多金属结核，多金属结核是可再生资源

本文阅读简介：

• 1、锰结核详细资料大全
• 2、什么是多金属结核
• 3、什么是锰结核？深海锰结核矿主要分布在哪？
• 4、　国外多金属结核资源勘查概况
• 5、　多金属结核矿床特征

锰结核详细资料大全

锰结核又称多金属结核、锰矿球、锰矿团、锰瘤等，它是一种铁、锰氧化物的集合体，颜色常为黑色和褐黑色。锰结核的形态多样，有球状、椭圆状、马铃薯状、葡萄状、扁平状、炉渣状等。锰结核的大小尺寸变化也比较悬殊，从几微米到几十厘米的都有，重量最大的有几十公斤。

基本介绍 中文名 ：锰结核 外文名 ：halobolite 又称 ：多金属结核 实质 ：铁、锰氧化物的集合体 颜色 ：常为黑色和褐黑色 形态 ：形态多样 矿石简介,主要成分,形成来源,来源,原因,储量分布,利用价值,矿石发现,开发利用,国外,中国, 矿石简介 大洋底蕴藏着极其丰富的矿藏资源，锰结核就是其中的一种。锰结核是沉淀在大洋底的一种矿石，它表面呈黑色或棕褐色，形状如球状或块状，它含有30多种金属元素，其中最有商业开发价值的是锰、铜、钴、镍等。 锰结核 主要成分 锰结核存在的形式为矽酸盐和难溶性高锰酸盐(高锰酸亚钛、高锰酸铁、高锰酸铝等)的混合物 锰结核 锰结核中各种金属成分的含量大约是：有经济价值的有锰(27-30 %)、镍(1.25-1.5 %)、铜(1-1.4 %)及钴(0.2-0.25 %)。其他成分有铁(6 %)、矽(5%)及铝(3%)，亦有少量钙、钠、镁、钾、钛及钡，连带有氢及氧。 铜、钴、镍等76种金属元素是陆地上紧缺的矿产资源，有必要开采海底锰结核获取这些金属。美国锰矿全靠进口，对从锰结核生产锰也大感兴趣，所以美国最为重视锰结核开发。美国在大洋锰结核开发技术方面也处于领先地位。 形成来源 来源 它的物质来源，大致有四方面： 锰结核 一是来自陆地、大陆或岛屿的岩石风化后释放出铁、锰等元素，其中一部分被海流带到大洋沉淀。 二是来自火山，岩浆喷发产生的大量气体与海水相互作用时，从熔岩中搬走一定量的铁、锰，使海水中锰、铁越来越多。 三是来自生物，浮游生物体内富集微量金属，它们死亡后，尸体分解，金属元素也就进入海水。 四是来自宇宙，有关资料表明，宇宙每年要向地球降落2000~5000吨宇宙尘埃，它们富含金属元素，分解后也进入海洋。 原因 关于锰结核的生成原因，一般认为是沉降于海底的各种金属的氧化物，以带极性的分子形式，在电子引力作用下，以其他物体的细小颗粒为核，不断聚集而成。这个理论也有不能自圆其说之处。锰在海水中的含量并不算多，为什么却会在锰结核中独占鳌头呢?锰结核的成因有待继续研究。 研究试验的锰结核开采方法也有许多种。比较成功的方法有链斗法、水力升举法和空气升举法等几种。链斗式采取掘机诫就像旧式农用水车那样，利用绞车带动挂有许多戽斗的绳链不断地把海底锰结核采到工作船上来。 水力升举式海底采矿机械，是通过输矿管道，利用水力把锰结核连泥带水地从海底吸上来。空气升举法同水力升举原理一样，只是直接用高压空气连泥带水地把锰结核吸到采矿工作船上来。 锰结核中金属成份 80年代，美国、日本、德国等国矿产企业组成的跨国公司，使用这些机械，取得日产锰结核300~500吨的开采成绩。在冶炼技术方面，美、法、德等国也都建成了日处理锰结核80吨以上的试验工厂。总之，锰结核的开采、冶炼，在技术上已不成问题，一旦经济上有利，便可形成新的产业，进入规模生产。 储量分布 锰结核广泛地分布于世界海洋2000~6000米水深海底的表层，而以生成于4000~6000米水深海底的品质最佳。锰结核总储量估计在30000亿吨以上。其中以北太平洋分布面积最广，储量占一半以上，约为17000亿吨。锰结核密集的地方，每平方米面积上就有100多公斤，简直是一个挨一个铺满海底。在全世界的大洋里它的总储量达10的12次方的三倍吨。 锰结核中50%以上是氧化铁和氧化锰，还含有镍、铜、钴、钼、钛等20多种元素。仅就太平洋底的储量而论，这种锰结核中含锰4000亿吨、镍164亿吨、铜88亿吨、钴98亿吨，其金属资源相当于陆地上总储量的几百倍甚至上千倍。如果按照2006年世界金属消耗水平计算，铜可供应600年，镍可供应15000年，锰可供应24000年，钴可满足人类130000年的需要，如果把它们全开采出来，锰可供人类3.33万年，镍可以用2.53万年，钴可用34万年，铜可以用980年。这是一笔多么巨大的财富啊！而且这种结核增长很快，每年以1000万吨的速度在不断堆积，因此，锰结核将成为一种人类取之不尽的"自生矿物"。锰结核是怎样形成的呢？科学家估计，地球已有50亿年的历史，在这过程中，它在不断地变动。通过地壳中岩浆和热液的活动，以及地壳表面剥蚀搬运和沉积作用，形成了多种矿床。雨水的冲蚀使地面上溶解一部分矿物质流入了海内。在海水中锰和铁本来是处于饱和状态的，由于这种河流夹带作用，使这两种元素含量不断增加，引起了过饱和沉淀，最初是以胶体态的含水氧化物沉淀出来。在沉淀过程中，又多方吸附铜、钴等物质并与岩石碎屑、海洋生物遗骨等形成结核体，沉到海底后又随着底流一起滚动，象滚雪球一样，越滚越大，越滚越多，形成了大小不等的锰结核。 据估计，全世界各大洋底锰结核的总量可能有3万亿吨，光太平洋底锰结核就有17 000亿吨，其中含锰有4000亿吨，镍164亿吨，铜88亿吨，钴58亿吨。 利用价值 有的锰结核锰含量达到55%，除锰以外还含有铁、镍、铜、钴、钛等20多种金属元素，含量都很高。锰结核所富含的金属，广泛地套用于现代社会的各个方面。如金属锰可用于制造锰钢，极为坚硬，能抗冲击、耐磨损、大量用于制造坦克、钢轨、粉碎机等。锰结核所含的铁是炼钢的主要原料，所含的金属镍可用于制造不锈钢，所含的金属钴可用来制造特种钢。所含的金属铜大量用于制造电线。锰结核所含的金属钛，密度小、强度高、硬度大，广泛套用于航空航天工业，有“空间金属”的美称。锰结核不仅储量巨大，而且还会不断地生长。生长速度因时因地而异，平均每千年长1毫米。以此计算，全球锰结核每年增长1000万吨。锰结核堪称“取之不尽，用之不竭”的可再生多金属矿物资源。 锰结核里包含多种战略物资，必将引起资源争夺。1978年，日本采矿船用抽吸式和气动提升式采集锰结核获得成功。美国已用20万吨级的采矿船，用自动控制的设备采集南太平洋底的锰结核。 矿石发现 1872～1876年，英国的一艘叫“挑战者”号的三桅帆船，在海上进行了长达3年多的考察，这次考察收获不小，队员们带回了一些黑不溜秋的像瘤子一样的东西，是从不同地区的海底捞上来的，开始谁也不知道是什么，于是就拿到化验室去分析，结果发现这种像瘤子一样的玩艺儿的主要成分是锰，于是有人就把这种黑玩意叫“锰矿瘤”，因为它又像患结核病人的结核，所以后来都叫锰结核或金属结核。 后来，美国的海洋学家听到英国考察队的收获后，也派人在太平洋海底寻找这种矿物，一次，在夏威夷附近的海底发现了一块重达57千克的锰结核。更巧的一次是海洋学会的一条水下电缆发生故障，在修理电缆的过程中，他们发现了一个更大的锰结核，有136千克重。可惜的是，这些人嫌它太重，只给它描绘了一张图，就又把它丢进了海里，结果一个极好的锰结核标本没有能进入海洋博物馆。 不久，前苏联的维特亚兹考察队在印度洋海底也发现了含铁和锰的铁锰结核。但是，在第二次世界大战以前，人们对深海里的这些东西并没有很大兴趣，一是陆地上的锰和铁并不感到缺乏，二是到海底捞这些东西也挺费事，觉得不合算。但到第二次世界大战之后，世界上生产的锰钢越来越多，锰这类金属(还有铜、镍、钴等)就愈来愈缺乏。于是，人们就想起了海底的这些宝贝。尤其是美国、法国、德国、前苏联、日本、纽西兰、印度等国对深海锰结核开展了大量的勘察工作，都想从海底把这些金属矿弄出来。要知道，有些锰结核中的锰含量高达50%，铁含量达27%。有些锰结核中的二氧化锰含量竟达98%，甚至可以不进行什么处理就能直接用来生产一种蓄电池。 深海锰结核 开发利用 国外 20世纪初，美国海洋调查船“信天翁号”在太平洋东部的许多地方采到了锰结核，并且得出初步的估计报告说：太平洋底存在锰结核的地方，其面积比美国都大。尽管如此，在那时也没有引起人们多大的重视。 1959年，长期从事锰结核研究的美国科学家约翰·梅罗发表了他的关于锰结核商业性开发可行性的研究报告，引起许多国家 *** 和冶金企业的重视。此后，对于锰结核资源的调查、勘探大规模展开。开采、冶炼技术的研究、试验也迅速推进。在这方面投资多、成绩显著的国家有美国、英国、法国、德国、日本、俄罗斯、印度及中国等。到80年代，全世界有100多家从事锰结核勘探开发的公司，并且成立了8个跨国集团公司。 中国 中国从70年代中期开始进行大洋锰结核调查。 1978年，“向阳红05号”海洋调查船在太平洋4000米水深海底——首次捞获锰结核。此后，从事大洋锰结核勘探的中国海洋调查船还有“向阳红16号”、“向阳红09号”、“海洋04号”、“大洋一号”等。经多年调查勘探，在夏威夷西南，北纬7度至13度，西经138度至157度的太平洋中部海区，探明一块可采储量为20亿吨的富矿区。 深海锰结核 1991年3月，“联合国海底管理局”正式批准“中国大洋矿产资源研究开发协会”的申请，从而使中国得到15万平方公里的大洋锰结核矿产资源开发区。问时，依据1982年《联合国海洋法公约》，中国继印度、法国、日本、俄罗斯之后，成为第5个注册登记的大洋锰结核采矿“先驱投资者”。 2011年7月28日，30日，中国5000米蛟龙号载人潜水器顺利完成5000米级海上试验第三，四次下水任务，“蛟龙”号成功下潜5000米深度后，给我们带回来了5000米海底锰结核的画面，这也是5000米海底锰结核画面的首度曝光。“蛟龙”号同时带回5000米海底锰结核样本，中国开发海底锰结核矿源迈出重要一步。 2013年7月3日，正在进行首次试验性套用航行的“蛟龙号”载人潜水器在南海“蛟龙海山”区下潜，并在海底发现大面积铁锰结核。“蛟龙号”号带回了8块铁锰结核，其中5块比鸡蛋略大，另外3块则比成人拳头还大，表层都呈黑色。 “蛟龙”号拍摄到的海底铁锰结核 在铁锰结核样品中，有一块被潜水器机械手夹碎。同济大学教授周怀阳指著这块样品对记者说：“里面这个圆核就是火山的熔岩，外面一圈一圈的就是铁锰氧化物，是上万年逐渐形成的。如果打磨一下，就可以看到外面这些圈像树的年轮一样，具体这块结核有多少年历史需要在实验室测定。” 按计画，“蛟龙”号还将在这个海域下潜2次，继续对“蛟龙海山”进行科学调查。 “这次遗憾的是没有采集到岩石样本，希望下两个潜次能弥补这一缺憾。”周怀阳说，“南海的形成时间、形成方式和物质来源至今仍存疑问，而海山与南海基底的形成有密切关系。通过对海山岩石样品的年龄测定、成分分析及其时空变化分析，可以对这一重大科学问题的解决提供帮助。”

什么是多金属结核

也叫锰结核。

锰结核又称多金属结核、锰矿球、锰矿团、锰瘤等，它是一种铁、锰氧化物的集合体，颜色常为黑色和褐黑色。锰结核的形态多样，有球状、椭圆状、马铃薯状、葡萄状、扁平状、炉渣状等。锰结核的大小尺寸变化也比较悬殊，从几微米到几十厘米的都有，重量最大的有几十公斤。

在海底自然形成的。

什么是锰结核？深海锰结核矿主要分布在哪？

锰结核广泛分布于世界海洋6000米～2000米深度的海底表面，锰结核总储量估计超过3万亿吨。其中，北太平洋分布面积最广，储量占一半以上，约1．7万亿吨，在有致密锰结核的地方，每平方米有超过100千克，几乎一个接一个地覆盖海底，50％以上的锰结核是氧化铁和氧化锰，还含有镍，铜，钴，钼，钛等20多种元素。

就太平洋底部的储量而言，这种锰结核含有4000亿吨锰，164亿吨镍，88亿吨铜和98亿吨钴，其金属资源相当于土地总储量的几百倍甚至几千倍。根据目前世界金属消费水平，铜可供应600，镍可供应15，000年，锰可供应24，000年，钴可以满足人类130，000年的需求，最令人欣慰的是，这种结核病增长很快，以每年1000万吨的速度累积。

因此，锰结核病将成为人类的一种取之不尽的自生矿物，还有一个更有趣的问题是，更重要的是，这种鹅椭圆形黑色物质仍在生长，据美国科学家梅鲁估计，太平洋底部的锰结核正以每年约1000万吨的速度疯狂生长。如果每年仅从太平洋底部的新生锰结核中提取金属，铜可以使用3年，钴可以使用4年，镍可以使用一年。

20世纪70年代，随着勘探技术和开发技术的发展，锰结核发展热在国际上出现。主要从勘探，采矿，冶炼和环境保护四个方面加强研究，日本他其实也是海底锰结核研发最活跃的国家之一，他们先后投资8000万美元，制定了9年研发计划。

关于什么是锰结核深海锰结核矿主要分布在哪的问题，今天就解释到这里。

　国外多金属结核资源勘查概况

多金属结核（以下简称结核），过去许多文献称之为锰结核。它是分布在大洋海床上的一种多金属矿产资源。结核一般由核心及围绕它的壳层构成。壳层物质由锰相矿物和铁相矿物微层与粘土矿物微层交替生长而成。壳层富含Mn、Cu、Ni、Co，以及Mo、Pb、V和Ti等有用金属组分。

1873年，英国“挑战者”号考察船在大西洋首次发现多金属结核。但由于测试和海上调查技术的限制，对结核的成分及其资源价值长期未被人们认识。

本世纪中叶，工业技术的飞速发展和高新技术的应用，为大洋结核的调查、研究与开发提供了技术和手段。60年代中期，美国科学家J.L.梅罗估算太平洋结核储量约有170×104Mt，并指出其具有巨大的经济远景。同时结核至今仍在继续生长，储量还在不断增加，有人推算，其增长速率为6～10Mt/a。因此，结核资源是一种“取之不尽、用之不竭”的矿产资源。这些研究成果的发表，使深海底矿产的潜在重要性逐渐被认识，而且深海底矿产资源主要是人们感兴趣的Cu、Co、Ni等有用金属元素。因此，许多国家对太平洋结核资源开展了调查和研究。

70年代，对太平洋的结核调查、勘探和开发的研究达到高潮。已有的地质－地球物理调查都认为，克拉里昂和克里帕顿断裂带之间的区域（简称CC区）是太平洋中最好的结核富矿带。因此，大部分国家和财团的调查、勘探活动都集中在这一地区。现将几个国家的结核勘查简况分述如下。

1.1.1　美国

美国是开展结核调查、勘探最早、规模最大的国家，而且，该国的四家跨国公司已经占据了CC区结核富集带的最有利区块。美国从事多金属结核调查工作的特点是：

（1）对结核进行的大规模的调查研究中，参加单位有政府机构、研究所和大学，也有大公司和企业。包括地质调查所、海洋和大气管理局、斯克里普斯海洋研究所、拉蒙特－多尔蒂地质研究所和几十所大学；从1962年起，又有海洋矿产公司（DMCO）、海洋管理公司（OMI）、海洋矿业联合公司（OMA）和肯尼柯特财团（KCON）等4家公司从事结核的调查、勘探及采矿试验。

（2）在海洋和大气管理局成立了海洋矿物资源办公室，负责计划、协调、实施海洋矿物的开发工作。美国政府在联合国海洋法公约通过之前，于1980年宣布《深海底矿物开发法》生效，并批准4家美国公司申请结核矿区的勘探权和开发权。

（3）由政府和科学基金资助，实施一系列调查、研究计划，包括对结核的成因、物质成分及金属含量、分布规律、深海采矿环境和地形、沉积物类型等内容的调查与研究。

（4）以美国企业为主的4家跨国公司，他们的工作重点是结核矿物资源调查、勘探、深海采矿试验。在结核勘查方面，除运用常规的海洋地质采样器采集矿样和地球物理勘探的地震、磁力测量外，还应用了快速勘探系统（high speed exploration system，简称HSES）、深拖调查系统等先进仪器设备。

（5）美国对深海结核调查和勘探已于70年代末基本结束，并转为其他矿产资源的调查。

1.1.2　日本

日本是矿产资源贫乏的国家，政府鼓励对深海结核资源进行调查、勘探和开发。日本开展结核调查和研究始于60年代，由政府机构实施一系列勘查计划，如“深海矿物资源开发基础的调查研究”、“深海矿物资源勘探基础研究”、“深海矿物资源开发研究”和“深海矿物资源地质学研究”等，同时进行深海采矿系统的开发及“连续链斗采矿”系统的采矿试验。1974年，日本设立深海矿物资源开发协会，1982年又成立锰结核采矿系统研究所，负责研究采矿系统和调查、选定结核矿区。日本开展结核调查的作法是“渐近勘探方法”，随勘查测量的进展而日益提高调查的精确性。勘探阶段可分为概查阶段Ⅰ、普查阶段Ⅱ和普查阶段Ⅲ（详细勘查）三个大阶段。

1.概查阶段Ⅰ

这一阶段的调查任务是研究结核的产状。本阶段又可分为3个小阶段。

图1—1　Ⅰ2阶段工程分布图　图1—1～1—4均引自Svimitomo Corporation,1988

（1）概查阶段Ⅰ1　这一阶段的主要任务是搜集资料和编制各种图件，预选可能的结核调查区，编写海上调查设计报告。

（2）概查阶段Ⅰ2（路线调查）　该阶段的任务是沿选定路线了解结核产状，包括丰度和品位、海底宏观地形特征（表1—1）；方法为长剖面测深和地震/浅层剖面测量，剖面间距不小于120n mile，测站间距30～50n mile。每个测站由7～8个带海底照相机的无缆抓斗取样点组成，取样点间距为ln mile（图1—1）。

（3）概查阶段Ⅰ3（面积调查）　该阶段的任务是圈定地形平坦区，了解构造地形特征，结核类型、丰度和品位及其分布（表1—2），方法同概查阶段Ⅰ2，测线距10n mile，联络线距10～20n mile，测站间距20～30n mile（图1—2）。概查阶段结束，要求圈出进一步工作的远景区、100m等值线地形图、地质构造图和结核丰度图等。

表1—1　Ⅰ2阶段概查目的和设备

注：画框部分表示必须重点解决的问题。

表1—1～1—4均引自Svimitomo Corporation,1988。

DORNIER——水下定位系统。表1—1～1—4均如此。

2.普查阶段Ⅱ

普查阶段的任务是通过加密测线，区分出与采矿可达性有关的海底地形地貌类型，获得具有较高准确性的结核分布、丰度和金属含量（表1—3）。方法是测深和局部地震/浅层剖面加密，主测线间距2.5～5n mile，联络线间距5～10n mile；测站间距5～10n mile（图1—3）。成果资料有25～50m等值线地形图，标有沉积厚度、露头和断层的地质构造图，结核类型、大小、丰度、覆盖率和金属含量的分布图等。

3.普查阶段Ⅲ（详细勘查）

表1—2　Ⅰ3阶段调查目的和设备

注：实线框中内容表示要重点解决的问题，虚线框表示次要的或顺便可以解决的问题。

图1—2　Ⅰ3阶段工程分布图

图1—3　普查阶段Ⅱ工程分布图

表1—3　普查阶段（Ⅱ）调查目的和设备

注：（√）表示次要方法。其它含义同表1—2。

该阶段的任务是圈定结核丰度和金属含量最高的最大地区，并要求地形坡度小于5°～10°、障碍物数量最少（表1—4）。方法是电视和连续测深（如果需要，则进行地震/浅层剖面测量）或用发展中的深拖系统等，测线间距1～2.5n mile，测站间距2.5～3.0n mile（图1—4），每个测站由6～7个无缆抓斗投放点组成，点距为ln mile。每点投放两个抓斗（其中一个带照相机，一个不带，两者相距很近），并与沉积物取样管联合作业。沉积物采样（土工学和沉积相界需要）间距10～30n mile（铲式或箱式）。沉积物采样点被3个带照相机的无缆抓斗站包围，各站距中心约0.5n mile。本阶段要求准确的导航定位（基准导航－无线电声探，可能的海底应答器）。本阶段结束时要求提交10m等值线和障碍物标志的详细地形图，结核丰度和金属含量等值线图，并提供能进行经济评价的矿石储量和品位等足够数据。

表1—4　详细勘查阶段的普查目的和设备

注：“顶”指火山表面的构造形态。其它符号同表1—1～1—3。

1.1.3　原西德

原西德是积极开展深海底矿产资源调查的国家之一，该国从事结核调查始于70年代初期。1972年，成立海洋矿物原料开发公司（AMR），由政府资助在太平洋调查面积达4Mkm2，并重点在CC区10Mkm2结核富集带中选择1.56Mkm2（135°～155°W,5°～15°N）海域进行勘探（图1—5）。其任务包括矿石数量（含结核产状、丰度、分布规律和储量），矿石质量（含矿石品位、化学成分及变化、金属含量等），可采性（含海底地形、坡度、障碍物等）三方面。勘查手段及方法如图1—6所示。勘查方法是“循序渐进、逐步加密测网间距”，即由面到点，逐步缩小勘查范围，最后确定勘探区。根据不同勘查阶段的精度要求和资料、成果的匹配性，以及使用相应的最有效的调查工具，结核调查划分为勘查和勘探两大阶段。

图1—4　普查阶段Ⅲ（详细勘查）工程布置图

图1—5　各调查－勘探阶段工作区域的估计规模（据R.Fellerer,1975）

1一详查面积312000km2（占调查区面积的20%）；2—勘探区面积156000km2（占调查区面积的10%）；3—矿床经济评价部分面积39000km2（占调查区面积的2.5%）

图1—6　勘查多金属结核使用的标准工具及利用率（据R.Fellerer,1986）

1.勘查阶段

根据任务和工作性质的差异，勘查阶段进一步分为3个小阶段。

（1）勘查阶段Ⅰ1　本阶段主要为室内工作，据已有可利用资料、设备和资金选择靶区，编制靶区有关图件。

（2）勘查阶段Ⅰ2　任务是圈定远景区；远景区内的结核丰度、品位要达到规定的要求，面积要足够大，障碍物及地形能满足采矿要求。勘查方法包括地球物理测量和地质调查等。

可供选择应用的地球物理方法包括单波束或多波束回声测深、浅层剖面测量、地震调查、磁力和重力调查等。测线距为80～100n mile；测站间距30～50n mile（图1—7a）。选择带照相机的无缆抓斗采集地质样品，每站投放5～8个，按0.5n mile间距直线投放或按采样圈投放；如需有缆取样，则布置在测站端部或采样圈中心。

（3）勘查阶段Ⅰ3　任务同勘查阶段Ⅰ2，但要求区分地形和地质构造的简单区和复杂区，富矿带和贫矿带等。方法同上阶段，线距10n mile，测站间距20～30n mile（图1—7b）。采样方法增加铲式、箱式和活塞等种类。到本阶段结束时，必须解决是否继续工作或转入勘探阶段，或暂缓、放弃等问题。

图1—7　多金属结核矿床普查－勘探阶段工程部署（据R.Fellerer,1986）

1—多波束回声测深（SB）测量和高速勘查系统（HSES）;2—取样站位；3—不可开采区

2.勘探阶段Ⅱ

本阶段的重点为：测制详细的地形图，对海底地形作出评价，如坡度、沟槽、障碍物等；矿区地质构造特征评价，如沉积层和基底的关系，侵入体、喷出体和断裂的发育程度，以及沉积相等；结核矿床的详细评价，如结核类型、形状、大小、平均丰度和金属含量及变化等，矿体面积及储量等，工程地质参数、海洋学参数和气象及海况等。

本阶段的目标是获得至少可供开采6～8年的真实储量。此外，还应研究采矿对环境生态的影响。

本阶段的勘探方法除采用回声探测系统、浅层剖面测量及带照相机无缆抓斗外，随着勘探程度的提高还增加大型箱式采样器、铲式采样器和活塞采样器及拖网、深海电视、各种照相、海洋探针及深拖系统。勘探网距在勘查阶段的基础上进一步加密，可分两个阶段进行工作部署，如图1—7c、d所示。测网线距根据不同勘探手段而布设。

勘探阶段的最终目的是为采矿提供可信度更高的资料，因此，应根据勘探手段获得资料的能力和所达到的目的进行优化部署，其模式可分为如下3个阶段进行（图1—8）。

（1）第1阶段　测深－地震调查阶段。测深网距3n mile×8n mile，地震调查网距6n mile×16n mile。经过调查后筛选出约50%的面积转入第2阶段工作（图1—8）。

（2）第2阶段　取样调查阶段。采样测站布置在上阶段圈出的面积内，网距3n mile×2.5n mile。每个测站投入6个自返式抓斗组成一个采样圈或星状，平均直径ln mile，中心是一个有缆取样。通过全面取样后，放弃结核丰度或品位不符合要求部分，剩下约一半面积转入第3阶段（图1—8）。

（3）第3阶段　电视调查阶段。电视剖面网度为ln　mile×2n mile。

调查结果将表示在地形图、经济地质图和各类表格中。根据开采技术和经济条件，将结核矿床划分为好、中、差三个级别，并反映在图上。

1.1.4　原苏联

原苏联是从事结核调查较早的国家，前期工作主要是在太平洋进行基础调查，1977年后在CC区结核富集带开展系统调查。原苏联在结核资源调查及勘探方面的规范性文件比较系统详细，现将勘探阶段划分及工程布置简述于后。

1.区域性（矿区申请）调查

（1）任务　对所圈定的申请区域进行地质调查，为向国际海底管理局申请登记作为先驱投资者提供资料。选择部分最有远景的区域超前加密测站，获取P1级储量。

（2）工程布置　满足比例尺1:100万要求，定位均方根误差士（150～200）m。地球物理方法包括磁力测量、多道地震测量、近表层声纳测量、多波束回声测深和测深等。测线网距24km×24km；每200～400km2布设一个测站；远景区加密摄影、遥测声纳剖面，每1km2不超过20m（图1—9）。

（3）主要成果　①提交申请区域地质构造报告书，附一套必要的图表资料；②提供下阶段，即普查－勘探（评价）工作合理性的技术、经济设想。

2.普查－勘探阶段（评价）

（1）任务　在开辟区内圈定结核矿床，求取C1和C2级储量，并对P1级进行预测资源评价，查清矿藏资源的平均质量，同时进行开发的工艺特性和矿山地质条件的概略评价，解决勘探工作的合理性问题，论证试验开发区。

图1—8　勘探阶段工作部署模式图（据R.Fellerer,1975，略有改动）

1—气枪地震和同步测深（第1阶段）/电视调查和旁侧声纳（第3阶段）；2—只进行回声测深探测；3—取样点和观测点位置。站位模式图：4—有缆取样和观测（用于结核、沉积物和海洋科学资料）；5—无缆取样（结核）；6—无缆取样带单次照相机

图1—9　第一阶段区域性（矿区申请）工作规模示意图（据геленлжик，1992;B.A.Kулынлышев等，1990资料编绘）

（2）工程布置　满足比例尺1:20万要求，定位均方根误差±（150～200）m，评价地段小于士50m。工作方法包括地质勘探综合装置（含电视、摄影、声纳、声学测量及其他类型的测量工作），多波束回声测深和船用回声测深等，测线按6～12km断面系统进行；地质采样每36km2布置测站一个（图1—10）。

（3）主要成果　①提交矿床地质构造报告书，附一套必要的图表资料；②提供勘探阶段的合理性技术－经济报告。

3.勘探阶段

（1）任务　更准确地提供有关储量及预测资源量、结核质量，以及充足和可靠的矿山地质条件及工艺特性的信息，以满足将矿山投入工业开发的需要。

（2）工程布置　满足比例尺1:5万的要求，定位均方根误差小于±50m；方法为近底层声纳测量、浅层剖面测量、电视摄影剖面、近底层回声测深、多波束回声测深等，拖曳的或自主的深水装置及技术工具按间隔1.5～3km的断面系统进行；考虑摄影剖面的需要，每9km2布设一个测站（图1—11、图1—12）。

（3）主要成果　①提交固定指标的经济－技术论证报告；②根据有关结核规范性文件的规定，按C1和C2级要求统计储量，按P1级预测资源量评价报告；③按年产干结核3Mt、勘探周期五年计算，C1 C2级储量确保企业生产5～7年。

1.1.5　法国

法国在70年代初期开展结核调查研究。1974年成立法国锰结核研究与勘探协会，全面开展结核调查和开发研究，而且调查区选在CC区结核富集带，分4个阶段进行。

图1—10　第二阶段普查－勘探（评价）工程布置示意图（据Геленлжик，1992资料编绘）

1—测线；2—取样站位

1.第一阶段（大网格调查）（1975～1976年）

（1）投入工作量　8个航次共198天，调查面积2.25 Mkm2，勘探网度50n mile× 50n mile，测站259个，每个测站投放7个无缆抓斗。

（2）成果　圈定结核远景区（Noria area）43.1万km2（图1—13）。

2.第二阶段（加密网格调查）（1976～1977年）

在Noria area中开展调查。

（1）投入工作量　9个航次共248天，调查面积43.1万km2。调查方法包括测深、地震和磁力测量等地球物理方法，勘探网度为17n mile×15n mile（图1—14）；测站267个。

（2）成果　圈定了15万km2矿区，平均丰度为9.49kg/m2，平均金属含量：Ni1.39%,Cu1.25%,Co0.25%。

3.第三阶段（圈定矿场）（1979～1981年）

选择24个区块，主要开展多波束回声测深测量和摄影剖面（深拖摄影箱和自航式深潜器摄影）工作。

（1）投入工作量　7个航次共221天，地球物理勘探：测深5840km，多波束回声测深37600km2共37612km，地震1633km，磁力25814km，深拖摄影剖面1430km，照片75053

图1—11　第三阶段勘探工作工程布置示意图（据гeлeнлжик，1992资料编绘）

1—深拖（声纳、声学断面）、多波束回声测深；2—摄影电视剖面；3—取样站位张，自航式深潜器摄影剖面142km，照片31663张；测站21个（图1—15）。

（2）成果　编制详细地形图（表示各种类型的微地形和障碍物），圈定连续结核矿场。

4.第四阶段（查明矿床潜在储量）（1981～1988年）

在先驱投资者的开辟区内，主要进行代表性采样、工程技术试验、海洋气象观测和障碍物自然状态及密度测量。

（1）投入工作量　5个航次共147天，拖网结核25t，土样70件，自航式深潜器摄影85km，照片53274张；深拖摄影17km，照片1050张，深拖旁侧声纳测量1020km2（剖面21条共660km）（图1—16）；载人潜艇下潜16次，土工试验25次。

（2）成果　查明矿床潜在资源量（储量）。

1.1.6　日本、原西德、原苏联和法国等国勘探结核的共同特点

（1）综上所述，它们勘探结核的共同特点是均采用“循序渐进、逐步缩小测网距的调查方法”或“渐近勘探方法”。勘探模式由陆地探矿引申而来。

（2）在结核调查的前期阶段，勘探手段一般均使用常规的方法，如地质采样一般使用无缆的和有缆的两种类型的采样器，无缆抓斗一般带照相机；地球物理勘探一般包括测深、地震/浅层剖面测量、磁力测量和多频探测等；导航定位采用卫星系统，定位精度较低。随着勘探程度的提高，使用高精度的勘探系统逐步增加。如多波束回声测深系统（Sea Beam）、海底电视和深拖系统等。特别是法国，在勘探阶段使用高科技的勘探设备更为突出，如自航式深潜装置和载人潜艇等。

图1—12　块段勘探程度实例（据В.　А.　Кулынлышев，1990）

1—块段和矿带范围；2—测站：a为含矿，金属镍当量＞5%，丰度＞5kg/m2；b为表外矿，金属镍当量＜5%，丰度＜5kg/m2；c为无矿，丰度0～4kg/m2。

勘探工作比例尺：Ⅰ—1:100万，Ⅱ—1:10万，Ⅲ—1:5万，Ⅳ—1:1万

（3）勘探阶段一般只是选择一部分结核富集度最好的地段进行勘探，目标是获得可供开采5～8年的储量。

图1—13　第一阶段（1975～1976）勘探工程分布及远景区（Noria）（据J.P.Lenoble,1993）

图1—14　第二阶段勘探工程分布示意图（据J.P.Lenoble,1993资料网格化）

l—水深测量；2—地震和磁力测量；3—取样站位

图1—15　第三阶段勘探工程分布示意图（据J.P.Lenoble,1993资料网格化）1—3.5kHz磁力和水深测量；2—水深测量；3—地震测量；4—取样和观测站位

图1—16　第四阶段勘探工程分布示意图（面积1020km2）（据J.P.Lenoble,1993资料网格化）

1—旁侧声纳测量、水深测量；2—水深测量；3—磁力测量；4—取样站位

　多金属结核矿床特征

2.3.1　结核的外部形态及类型

结核为一种团块状含多种金属成分的铁锰氧化物集合体。结核的颜色呈黑色和黑褐色，粉末为褐色。其颜色变化与结核中锰、铁的含量有关，含锰高者颜色偏黑，铁含量高者其颜色偏褐色。湿结核含水量（约30%）高，易破碎；脱水干结核硬度增强，显脆性。结核硬度不均匀，且随着铁锰质含量的差异而变化，铁质结核比锰质结核硬度大，结核的莫氏硬度为1～4。结核个体大小相差悬殊，从直径小于1mm的微结核至直径数十厘米的大结核均可见到。开辟区内结核直径以2～6cm为主，其中西区的结核个体较小，以中小型为主，直径2～4cm者居多；东区结核个体较大，以大中型为主，直径4～6cm。

结核的分类，通常有形态分类、表面结构特征分类和成因分类等三种。这些分类法既反映结核类型的某一侧面特征，又有密切的相互联系。根据开辟区结核的特征，将三种分类法及它们的关系列于表2—1。

表2—1　结核分类表

开辟区产出的结核类型随分布的地区有所差异，东区主要为水成－成岩成因类型的结核，以大、中型的菜花状结核为主；西区则为水成型和水成成岩型，其中菜花状结核少见，多为中小球状、椭球状和连生体结核。

2.3.2　结核（矿石）结构构造

1.构造层组

将结核沿轴面切开就可清晰见到大部分结核具有3层或2层构造（图2—5）。即核心层组（Ⅰ）、中间层组（Ⅱ）和外部层组（Ⅲ）或只有核心层组（Ⅰ）和外部层组（Ⅱ或Ⅲ）。其中出现核心层组（Ⅰ）的结核，其核心是老一代结核的碎块。而核心如果是粘土团块、火山岩碎块和鱼骨等其他物质的结核，则不存在核心层组（Ⅰ），这时结核构造层组只有构造层组（Ⅱ）和构造层组（Ⅲ），或只有单构造层组（Ⅱ或Ⅲ）。

图2—5　结核内部构造层组间角度不整合示意图（据地质矿产部广州海洋地质调查局，1993）

右图罗马数表示构造层组

构造层组之间的接触关系通常为“角度不整合”或“假整合”。构造层组内有时还可见到不规则的次生裂隙，并为后期粘土或铁锰氧化物充填。裂隙一般未波及最外层构造层组，这很可能是结核在生长过程中出现生长间断期，此间，结核受到一定程度的破坏，或受底层流的溶蚀，或矿物的结晶脱水作用致使体积缩小产生的。

2.微层构造

在光片中，我们常常可以观察到结核壳层中的微层构造。它主要有柱状构造、层纹状构造、叠层状构造、同心圆状构造和斑杂状构造等五种类型。微层构造类型与结核的生长环境有一定关系，柱状构造和层纹状构造均由极致密的微层构成，是在环境稳定、生长缓慢的条件下形成的构造类型，常见于水成成因的结核中，西区以这种类型的结核为主；斑杂状构造和叠层状构造的微层弯曲度较大，排列相对疏松，是环境比较动荡、相对快速生长的结果，常见于水成－成岩成因结核或成岩成因结核中，东区以这种类型的结核为主。

2.3.3　结核（矿石）矿物组分

结核由核心和壳层两部分组成。

1.核心矿物组分

核心除一部分老结核碎块外，大部分核心为粘土矿物、火山岩碎块、风化岩屑和鱼骨等脉石组成。

2.壳层矿物组分

壳层是有用金属元素的载体，壳层中铁锰矿物结晶程度很低。通过矿相显微镜、X射线衍射、透射电镜、红外光谱和穆斯堡尔谱等方法测试鉴定，开辟区结核壳层主要由锰相矿物、铁相矿物和脉石矿物组成。

（1）锰相矿物锰相矿物主要有钙锰矿和水羟锰矿，偶见方锰矿（?）等，以及非晶质的铁锰氧化物。钙锰矿具有一定的结晶度，具稳定的衍射图形，化学成分以低铁或无铁、高锰、高镁和高钠为特征（许东禹、金庆焕、梁德华，1994）。其中，有用金属氧化物含量：MnO 55.48%～78.96%,FeO 1.14%～4.77%,CuO 1.71%,CoO 0.33%～2.96%,NiO 2.56%～2.73%；水羟锰矿的结晶程度很低，多为胶状集合体，其中铁的含量相当高，有时与锰含量相当，硅、铝等造岩元素也经常出现（许东禹、金庆焕、梁德华，1994）。其中，有用金属氧化物含量：MnO 37.51%～70.46%,FeO 7.63%～13.10%,CuO 1.30%,CoO 0.51%～0.89%,NiO 1.87%～4.54%。壳层中锰相矿物的组合与结核类型、产状和成因有密切关系。埋藏型－成岩成因的结核，如杨梅状、小球状结核中钙锰矿的含量高于水羟锰矿；而暴露型－水成成因的结核，如球状、椭球状、碎屑状和连生体结核中，锰相矿物以水羟锰矿为主；半埋藏型－水成/成岩成因结核，如菜花状、盘状结核中，钙锰矿和水羟锰矿的含量相近。

（2）铁相矿物　铁相矿物结晶程度比锰相矿物的更低，主要有赤铁矿、六方纤铁矿和纤铁矿等，偶见磁铁矿、黄铁矿。铁相矿物的铁绝大多数以含水的铁氧化物或氢氧化物的形式出现。

（3）脉石矿物　结核的壳层除锰相矿物和铁相矿物外，脉石矿物主要有蒙脱石、钙十字沸石、斜发沸石、钠沸石、伊利石和石英等，还有少量的方解石、钠长石、硼镁石、氧镁石等。

2.3.4　结核（矿石）的质量

结核（矿石）的质量是指其所含有价金属的含量及其选冶性能。由于结核的选冶性能基本相似，因此决定结核质量的因素即是其有价金属的含量（品位）。

根据结核的类型和有价金属含量，可将结核（矿石）类型分为三类（表2—2）。

表2—2　结核（矿石）类型分类表

注：括号内数字为统计站位数。

R型结核，相当于成岩成因的结核，本类结核在开辟区中产出的数量有限，而且绝大多数属小型结核（杨梅状、小球状）；S型结核，相当于水成成因结核，本类结核多分布于海山区及海山坡或高海丘顶的光滑型结核，金属品位一般低于1.8%，不具经济价值；RS型结核，相当于水成－成岩型结核，在开辟区内广泛分布，是勘探的对象，它又可分两个亚类型：RS-1主要分布于东区，以大中型菜花状结核为主（原西德称此类型为汉堡包型），该类型的品位高且稳定；RS-2主要分布于西区，由于西区海底火山发育，结核核心来源比较丰富，类型也较复杂，因而品位不够稳定。

为更好地表达结核的质量，需要对结核品位，即结核矿石品级进行分段。初步划分如下：

Ⅰ级品结核（矿石）　w（Ni Cu Co）≥2.70%

Ⅱ级品结核（矿石）　w（Ni Cu Co）=2.25%～2.70%

Ⅲ级品结核（矿石）　w（Ni Cu Co）=1.80%～2.25%

根据国际上许多学者的意见，第一代采矿的对象是Ⅰ级品结核（矿石）。

2.3.5　结核矿层变化和分布规律

1.结核丰度

丰度是指单位海底面积内所赋存的结核量（km/m2）。根据在开辟区的三个航次勘探成果，总体上，我国开辟区内结核丰度相对较低，变化也较大。西区结核丰度比东区相对稍高。不同海底地形地貌特征对结核的丰度和品位的分布有明显的控制作用。西区平均丰度约8kg/m2，平均品位2.37%，高丰度区集中分布在东西向海山链的两侧；东区平均丰度约7kg/m2，平均品位2.85%，高丰度区集中分布于海山和丘陵区。

2.覆盖率

覆盖率是指单位海底面积中结核覆盖面积的百分比。结核丰度与覆盖率都反映了结核分布的量，在相同条件下它们之间呈正相关关系。

西区结核丰度较高、覆盖率也高，也由于结核以中小型为主，更显示出高覆盖率的普遍性。据统计，平均覆盖率为30.49%，以大于30%为主；50%～80%的占测站总数的22%。与用海底照片判读的数据（平均48.9%）相比，平均覆盖率偏低。东区结核丰度较低，覆盖率也相对较低，由于结核以大中型为主，更显示出覆盖率普遍偏低。据统计，平均覆盖率为13.9%，以小于15%为主，占测站总数的63%;15%～30%的占测站总数的23%;50%～80%的占测站总数的12%。这组统计数据比单次海底照片统计数据偏小。

3.结核产状

结核个体的产状，可分为暴露型、埋藏型和半埋藏型三种。从当前的勘探对象而言，具经济潜力的只是分布在海底表层的结核，即埋藏深度不超过30～40cm的结核。开辟区中三种类型的结核均有分布，其中埋藏型结核不发育而且个体小（杨梅状和小球状），不是重要类型；东区结核以大中型的菜花状结核为主，属半埋藏型结核；西区以中小型球状、椭球状和连生体结核为主，属暴露型和半埋藏结核。

4.结核矿层产状

结核矿层主要呈二维方向分布于洋底表面上，一般由单一类型或以一种类型结核为主，聚集成片状、席状或带状矿块或矿体，分布在洋底表层沉积物之上，如果结核矿层为暴露型，则绝大多数结核暴露在沉积物上；如果结核矿层为半埋藏型，则沉积物表层发育半液态层，结核部分埋藏于半液态层中；而埋藏型结核矿层在开辟区中尚未发现。

图2—6　开辟区西区结核矿床分布图

1一丰度＞5kg/m2，品位（平均）＜2.0%的矿体；2—丰度＞5kg/m2，品位（平均）＞2.0%的矿体；3—丰度/品位变化剖面位置

5.分布规律

结核矿床的分布与海底地形地貌类型关系密切。

（1）开辟区结核矿床一般分布于水深4800～5300m之间，处于CCD界面以下或附近。西区结核矿床分布于CCD界面附近，高丰度（平均8.4kg/m2）结核分布于硅质软泥及含钙硅质软泥中；而东区结核矿床分布于CCD界面以下硅质粘土中。

（2）开辟区结核矿床的分布受海底地形地貌类型的控制。西区结核矿床分布于东西向展布的海山链和串珠状海山的两侧，或山间盆地两边，与海山地形一样呈近东西方向展布（图2—6）。结核核心来源丰富，结核丰度高，但品位较低且变化大（图2—7Ⅰ1,Ⅰ2，Ⅱ，Ⅲ）；东区结核矿床分布于北北西向沟槽和台地相间排列的地形地貌区（图2—8），结核核心来源较少，结核丰度较低，但品位高且稳定（图2—9Ⅰ1,Ⅰ2，Ⅰ3，Ⅱ，Ⅲ）。总体看，无论是西区还是东区结核品位的变化比丰度的变化小。

多金属结核资源勘查阶段划分及相应勘探方法

图2—7　开辟区西区结核丰度与品位变化剖面

1—丰度/品位边界线；2—丰度变化曲线；3—品位〔w（Cu Co Ni）〕变化曲线；4—海底地形线。剖面位置见图2—6

图2—8　开辟区东区结核矿床分布图

图例同图2—6

多金属结核资源勘查阶段划分及相应勘探方法

图2—9　开辟区东区结核丰度与品位变化剖面

剖面位置见图2—8；图例见图2—7

（3）以上两条是开辟区中结核矿床分布的一般规律。勘探结核矿床的最终目的是要找到符合开采要求的连续分布的结核矿体（块）或连续结核矿体。根据开辟区内的构造地形特征，在西区要注意呈东西向展布的结核矿床中的南北向延伸的连续结核矿体；在东区要注意北北西向延伸的结核连续矿体。这些连续矿体往往被南北向、北北西向或近东西向的陡坡、峭壁和陷沟等地形障碍物或无结核分布区隔开。