新 闻 :日本人工海底富硫化物黑烟囱生长迅

– 黑矿培育工程全面启动-

刘学铮 译  吴西顺 审

Tatsuo Nozaki博士在日本海洋- 地球科技研究所(JAMSTEC)海底资源研究开发中心领导的研究小组在冲绳海槽Iheya North Knoll地段发现人造深海热液喷口的黑烟囱生长迅速,而且富含高品位的硫化物矿,含有4.5% 的铜、6.9%的铅、30.3%的锌和8.7%的铁以及几百ppm的银、镉、锑、钡和铋以及1.35ppm的金,可与陆地高品位的黑矿型矿石媲美,甚至比其更优质。这说明有可能通过人工热液喷口调节热液与周围冷海水混合的方式进行人工成矿。

Tatsuo Nozaki博士在日本海洋-地球科技研究所(the Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, 简称JAMSTEC)海底资源研究开发中心领导的研究小组检测了来自冲绳海槽Iheya North Knoll 地段(图1)人工产生的深海热液喷口黑烟囱(图2和3)的矿床和热液样品。研究小组根据详细的岩相观察和化学分析,发现这些新的黑烟囱不仅生长迅速,而且富含硫化物成分,且与陆地上的高品位矿相似。JAMSTEC与东京大学、九州大学、东北大学以及早稻田大学合作开展了这项工作。
图1
图1 在冲绳海槽Iheya North Knoll地段IODP331航次钻井作业形成的
人工热液喷口的位置和地形图
图2
图2 套管钻井作业后三个人工热液喷口C0013、C0014G 和C0016B孔的照片
图3
图3 人工热液喷口钻井作业后,黑烟囱快速生长(C0016A 孔),一口没有套管的裸眼井。底部的图像是反射光下黑烟囱的显微照片(开启棱镜)。

尤其是,北部大黑烟囱(the North Big Chimney)丘顶部的裸眼喷口3
(C0016A 孔)的烟囱以树突状的黄铜矿(CuFeS2) 和闪锌矿((Zn,Fe)S) 及方铅矿(PbS)为主。它还含有一定数量的纤维锌矿((Zn,Fe)S),作为闪锌矿,球形黄铁矿(FeS2) 的一种变形,形成化学分区,这在陆地上是比较罕见的黑矿型矿床,也具有硫酸盐矿物和不明锌硫酸盐矿物(图4)溶蚀后的硫化物矿物假晶纹理。
图4
图4 人工热液喷口上形成的幼年黑烟囱样品的背光散射电子(BSE) 图像。

此外,研究还表明快速生长的黑烟囱中部分富含硫化物平均含有4.5%的
铜、6.9%的铅、30.3% 的锌和8.7%的铁以及几百ppm的银、镉、锑、钡和
铋以及1.35ppm 的金(图5)。该含量水平相当于陆地上那些高品位的黑矿
型矿石,甚至比其更优质。因此,说明从海底硫化物黑烟囱培养矿产资源有
可能通过利用人工热液喷口和调节热液与周围冷海水混合的方式成为现实。
图5
图5 幼年黑烟囱的组成成分。富含硫化物和硫酸盐的幼年黑烟囱伴有陆上和东太平洋洋脊硫化物矿床上普通黑矿型火山成因的块状硫化物(VMS)矿床的上地壳(UCC)标准化模式

这些发现为将来以低勘探成本和低环境负担获得海底矿产资源打开了一个新窗口。另外,利用这些人工黑烟囱的矿物学特性(图6)有助于为选择性的元素沉淀和提取开发更好的技术。用于测量热液流体物理性能的这套长期监测装置将由在冲绳海槽中正在进行部署的地球号科学钻探研究,这是评估黑矿培育技术开发可能性的第一步(图7)。
图6
图6 人工热液喷口富硫化物的幼年黑烟囱矿物产状和纹理的扫描电子显微镜(SEM)图像
图7
图7 目前正在与JAMSTEC 海底资源研究和开发中心和地球深部勘探(CDEX)中心合作研制的黑矿培育装置示意图

上述结果发表于2016 年2 月25 日自然出版集团(NPG)的科学报告上。
标题:人工海底热液矿床快速生长,作者:Tatsuo Nozaki,Jun-Ichiro
Ishibashi,Kazuhiko Shimada等。

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