自然资源部海洋二所在西太平洋多金属结核分布规律研究方面取得新进展

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图1  Suda海山北部山体垮塌与滑坡三维地貌图
摘要导读：海底多金属结核是最可能优先开采的战略性矿产资源，其在海底不均匀的分布特点对海底找矿和圈矿构成了挑战。自然资源部第二海洋研究所海底资源与成矿系统团队，基于多波束声学和近底视像观测，在西太平洋Suda海山北部滑坡体上发现了大面积多金属结核富集区。通过分析多金属结核分布与地形地貌的关系，建立了海山滑坡与结核分布之间的成因联系。该成果对认识海底多金属结核空间分布规律及指导找矿和圈矿有着重要意义。
锰结核（又称多金属结核）是现代海底最可能优先开采的战略性矿产资源，其富含Mn、Cu、Co、Ni等关键金属和Te、Tl、REE等稀有金属，是新能源汽车电池、光敏电阻和高温合金等高科技产品的原材料。此外，其金属储量巨大，仅东太平洋CC区一个成矿带内的Mn、Ni、Co、Tl和Te等金属储量就超过了其在陆地上的总储量。因此，全球主要经济体的政府和商业公司均纷纷参与到了发展海底多金属结核找矿和开采技术的竞赛当中，并与国际海底管理局签订了长期勘探合同。
% H" [# B' B1 _& E; h9 S! G; h% t受勘探程度和研究程度的限制，人们对多金属结核在现代海底的分布规律及其控制因素还缺乏足够的认识。多金属结核是在一定成矿条件下（如氧化的底层海水、较低的沉积速率、丰富的成核物质、强底流和生物扰动等），由铁锰矿物或氧化物胶体围绕成核物质，以百万年厘米级的缓慢速率生长的一种沉积型矿床。多金属结核在全球三大洋中-低纬度的深水洋盆（4000-6000m为主）中均有分布，但其在海底的空间分布极其不均匀，大尺度上总体呈带状、片状或补丁状分布，连续性不强，从而为圈定多金属结核矿体带来一定的难度。因此，加深对多金属结核分布规律的认识是提高找矿和圈矿效率的关键。自然资源部第二海洋研究所海底资源与成矿系统团队，联合海洋一所和美国地质调查局科研人员，利用大洋48航次调查获取的船载声学（多波束测深和背散射强度）和近底光学（ROV和深拖摄像观测）数据，对西太平洋Suda海山及其邻近深海平原开展了地形地貌和底质分布特征研究。结果显示Suda海山北坡经历了多期次的山体垮塌，并形成了延绵百余公里的大型滑坡体，表现为碎屑流冲积形成的沟脊地貌和沉积层挤压形成的横向沟脊地貌（图1）。通过分析域内底质类型的分布特征，发现Suda海山北部滑坡体上的结核覆盖率（50-80%）要显著高于其邻近区域（例如海山东西两翼的海底平原，其结核覆盖率通常在30%以内）（图2）。这一重要发现表明，山体滑坡事件对结核的生长起到了显著的促进作用，且海山滑坡与结核分布之间存在明显的成因联系。

                               
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% _1 o0 e' k4 o4 N  Z; |4 r6 J图2  Suda海山及其邻近区域的底质分布状况 由于调查区内影响结核生长的沉积环境条件（如底层海水含氧量、沉积速率等必要条件）在小范围内没有明显的变化，我们认为成核物质（另一个必要条件）的多寡是引起区域内结核丰度差异的主要因素。我们推测海山滑坡引起的碎屑物质悬浮、搬运和再沉积作用，为滑坡影响区域提供了大量的成核物质，进而促进了结核的生长和成矿。此外，通过综合分析前人的研究成果，我们认为，海山滑坡体上结核丰度高于其邻近区域这一特征并非Suda海山独有的地质现象，而是一种同样适用于其它相似背景海山的普遍规律。西太平洋海山乃至全球其他区域的大型板内海山（如夏威夷群岛、留尼旺群岛、加那利群岛等）均存在不同程度的垮塌和滑坡现象，海山周围的深海平原因此有望成为多金属结核资源的重点勘探靶区。诚然，海山滑坡存在多期次性，且引起海山滑坡的地质因素较为多样复杂，系统制约滑坡事件和结核生长之间的联系，未来还需要开展更多针对性的工作。同时我们的研究也表明，以往单从沉积环境的角度去认识结核的分布规律是不全面的，还需结合构造、岩浆作用等地质因素综合分析。
以上成果的第一作者为海洋二所李正刚副研究员，李怀明研究员和李正刚为共同通讯作者。该研究受中国大洋协会十三五资源环境项目资助（DY135-E2-2-01;DY135-N2-1）。
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