日本南鸟礁周围海域铁锰结核的地质与地球化学特征

1、摘要

在日本附近海域的南鸟礁以东约300 km 的海山上发现了高密度铁锰(Fe-Mn)结核矿田。为了评估其作为关键金属资源的潜力,R/ V 横须贺科考船YK10-05 航次使用SHINKAI 6500 潜水器进行地质调查结果并采集样品进行地球化学分析。结果表明,直径5~10 cm 的球形结核几乎完全覆盖了高频波反射率区域。Fe、Ti、Co、As 和REE(除了Ce、Th、U 和Pb)等元素被发现富集的部位是在结核的边缘而不是核部。与此相反,Mn、Al、P、Ca、Ni、Zn、Y、Mo、Ce 和W 在结核中心处富集并向边缘递减。

2、引言

铁锰(Fe-Mn)结核被认为是潜在的金属资源,在太平洋中部的克拉里翁和克利珀顿断裂带(CCZ)之间的区域内已经识别出高品位结核密集分布的大面积区域。日本颁发了在CCZ 进行未来开采的勘探许可证,在本次报告中,我们描述了在R / V 横须贺科考船YK10-05 航次使用SHINKAI 6500 潜水器所获得的多道- 窄波束回声测深系统的地质调查结果。我们还展示了化学分析结果以表征典型的Fe-Mn 结核和相邻Fe-Mn 结壳的地球化学特征。

3、采样与方法

根据日本海岸警卫队最近获得的精确测深数据,Oikawa 和Morishita(2009年)在南鸟礁东南部发现了小型的圆锥形海丘或海山群,R / V 横须贺科考船在YK10-05 航次中对该地区的两个地点(图1 中的地点A 和B)进行声学测量调查并使用多道- 窄波束回声测深系统(Sea Beam 2112.004)绘制海底水深和声波反射率图。对于采样点位置和样品文中进行了说明。并分别选择了两个典型的大结核(R01 和R02,图2)和小结核(R06)。详细的操作方法与步骤请见原文。

图1 日本南鸟礁的高密度铁锰结核矿田地图

图2 样品R01(上)和R02(下)的照片

4、结果与讨论

文章中比较了来自站点6K 1207 处的结核和来自其他地方的结核和结壳的总体地球化学特征。讨论了结核生长过程中的组分变化、结核形成年代的约束以及结核关键金属资源的贡献,绘制了站点6K 1207 处铁锰(Fe-Mn)结核和其他地方的结核与结壳中REE、Y、Th 和U 含量标准化到后太古代澳大利亚平均页岩分布图、站点6K 1207 处结核横截面详细的组成分布图、样品R01 和R02 的成分剖面图、样品R01 和R02(左)和太平洋西部拓洋第五海山(SMT)的Fe-Mn 结壳(右)的成分剖面对比图以及6K 01207 站点铁锰结核和结壳的全岩组成表等图件。

5、结论

主要有以下五点:(1)具有非常高的声波反射率的海底密集覆盖了Fe-Mn 结核,这是未来勘探中应当注意的特征;(2)在结核内部的Mn、Al、P、Ca、Ni、Zn、Y、Mo、Ce 和W 的浓度最高,而除Ce、Th、U和Pb 之外的Fe、Ti、Co、As、REE 在外层富集;(3)结核生长史中纹理和组成变化与西太平洋大型海山上Fe-Mn 结壳的结构和组成变化非常相似;(4)本次项研究中所调查的Fe-Mn 结核仅由水成的Fe-Mn(氢氧)氧化物沉积形成,其记录的海洋学事件可能开始于渐新世;(5)这些结核具有作为未来金属资源特别是对于Co、Ni、Mo 和W 的巨大潜力。

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