近日，广州海洋局深海矿产资源科技创新团队以“太平洋调查区多金属结核的地球化学特征和成因”为题，开展东、西太平洋调查区多金属结核对比研究并取得新进展，成果发表在国内核心期刊《地学前缘》上。
多金属结核是大洋中广泛分布且丰度颇高的深海固体矿产资源，富含铜、钴、镍、锰等金属元素，海底巨大吨位以及它们所含大量关键金属使得多金属结核成为海底采矿目标。我国自1985年正式开始调查多金属结核，并分别于2001年，2017年和2019年与国际海底管理区签订3个涉及东太平洋和西太平洋多金属结核的勘探合同。研究团队针对近年来采集的东太平洋调查区多金属结核（东太结核）和西太平洋调查区多金属结核（西太结核）（图1），开展矿物学、地球化学以及海洋沉积环境综合研究，明确西太结核为典型水成成因型结核，东太结核为混合成因型结核。
图1 多金属结核和富钴结壳的站位以及地质背景图
东太结核主要为半埋藏和埋藏型，发育在以黏土和硅质组分为主的沉积环境。东太结核的锰相矿物主要有水羟锰矿和钡镁锰矿，具有较高的稀土、铜、镍元素含量和锰/铁比值，显示遭受间隙水的影响，落入水成成因和成岩成因两个区间范围。西太结核主体暴露在海水中，周围沉积物主要由深海黏土组成。西太结核的锰相矿物几乎只有水羟锰矿，具有较高的稀土、钴、钛元素含量和低锰/铁比值，属于典型的水成成因型。两个区域的多金属结核的稀土北美页岩标准化模式均显示铈正异常、钇负异常，与海水稀土特征构成良好的耦合关系，是多金属结核对海水稀土选择性富集的结果。西太结核具有相对东太结核更高的铈含量，显示出钴、钛与铈元素良好的正相关关系。研究认为海水中溶解氧并不一定是控制结核铈正异常程度的关键因素，钴、钛等元素及其相关组分能够引起铈与其它稀土元素的强烈分馏，也可能是影响多金属结核铈正异常程度的控制因素。研究区多金属结核和富钴结壳拥有全球最富放射性成因钕同位素组成，本研究认为多金属结核的稀土元素主要来自周围陆壳，可以通过河流或者大气沉降等方式输送到大洋，而研究区广泛分布的海山玄武岩释放的放射性钕同位素对海水的影响微弱。
图2 多金属结核的岩矿学特征。a 东太结核照片，b东太结核镜下结构和矿物组分，c东太结核XRD分析结果，d 西太结核照片，e西太结核镜下结构和矿物组分，f西太结核XRD分析结果
论文第一作者为大洋和极地研究所高级工程师任江波，通讯作者为广州海洋局副总工程师何高文，合作作者包括邓义楠，赖佩欣，王汾连，姚会强，邓希光，刘永刚。该研究由南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）首批人才团队引进重大专项（GML2019ZD0106）、国家自然科学青年基金（41702096, 41803026）、中国大洋“十三五”资源环境类课题（DY135-R2-1-05）和中国地质调查局项目(DD20191009)联合资助。
论文信息：任江波, 邓义楠, 赖佩欣, 何高文*, 王汾连, 姚会强, 邓希光, 刘永刚. 太平洋调查区多金属结核的地球化学特征和成因. 地学前缘. 2021. 28(2): 412-425.
（任江波）
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