【海洋地质】海底矿藏是怎样形成的

深海矿物资源，通常主要指海底锰结核、海底热液矿（也称多金属软泥）和海底石油。锰结核矿是一种分布于水深4000～6000米大洋底的矿物资源，含有镍、铜、钴、锰等76种元素。人们估计，世界大洋锰结核矿的总储量可达3万亿吨，仅在太平洋就有1.7万亿吨。如果按目前人们的开采需求量计算，锰、镍、钴等可供人类上万年的开采需求,由此可见海洋中锰结核矿储量之巨大了。海底热液矿床多分布在火山活动的大洋中脊裂谷处，火山岛弧地带，或分布在与火山活动有关的断裂带和构造线上。海底热液矿床的发现时间并不长，仅有二三十年的历史，但从一开始就引起科学家们的高度注视。这是因为，海底热液矿床有十分可观的储量和所含金属的潜在价值（热液矿床中含有铜、铁、锌、钴、锒、硫等多种矿物）。海洋石油和天然气的开发仅有百余年的历史，其储量和开采前景也是十分诱人的。要开采海底矿物资源，有一个重新认识海底矿藏的问题之一是，如何认识海底矿藏的形成原因。
  早期的成矿理论 长期以来，人们一直认为，海底矿物是由于陆地上岩石的风化作用，经过雨水冲刷，把岩石中所含有的金属元素输入江河，带到海洋里去。也就是说，滚滚江河水携带着这些物质以及泥沙来到海里，经过波浪和海流的淘选，发生沉积作用，在相当于200～600个大气压的静水压力作用下，生成矿物，沉积于海底。按照这种观点，世界大洋中应该有镁、钾、铁等金属的沉积物，但是，实际上人们在海底并没有发现过这些金属的沉积物。在人们对此困惑不解的时候，板块构造理论给海底矿藏的成因提供了新的理论。我们用板块构造理论解释各种海底矿藏的形成，就似乎容易多了。
  用板块构造说看海底矿藏 板块构造理论认为，镁、钾、铁、镍等金属并不是从陆地河流带到海洋中的海底沉积物，而是被沿海底裂缝循环的海水带到洋壳上并沉积在那里，经过长时间的地质变化，其化学成分发生了很大的变化。在世界大洋中，在洋中脊或海隆的边沿热泉的高温海水将这些金属沉积物溶解，随喷发的热液一同从裂缝喷射出来，以固体硫酸盐和硫化物的形成沉积在海底，同时，高温海水淋滤出地壳岩层中的钾、钙、硅、铁和锰等金属元素。这是生成深海含多种金属的锰结核的基本原因。
  海底热液矿床多分布在火山活动的洋中脊裂谷处，也就是说，这些海底热液矿床多存在于与火山活动有关的断裂带和构造线上，在世界各大洋的洋中脊或隆起附近，都能看到这方面的例子。最为典型的要属红海地区被人们发现的海底热液矿床。红海的热液矿床分布在三个区域：一是上层阶梯，即大陆坡离中心轴20～25千米，深度在600～1200米处，上面覆盖了200～300米厚的沉积物，下面便是较密集的中世地层；二是下层阶梯，即内裂谷岩壁，离裂谷轴线2～2.5千米，包括裂谷轴部的内裂谷，深度为1500～1800米，岩壁的上部是枕状玄武岩，下部是玄武岩质角砾岩；三是裂谷轴部，在地形上沿裂谷轴线稍有起伏，它是由火山丘陵、小山链和其间的盆地和凹地组成。1977年初，美国深潜器“阿尔文”号在加拉帕戈斯群岛附近，水深2500米的断裂带实地考察了海底热泉喷发的情况。科学家们发现，在热泉四周有高达数十米的滚滚“浓烟”，热泉喷出的物质里含有铜、锌、硫化铁、硫酸钙，以及硫酸镁等多金属元素。
4 O4 Y3 k# i" F5 ?% t; A" e# v+ |  至于海底油气矿藏，一些石油公司已经运用板块构造理论找到了石油和天然气。在这个理论的指导下，人们在环太平洋和环西大西洋大陆边缘的油气富集区开展勘探调查，并取得令人满意的成果。
  海底矿藏成因仍在探索之中 板块构造理论为海底矿藏的成因提供了新的理论根据，但是，在探讨锰结核和多金属软泥形成过程中，仍有一些问题有待人们去进一步探索。多数人认为，锰结核主要是来自海底火山喷发。当那些富含各种金属的气体和液体被火山喷出来以后，便随着海水运动，扩散到整个海域里。除此之外，金属物质还可能来自海底岩石的分解，来自海水对水下岩石所含金属的吸取。这些各种各样来源的金属物质，原先都以溶解状态赋存于海水之中。特别是洋中脊、洋中隆起裂谷喷发的热液中的各种金属物质，以溶解状态赋予海水之中。当海水中的软泥质点像雪花一样向海底沉落，这些金属物质，有的受到软泥质点的吸附，并随之沉落，有的则以化学沉淀的方式直接析出，并凝结在海底原有的硬物上面，使之裹上一层金属外膜，久而久之，形成了一个个结核。不过，事情并不这样简单。据用放射同位素测量，一个锰结核的形成，往往需要几万年，甚至上百万年的时间；它们绝大多数都平铺在海底表面，只有为数不多的锰结核掩埋在不到1米的沉积物中。这里有个令人不解的问题，经过几万年甚至上百万年的时间，它们为什么没有被掩埋在海底沉积物下呢？一种解释是，这可能与海水水流有关，海底水流使生长中的锰结核不断地晃动，有点像滚制汤圆那样，在滚动中长大，因而不被掩埋。但是，持反对意见的人指出，这一观点与锰结核的某些特征不相吻合。人们看到，一些地区的锰结核，上下面的结构稍有不同，向上与水接触的一面比较光滑，而向下与沉积物接触的那一面则较为粗糙。这说明，锰结核在海底并没有来回滚动。一些学者提出，锰结核之所以不下沉，与其下伏的海底淤泥的属性有关。几厘米厚的沉积物表层是粘质悬浮体，其弹性和韧性与普通淤泥有着根本的区别。当悬浮体凝缩时，排出体内水分，悬浮体的弹性也增加，于是，本来位于悬浮体中的锰结核便被其弹力挤出表面。然而，反对者指出，海底淤泥中常见有许多生物化石的碎屑，为什么这些比重远比锰结核小的生物碎屑不被淤泥弹挤出来，而比重大的锰结核却全被弹挤起来？这实在使人无法理解。何况海底淤泥有多种类型，其中常见的除红色深海粘土外，还有抱球虫软泥、放射虫软泥等，其物理力学性质显然也不会是一样的。
. M! s6 ]) P2 M$ ]: a  热液矿藏和大洋锰结核是地球板块构造运动的产物。但是，热液矿藏和锰结核之间有什么内在的联系呢？关于这一点，学者们还都在研究之中。
, }( s& u) P( m# x  海底石油成因的探讨 缓慢的大陆板块碰撞，为石油的生成提供了地质条件。石油地质学家认为，大陆架海底通常是厚度很大的中生代和第三纪与第三纪以后的海相沉积。这种地质构造是石油生成与储蓄的良好场所，可能是形成碳氢化合物富集成大油田的条件。例如，特提斯海先前发现边缘巨厚的沉积系统，就受到阿拉伯与非洲板块间的汇集，形成一个中生代和新生代的封闭环境，使今天的中东地区成为盛产石油的地质环境。专家们推断，世界海底石油资源储量的1/3可能在大陆坡，洋底的石油储量只有2％左右。
1 F7 r; D. [. K# N1 ]  板块构造理论为石油的产生环境条件提出新的根据。过去根据陆地石油生成条件普遍认为，石油的生成不仅需要很高的温度和压力，而且还需要漫长的地质时期。现在，人们认为，在缺少氧气的条件下，某些微生物对有机物质进行发酵分解，转化为复杂的碳氢化合物——石油。关于这一点，在大陆架上就能找到证据。在浅海，特别是在岛屿岬角阻隔的海湾中，水域处在平静半封闭状态。当有机质沉到海底，随即被从岩边带来的泥砂所覆盖，为石油的形成提供了丰富的原料和缺氧的环境。在一个地质时期里，大陆架区域的地壳缓慢地沉降，浅海区的泥沙沉积随地壳运动，有时堆积的细粒土形成密不透水的页岩，有的堆积的粗粒泥沙形成多孔隙的砂岩，就好像充满水的海绵一样，可以保护着石油不流失。这就是说，长期缓慢沉降的大陆架浅海区蕴藏了丰富的石油，陆地上的许多油田，则是由于过去的地质时期在海底形成的。这还不是最后的结论。关于石油形成的环境和条件以及海底石油的形成机制仍然是人们探讨的课题。