广州海洋局在铁锰结核成矿机制研究方面再次取得重要进展

　　随着新兴技术的崛起和低碳经济发展，清洁能源、高温合金、磁性材料、催化剂等领域对关键金属矿产资源需求激增。海洋铁锰结核是钴、镍、铜、锰的多金属矿产资源，海底的巨大储量使它们成为今后采矿的重要目标。经过100多年的调查和研究，人们基本掌握了全球海底铁锰结核的分布，并将其划分为水成型、成岩型、热液型以及过渡类型。研究团队近期发现西太平洋富钴结核与富钴结壳具有类似的矿物和化学组成，主要是海水中铁和锰的水合氧化物聚合而成，具有富Co含量(>0.4%)、低Mn/Fe(<2.5)比值的化学组成特征，称为典型的水成型结核。

　　团队基于西菲律宾海盆中央裂谷带铁锰结核矿物学、元素和同位素地球化学研究，识别出低Co含量(<0.4%)、低Mn/Fe(<2.5)和高Fe/Co比值的水成型结核，称其为非典型水成型结核。在成因判别图中，研究区铁锰结核几乎全部落在水成成因范围中；Nd-Hf同位素结果进一步验证了这些结核是水成成因。通过与项目组在太平洋调查区采集的铁锰结核对比发现，它们与水成-成岩混合型结核的化学组成差异大，而与典型水成型结核更类似，但具有明显的低Ce、Co含量和高Fe/Co比值（图1）。非典型水成型结核的地球化学组成并非是水成型结核、成岩型结核和热液型结核的过渡产物，它们受到强底流和陆源碎屑的影响。

　　非典型水成结核广泛分布在菲律宾海、南海以及相邻的西北太平洋，其物质组成明显受到强底流和陆源碎屑的影响。表现为相对贫Co、Ce、Ti含量，富Fe、Pb、REY含量，微观结构呈柱状、树枝状以及雪花状等特征。尽管如此，研究区铁锰结核同样形成于持续的氧化、低沉积速率环境下，并强烈富集海水中高价态和高场强元素，富含Co、Mn、Fe、Ce、Pb元素等（图2）。海水中的大部分元素参与了生物地球化学循环，而清除型元素如Co、Ce、Mn、Pb等呈现低含量和随水深增加而降低的趋势，明显受到铁锰氧化物的控制。本研究识别出低钴非典型水成型结核，揭示了研究区铁锰结核的成因机制，并梳理了不同成因类型锰铁结核关键金属富集的差异，有助于完善海底矿产资源成矿理论体系，揭示铁锰结核对海水中关键金属元素选择性富集机理。

　　该研究论文第一作者为广州海洋局任江波高级工程师，通讯作者为姚会强和何高文教授级高工，合作作者包括杨永、王历星、赖佩欣、周娇、邓希光、刘实佳、邓贤泽、姜玉涵等。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、中国地质调查局项目和国家自然科学基金等联合资助。

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2022.121224