海洋矿产综合勘查中的地球化学技术

《海洋矿产综合勘查中的地球化学技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

海洋矿产综合勘查中的地球化学技术r”“…”‘蕊窭燕j海洋矿产综合勘查中的地球化学技术H.孔曾多夫弓f言白1982年联合国海洋法会议(UNCLOSllI)闭幕以来.在最新确定的专属经济区和深海区内圈定潜在的矿产资源,重新引起人们的关注.许多沿海国家已太大扩展了由其控制的近岸海域.尤其是岛链国家,在联合国条约生效之前,现已控制了几倍于它们主权范围的海域面积.用地球物理和地球化学方法进行洋底填图,兼容了对潜在天然矿产聚集体产生的和人类活动影响造成的化学痕迹作总体性研究.由于这些活动.使海洋及其基底正在受到污染.用地球化学技术进行洋底调查,构成了有效的海洋矿产勘查战略的重要部分.过去二十年中实际应用的许多方法,都是从陆上地球化学勘查演变来的. 但由于这些方法还很年轻,业已确定的这类方法中有许多在海洋地区尚未得到充分运用.海洋地球化学勘查可以划分以下几个步骤:(I)矿物聚集体及其异常的外围介质的采样;(2)海洋沉积物,海水及硬岩的化学分析;(3)借助先进的计算机解释海洋勘查测量资料.海洋勘查地球化学的目的在于,确定由于矿产聚集体的蚀变产物造成的洋底地球化学异常或异常区.除了在大洋中脊发现的块状硫化物外.海底的大部分矿物聚集体都由相对稳定的矿物相(例如,砂矿中的重矿物)构成.因此,地球化学异常主要起因于沉积物中的机械分散作用.然而,通过系统的采样和分析,即采用地球化学勘查方法.可以发现势详细圈定此种异常.最近引人的技术正在把综合地球物理/地球化学工作台引向洋底调查.将来,遥控装置无疑将加速这类地球化学调查.这次研究涉及过去十年使用的海洋勘查地球化学方法,集中讨论现行的取样和分析技术,介绍一些地球化学勘查实例,并概括指出一些新技术.取样和取样方法 多年以来,海洋环境的取样一直是海洋调查的特殊技术问题.尽管在过去几年中取样技术大为改进,一些取样设备(如挖泥器)还是在l9世纪束就已使用的.海洋矿产地球化学勘查的现代取样战略,急需一些新的基于现今技术原理的装置.矿产勘查的地球化学工作使用的取样设备有:底部水和近底部水的取样器,表层沉积物和出露岩石的取样器,从深部采取沉积物和岩石的设备.考虑到将来只开发利用表层的海底矿物原料,现今的矿产勘查战略将限于对上部l0米厚度范围内的沉积物取样,已知一3】一的取样设备列于表l_一些重要的取样设备简述如下.海水样品常常不仅需要接近疑是矿化位置,而且需要远离矿床.与海承有关的一个阿题是许多海底矿化的微量指示元素显然只有非常低的浓度,因此,防止取样器本身或船舶造成污染是至关重要的.例如,在常规的海洋学研究中,表层水取样一般必须远离调查船的船身. 表l用于海洋矿产勘童的取样嚣样品类型取样装置和取样器海水密封的水瓶.通常容量为1升.如.vI丑Doram带有量度计的水瓶,通常容量为,升:如N_Ⅱ鞴n或Ni止型多重取水样嚣和取水样平台抓式取样器:姐VanVecn童,Shipek受:绳索和自由幕体取样器;带电视观嗣景统的太容量取样器表届沉积物和基岩’重力岩心提取嚣:铲式,箱式和活塞式岩心提取嚣,太多数为景埴设备,长可选24冲挖坭嚣:臂式,箱式和链斗式挖泥嚣.其口轾可选,,5x仉5米基于捧击振动窟回转原理的钻摄取样装置.对于太陆集勘查常用振动取心钻:钻摄—定探虞的沉积物和基岩取样装置可选水探3公里用于矿产勘查的深都海水取样,包括简单缆系样瓶,常常将其系成由5蓟IO个瓶构成的水文测量链,以便有效地从不同深度取得水柱样品.瓶Ⅱ阻隔器的开启常常是手工控制的.常规的取样器是纳森瓶.每个瓶的取永容量为1.2升,而大水样可用Niskin取样 器获得,几乎所有可购得的水样采取器都带有温度计.以测定取样点的水温和预定的水深.水样采取器目前都成排地安置在工作台上,允许在任何预定探度上取样.同时可借助计算机连续记录水的物理性质(温度,压力,电导率和含氧量).尽管取水样器中应用了新材料,并进行了试验,但还是存在污染问题.海底表层取样器包括抓式取样器,重力岩心提取器和挖泥器.海底矿产勘查取样最好采用系统采样战略,例如.沿着规定的和间距适当的测线取样.作为综合勘查战略的一部分.应用常规海洋学工作中常用的定点取样作业是不够的.这类调查的目的通常在于确定某些海洋学或地球物理参数.因此.它们不是矿产勘查工作所需的系统测定.取样点问的距离因勘查阶段不同而异.在踏勘阶段.取样点间距通常为50km以上.这种取样战略的价值更多在于必须实施系统的取样.以便分析数据的地球化学解释能按等距或网格状的数据进行.踏勘性取样可有效地圈定洋底的异常区.在跟踪调查中.最好用较密的取样问距,要详细确定矿产聚集体及其化学特征, 往往需要采样点间距小于lkm.一32—分析技术海洋矿产勘查样品的分析工作包括样品制备和用某种分析设备进行分析.这一工序很重要.若注意到海洋样品通常比其他勘查样品要昂贵得多.情况就尤其如此.因而.许多样品制备工序常常是用来防止水样污染的.而对于沉积物和基岩样品则采用与常规地球化学调查相同的程序.原则说来,分析工作已经可以在船上进行,在锰结核勘查中一直在用安装在调查船上的x荧光仪作分析.所采用的分析技术取决于拟勘查的矿产品和拟测定的元素.海洋矿产勘查样品需分析的重要元素清单列于表2.表2海洋勘查样品中通常分析的元素矿产品种类I主要盎属元素其他重要元素砂矿锰结棱 和结壳SnWAuPt,CrTIZrREE.ThMn,Ni,CuMnCO,PFe.NINb,Uc0,办,Mo标准的分析技术包括x射线荧光,原子吸收光谱,质谱和中子活化仪器分析.许多其他专门的分析技术也可应用.所有这些分析技术在常规地球化学工作中是标准的技术,在此不必细述.然而,其中有些分析仪器不能安装在调查船上,因此,大部分工作还是要在室内实验室进行.-地球化学测量的评价和勘查实例在海洋矿产勘查中,地球化学技术的应用是以对系统采自拟寻矿产聚集地上方或周围的样品的大批数据集作出解释而告结束的. 由于人们对不同的海洋矿产品通常采用不同的勘查战略,所以很难确定最有效的地球化学方法.下面给出几个勘查实例,笔者认为,它们比提出复杂的勘查方案更有启发性.东澳大利亚近海的重矿物踏勘1980年在东澳太利亚近海实施了一项详细的海洋矿产填图和勘查计划.该项目包括海洋地质和地球物理工作,主要目的在于将已知的岸上砂矿向近海地带扩展.早些时候在纽卡斯尔和布里斯班之间进行的调查,研究了约1000个样品,但没有发现任何有意义的砂矿体.这些调查于70年代早期进行,网格取样间距为18.5kin(10海里,约1个/100km),使用管式和斗状掘泥器进行系统取样.沉积物的调查包括矿物学研究(测定重要重矿物)和地球化学研究.对整个沉积物测定了Fe,As,P和Ti,但在～33—较晚的测量中也分析了其他微量元素.马歇尔(1980)报道了大约170个沉謦{物的分析结 果,只在两个沉积物中测得Ti含量大于0.7%;但没有一个沉积物的Ti含量高于1%.1980年新的调查在拜伦贝地区至少揭示出了一个重矿物聚集体.在地球物理填图(浅水地震)之后,进行了系统取样.取样点间距和周格线间距一般小于2km,即与澳大利亚早期的调查相比,取样密度(约每平方公里1个)要高得多.=.!:.缱.?-涅样品大多用抓式取样器采得,但是在许多停泊点上也用样盒和振动取心设备取了一些样品.由于勘查工作目的是用船上的地球化学分析结果提供某种程度的指示,样品中的Tio.全Fe和ZrO含量在船上用x荧煅备测得.将32～315微米粒级简单用玛瑙研钵处理后直接用于分析.运用这种战略,在拜伦贝地区根据Ti和zr的异常值很容易地圈出了重矿物聚集体.之后,在室内实验室对所有样品(8o0个以上)分析了多种主要元素和 微量元素.困篇幅所限,这里仅仅给出了几个结果,图1示出了在舒格洛夫角和斯蒂芬斯港之间沉积物中Ti的分布,它清楚地将一些高n含量的沉积物(>0.6%Ti.即>I%TiO,)与向舒格洛夫角海区中陆架砂质淤泥和泥质砂过渡的内陆架砂联系起来.图1上还绘出了高Ti/Fe比值区,它表明这些沉积物主要舍金红石.秘鲁海盆的锰结榱1978年在秘鲁海盆的踏勘测量圈出了锰结核沉积,其Ni+Cu的浓度堪圈l在舒格浯夫角和斯蒂芬斯{磬之间福斯特贝拇医的沉搴{物取与赤道附近的北太平洋结核带相比.即兰呆—台量和T/F.值?该圈由计算机绘制-水耀米重量超过2%.同时,由于有较大的结…一核(直径超过100ram)产出,可观察到有趣的结核成片密集现象.因为这些沉积物比较接近美洲大陆,水深仅约4000米,后来又发起了进一步的调查.从地球化学上说,在以Mn/Fe对Ni+Cu为基础的结核地球化学特征图解上,秘鲁海盆的结核被归人右上角的一类中. 然而1978年调查的取样间距约为100km后来在该区又以大约50km网距的网格进行了调查.根据MnFeNi和Cu的分析数据编制的图件(图2),表明几乎整个海区(2.4x105km)的锰结核具有相对均一的Ni+Cu含量而不管锰的含量如何.正如在一34—Mn/Fe比值图(图2)上看到的,该区右上部显示出特别高的Mn/Fe比值.同时,该角落以锰结核的最高面密度为特征.表明在该亚区发现的锰结核特别太.;’/o●2D-2j0●Ⅲ瞳2秘鲁海盆某湃区锰结榱中Ni+Ca的平均含量和Ma/Fe比值.取样点目臣大约为50km尽管这些取样模式给人以锰结该沉积很均一的印象.但对数据的取用应格外小心.因取样密度非常低,大约1个/600kin,因此,在测网停泊点之间可能存在变化不定的趋 势.为了评价锰结孩沉积,需以小于10kin的间距取样,这样才能对锰结核的面密度作出,全面的测定跨越东太平洋海蔗的金属分布在沿着东太平洋海隆带和加拉帕戈斯扩张海岭的某些地方,引人注目地发现了块状硫化物堆积,推测东太平洋海隆的其他地段上也可能存在块状硫化物.B0年代早期.德国的研究机构沿着东太平洋海隆的赤道带和南部带进行了大量系统的巡航测量.孔曾多夫等(1985)悬近发表了横跨扩张中心的,表层沉积物的勘查地球化学结果.表3中选用的数据表明,在最南端的沉积物中有异常高的亲热液元素含量(横切面A和B).表3的数据表示的是金属对铝的比值.以期减去可能会有的粘土矿物的吸附效应.尽管硫化物沉积离这些海区相当远,但是在c区沉积物中存在一些微量金属的有意义富集.按照踏勘调查的结果,从该区往南和往北,宜做详细的研究.一35— 结论海洋矿产勘查中的地球化学方法可有效地与其他勘查方法和勘查手段一起应用.海洋勘查地球化学与陆上的勘查工作的战略极为相似.包括取样分析,数据解释等步骤.海洋矿产勘查中最花钱的步骤是取样.在深水中尤其如此.若不考虑经济问题,在海洋地球化学勘查中采用系统采样战略是非常重要的.也就是说.总是需要做网格取样或沿线取样.踏勘取样可采用数十公里的间距.而详细调查.取样需以1kin或小于lkm的间距进行.由于费时颇多,未来的取样设备应立足于遥控装置.海洋勘查样品的分析可直接在船上进行.以便指导进一步勘查.然而,大量的样品及真正的多元素分析最好在陆上实验室进行.表3横琦东太平洋海瘫幢P叠)和加拉帕戈斯囊答系统(GRS)的停泊采样点沉积!I-中金曩与蠕的平均比值海E犬蠢位置Za 舳备注末太平洋拇蠹(EPR)Fl2.0’N5970.6硫化物,6’NE4,0’S3214O2 C10.5’S4103044.0BI3.0’S12751091I3.8硫化齄,17.5’s.0’S958707I3.3硫化材.215’s加拉帕戈斯●裂谷幕统(GRS)H暑6.5.W1977_42.0硫化物.116,0’WG95.3’W1056.32.IF】100.5.W438.0I注:选定的盒属元素常与热藏作用有强煮台性地球化学数据解释使用与陆上勘查相同的技术.新的技术手段已经提高了处理大批数据集,绘制元素图或应用高级统计程序的能力,因此,大多数工作可在小型计算机上进行.由于洋底的大片地区尚来运用地球化学方法调查过,在洋底她球化学填图方面进行国际合作是需要的.为建立未来环境监测的地球化学数据库.这样的系统调查也是必要的.一36一(施馒法擅译自EMarineMining;~1989,Vol8,口91～99:作者:HelmarKunzendorf.吴传璧枝)