Mg 2+和OH離子進(jìn)入硅酸鹽，并產(chǎn)生H+離子，所以海水的酸度增加；H+離子與玄武巖中礦物的陽(yáng)離子發(fā)生交換，從玄武巖中淋濾出金屬Fe、Mn、Cu、Zn等；Ca 2+和S04 2一反應(yīng)生成硬石膏；S 2離子和Fe反應(yīng)生成黃鐵礦，同時(shí)Cu和Zn的硫化物也沉淀；水合反應(yīng)導(dǎo)致溶液中Na、Cl的富集。 礦床的特征與形成 （3） 熱的酸性富金屬的熱液向海底運(yùn)移，其中的金屬以氯的絡(luò)合物形式遷移。如果含礦熱液上升過(guò)程中遇到足夠的冷的下滲海水，其中的金屬就以網(wǎng)脈狀硫化物沉淀于洋殼上部。如果含礦熱液上升通道與海水隔絕，未被稀釋的熱液即以煙囪形式噴出，

37、這種煙囪含有細(xì)粒的熱液沉淀物，其沉積即形成熱液礦床。 礦床的特征與形成 （4） 洋中脊噴出的熱液的成分與海水下滲，直到形成熱液噴出期間與周?chē)鷰r石的反應(yīng)程度，以及上升過(guò)程中與海水的混合程度等有關(guān)。有些熱液的濃度很低，l0以下才有物質(zhì)沉淀，有些濃度則很高，400就開(kāi)始有物質(zhì)沉淀。高溫?zé)嵋鹤試娍趪姵鰰r(shí)，因受周?chē)Ｋ挠绊?，溫度快速下降，熱液中溶解的物質(zhì)快速結(jié)晶析出，形成煙囪狀外壁。煙囪壁的生長(zhǎng)可能是非常迅速的。深潛觀察表明煙囪壁生長(zhǎng)的初始階段速率可高達(dá)30 cmd，生長(zhǎng)晚期的煙囪壁一般為8 cmd。 礦床的特征與形成 （5）自煙囪噴出的高溫?zé)嵋阂蚝锌焖倬С龅奈⒓?xì)硫化物顆粒而呈黑色煙霧狀，被形象地稱(chēng)

38、為“黑煙囪”(black smoker)。如果噴出熱液中含的固體微粒是重晶石、蛋白石等，則形成所謂的“白煙囪”（white smoker)。熱液噴出后其中所含的物質(zhì)除部分呈煙囪狀沉淀在噴口處外，大部分被噴向海底以上200300m的海水中，形成熱液羽(hydrothermal plume)，然后被強(qiáng)大的海流攜帶而分散。熱液羽中殘留的金屬除部分仍以硫化物顆粒沉淀外，大量的錳和鐵被氧化成氧化物沉淀。因此，在絕大多數(shù)已考察的洋脊頂部和兩翼的廣大區(qū)域內(nèi)形成含金屬沉積物。 洋中脊的多金屬硫化物以及與其共生的含金屬沉積物的組成變化很大，與溫度、被淋濾的海底巖石的成分、淋濾范圍內(nèi) 巖石水 比例等多種因素有關(guān)。

39、海底硫化物礦床的主要組成礦物有：黃鐵礦、白鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、方黃銅礦、硬石膏、重晶石、蛋白石等。高溫礦床富含Cu、Zn硫化物，低溫礦床含有大量的非晶質(zhì)SiO2，有時(shí)也含有重晶石。大洋礦產(chǎn)的特征與成因海底磷礦鐵錳結(jié)核 鐵錳結(jié)殼 多金屬熱液沉積物 甲烷氣體水合物 甲烷氣體水合物甲烷氣體水合物(methane gas hydrate) 是一種由天然氣(主要是甲烷)和水結(jié)合而成的冰狀化合物。水合物中的氣體來(lái)源于被埋藏的有機(jī)物。沉積物中所含有機(jī)物被埋藏后，由于微生物或熱力作用可以產(chǎn)生甲烷。在低溫高壓(水深大于400 m)下的海底表層，甲烷中的氫結(jié)合進(jìn)入水分子構(gòu)成的晶體格架中形成氣體水合物。 結(jié)晶的過(guò)

40、程使甲烷比其以氣體或液化形式存在時(shí)的體積小得多。每立米的甲烷氣體水合物理論上含有164 m3的氣體和08 m3的水 。實(shí)際上，因?yàn)樗衔锔窦苤羞m于甲烷分子存在的位置有可能空缺或被其他氣體與烴類(lèi)占據(jù)，所以每立米的水合物估計(jì)可以釋放出150 m3的甲烷。 因此，甲烷氣體水合物成為一種重要的潛在能源礦產(chǎn)資源，這種資源包括氣體水合物及其下部圈閉的甲烷，在全球其總量約相當(dāng)于全部其他化石燃料的兩倍 。包裹在灰色碳酸鹽膠結(jié)物中的白色天然氣水合物(右側(cè)中央)。右下方的小板手作比例尺。（1）穩(wěn)定帶 甲烷氣體水合物產(chǎn)于永久凍土帶、大陸架和深海底。在水深大于400 m的“甲烷氣體水合物穩(wěn)定帶(methane gas

41、 hydrate stable zone，簡(jiǎn)稱(chēng)為HSZ）”中是穩(wěn)定的 。HSZHSZ HSZ是一個(gè)沉積物層中的熱力學(xué)平衡帶。這一平衡帶從海底沉積物表面開(kāi)始向下延伸的厚度取決于溫度、壓力和海底熱流。因?yàn)楹５诇囟葹?4且變化不大，所以氣體水合物晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的條件主要是壓力和熱流。水越深，壓力越大，HSZ越厚。下部熱的巖石和上部冷的海水之間的熱傳導(dǎo)在任何給定深度下的壓力溫度場(chǎng)內(nèi)處于平衡狀態(tài)。因此，進(jìn)入HSZ底部的熱向上傳導(dǎo)，釋放到海中，因而維持整個(gè)HSZ中氣體水合物穩(wěn)定條件 。氣體水合物的形成 氣體水合物也可以在水中形成，但是由于水合物晶體密度小于水，所以除非這種水合物被固定到沉積物顆粒等物質(zhì)上，否

42、則會(huì)上浮而變成氣體。只要熱力學(xué)條件許可，甲烷氣體水合物可以形成于任何海底沉積物中，如鈣質(zhì)、硅質(zhì)、富黏土的沉積物，也就是說(shuō)沉積物巖性不是氣體水合物形成的主要條件。氣體水合物形成的最佳位置是水深大于400 m的大陸坡、大陸裾巨厚沉積區(qū)。 全球海底甲烷氣體水合物分布圖 （2）產(chǎn)狀 以前認(rèn)為氣體水合物只發(fā)育在永久凍土帶。石油工業(yè)界最初因烴類(lèi)輸送管被阻而發(fā)現(xiàn)這種氣體水合物。氣體水合物作為自然產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)是在北美和俄羅斯的北極地區(qū)，后又在北極永久凍土帶的其他地區(qū)發(fā)現(xiàn)這種水合物(包括陸地和大陸架)，隨后又發(fā)現(xiàn)于非永久凍土帶的淺海陸架地區(qū)，呈層狀分布于海底表層沉積物中。 除永久凍土帶之外，在許多陸架、陸坡、大陸

43、裾發(fā)現(xiàn)氣體水合物，包括黑海、墨西哥灣、印度洋。雖然氣體水合物主要產(chǎn)于水深5003000 m的海底，但是如果沉積物氣體生成量較大，在水深更大的區(qū)域亦可形成。 現(xiàn)在人們已經(jīng)觀察認(rèn)識(shí)到氣體水合物廣泛分布于海底，特別是在具有中等至巨厚沉積的陸架區(qū)更為普遍。在長(zhǎng)期的沉積成巖過(guò)程中，水合物蓋層圈閉和聚集氣體的潛力比通常的儲(chǔ)層大得多。（3 3）圈閉類(lèi)型）圈閉類(lèi)型 “簡(jiǎn)單”圈閉：由于沉積作用分布不均勻和底流沖刷造成的海底地形不平坦區(qū)，因此水合物本身即可形成圈閉。 “復(fù)合”圈閉 ：除水合物層之外，構(gòu)造和地層亦是非常重要的條件。地層傾向和水合物層傾向相反時(shí)即可形成氣體圈閉。（4 4）資源潛力）資源潛力 海底氣體水

44、合物作為一種能源礦產(chǎn)的潛力很大。在北極地區(qū)已經(jīng)進(jìn)行了甲烷氣體水合物的商業(yè)開(kāi)采。然而由于海底沉積物中只有輕微的壓實(shí)，且其表層的“石化”蓋層(氣體水合物)難以通過(guò)常規(guī)的地質(zhì)工作方法觀察到，對(duì)廣闊的海底沉積物又從未開(kāi)展過(guò)碳?xì)浠衔锟辈?，所以除個(gè)別地區(qū)外，甲烷氣體水合物的資源量尚不清楚。 即使最保守的估計(jì)，全球氣體水合物中氣體的l也高于世界探明的常規(guī)天然氣儲(chǔ)量。（5 5）環(huán)境意義）環(huán)境意義 由于天然氣水合物中兩種溫室氣體甲烷和二氧化碳的大量存在，天然氣水合物與全球氣候變化以及地質(zhì)災(zāi)害有著十分密切的關(guān)系。 天然氣水合物也可能是引起地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一。由于天然氣水合物經(jīng)常作為沉積物的膠結(jié)物存在，它對(duì)沉

45、積物的強(qiáng)度起著關(guān)鍵的作用。天然氣水合物的形成和分解能夠影響沉積物的強(qiáng)度，進(jìn)而誘發(fā)海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。 作為未來(lái)新能源的天然氣水合物，同時(shí)也是一種危險(xiǎn)的能源。有關(guān)天然氣水合物的開(kāi)發(fā)利用就像一柄“雙刃劍”，需要非常小心謹(jǐn)慎的對(duì)待。在考慮其資源價(jià)值的同時(shí)，必須充分注意到有關(guān)的開(kāi)發(fā)利用將給人類(lèi)帶來(lái)的嚴(yán)重環(huán)境災(zāi)難。 三、深海底礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)前景與研究意義 政治方面：國(guó)際海洋法明確規(guī)定位于國(guó)際海底的礦產(chǎn)資源屬于人類(lèi)的共同繼承遺產(chǎn)。我國(guó)作為占世界人口五分之一的發(fā)展中大國(guó)，理所當(dāng)然應(yīng)該積極參與國(guó)際海底礦產(chǎn)資源的勘查開(kāi)發(fā)，維護(hù)我國(guó)在國(guó)際海底的權(quán)益，同時(shí)也維護(hù)全世界發(fā)展中國(guó)家的權(quán)益。 三、深海底礦產(chǎn)資源的開(kāi)

46、發(fā)前景與研究意義 資源經(jīng)濟(jì)：20世紀(jì)60年代美國(guó)學(xué)者指出海底礦產(chǎn)的巨大資源量，引起發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開(kāi)展大規(guī)模勘查與研究，并預(yù)測(cè)20年后將進(jìn)入鐵錳結(jié)核的商業(yè)開(kāi)發(fā)階段。但隨著勘查研究的深入，國(guó)際礦業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展和深海采礦對(duì)環(huán)境影響的不可預(yù)測(cè)性，到了20世紀(jì)80年代預(yù)測(cè)的商業(yè)開(kāi)發(fā)未能實(shí)現(xiàn)。接著又有人預(yù)測(cè)商業(yè)開(kāi)發(fā)將在20世紀(jì)末發(fā)生，目前又有人預(yù)測(cè)商業(yè)開(kāi)發(fā)在21世紀(jì)30一50年代之前不會(huì)發(fā)生。海底的其他礦產(chǎn)也有類(lèi)似的情況。但無(wú)論如何我們不能否認(rèn)深海礦產(chǎn)資源商業(yè)開(kāi)發(fā)的可能性。但由于時(shí)間上的不確定性，勘查研究工作應(yīng)該實(shí)事求是地從戰(zhàn)略角度考慮做長(zhǎng)遠(yuǎn)部署。 三、深海底礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)前景與研究意義 科學(xué)意義：廣闊的海底

47、作為成礦作用的天然實(shí)驗(yàn)室，對(duì)成礦學(xué)理論的意義遠(yuǎn)比某一個(gè)或某幾個(gè)“重要”礦床大得多?，F(xiàn)代海底成礦作用的研究正在或必將引起成礦學(xué)和礦產(chǎn)勘查理論的革命。 目前對(duì)于海洋礦產(chǎn)勘查研究在這方面的意義應(yīng)該給予更大的重視?，F(xiàn)代海底和古海底類(lèi)似礦產(chǎn)成礦環(huán)境的比較研究，和以現(xiàn)代海底成礦作用的規(guī)律指導(dǎo)陸地古海洋礦產(chǎn)的勘查與開(kāi)發(fā)，應(yīng)當(dāng)是當(dāng)前這一領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)容。第二節(jié) 濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)一、濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)概論二、20世紀(jì)濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)調(diào)查研 究回顧三、海洋砂礦四、建筑用海洋沙礫五、21世紀(jì)濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)展望一、濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)概論 濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)資源，系指位于現(xiàn)今海岸線零米

48、水深線以上且自第四紀(jì)以來(lái)曾被海水淹沒(méi)過(guò)的地段和水深0200 m淺海區(qū)海底蘊(yùn)藏的以固態(tài)形式產(chǎn)出的具有工業(yè)價(jià)值的礦產(chǎn)。 研究范疇 濱海及陸架砂礦資源分為金屬和非金屬重礦物砂礦、建筑用砂礫石集料、工業(yè)砂及貝殼等幾種類(lèi)型，主要是在海洋水動(dòng)力作用下于有利的地質(zhì)環(huán)境和地貌部位富集成礦。 此外，位于海底的沉積成巖的層狀礦床(煤、鹽類(lèi)礦床)及熱液脈狀金屬礦脈(白鎢礦、錫、金、鐵、鉛、鋅)等延伸入現(xiàn)今海底巖石中的礦床，均可稱(chēng)為濱海及陸架海底固體礦產(chǎn)。作為鹽類(lèi)、礦產(chǎn)的重要形態(tài)地下鹵水為液態(tài)，則不列入。 研究?jī)?nèi)容和方法 (1)研究?jī)?nèi)容 海洋固體礦產(chǎn)研究?jī)?nèi)容與陸地固體礦產(chǎn)研究?jī)?nèi)容大致相同，主要研究礦床形成的區(qū)域地質(zhì)背

49、景、礦區(qū)及礦床特征、成礦條件及成礦環(huán)境、成因機(jī)制、富集規(guī)律、儲(chǔ)量及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、調(diào)查技術(shù)、開(kāi)采方法、選冶技術(shù)、開(kāi)發(fā)環(huán)境及對(duì)環(huán)境的影響等，因?yàn)榈V床埋于水下海底，故其評(píng)價(jià)技術(shù)較陸地難度大。(2)主要研究方法 大陸架固體礦產(chǎn)勘查研究，主要是各種地質(zhì)地球物理地球化學(xué)方法的綜合選擇。對(duì)于不同類(lèi)型礦床和不同勘查階段，選擇各種方法的合理結(jié)合和選擇最佳的工作程序。 預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)研究階段 普查評(píng)價(jià)研究階段 勘探研究階段 預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)研究階段 該階段的研究是建立在1：2 000 0001：500 000地質(zhì)一地球物理綜合調(diào)查的基礎(chǔ)上，其主要目的是要獲得可能的含礦建造。這要借助于各種磁力和重力勘探方法，同時(shí)要對(duì)海底表層沉積物粒

50、度、礦物和地球化學(xué)進(jìn)行取樣研究，以便圈定有用組分異常區(qū)的分布范圍及沉積物粒度與礦物和元素的共生關(guān)系，結(jié)合成礦條件和成礦環(huán)境分析，進(jìn)行成礦遠(yuǎn)景區(qū)劃和礦產(chǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)研究。 普查評(píng)價(jià)研究階段 是在上階段提出的成礦遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)進(jìn)行l(wèi)：200 0001：50 000的詳細(xì)預(yù)測(cè)研究，進(jìn)一步確定礦床圍巖類(lèi)型和沉積物的共生組合，查明它們的地質(zhì)構(gòu)造、地貌位置及物質(zhì)成分特點(diǎn)。該階段大部分成礦控制因素已得以確認(rèn)。 應(yīng)用的地球物理方法有：為研究基底起伏的電法、為查明沉積蓋層結(jié)構(gòu)和礦床圍巖巖石和沉積物組合的地震法、用以確定放射性元素聚集和重礦物堆積區(qū)為目的放射性剖面測(cè)量以及能夠確定含礦巖石的構(gòu)造部位的磁法和重力測(cè)量等。選擇最

51、有利的成礦部位布設(shè)鉆孔取樣，以了解海洋固體礦產(chǎn)評(píng)價(jià)有關(guān)的參數(shù)及地質(zhì)構(gòu)造，提出進(jìn)一步勘探區(qū)域。 這一階段還必須進(jìn)行海洋環(huán)境及海底不穩(wěn)定性的綜合調(diào)查評(píng)價(jià)，并初步評(píng)價(jià)開(kāi)采海底礦產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響。 勘探研究階段 該階段要進(jìn)行l(wèi)：25 0001：1 000地質(zhì)測(cè)量，比例尺的選擇取決于不同礦種的地質(zhì)、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)條件。鉆探取樣是該階段的主要工作手段，鉆探深度據(jù)不同礦種和不同地質(zhì)條件而定。通過(guò)鉆探取樣以獲得礦床評(píng)價(jià)所需的各種參數(shù)，如礦床的品位、厚度、面積等，同時(shí)要進(jìn)行采礦技術(shù)條件研究及開(kāi)采對(duì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)，提出防治環(huán)境污染和預(yù)防環(huán)境惡化的有效措施(簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)評(píng))，最終提交礦床儲(chǔ)量和做出經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。 上述三個(gè)階段反映了

52、陸架區(qū)海洋固體礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)研究的基本輪廓，各種工作方法的結(jié)合，特別是地球物理方法，主要取決于經(jīng)常變化的具體條件，因此根據(jù)各方面條件選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣椒ň惋@得特別重要。一、濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)概論二、20世紀(jì)濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)調(diào)查研 究回顧三、海洋砂礦四、建筑用海洋沙礫五、21世紀(jì)濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)展望1、中國(guó)濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)回顧 20世紀(jì)50及60年代是我國(guó)濱海砂礦勘查的主要時(shí)期，沿海省、市地質(zhì)局、冶金局、非金屬礦產(chǎn)公司等單位開(kāi)展了濱海砂礦普查勘探，提交了諸多礦區(qū)普查勘探報(bào)告，探明了一批工業(yè)礦床。 1、中國(guó)濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)回顧 20世紀(jì)70年代原地質(zhì)礦產(chǎn)部、國(guó)家海洋局等單位

53、在進(jìn)行海洋綜合調(diào)查的同時(shí)，對(duì)某些海區(qū)海底沉積物中的重礦物進(jìn)行了調(diào)查 。主要有：北部灣海底地形、底質(zhì)及沉積礦產(chǎn)概查報(bào)告、南黃海西北部海底地形、沉積物和礦產(chǎn)概查報(bào)告 、黃海區(qū)沉積調(diào)查報(bào)告、東海海區(qū)海洋地質(zhì)綜合調(diào)查報(bào)告 及北黃海中部海底地形、沉積物和礦產(chǎn)初步概查報(bào)告等。 20世紀(jì)80年代繼續(xù)進(jìn)行了部分海區(qū)砂礦選點(diǎn)調(diào)查，并對(duì)我國(guó)濱海砂礦進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要有： 南海北部?jī)?nèi)陸架沉積與固體礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告、廣東紅海灣砂錫礦物探調(diào)查報(bào)告、黃茅海砂錫礦點(diǎn)調(diào)查報(bào)告、山東半島濱海砂礦成礦條件和成礦遠(yuǎn)景區(qū)劃圖及圖集與說(shuō)明書(shū) 、中國(guó)濱海砂礦分布及富集規(guī)律研究報(bào)告、l：2 000 000萬(wàn)中國(guó)濱海砂礦分布圖、廣東陽(yáng)江一電

54、白近岸稀土砂礦調(diào)查報(bào)告 、中國(guó)濱海砂礦專(zhuān)著 等。 1、中國(guó)濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)回顧 1、中國(guó)濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)回顧 20世紀(jì)90年代以來(lái)，主要的調(diào)查研究成果有：遼東半島濱海砂金礦調(diào)查報(bào)告、膠東砂金專(zhuān)著 、華南第四紀(jì)濱海砂礦專(zhuān)著 、中國(guó)海區(qū)及鄰域地質(zhì)地球物理圖集、中國(guó)海岸帶地質(zhì)、萊州灣東部濱海水域砂金調(diào)查及資源評(píng)價(jià)報(bào)告、臺(tái)灣西部沿海海沙性質(zhì)調(diào)查研究、海南省濱海砂礦鈦鋯資源綜合利用 、中國(guó)近海地質(zhì) 等。1、中國(guó)濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)回顧 經(jīng)40余年對(duì)我國(guó)濱海及陸架固體礦產(chǎn)資源的調(diào)查研究，探明有工業(yè)價(jià)值的濱海及大陸架海洋固體礦產(chǎn)類(lèi)型有：砂礦，包括重礦物砂礦、砂和礫石建筑材料、工業(yè)砂、貝殼；海底

55、煤田。 （1）濱海重礦物砂礦 系指分布于現(xiàn)今海岸低潮線以上的砂礦，主要形成于第四紀(jì)高海面時(shí)期及現(xiàn)代，具有工業(yè)價(jià)值的重礦物、工業(yè)砂、砂和礫石集料、貝殼等在海洋水動(dòng)力等因素的作用下，于有利的海岸地貌部位富集成礦。 主要礦種及地理分布 我國(guó)目前已探明具有工業(yè)儲(chǔ)量的濱海砂礦礦種有鈦鐵礦、金紅石、鋯石、磷釔礦、獨(dú)居石、磁鐵礦、錫砂礦、鉻鐵礦、鈮鐵礦、鉭鐵礦、砂金、工業(yè)砂、砂和礫石集料、貝殼等。我國(guó)濱海砂礦主要分布在山東、福建、廣東、廣西、海南和臺(tái)灣省。其中，鋯石以山東、廣東、海南、廣西礦床規(guī)模較大，鈦鐵礦主要分布在海南、廣東、廣西、福建，獨(dú)居石、磷釔礦分布在海南、廣東和臺(tái)灣，工業(yè)砂、砂和礫石集料主要分布

56、在山東、福建、廣東、廣西、臺(tái)灣和海南，砂金分布在山東和遼寧，砂錫礦、鉻鐵礦、金紅石、鈮鐵礦、鉭鐵礦主要分布在廣東和海南。 分布及富集規(guī)律 我國(guó)濱海砂礦主要分布在膠遼臺(tái)隆和華南褶皺系兩大地質(zhì)構(gòu)造單元濱海區(qū)，其富集程度與近岸出露的基巖含礦豐度密切相關(guān)，不同母巖往往決定了不同的砂礦類(lèi)型。我國(guó)具有工業(yè)價(jià)值的濱海砂礦中的重礦物主要來(lái)自沿岸出露的前震旦紀(jì)和加里東期變質(zhì)巖系和混合巖以及廣泛出露的印支一燕山期中酸性巖及部分第三紀(jì)一第四紀(jì)基性噴發(fā)巖。 開(kāi)發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀 目前，全國(guó)已探明的濱海重礦物砂礦儲(chǔ)量為164137.3萬(wàn)砘，保有儲(chǔ)量為1162244萬(wàn)砘， 1995年全國(guó)濱海重礦物砂礦總產(chǎn)量為9.4352萬(wàn)砘(廣

57、東832 t、海南9.1124萬(wàn)砘、廣西2396 t)，其中金紅石產(chǎn)量為2101 t、鈦鐵礦90116 t、鋯石1871 t、獨(dú)居石264 t。 1993-1995年全國(guó)濱海重礦物砂礦年產(chǎn)值分別為0.65億元、0.53億元、0.63億元，從業(yè)人員分別為021萬(wàn)人、0.08萬(wàn)人、0.12萬(wàn)人 。 (2)淺海重礦物砂礦 系指現(xiàn)今海面低潮線以下至水深約200 m范圍以內(nèi)所形成的砂礦。主要礦種縱觀我國(guó)各海區(qū)以往調(diào)查成果，因其工作程度低，尚未探明具有工業(yè)儲(chǔ)量的淺海砂礦，但發(fā)現(xiàn)了眾多的重礦物高含量區(qū)或異常區(qū)。具有遠(yuǎn)景的礦種主要有鋯石、鈦鐵礦、金紅石、獨(dú)居石、磷釔礦、磁鐵礦、石榴石、砂金、貝殼等。 重礦物高

58、含量區(qū)或異常區(qū)的分布 高含量區(qū)系指某種工業(yè)重礦物在海底表層沉積中的含量相對(duì)較高的區(qū)域，如在渤海、北黃海、東海圈定了部分重礦物高含量區(qū)。 異常區(qū)是據(jù)國(guó)家計(jì)委地質(zhì)局l972年頒發(fā)的礦產(chǎn)工業(yè)要求參考手冊(cè)和1975年海洋調(diào)查規(guī)范圈定的。在南黃海和南海據(jù)樣品品位高低劃分為I、級(jí)兩級(jí)異常區(qū)；在渤海區(qū)圈定5個(gè)，北黃海6個(gè)，東海8個(gè)，共計(jì)重礦物高含量區(qū)19處。在南黃海圈定級(jí)異常區(qū)l2個(gè)、級(jí)異常區(qū)7個(gè)，在南海圈定I級(jí)異常區(qū)l0個(gè)、級(jí)異常區(qū)20個(gè)，各級(jí)異常區(qū)共計(jì)49個(gè)。 重礦物高含量及異常區(qū)特征 分布形態(tài)以平行海岸呈條帶狀、橢圓狀、斑塊狀和不規(guī)則狀等，分布面積大小不等，一般為數(shù)十至數(shù)百平方千米，部分達(dá)數(shù)干平方千米

59、。分布水深一般小于200 m，多在50 m之內(nèi)，部分水深小于20 m。異常及高含量區(qū)沉積物類(lèi)型主要為細(xì)砂、中砂、粗砂，部分為泥質(zhì)砂，含結(jié)核砂和含礫砂等。 (3)海底聚煤區(qū)及海底煤田 渤海聚煤區(qū)：渤海盆地第三系的東營(yíng)組、館陶組和明化鎮(zhèn)組發(fā)育有濱海沼澤相煤層，多數(shù)為褐煤。 南黃海聚煤區(qū) ：主要形成于下第三系漸新統(tǒng)黃海四組、三組、戴南組，含煤建造厚度為5001 100 m ，主要為褐煤和長(zhǎng)焰煤 。 (3)(3)海底聚煤區(qū)及海底煤田海底聚煤區(qū)及海底煤田 東海聚煤區(qū) ：東海海域第三紀(jì)聚煤時(shí)間自古新世至上新世均形成和發(fā)育了含煤建造，在成煤過(guò)程中，具有明顯的階段性，形成了多套含煤層系，構(gòu)成多次沉積旋回。 南

60、海聚煤區(qū)：分為臺(tái)西南、南海北部、南海南部三個(gè)聚煤區(qū)。含三套煤系：晚白堊世始新世隆巴望群海岸渴湖相煤系、中新世阿蘭組濱海沼澤相煤系和晚始新世一早中新世尼亞勞組海岸平原相煤系。 2、國(guó)外濱海及陸架海洋固體礦產(chǎn)資源調(diào)查研究回顧 由于海洋砂礦在海洋礦產(chǎn)資源所處于的重要位置，因此一些海洋國(guó)家均進(jìn)行過(guò)不同程度的調(diào)查研究。發(fā)表的最具代表性的論著有1982年前蘇聯(lián)的世界海洋陸架區(qū)砂礦、1984年，英國(guó)的水下礦產(chǎn)、1990年，美國(guó)的海洋礦產(chǎn)資源等書(shū)。 (1)重礦物砂礦 鋯石、金紅石、鈦鐵礦、獨(dú)居石 它們是濱海砂礦中最普遍、最重要的類(lèi)型。目前世界上從事這類(lèi)砂礦開(kāi)采的國(guó)家有澳大利亞、印度、斯里蘭卡、美國(guó)、塞內(nèi)加爾、