◎  苗  淼

　　海洋覆盖了地球2/3以上的面积，并储存了地球上97%的水。作为全球气候的控制器，几千年来海洋持续为人类提供无穷无尽的资源。全球海洋的平均深度约为3700米，被广泛认为是地球的“终极前沿”。其中，深海海底覆盖了地球面积的60%左右。

　　深海海底演化历史悠久，几乎没有光合作用，造就了丰富而独特的地质环境、地貌特征和生态系统，也形成了特有的矿产资源类型。随着能源转型的加速推进，清洁能源对金属矿产的需求成为亟待研究的课题。在此背景下，深海矿产为人类提供了认识地球和满足可持续发展需求的终极前沿之窗。

　　深海矿产形成示意图（改编自英国地质调查局，2018）

　　不断发展的深海成矿视角

　　长期以来，人们一直认为海洋盆地是从陆地风化颗粒和溶解物质经过亿万年的沉积而成，是相对静止的，然而这无法解释海底矿物的形成，板块构造学说和板块边界的概念从根本上改变了这一观点（如右上图）。

　　从图中可以看出，岩浆过程对海洋盆地的形成起着重要作用：地幔岩浆在大洋中脊处上升，固结后生成大洋地壳，较老的地壳被推向两侧从而生长出洋盆。海水经地壳裂隙渗入地下，遇到熔岩被加热，热水溶解了岩石圈层中的金属，并从地下喷出。这些金属形成硫化物沉积，进而形成块状海底矿床。1977年，人类首次观测到海底热液活动，随后在东太平洋隆起的洋中脊上观察到了热液喷口和海底块状硫化物矿床，促进了对深海海底的进一步探索。

　　三大深海矿产类型

　　铁锰结核。铁锰（或“多金属”）结核是一种矿物凝结物，由氢氧化铁和氧化锰组成。锰结核的形态多样，有球状、椭圆状、马铃薯状、葡萄状、扁平状、炉渣状等。锰结核的大小尺寸变化也比较悬殊，尺寸从几微米到几十厘米不等，重量最大的可达几十公斤。它含有30多种金属元素，其中最有商业开发价值的是锰、铜、钴、镍等。

　　铁锰结核主要赋存于深海平原，水深范围为4000米~6500米，位于沉积物覆盖的海底或正下方。在数百万年的时间里，铁和锰氧化物胶体从周围的海水（氢）和沉积物孔隙水（成岩）逐渐缓慢沉淀在硬核周围。

　　结核形成需要集齐五大环境因素，这些因素也被用于确定海底勘探前景区域。一是沉积速度和生物扰动缓慢，从而保证结核停留在海底表面；二是存在移除细小沉积物并为深海平原带来氧气的底层流；三是地表水为沉积物中的细菌提供足够的有机物，从而产生将金属释放到孔隙液中的成岩反应；四是半液态沉积物增加孔隙水量和结核生长的成岩输入；五是所处位置靠近且低于方解石补偿深度（方解石溶解速度快于其积累速度的深度）。这些成岩过程使得铁锰结核富含镍、铜、钴、钼、锆、锂和稀土元素。

　　铁锰结壳。与铁锰结核相反，铁锰结壳主要形成于海洋的硬质基岩上，也被称为“钴结壳”“富钴结壳”和“锰结壳”。在矿物学上，它们与水生铁锰结核相似。与结核相似的物理化学性质及其水生形成机制意味着它们也从周围海水中捕获了大量金属。

　　其表面呈瘤状，多为黑色或黑褐色，断面构造呈层纹状或树枝状，结壳平均厚度为2厘米左右，最厚者可达10厘米~15厘米。构成结壳的铁锰矿物主要为二氧化锰和针铁矿，稀土元素总量很高，很可能成为战略金属钴、稀土元素和贵金属铂的重要资源来源。

　　除了富含金属元素以外，铁锰结壳的重要意义还在于其赋存地层保留了沉积时期的海水的同位素构成，可以提供可能跨越数千到数千万年的海洋和气候演变记录。铁锰结壳还影响海洋环境中某些元素的浓度及其氧化还原状态。例如，可以使用同位素地层学来确定覆盖鲸鱼骨骼化石上的铁锰结壳的形成年代，从而推断鲸鱼尸体的沉积时间，并为这些尸体供养的海底生物群落的进化提供时间判定依据。

　　海底块状硫化物。岩浆活动会引起富含金属的热液喷发，通常在深度达5000米的构造板块边界发生。热液喷口及其周边生存的大量动物群落的发现，被认为是20世纪最引人注目的科学发现之一，被公认为可能是地球上的古老生命起源。热液喷发与上覆海水进行化学反应，便形成了块状硫化物沉积。迄今，海底块状硫化物仍在不断形成，如东太平洋洋隆轴部可见每天以8厘米~30厘米或2千克/天的速度喷出。据计算，一个硫化物矿田可能有1000吨~100000吨矿石储量。

　　海底块状硫化物主要产于扩张的活动洋脊和开张的海盆扩张中心地带，如东太平洋洋隆、加拉帕戈斯海岭、大西洋中脊的维玛断裂带和罗曼什断裂带、印度洋卡尔斯伯格海岭等处。矿物成分主要是硫化物和硫酸盐矿物，如黄铁矿、白铁矿、纤锌矿、闪锌矿、黄铜矿、古巴矿、硬石膏、重晶石以及非晶质二氧化硅。

　　（作者单位：中国地质调查局油气资源调查中心）