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时时彩组六稳赚技巧:海洋矿产资源PPT下载

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2018-03-26
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科学PPT课件
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海洋矿产资源PPT

海洋矿产资源PPT免费下载是由PPT宝藏(www.pptbz.com)会员weishenhe上传推荐的科学PPT课件, 更新时间为2018-03-26,素材编号247298。

这是海洋矿产资源PPT,主要介绍了海洋矿产资源;深海底固体矿产;海洋矿产的类型与分布;大洋矿产的特征与成因;深海底矿产资源的开发前景与研究意义;滨海及陆架海洋固体矿产;海洋石油天然气资源;海底油气资源的开发历史与现状;海底油气资源的分布情况;问题,欢迎点击下载海洋矿产资源PPT哦。由于政治的、经济的、技术的和市场的原因,尽管许多海洋矿产资源目前还只具有潜在地远景地位,但是对海洋矿产资源的勘探开采,必将势不可挡。

第一节 深海底固体矿产 第二节 滨海及陆架海洋固体矿产 第三节 海洋石油天然气资源 第一节 深海底固体矿产一、海洋矿产的类型与分布 二、大洋矿产的特征与成因 三、深海底矿产资源的开发前景与研究意义一、海洋矿产的类型与分布 (一)海洋矿产资源的概念所谓海洋矿产资源,通常是指目前处于海洋环境下的除海水资源以外的矿物资源;而对那些过去是在海洋环境下形成的现在已是陆地组成部分的矿物资源,原则上应归属于陆地矿产资源。海洋是人类的巨大宝库,是未来社会物质生产的重要原料基地。在地球上已发现的百余种元素中,有80种在海洋中存在,其中能够直接提取利用的有60余种。从海岸到大洋,从海面到海底分布有丰富的海洋矿产资源。众所周知,随着社会经济的迅速发展,陆地矿产资源日趋紧缺,人们自然而然地把目光投向海洋。自上世纪70年来以来,各发达国家已对海洋矿产资源给予极大关注;目前世界各国竞相发展海洋高新技术,实施“科技兴海”战略,其目的,就是为了开发利用海洋矿产资源。 海洋矿产资源的巨大潜力始终吸引着人们,导致了近30年来海底矿产资源的重大发现。然而迄今为止除开发海洋石油天然气资源已成为全世界海洋第一大产业和滨海砂矿在某些国家形成了一定的产业规模之外,其他矿产资源的开发却难以进展。它一方面受到经济合理性的制约,另一方面目前尚难以预测开采海底矿产对环境造成的巨大影响和全球生态系统的破坏。因此,各国对于海底矿产资源的调查和研究大多出于为维护国家海底权益的战略性考虑。 由于政治的、经济的、技术的和市场的原因,尽管许多海洋矿产资源目前还只具有潜在地远景地位,但是对海洋矿产资源的勘探开采,必将势不可挡。海洋矿产资源正以其自身的潜力和价值备受青睐,并日益成为各国激烈争夺的对象。需要指出的是,在对海洋矿产资源进行开发和利用时,应当而且必须遵循可持续发展的原则,既要满足当代人的需求,又要以不损害后人的生存和发展为前提。 (二)海洋矿产资源的分类 从上表可知,多数学者都是根据海洋矿产资源的矿物种类及其产出的海洋地质环境进行分类,虽有微小的差别,但总体来说比较接近。本章将遵循上述原则,在描述各类海洋矿产资源的形态、分布、矿物组成和化学成分的同时,尽量考虑其形成环境并探讨其形成机制,力求全面地反映最新研究成果。 海洋矿产类型与分布二、大洋矿产的特征与成因海底磷矿 铁锰结核 铁锰结壳 多金属热液沉积物 甲烷气体水合物 海底磷矿 海底磷矿是指P205含量>18%的磷块岩(由于其中富含Ca0,又称磷钙石),其主要矿物成分是胶磷矿,为隐晶质或呈胶状构造的磷灰右。 此外,还包括与胶磷矿伴生的细晶磷灰石。 海底磷矿的一般特征和地理分布 (一)海底磷矿的一般特征 海底磷矿(磷块岩或磷钙石)一般呈结核状、块状、板状、颗粒状产出,其内部多呈鲕状或层状构造,通常含杂质较多,常呈暗灰色。如含大量碳或黄铁矿,则呈黑色。 磷块岩中的主要杂质为粘土、碎屑物、海绿石、方解石、白云石、碳质、硅质、黄铁矿以及一些生物骨屑等。其结核通常呈不规则状,致密坚固,相对密度为2.6~2.8,硬度:(摩氏硬度)5。结核大小相差悬殊,在加利福尼亚湾沿岸平均直径为5 cm,最大结核为60×50×20 cm3(Dietz等,l942) (二)海底磷矿的地理分布 海底磷矿主要分布在滨外浅滩、浅海陆架、陆坡上部、边缘台地、海山等处,产出水深一般为几十至几百米,但也可以产于上千至几千米深的海底。在出现上升流,特别是在上升流辐散、沉积速率不大的地方,更有利于海底磷矿的富集。通常,大洋东侧较其西侧更富集。 海底磷矿的地理分布 1、2大陆边缘磷块岩3.海山磷块岩 大陆边缘磷块岩 1.主要分布在四个地带: (1)东大西洋带 主要在非洲西海岸外,如南非的厄尔勒斯难、西南非洲的纳米比亚、中非的安哥拉、西北非的摩洛哥和撒哈拉等地的陆架区; (2)西大西洋带 主要是北美洲岸外,如布莱克海台、佐治亚和北卡罗来纳的陆架区; (3)东北太平洋带 指加利福尼亚湾和墨西哥湾陆架区和陆坡上部; (4)东南太平洋带 主要是指秘鲁一智利岸外的陆架区。 2.海山磷块岩 主要分布在太平洋地区,包括海底火山、 平顶山(截顶山)、海岭等,如印度尼西亚西南部海山、新西兰附近的海山所产磷块岩。 海底磷矿的化学成分 海底磷矿(主要为胶磷矿)的化学成分为Ca(PO4)2·2H2O,其中PO43-可以被CO32-置换,由置换反应造成的化学不平衡可由F-、OH-、Cl-等介入而得以补偿(Gulbrandsen等,1966,Price和Galvert,1978),形成含F、Cl、OH、CO3等的一系列磷灰石变种。 海底磷矿的产出环境及形成机制 (一)海底磷矿的产出环境 1.富磷的氧化环境 由于冷暖海流汇合,引起温度大幅度而迅速的变化,使深海生物大量死亡,导致生物体腐解,创造了海水中溶有大量磷酸盐的环境。一旦富磷酸盐进入氧化的海洋环境,磷酸盐即以胶体形式凝聚于海底。 2.CO2含量低的环境 海水中磷酸盐的可溶性决定于CO2的含量。当深部富磷酸盐海水涌向表层时,由于压力降低、温度升高、CO2逃逸,导致磷酸盐过饱和而沉淀。 3.pH值低的厌氧环境 磷灰石形成于pH值低的厌氧海盆环境中。不过,在加利福尼亚湾南部海域某些氧化强烈的海洋环境中,也发现海底磷灰石。看来,厌氧环境是形成磷灰石的有利条件,而非必要条件。 (二)海底磷矿的形成机制 1.在大洋东侧的上升流区较冷的富含P2O5的海水,从深部上升到陆坡上部、外陆架区,给表层海水中的生物提供了迅速繁殖的条件; 2.随后,浅海浮游生物吸收海水中的磷并使其固定; 3.当海水中大量生物的粪粒及生物死亡之后的残骸堆积于海底,其中大部分腐解,参与水体的再循环,并改变海水的pH浓度(使pH值升高),有利于海水中磷酸盐沉淀; 4.有机质磷分解后溶于沉淀物的孔隙中,其浓度可达8~9 mg/l,以此过饱和状态,在沉积物颗粒表面析出磷酸盐凝胶、并不断富集,可使P2O5含量增至20%~30%。在此过程中,由于成岩作用,海底溶液中的Mg2+浓度不断降低,也促使磷酸盐沉淀; 5.原始磷酸盐沉淀物呈半液态的粉砂、粘土级质点,经波浪的簸选,把轻组分带出,使较重的磷钙石等在原地富集。 大陆架上现代磷块岩形成机制 大洋矿产的特征与成因海底磷矿铁锰结核 铁锰结壳 多金属热液沉积物 甲烷气体水合物 一、锰结核锰结核(亦称铁锰结核、多金属结核、锰结核、锰矿瘤、锰矿球)是一种富含多金属元素,主要由铁锰氧化物和氢氧化物组成的黑色“球状”沉积物团块。其中除含有多量的铁、锰外,还富含铜、镍、钴、铅等金属元素,含量一般大于1%,成为仅次于海底石油的重要海洋矿产资源。 (一)锰结核的基本特征锰结核一般为黑色、绿黑色至褐色,由多孔的微晶集合体、胶状颗粒和隐晶质物质级成,外形常呈球状、椭球状、菜花状,其表面有三种类型:粗糙表面、光滑表面和葡萄状表面。就单个结核体来说,其外表形态也有极大的变化,尤其是结核的上部和下部可呈现出极大的差异。据雷布(1972)的研究,“汉堡包”形锰结核,上部与海水接触,其成分中铁、钴占优势,主要由海水中所含元素供给;下部处于海底沉积物埋藏状态下,其成分中锰、镍、铜占优势,主要由沉积物内孔隙水中所含元素供给。锰结核的硬度变化较大,按摩氏硬度可分1~4;其大小相差悬殊,有直径小于1mm的微结核,也有直径大于10cm的大结核,一般直径为2 ~ 6cm。锰结核的平均密度为1.96g/cm3, 结核核心物质有四类:①老的锰结核碎块;②深海沉积物(如深海粘土等)③火山碎屑;④生物骨骼。 (二)锰结核的分布特征 铁锰结核广泛分布于世界大洋海底(公海区)。其最佳分布海区是水深4500~5500m的海底平原区。其中太平洋最富,其次是印度洋和大西洋。 依据大洋底的构造地貌特征和海区所处的地理位置以及锰结核的化学成分、丰度等,可在太平洋划分出八个主要的锰结核富集区; ①克拉里昂和克里帕顿区(也称CC区);②中太平洋区;③威克——内克区;④夏威夷区;⑤加利福尼亚区;⑥南太平洋区;⑦米纳德区;⑧德雷克——斯科舍区 上述富集区均位于中太平洋和东北太平洋,而且以6° ~12°N、120°W ~ 160°E的广大海域内锰结核最丰富。因为赤道附近为高生物生产力的带,限制了锰结核的生长,而太平洋缘,由于陆源碎屑物的大量输入,也不利于氧化锰的生长。北太平洋海底,某些地区深海粘土堆积速率仅为1mm/103a,也有利于锰结核的生长,所以锰结核在该海域含量最高。 印度洋洋底锰结核主要分布在赤道以南。因为北印度洋洋底的大部分为巨大的深海扇所占据,大量陆源碎屑物的输入,使锰结核不可能发育。 大西洋是三大洋中锰结核最不发育的洋区。这是由于其洋底的大部分在碳酸盐补偿深度以上的缘故。但是在大西洋两侧的深海盆地内,却分布着丰富的锰结核,这可能与大西洋底流的强烈活动有关。 我国经过近20年的调查,在C—C区已获得一块75000km2的“可供未来开发的铁锰结核矿区”。 世界大洋铁锰结核分布图(三)锰结核的矿物组成及化学成分 1、矿物组成铁锰结核中的矿物大致可以分为三类:锰的氧化物和氢氧化物,铁的氧化物和氢氧化物,硅铝酸盐等杂质矿物。 主要的锰矿物有钡镁锰矿、钠水锰矿和水羟锰矿。 最主要的铁矿物有四方纤铁矿、六方纤铁矿、针铁矿和纤铁矿。 铁锰结核中高含量的微量元素主要以类质同象或吸附状态存在于铁锰氧化物和氢氧化物中。 2、化学成分锰结核的化学成分异常复杂,富含多种金属元素。其中主要有Mn和Fe,其次为Si、Al、Ca、Mg、Na、K、Ti、Ni、Cu、Co等。与地壳中化学元素的丰度相比,锰结核中趋于富集的元素有20余种,其中Mn、Ni、Co、Mo、Cu、Pb等有用金属元素的含量高出其在地壳中平均含量的46 ~274倍。如果同海水中相应的元素相比,锰结核中的Mn、Fe、Co、Cu、Ni等有用元素的含量更是超过其在海水中含量的百万倍以上。铁锰结核中元素的变化特征亏损型元素 相对于地壳丰度,在铁锰结核中亏损的元素主要是造岩元素Si、Al、Ca、Na、K、Mg。其中Si、Al和Ca的亏损程度较高,其地壳丰度约是它们在铁锰结核中的丰度的2~3倍。K、Mg、Na丰度变化较小,其在结核中的丰度分别比地壳减少了45%、33%和16%。和深海沉积物相比,这些元素在结核中的丰度变化亦表现出类似的亏损趋势。 轻度富集型元素 主要是亲氧元素,有Fe、P、Sr、Ba等。在铁锰结核中除Ti的丰度稍高于地壳外,Fe、P、Sr和Ba的丰度约为地壳的2~4倍。和深海沉积物相比,除Ba外,其他元素都表现出不同程度的富集。 高度富集型元素 主要有Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Mo和REEs。无论是和地壳还是和深海沉积物相比,这些元素在铁锰结核中都高度地富集。其中最为富集的元素是Pb和Zn,它们在铁锰结核中的丰度比地壳和深海沉积物高出5~6个数量级。Mn、Co、Ni、Cu和Mo则比地壳丰度高出2~3个数量级,比深海沉积物高出1~2个数量级。 铁锰结核中元素的五个组合 存在于铁锰结核中的元素根据其相关特征可以分成五个具有明显成因意义的组合:水成成因元素组 :包括Fe、Co、Pb、Ti、Sr和REE等,是铁锰结核的水成成矿作用的结果 ;成岩成因元素组 :包括Mn、Ni、Cu、Zn、Mo和Mg等,是铁锰结核的早期成岩成矿作用的结果 ;生物成因元素组 :包括P、Ca等元素,是生物沉积成矿作用的反映;造岩元素组 :包括Si、Al、Ca和K等,反映了铁锰结核形成过程中硅铝酸盐碎屑物质的混入作用 ;热液成因元素组 :包括Ba、(Ti和Mo)等。 (四)锰结核的分类与成因有关锰结核的分类,国内外所提方案甚多,目前尚无统一的分类方案。至今,主要有4种分类方法:①形态分类;②成因分类;③粒级分类;④元素含量分类;鲍根德(1991)依据锰结核的化学成分、矿物组成、丰度、品位、沉积环境等特征,将锰结核分为A型、B型、C型三类:多金属结核的成分——成因分类(鲍根德,1991) 2、锰结核的成因关于锰结核的成因,目前国内外提出以下几种形成机制: 1火山作用 2胶体化学沉淀 3岩石风化作用 4沉积物成岩 5生物成矿作用 6生物—化学二元成矿机制 7海底热液作用 鲍根德(1991)认为: A型结核中的元素主要来自上覆海水的缓慢沉积,而上覆海水中的化学元素则主要来自火山喷发和海底页岩的风化,其形成过程主要受上覆海水中Mn2+的控制; B型结核中的元素主要来自海底沉积物间隙水的扩散,而间隙水中的化学元素,主要来自沉积物的氧化成岩过程,铁、锰氧化物水化物的复溶,主要受沉积物中的Eh的控制; C型结核中的元素亦主要来自海底沉积物间隙水的扩散,但间隙水中的元素主要是在有机物缺氧条件下形成的,即在细菌媒介下,沉积物中的Fe3+、Mn4+参与了沉积物中某些有机物的降解反应,接收了有机物的电子后被还原的结果,结核形成主要受沉积物中可资利用的活性有机物和细菌的控制。 韩喜球等(1996)曾提出锰结核的生物——化学二元成矿说。以往对锰结核的生物成矿作用的研究,主要是探讨微生物活动对锰结核的间接性影响,属间接性生物成矿作用的研究范畴。韩喜球等在锰结核中发现了大量的铁锰质超微生物化石——太平洋螺球孢菌和中华微放线菌这两处新种,它们分别构筑了粗糙型结核和光滑型结核,即嗜铁锰的超微生物汲取铁锰元素作自身组分,死亡后堆积成矿。因此他认为,铁锰矿物是生物成因,是超微生物直接作用的产物;而铜、钴、镍等金属元素,则是铁锰矿物与介质通过离子交换作用的途径进入结核中,故称生物——化学二元成矿。 哈尔巴赫(1986)认为,锰结核的形成过程可分为早期成岩作用和纯水化成岩作用二种类型。海底沉积物一般分为上部未固结的液化层和下部半固结层两部分。 早期成岩作用形成的锰结核,是由于上部有机碳的分解,造成液化层呈弱还原条件,有利于沉积中的Mn2+、Cu+、Ni+离子向上迁移,因此可形成Mn/Fe比值高的富含Cu、Ni的锰结核; 纯水化成岩作用形成的锰结核,是由于靠近海底水中的铁、锰胶体质点的共凝沉淀(MnO2为正电荷胶粒,Fe(OH)2为负电荷胶粒)作用,形成Mn/Fe比值低而富含Co的锰结核,其主要成分是艿- MnO2·H2O。不过,自然界中大多数锰结核是成岩作用和水成作用二者混合作用的结果。 位于大洋中脊、弧后盆地和热点区的热液活动喷出的含矿热液可以扩散运移上千千米,从而导致海底铁锰结核中普遍存在热液作用影响的痕迹。 铁锰结核形成的地质过程,水成成矿作用和早期成岩成矿作用是形成铁锰结核的主导过程,生物成矿作用和热液成矿作用虽与铁锰结核的形成有关,但因其影响较弱,并不是铁锰结核的主导成矿作用。 因而,整个世界大洋中分布于远离大陆和强烈热液活动的低纬度海区的铁锰结核是最具潜在经济价值的海区。 (五)锰结核的生长历史与生长速率 依据锰结核的构造特征、微体古生物记录以及10Be法测年等资料,锰结核的生长历史或划分三个世代(韩昌甫等,1994): Ⅰ、始新世末期(24.6 ~14.4MaB.P.) Ⅱ、中中新世早期~晚中新世末期(14.4 ~ 5.1MaB.P.) Ⅲ、上新世~第四纪(5.1 ~0MaB.P.)。不同结核生长历史差异性很大,有的分不出三个世代,有的却世代更多。 锰结核的分布与底层海水的氧含量有关,氧含量高的地方,结核富集;反之,则结核贫乏。 大洋中这种分布与南极底层水(AABW)有关,因氧的高含量与(AABW)的活动范围有关, (AABW)活动强烈的地方往往有锰结核分布,活动不强烈的地方则无锰结核分布。从历史上看, (AABW)活动时,可以形成锰结核;从全球角度看, (AABW)只有在气温低时才活动。因此,锰结核中的微层是低气温的记录,而间断面则为气温变暖的记录。 不同类型的锰结核,其生长速率相差很大,一般在1 ~20mm/Ma之间,有小于1mm/Ma者,也有大于300mm/Ma者。同一种锰结核在生长过程中其生长速率波动性很大。(六)锰结核的资源量锰结核的主要控制因素有:水深、沉积物间隙水的pH值、Eh值、碱度,构造环境等。锰结核的丰度是指单位面积中所赋存结核的重量,单位为kg/m2;覆盖率是指单位面积中结核所覆盖面积的百分比,用%表示;品位是指锰结核中Cu、Ni、Co含量的总和,亦用百分数(%)表示。锰结核的主控因素及丰度、覆盖率、品位等参数,是其重要的找矿标志,也是圈定矿区的主要依据。 根据估算,整个大洋底大约储存1500 ~3000Gt锰结核。其中按丰度10 kg/m2、品位Cu+Ni+Co> 1.76%圈定的富矿区资源量为14 ~99Gt。 大洋矿产的特征与成因海底磷矿铁锰结核 铁锰结壳 多金属热液沉积物 甲烷气体水合物 铁锰结壳 锰结壳(亦称铁锰结壳、富钴锰结壳、多金属结壳、)是一种水化成岩成因,生长在硬质基岩上的富含Mn、Co、Pt等金属元素的“壳状”沉积物。基岩主要为拉斑玄武岩和碱性玄武岩。 是一种海底自生铁锰氧化物、氢氧化物集合体,一般生长在几乎无沉积物覆盖的海山顶部和斜坡基岩上。其产状有两种:一种是球状或似球状铁锰结壳,是铁锰氧化物、氢氧化物环绕岩石碎块生长形成的,具有核心构造; 第二种是被状铁锰结壳,是铁锰氧化物、氢氧化物直接生长在基底岩石上形成的 。 虽然一百多年前在几乎发现铁锰结核的同时就发现了铁锰结壳,但很长一段时间并未对铁锰结壳给予特别的关注,只是当作结核的一种特殊产状看待。直到20世纪80年代初,德国“太阳号”科学考察船在中太平洋海山区发现铁锰结壳中Co的异常富集后,才开始了铁锰结壳的专门调查和研究(Halbach et al,1982、1983、1984)。接下来的研究还发现除Co之外,Pt、REE、P等在铁锰结壳中亦有高度富集。 目前,作为最具潜在经济价值的深海矿产资源之一,铁锰结壳已引起愈来愈多国家和研究者的重视。(一)锰结壳的基本特征锰结壳为黑色或暗褐色,表面多呈瘤状或葡萄状,也有光滑和松散土状者。结壳内部往往具有平行纹层构造,可以反映其生长过程中的环境变化。结壳一般厚1 ~10cm,最厚可达24cm,呈壳状生长于硬质基岩表面上。电子显微镜下,可以观察到结壳层的分带性,从表面的光滑、多丘、松软状构造向内逐渐过渡为比较致密状、贝壳断口状和浸染状铁锰氧化物,内部有球状、纤维状、贝壳状和网格状构造。 (二)锰结壳的分布特征 铁锰结壳在世界大洋中的分布远没有铁锰结核那样广泛,它主要生长分布于南北纬5°~l5°之间、水深500~3500 m(即最低含氧层和碳酸盐补偿深度间)且远离大陆的海山顶部和斜坡上。到目前为止,调查研究发现的铁锰结壳绝大部分分布于太平洋区,而且主要集中在夏威夷群岛、约翰斯顿岛周围、中太平洋和西太平洋海山区。 此外,在西北印度洋、西南印度洋、北大西洋和南大西洋等海域也有相对比较集中的分布 。 Hein(1990)将锰结壳的沉积环境分为板块内火山堆体、大洋扩张轴、活动火山弧以及大陆边缘等单元。研究表明,锰结壳一般分布在CCD面之上,赋存水深大多为300 ~3000m,个别达4000多米;锰结核则分布在CCD面之下。世界大洋铁锰结壳分布图 铁锰结壳的基底岩石类型较多,主要有拉斑玄武岩、火山角砾岩、粗面岩、蒙脱石岩、泥灰岩、磷灰岩等。基岩的年龄与结壳的形成分布有关,一般认为年龄老于20 Ma的基岩才有可能形成较厚的结壳。 铁锰结壳的集中分布区一般是远离板块扩张中脊的海山区,如中太平洋海山区和西太平洋海山区年代较老的海山上生长分布着大量的铁锰结壳。铁锰结壳分布区很少或没有沉积物覆盖,薄层沉积物仅局限于海山顶部或平坦的斜坡处。沉积物为含钙硅质软泥。 从海山顶向斜坡下部,随着深度的增加,厚度增大,黏土增多,钙质生物减少,而不利于铁锰结壳的生长。沉积速率低或缺乏沉积的海山区是结壳发育的有利地区。 (三)锰结壳的矿物组成和化学成分 1、矿物组成铁锰结壳总体上由三类矿物组成:第一类,铁锰氧化物和氢氧化物自生矿物,主要是δ-Mn02(水羟锰矿),占铁锰氧化物、氢氧化物的90%以上,还有少量的钠水锰矿和钙锰矿等;第二类,硅铝酸盐碎屑矿物和自生黏土矿物,包括石英、长石、蒙脱石、伊利石等,深海沉积物中的矿物均可以在铁锰结壳中出现;第三类,磷酸盐矿物(磷钙土等)。 若将铁锰结壳作为一种潜在的矿产资源。其所含三类矿物中,硅铝酸盐矿物是杂质矿物,铁锰氧化物、氢氧化物和磷酸盐矿物则是矿石矿物。因为Co、Pt、REEs等具有潜在利用价值的金属主要赋存于铁锰氧化物、氢氧化物中,而磷酸盐矿物是P的主要载体矿物。 铁锰结壳中Co、REEs(稀土元素)和P的富集主要是水成成矿作用和生物沉积成矿作用的结果。这两种成矿作用越强,所形成的铁锰结壳的潜在经济价值越大。硅铝酸盐碎屑矿物和黏土矿物的混入对铁锰结壳的形成起了稀释和破坏作用,所以铁锰结壳只分布于几乎无正常沉积的岛屿水下斜坡和海山顶部与斜坡上。 2、化学成分 锰结壳中富集了多种金属元素,其化学成分较为复杂。与大西洋中多金属结核相比,其铁锰结壳富集Fe、Mn、P、CO2、C有机、Ti、Co、V、Sr、As、Cd、Yb、Lu等,贫Na、Ba、Zn、Pb、Ni、Cu、Li、Cr、Ce等贵金属,含量大致相同的有Si、Al、K、Mg、Ca、Mo、Sc、Hf、Tk、U、Sm、Eu、Lu以及Mn/Fe比值。 太平洋中铁锰结壳相对于多金属结核更富集Ca、Pb 及稀土元素,而Si、Na、K、Mg等较贫乏。 在对比大西洋和太平洋结壳的平均化学成分时可发现,大西洋相对富集 Fe、Si、Al、K、Mg、P、CO2、V、Li、Sc、As、Sr、Cd、Hf、Th、Ce、Nd、Pd等,贫Mn、Ni、Co、Pb、Ti、Zn、Cu、Cs、U、Lu、Pt、Ph等,含量相近的元素有Na、Ca、Sr、Ba、C有机、Mo、Cr、Sb、Ta、Sm、Eu、Yb Au等。 锰结壳与多金属结核在化学成分上的差别,首先是因为前者的形成主要是由于金属物质直接来自海水,而后者却有着金属物质的补充来源于下伏沉积物。在多金属结核形成时,成岩来源的作用越大,则与锰结壳成分上的差别也越大。锰结壳化学成分的主要特征是Co含量较高,而Ni、Cu、Zn含量较低。铁锰结壳中的元素组水成成因元素组:包括Mn、Fe、Co、Pb、REEs等,是铁锰结壳的水成成矿作用富集的结果;生物成因元素组:主要包括P和Ca,是海底生物沉积成矿作用的反映;海解成因元素组:包括Cu、Ni、Zn、Cd、Ba、Mg等,反映了海底海解-沉积作用;造岩元素组:主要是Si和Al,反映了铁锰结壳形成过程中硅铝酸盐碎屑矿物和黏土矿物的混入作用。(四)锰结壳的成因机制锰结壳的形成是海水中铁锰硅酸盐胶体、铁锰氧化物胶体和MnO2胶体因其异性电荷相互作用而发生共凝沉淀的结果。因为MnO2胶体带负电荷(其零电位时pH=2.8),它可以吸附Cu、Co、Ni等正电离子,并使Co氧化(Co2+→Co3+);Fe(OH)3带正电荷,零电位时pH=8.5,因而MnO2胶体与Fe(OH)3胶体可相互作用,并发生共凝沉淀;硅酸盐中SiO2胶体也带负电荷,其零电位时pH=4,它与Fe(OH)3胶体也能发生共凝沉淀。所以,富Co的铁锰结壳是海水成岩作用形成的。 锰结壳与硬质基底之间界线清晰,缺乏相互作用的痕迹,证明硬质基底的物质组成对锰结壳在其上的聚集不产生影响。锰结壳与基底表面倾斜度的密节关系说明,锰结壳的形成不是由溶于水中的悬浮物质沉积作用造成的,而是铁和锰的氧化细菌作用的结果,这些细菌的新陈代谢作用产生H2O2,使价低Fe、Mn高速氧化,导致洋底多金属锰结核和锰结壳的形成。(五)锰结壳的生长历史与生长速率哈尔巴赫(1987)将中太平洋的铁锰结壳分成两个世代: Ⅰ是12 ~18MaB.P.生长的老结壳; Ⅱ是11MaB.P.以来生长的新结壳。而在12 ~11MaB.P.之间形成灰白色磷钙土层。磷灰石主要为钙磷石和碳磷灰石,是铁锰结壳划分两个世代的标志层。 铁锰结壳的形成与地质历史密切相关。铁锰结壳一般形成于新生代晚期全球气候明显恶化的时期,南极底层流在18MaB.P.前后开始活动,并逐渐减弱,老结壳的形成正好与南极底层水活动相吻合,而新结壳则出现在南极底层水运动不太激烈的时期,形成磷钙土的时期正好与最低含氧层的扩张时期相吻合。 锰结壳的生长速率一般为1 ~10mm/Ma,而热液型锰结壳的年长速率可达100 ~200mm/Ma。 Puteanus和Halbach(1988)的研究表明,锰结壳的生长速率(S)越快,其Co含量越低,其关系式为: S(mm/Ma)=1.28/[Co(%)-0.24] 条件是Co的含量范围为0.24% ≤ Co ≤ 2.0%。水成锰结壳的生长速率还与生物生产力相关,生物生产力越高,铁锰结壳的生长速率越大。(六)锰结壳的资源量根据Cronan等(1989)的资料,仅莱思一库克群岛区(170° ~155 °W,5 °N ~20 ° S),锰结壳的分布面积就约7.5万Km2,估计资源量112×106t,其中含Co达1465×103t、Pt为97t。 世界洋底(尤其是太平洋底)广泛地分布着锰结核和锰结壳,其中蕴藏着极为丰富的Cu、Ni、Mn、Co等有用金属资源,而且这些有用金属资源目前还在随着锰结核和锰结壳的不断增生而增长着。仅太平洋底锰结核和锰结壳中的主要金属储量与全球陆地上的储量相比就可知道,它们分别是全球陆上储量的几十至几千倍。从核技术上看,当今科学核技术解决其开采和利用的问题并不难。但是,由目前世界Cu、Ni、Mn、Co的库存量还比较大,因此世界市场并不需要立即投入开采。目前,仅美国、德国、日本等少数国家,因工业用Co完全依靠进口,所以这些国家对洋底锰结核和锰结壳的调查及工业度采比较积极。大洋矿产的特征与成因海底磷矿铁锰结核 铁锰结壳 多金属热液沉积物 甲烷气体水合物 多金属热液沉积物 海底多金属热液沉积物 是指与海底火山活动伴生的多金属硫化物和与之共生的铁的氧化物和硅酸盐、锰的氧化物等组成的含金属沉积物,通常含有重晶石、二氧化硅和硬石膏。这些矿床大多数产于洋中脊的扩张中心(包括红海),其次是汇聚型板块边缘,也见于板块内部的热点活动区(如夏威夷的Loihi热点区)。 世界洋底139处热液多金属矿点分布图 矿床的特征与形成 (1) —以大洋中脊为例 大洋中脊的热液矿床系由海水通过裂隙进入海底岩石,并从岩石中淋滤金属变成含矿热液,然后再上升回到海底将淋滤的金属沉淀而形成的。这种反应和循环的驱动力是侵入洋中脊地壳中的岩浆所提供的热源。由于大洋板块在洋中脊分离,岩浆以岩墙形式侵入洋底次表层,并以熔岩流形式喷出海底。由于海底向远离洋脊扩张轴方向运动,产生裂隙,允许海水进入。 矿床的特征与形成 (2) 这种海水的下渗可以在洋中脊两侧较宽的带内深达2~3 km。在下渗过程中水体开始变热,并从周围玄武岩中淋滤金属。在此过程中可以发生一系列化学反应,剧烈地改变着海水的化学成分。由于Mg 2+和OH-离子进入硅酸盐,并产生H+离子,所以海水的酸度增加; H+离子与玄武岩中矿物的阳离子发生交换,从玄武岩中淋滤出金属Fe、Mn、Cu、Zn等;Ca 2+和S04 2一反应生成硬石膏; S 2-离子和Fe反应生成黄铁矿,同时Cu和Zn的硫化物也沉淀;水合反应导致溶液中Na、Cl的富集。 矿床的特征与形成 (3) 热的酸性富金属的热液向海底运移,其中的金属以氯的络合物形式迁移。如果含矿热液上升过程中遇到足够的冷的下渗海水,其中的金属就以网脉状硫化物沉淀于洋壳上部。如果含矿热液上升通道与海水隔绝,未被稀释的热液即以烟囱形式喷出,这种烟囱含有细粒的热液沉淀物,其沉积即形成热液矿床。 矿床的特征与形成 (4) 洋中脊喷出的热液的成分与海水下渗,直到形成热液喷出期间与周围岩石的反应程度,以及上升过程中与海水的混合程度等有关。有些热液的浓度很低,l0℃以下才有物质沉淀,有些浓度则很高,400℃就开始有物质沉淀。 高温热液自喷口喷出时,因受周围海水的影响,温度快速下降,热液中溶解的物质快速结晶析出,形成烟囱状外壁。烟囱壁的生长可能是非常迅速的。深潜观察表明烟囱壁生长的初始阶段速率可高达30 cm/d,生长晚期的烟囱壁一般为8 cm/d。 矿床的特征与形成 (5)自烟囱喷出的高温热液因含有快速晶出的微细硫化物颗粒而呈黑色烟雾状,被形象地称为“黑烟囱”(black smoker)。如果喷出热液中含的固体微粒是重晶石、蛋白石等,则形成所谓的“白烟囱”(white smoker)。 热液喷出后其中所含的物质除部分呈烟囱状沉淀在喷口处外,大部分被喷向海底以上200~300m的海水中,形成热液羽(hydrothermal plume),然后被强大的海流携带而分散。热液羽中残留的金属除部分仍以硫化物颗粒沉淀外,大量的锰和铁被氧化成氧化物沉淀。因此,在绝大多数已考察的洋脊顶部和两翼的广大区域内形成含金属沉积物。 洋中脊的多金属硫化物以及与其共生的含金属沉积物的组成变化很大,与温度、被淋滤的海底岩石的成分、淋滤范围内 岩石/水 比例等多种因素有关。 海底硫化物矿床的主要组成矿物有:黄铁矿、白铁矿、闪锌矿、黄铜矿、方黄铜矿、硬石膏、重晶石、蛋白石等。高温矿床富含Cu、Zn硫化物,低温矿床含有大量的非晶质SiO2,有时也含有重晶石。大洋矿产的特征与成因海底磷矿铁锰结核 铁锰结壳 多金属热液沉积物 甲烷气体水合物 甲烷气体水合物甲烷气体水合物(methane gas hydrate) 是一种由天然气(主要是甲烷)和水结合而成的冰状化合物。水合物中的气体来源于被埋藏的有机物。沉积物中所含有机物被埋藏后,由于微生物或热力作用可以产生甲烷。在低温高压(水深大于400 m)下的海底表层,甲烷中的氢结合进入水分子构成的晶体格架中形成气体水合物。 结晶的过程使甲烷比其以气体或液化形式存在时的体积小得多。每立米的甲烷气体水合物理论上含有164 m3的气体和0.8 m3的水 。实际上,因为水合物格架中适于甲烷分子存在的位置有可能空缺或被其他气体与烃类占据,所以每立米的水合物估计可以释放出150 m3的甲烷。 因此,甲烷气体水合物成为一种重要的潜在能源矿产资源,这种资源包括气体水合物及其下部圈闭的甲烷,在全球其总量约相当于全部其他化石燃料的两倍 。 (1)稳定带 甲烷气体水合物产于永久冻土带、大陆架和深海底。在水深大于400 m的“甲烷气体水合物稳定带(methane gas hydrate stable zone,简称为HSZ)”中是稳定的 。 HSZ HSZ是一个沉积物层中的热力学平衡带。这一平衡带从海底沉积物表面开始向下延伸的厚度取决于温度、压力和海底热流。因为海底温度为2~4℃且变化不大,所以气体水合物晶体结构稳定的条件主要是压力和热流。水越深,压力越大,HSZ越厚。下部热的岩石和上部冷的海水之间的热传导在任何给定深度下的压力——温度场内处于平衡状态。因此,进入HSZ底部的热向上传导,释放到海中,因而维持整个HSZ中气体水合物稳定条件 。气体水合物的形成 气体水合物也可以在水中形成,但是由于水合物晶体密度小于水,所以除非这种水合物被固定到沉积物颗粒等物质上,否则会上浮而变成气体。只要热力学条件许可,甲烷气体水合物可以形成于任何海底沉积物中,如钙质、硅质、富黏土的沉积物,也就是说沉积物岩性不是气体水合物形成的主要条件。气体水合物形成的最佳位置是水深大于400 m的大陆坡、大陆裾巨厚沉积区。 全球海底甲烷气体水合物分布图 (2)产状 以前认为气体水合物只发育在永久冻土带。石油工业界最初因烃类输送管被阻而发现这种气体水合物。气体水合物作为自然产物的发现是在北美和俄罗斯的北极地区,后又在北极永久冻土带的其他地区发现这种水合物(包括陆地和大陆架),随后又发现于非永久冻土带的浅海陆架地区,呈层状分布于海底表层沉积物中。 除永久冻土带之外,在许多陆架、陆坡、大陆裾发现气体水合物,包括黑海、墨西哥湾、印度洋。虽然气体水合物主要产于水深500~3000 m的海底,但是如果沉积物气体生成量较大,在水深更大的区域亦可形成。 现在人们已经观察认识到气体水合物广泛分布于海底,特别是在具有中等至巨厚沉积的陆架区更为普遍。在长期的沉积成岩过程中,水合物盖层圈闭和聚集气体的潜力比通常的储层大得多。(3)圈闭类型 “简单”圈闭:由于沉积作用分布不均匀和底流冲刷造成的海底地形不平坦区,因此水合物本身即可形成圈闭。 “复合”圈闭 :除水合物层之外,构造和地层亦是非常重要的条件。地层倾向和水合物层倾向相反时即可形成气体圈闭。(4)资源潜力 海底气体水合物作为一种能源矿产的潜力很大。在北极地区已经进行了甲烷气体水合物的商业开采。然而由于海底沉积物中只有轻微的压实,且其表层的“石化”盖层(气体水合物)难以通过常规的地质工作方法观察到,对广阔的海底沉积物又从未开展过碳氢化合物勘查,所以除个别地区外,甲烷气体水合物的资源量尚不清楚。 即使最保守的估计,全球气体水合物中气体的l%也高于世界探明的常规天然气储量。(5)环境意义由于天然气水合物中两种温室气体甲烷和二氧化碳的大量存在,天然气水合物与全球气候变化以及地质灾害有着十分密切的关系。 天然气水合物也可能是引起地质灾害的主要因素之一。由于天然气水合物经常作为沉积物的胶结物存在,它对沉积物的强度起着关键的作用。天然气水合物的形成和分解能够影响沉积物的强度,进而诱发海底滑坡等地质灾害的发生。 作为未来新能源的天然气水合物,同时也是一种危险的能源。有关天然气水合物的开发利用就像一柄“双刃剑”,需要非常小心谨慎的对待。在考虑其资源价值的同时,必须充分注意到有关的开发利用将给人类带来的严重环境灾难。 三、深海底矿产资源的开发前景与研究意义政治方面:国际海洋法明确规定位于国际海底的矿产资源属于人类的共同继承遗产。我国作为占世界人口五分之一的发展中大国,理所当然应该积极参与国际海底矿产资源的勘查开发,维护我国在国际海底的权益,同时也维护全世界发展中国家的权益。 三、深海底矿产资源的开发前景与研究意义资源经济:20世纪60年代美国学者指出海底矿产的巨大资源量,引起发达国家相继开展大规模勘查与研究,并预测20年后将进入铁锰结核的商业开发阶段。但随着勘查研究的深入,国际矿业市场的发展和深海采矿对环境影响的不可预测性,到了20世纪80年代预测的商业开发未能实现。接着又有人预测商业开发将在20世纪末发生,目前又有人预测商业开发在21世纪30一50年代之前不会发生。海底的其他矿产也有类似的情况。但无论如何我们不能否认深海矿产资源商业开发的可能性。但由于时间上的不确定性,勘查研究工作应该实事求是地从战略角度考虑做长远部署。 三、深海底矿产资源的开发前景与研究意义科学意义:广阔的海底作为成矿作用的天然实验室,对成矿学理论的意义远比某一个或某几个“重要”矿床大得多。现代海底成矿作用的研究正在或必将引起成矿学和矿产勘查理论的革命。 目前对于海洋矿产勘查研究在这方面的意义应该给予更大的重视。现代海底和古海底类似矿产成矿环境的比较研究,和以现代海底成矿作用的规律指导陆地古海洋矿产的勘查与开发,应当是当前这一领域研究的重点内容。第二节 滨海及陆架海洋固体矿产一、滨海及陆架海洋固体矿产概论 二、20世纪滨海及陆架海洋固体矿产调查研 究回顾 三、海洋砂矿 四、建筑用海洋沙砾 五、21世纪滨海及陆架海洋固体矿产展望一、滨海及陆架海洋固体矿产概论 滨海及陆架海洋固体矿产资源,系指位于现今海岸线零米水深线以上且自第四纪以来曾被海水淹没过的地段和水深0~200 m浅海区海底蕴藏的以固态形式产出的具有工业价值的矿产。 研究范畴 滨海及陆架砂矿资源分为金属和非金属重矿物砂矿、建筑用砂砾石集料、工业砂及贝壳等几种类型,主要是在海洋水动力作用下于有利的地质环境和地貌部位富集成矿。 此外,位于海底的沉积成岩的层状矿床(煤、盐类矿床)及热液脉状金属矿脉(白钨矿、锡、金、铁、铅、锌)等延伸入现今海底岩石中的矿床,均可称为滨海及陆架海底固体矿产。作为盐类、矿产的重要形态——地下卤水为液态,则不列入。 研究内容和方法 (1)研究内容 海洋固体矿产研究内容与陆地固体矿产研究内容大致相同,主要研究矿床形成的区域地质背景、矿区及矿床特征、成矿条件及成矿环境、成因机制、富集规律、储量及经济评价、调查技术、开采方法、选冶技术、开发环境及对环境的影响等,因为矿床埋于水下海底,故其评价技术较陆地难度大。 (2)主要研究方法 大陆架固体矿产勘查研究,主要是各种地质-地球物理-地球化学方法的综合选择。对于不同类型矿床和不同勘查阶段,选择各种方法的合理结合和选择最佳的工作程序。 ①预测评价研究阶段 ②普查评价研究阶段 ③勘探研究阶段 预测评价研究阶段 该阶段的研究是建立在1:2 000 000~1:500 000地质一地球物理综合调查的基础上,其主要目的是要获得可能的含矿建造。这要借助于各种磁力和重力勘探方法,同时要对海底表层沉积物粒度、矿物和地球化学进行取样研究,以便圈定有用组分异常区的分布范围及沉积物粒度与矿物和元素的共生关系,结合成矿条件和成矿环境分析,进行成矿远景区划和矿产预测评价研究。 普查评价研究阶段 是在上阶段提出的成矿远景区内进行l:200 000~1:50 000的详细预测研究,进一步确定矿床围岩类型和沉积物的共生组合,查明它们的地质构造、地貌位置及物质成分特点。该阶段大部分成矿控制因素已得以确认。 应用的地球物理方法有:为研究基底起伏的电法、为查明沉积盖层结构和矿床围岩岩石和沉积物组合的地震法、用以确定放射性元素聚集和重矿物堆积区为目的放射性剖面测量以及能够确定含矿岩石的构造部位的磁法和重力测量等。选择最有利的成矿部位布设钻孔取样,以了解海洋固体矿产评价有关的参数及地质构造,提出进一步勘探区域。 这一阶段还必须进行海洋环境及海底不稳定性的综合调查评价,并初步评价开采海底矿产对环境的影响。 勘探研究阶段 该阶段要进行l:25 000~1:1 000地质测量,比例尺的选择取决于不同矿种的地质、技术及经济条件。钻探取样是该阶段的主要工作手段,钻探深度据不同矿种和不同地质条件而定。通过钻探取样以获得矿床评价所需的各种参数,如矿床的品位、厚度、面积等,同时要进行采矿技术条件研究及开采对环境影响的评价,提出防治环境污染和预防环境恶化的有效措施(简称环评),最终提交矿床储量和做出经济评价。 上述三个阶段反映了陆架区海洋固体矿产资源评价研究的基本轮廓,各种工作方法的结合,特别是地球物理方法,主要取决于经常变化的具体条件,因此根据各方面条件选择适当的工作方法就显得特别重要。 一、滨海及陆架海洋固体矿产概论 二、20世纪滨海及陆架海洋固体矿产调查研 究回顾 三、海洋砂矿 四、建筑用海洋沙砾 五、21世纪滨海及陆架海洋固体矿产展望 1、中国滨海及陆架海洋固体矿产回顾 20世纪50及60年代是我国滨海砂矿勘查的主要时期,沿海省、市地质局、冶金局、非金属矿产公司等单位开展了滨海砂矿普查勘探,提交了诸多矿区普查勘探报告,探明了一批工业矿床。 1、中国滨海及陆架海洋固体矿产回顾 20世纪70年代原地质矿产部、国家海洋局等单位在进行海洋综合调查的同时,对某些海区海底沉积物中的重矿物进行了调查 。主要有:《北部湾海底地形、底质及沉积矿产概查报告》、《南黄海西北部海底地形、沉积物和矿产概查报告》 、《黄海区沉积调查报告》、《东海海区海洋地质综合调查报告》 及《北黄海中部海底地形、沉积物和矿产初步概查报告》等。 1、中国滨海及陆架海洋固体矿产回顾 20世纪80年代继续进行了部分海区砂矿选点调查,并对我国滨海砂矿进行了系统的研究。主要有: 《南海北部内陆架沉积与固体矿产调查报告》、《广东红海湾砂锡矿物探调查报告》、《黄茅海砂锡矿点调查报告》、《山东半岛滨海砂矿成矿条件和成矿远景区划图及图集与说明书》 、《中国滨海砂矿分布及富集规律研究报告》、《l:2 000 000万中国滨海砂矿分布图》、《广东阳江一电白近岸稀土砂矿调查报告》 、《中国滨海砂矿》专著 等。 1、中国滨海及陆架海洋固体矿产回顾 20世纪90年代以来,主要的调查研究成果有:《辽东半岛滨海砂金矿调查报告》、《胶东砂金》专著 、《华南第四纪滨海砂矿》专著 、《中国海区及邻域地质地球物理图集》、《中国海岸带地质》、《莱州湾东部滨海水域砂金调查及资源评价报告》、《台湾西部沿海海沙性质调查研究》、《海南省滨海砂矿钛锆资源综合利用》 、《中国近海地质》 等。 1、中国滨海及陆架海洋固体矿产回顾经40余年对我国滨海及陆架固体矿产资源的调查研究,探明有工业价值的滨海及大陆架海洋固体矿产类型有:砂矿,包括重矿物砂矿、砂和砾石建筑材料、工业砂、贝壳;海底煤田。 (1)滨海重矿物砂矿 系指分布于现今海岸低潮线以上的砂矿,主要形成于第四纪高海面时期及现代,具有工业价值的重矿物、工业砂、砂和砾石集料、贝壳等在海洋水动力等因素的作用下,于有利的海岸地貌部位富集成矿。 ①主要矿种及地理分布 我国目前已探明具有工业储量的滨海砂矿矿种有钛铁矿、金红石、锆石、磷钇矿、独居石、磁铁矿、锡砂矿、铬铁矿、铌铁矿、钽铁矿、砂金、工业砂、砂和砾石集料、贝壳等。 我国滨海砂矿主要分布在山东、福建、广东、广西、海南和台湾省。其中,锆石以山东、广东、海南、广西矿床规模较大,钛铁矿主要分布在海南、广东、广西、福建,独居石、磷钇矿分布在海南、广东和台湾,工业砂、砂和砾石集料主要分布在山东、福建、广东、广西、台湾和海南,砂金分布在山东和辽宁,砂锡矿、铬铁矿、金红石、铌铁矿、钽铁矿主要分布在广东和海南。 ②分布及富集规律 我国滨海砂矿主要分布在胶辽台隆和华南褶皱系两大地质构造单元滨海区,其富集程度与近岸出露的基岩含矿丰度密切相关,不同母岩往往决定了不同的砂矿类型。我国具有工业价值的滨海砂矿中的重矿物主要来自沿岸出露的前震旦纪和加里东期变质岩系和混合岩以及广泛出露的印支一燕山期中酸性岩及部分第三纪一第四纪基性喷发岩。 ③开发应用现状 目前,全国已探明的滨海重矿物砂矿储量为164137.3万砘,保有储量为1162244万砘, 1995年全国滨海重矿物砂矿总产量为9.4352万砘(广东832 t、海南9.1124万砘、广西2396 t),其中金红石产量为2101 t、钛铁矿90116 t、锆石1871 t、独居石264 t。 1993--1995年全国滨海重矿物砂矿年产值分别为0.65亿元、0.53亿元、0.63亿元,从业人员分别为0.21万人、0.08万人、0.12万人 。 (2)浅海重矿物砂矿 系指现今海面低潮线以下至水深约200 m范围以内所形成的砂矿。 ①主要矿种 纵观我国各海区以往调查成果,因其工作程度低,尚未探明具有工业储量的浅海砂矿,但发现了众多的重矿物高含量区或异常区。具有远景的矿种主要有锆石、钛铁矿、金红石、独居石、磷钇矿、磁铁矿、石榴石、砂金、贝壳等。 ②重矿物高含量区或异常区的分布 高含量区系指某种工业重矿物在海底表层沉积中的含量相对较高的区域,如在渤海、北黄海、东海圈定了部分重矿物高含量区。 异常区是据国家计委地质局l972年颁发的《矿产工业要求参考手册》和1975年《海洋调查规范》圈定的。在南黄海和南海据样品品位高低划分为I、Ⅱ级两级异常区;在渤海区圈定5个,北黄海6个,东海8个,共计重矿物高含量区19处。在南黄海圈定Ⅰ级异常区l2个、Ⅱ级异常区7个,在南海圈定I级异常区l0个、Ⅱ级异常区20个,各级异常区共计49个。 ③重矿物高含量及异常区特征 分布形态以平行海岸呈条带状、椭圆状、斑块状和不规则状等,分布面积大小不等,一般为数十至数百平方千米,部分达数干平方千米。分布水深一般小于200 m,多在50 m之内,部分水深小于20 m。异常及高含量区沉积物类型主要为细砂、中砂、粗砂,部分为泥质砂,含结核砂和含砾砂等。 (3)海底聚煤区及海底煤田 ①渤海聚煤区:渤海盆地第三系的东营组、馆陶组和明化镇组发育有滨海沼泽相煤层,多数为褐煤。 ②南黄海聚煤区 :主要形成于下第三系渐新统黄海四组、三组、戴南组,含煤建造厚度为500~1 100 m ,主要为褐煤和长焰煤 。 (3)海底聚煤区及海底煤田 ③东海聚煤区 :东海海域第三纪聚煤时间自古新世至上新世均形成和发育了含煤建造,在成煤过程中,具有明显的阶段性,形成了多套含煤层系,构成多次沉积旋回。 ④南海聚煤区:分为台西南、南海北部、南海南部三个聚煤区。含三套煤系:晚白垩世-始新世隆巴望群海岸-渴湖相煤系、中新世阿兰组滨海沼泽相煤系和晚始新世一早中新世尼亚劳组海岸平原相煤系。 2、国外滨海及陆架海洋固体矿产资源调查研究回顾 由于海洋砂矿在海洋矿产资源所处于的重要位置,因此一些海洋国家均进行过不同程度的调查研究。发表的最具代表性的论著有1982年前苏联的《世界海洋陆架区砂矿》、1984年,英国的《水下矿产》、1990年,美国的《海洋矿产资源》等书。 (1)重矿物砂矿 锆石、金红石、钛铁矿、独居石 它们是滨海砂矿中最普遍、最重要的类型。目前世界上从事这类砂矿开采的国家有澳大利亚、印度、斯里兰卡、美国、塞内加尔、毛里塔尼亚、冈比亚、塞拉勒窝内、南非、莫桑比克、马尔加什、埃及、巴西、前苏联和欧洲等国家和地区;磁铁矿和钛磁铁矿 开采的国家有日本、新西兰、德国、加拿大和俄罗斯等国; 锡砂矿 泰国、印度尼西亚和马来西亚是世界上海洋锡砂矿的主要产地; (1)重矿物砂矿砂金矿 世界上不少国家能从大陆架区提取和回收砂金,如美国、俄罗斯、加拿大、智利、新西兰、澳大利亚和菲律宾等国,但只有美国和俄罗斯的砂金具有重要工业价值。 铂砂矿 美国是世界上开采滨海铂砂矿最主要国家,主要分布在阿拉斯加的白令海沿岸。 金刚石砂矿 主要产在非洲南部的纳米比亚、南非、利比里亚、安哥拉等国家和地区。 (1)重矿物砂矿 琥珀砂矿 已知开采的国家有俄罗斯、波兰、德国、新西兰、非洲北岸、意大利和利帕里群岛等国家和地区。 铌铁矿、钽铁矿 一般不能单独成矿,主要从采选重矿物砂矿中顺便提取或从冶炼粗锡剩下的炉渣内作为副产品回收。l977年国外从锡渣中回收铌150~200 t。泰国钽产量90%来自锡矿渣,年产钽317 t。 (2)贝壳 钙质贝壳在世界滨岸及大陆架广为分布,在加勒比海和沿太平洋与印度洋岛屿及环礁的热带海岸、潟湖和激浪带及爱尔兰海、苏格兰岸外和大西洋的许多地方均有分布。传统开采贝壳的国家和地区有:冰岛岸外是开采贝壳规模最大的地区之一,该矿位于冰岛西南部的法克萨湾内,碳酸钙含量可达80%,沉积的最大水深为40 m,厚1~4 m,主要用于水泥工业。 (2)贝壳巴西与冰岛一样,在20世纪50年代就开始利用海洋贝壳生产石灰。牡蛎壳产于巴伊亚洲海岸带、里约热内卢附近的沿海渴湖、圣卡塔林纳州的拉古纳和图巴朗地区。1986年巴伊亚洲总产量为5.15×105 t,里约热内卢年产量为8.2×105t,圣卡塔林纳州1 984~1 986年平均产量为3.8×104 t。美国在加利福尼亚、得克萨斯、路易斯安那、密西西比、亚拉巴马、佛罗里达、弗吉尼亚和马里兰等州一直在开采海洋贝壳沉积物,用于筑路、筑堤、浅水油井钻探驳船的底垫、石灰、药品、家禽饲料、水净化和二氧化硫散发控制材料等。 (2)贝壳 海滩贝壳砂和贝壳堤作为旅游资源和它对海洋的保护功能所产生的经济效益和环境社会效益已远远超过作为矿产资源利用所产生的效益,世界各国已日益趋向于对它的保护。 (3)海底基岩矿产 指海底表层松散沉积物之下岩石或裸露海底的各种岩石中赋存的固体矿产,主要有煤、铁、铅、锌、锡、铜、镍、金等。 滨海和大陆架浅水区,在地质上与相邻的大陆属同一构造单元,它们一般都经历过相同的地质发展过程,陆上发现的各种金属与非金属矿产都有可能在浅海海底找到。海底采矿一般由陆上巷道或建人工岛进入采矿区,由于开发技术比陆上和海底表层采矿复杂,经费浩大,因而只在离岸不太远的海域作业,目前开采海底基岩矿产尚居于非常次要的地位。 (3)海底基岩矿产 海底煤矿 开采最多的是英国、日本、智利和加拿大。英国苏格兰沿海探明5.5×108 t优质煤;智利海底煤田产量占全国83.9%;加拿大占38.7%;土耳其海底煤储量占全国总储量的三分之一;日本海底煤储量大约有4.3×109 t,占全国总储量的20%。近些年来,在俄罗斯东北陆架、美国阿拉斯加陆架、澳大利亚东南也发现了一些规模巨大的海底煤田。 海底铁矿 目前只有少数国家进行开采,加拿大纽芬兰岛塞普申湾是最著名的大型海底铁矿,估计储量有4×109~2×1010 t,早在20世纪50年代就在这里海底500米深处作业。法国也正在开采大西洋沿岸诺曼底半岛近海磁铁矿、赤铁矿及芬兰湾脉状磁铁矿和矽卡岩型磁铁矿,在瑞典和波罗的海也发现了海底铁矿。 一、滨海及陆架海洋固体矿产概论 二、20世纪滨海及陆架海洋固体矿产调查研 究回顾 三、海洋砂矿 四、建筑用海洋沙砾 五、21世纪滨海及陆架海洋固体矿产展望 海洋砂矿海洋砂矿是指滨海及浅海地区由于海水的反复运动,使有用矿物发生机械分选作用,在有利地形部位富集而成的碎屑矿床。一、滨海砂矿主要是指有用矿物在滨海环境下富集而成的具有工业价值的砂床。该类矿床分布广、规模大、品位高、具有矿体埋藏浅、易采、易选等优点。国内外现已开采利用的30余种滨海砂矿,无论其储量,还是开采量,都在世界矿产储量表中占有相当重要的位置。例如全世界金红石总储量9435万吨(钛含量),98%为砂矿;钛铁矿2.46×108t(钛金属),砂矿占一半;锆石的探明储量3175.2万吨(钛含量),96%来自滨海砂矿。从开采量所占世界总产量的比例来看,钛铁矿占30%,独居石占80%,金红石占98%,锆石占90%,锡石占70%(不包括中国),金占5%~10%,金刚石占5.1%,铂占3%等。 我国在上世纪50—60年代曾对滨海砂矿进行大规模调查,70年代以后调查工作向水下发展,截止80年代末,已探明具工业储量的矿种如下表: (一)滨海砂矿的一般特征和地理分布 滨海矿物的成分主要是一些化学性能稳定和比重较大的有用矿物,如金、铂、金刚石、锡石、锆石、金红石、独居石、磷钇矿、钛铁矿、磁铁矿等;某些非金属轻矿物如石英、贝壳等,当其大量聚集,也可作为玻璃砂、型砂或建筑材料进行开采。滨海砂矿的地理分布范围较广,并且具显著的地域性差异。例如,我国滨海砂矿的分布以广东省最多,集中了滨海金属砂矿的90%,非金属砂矿的82.7%,其次为台湾、山东、福建、广西。截至1996年为止。我国沿海海岸地带已知砂矿产地326个,各砂矿床191个,重要矿135个。 (二)滨海砂矿的类型和矿物组成克罗南将滨海砂矿划分为非金属砂矿、重金属砂矿及稀有金属砂矿等三大类这种分类的不足之处在于,宝石砂矿不仅仅只有金刚石,而且还应包括非金属砂矿中的黄玉、尖晶石、刚玉及重矿物砂矿中的绿柱石、金红石、锆石等。因此,把金刚石归并到非金属砂矿中,删去宝石二字,似更妥当。 我国主要是依据滨海砂矿的矿物成分和工业用途对其进行分类。因为我国滨海砂矿一般为复合型矿床,所以只能依据所含矿物的主次,将其归于某一工业类型。现将谭启新、孙岩编制的分类表列出,供参考。 此外对滨海砂矿的分类尚有下述三种方法: 1、按成因——地貌分类该分类首先依据滨海砂矿在其形成过程中占主导地位的外动力作用因素进行分类,然后按其赋存的不同地貌形态划分亚类,两者的结合反映了滨海砂矿在成矿作用中的动力环境。一般按成矿营力因素划分残坡积、冲积、海积、风积和混合堆积5类;按地貌形态分为16个亚类。我国滨海砂矿以海积成因类型规模较大,其次为冲积和风积型,地貌形态类型以海积沙堤、沙嘴、沙地和河口堆积平原型等工业意义较大,其次为海滩、冲积阶地、风积沙丘和海积阶地型。 2、按地质时代分类依据滨海砂矿形成的地质时代,可分为现代滨海砂矿和古滨海砂矿。前者是指在现今滨海地带所形成的砂矿,一般指晚全新世以来在现代岸线附近形成的砂矿,后者是指晚全新世以前形成的,目前离现代海岸有一定距离的砂矿,又可进一步分为抬升型古滨海砂矿和埋藏型古滨海砂矿。 3、按距母岩的距离分类按照滨海砂矿离母岩的距离的不同,可分为近源滨海砂矿和远源滨海砂矿两类。前者是指那些在原地或离原地生地数公里至数十公里沉积富集而成的滨海砂矿,比重大,易磨损的矿物多形成该类砂矿,其规模一般较小,如金、锡、铬铁矿和铌钽铁矿等。后者是指离原生地数十至数百乃至上千公里处富集而形成的滨海砂矿,这类砂矿一般比重相对较小,抗磨蚀能力较强的矿种,如锆石、钛铁矿、金红石、磷钇矿、磁铁矿和金刚石等。目前我国已发现的具有工业价值的较大型滨海砂矿床多为远源型。 二、浅海砂矿 浅海砂矿主要是指有用矿物在浅海环境下富集而成的具有工业价值的砂矿床。目前已在浅海区发现的重矿物多达60余种,初步调查结果表明,具有远景的矿种有金、锆石、钛铁矿、金红石、锐钛矿、独居石、磷钇矿、磁铁矿和石榴子石等。目前,我国在渤海、北黄海和东海浅海区已圈定出一些工业矿物相对高含量区,如莱州湾为金的高含量区、东海为钛铁矿、磁铁矿、石榴石、锆石的高含量区等。各海区工业矿物高含量区的划分标准见表各海区工业矿物高含量区划分标准(谭启新、孙岩,1988)依据1975年《海洋调查规范》,将样品中所含的工业矿物含量分为五级,每级含量是把所分析粒级中的单矿物含量换算为占全样的品位,然后再在此基础上划分为两个级别的异常。 南黄海、南海重砂异常区矿物含量分级表(谭启新、孙岩,1988)按照上述原则,我国近海砂矿高含量区有19个,Ⅰ级异常区22个,Ⅱ级异常区27个。 中国各海区砂矿异常(Ⅰ、Ⅱ)及高含量区统计表(谭启新、孙岩,1988) 据研究(谭启新、孙岩,1988)我国浅海区砂矿异常和高含量区有如下特点: 1)砂金矿主要分布在渤海的莱州湾东部,磁铁矿分布在渤海和东海,独居石(磷钇矿)分布在南海,金红石(锐钛矿)分布在南黄海和南海,石榴子石在渤海、北黄海、东海和南海都有分布。 2)矿体形态以平行海岸呈条带状,椭圆状、斑块状和不规则状等砂体为主,面积大小不等,一般为数十至数百平方公里,少数为上千余平方公里。 3)水深一般小于200米,多在50米以内,部分小于20米。 4)异常及高含量区的沉积物类型主要为细砂、粉砂,部分为中—粗砂、泥质砂、含结核砂和备砾砂等。 5)所处地貌单元有冲刷槽、沙脊群、水下沙坝、声河谷、三角洲、海湾、浅滩、潮流辐射沙脊、水下岸坡、水下阶地、古滨海平原等。 6)砂矿物质以陆源为主,来自陆地、岛屿和海底含工业矿物的不同时代的各类基岩侵蚀物,在海流、波浪、沿岸流、潮流等海洋动力因素作用下,砂矿物质在有利的地形、地貌部位进行富集。在其富集过程中,海洋水动力因素起着重要作用。三、海洋砂矿的形成环境和成矿控制因素(一)海洋砂矿的形成环境据埃默里和诺艾克斯的研究,海洋砂矿最适宜的形成环境是:现代中纬度高能海滩;陆源碎屑物质被径流搬运至河口、滨海地带,还可能有原地的残存物质或海蚀产物,在海平面相对稳定的情况下,经波浪、潮汐、沿岸流的反复分选作用后,一些化学性质比较稳定且密度较大的矿物,如金红石、钛铁矿、锆石、独居石等在沿海特定的地貌部位(如沿岸沙坝底部等)富集到具有经济意义时,便成为滨海砂矿。一般情况下,多平行海岸分布。 (二)海洋砂矿的成矿控制因素 1、母岩类型海岸及入海水系流域的母岩类型是控制海洋砂矿成矿的首要因素。一般而言,岩浆岩的有用矿物丰度高,变质岩次之,而沉积岩最差。母岩中的有用矿物丰度越高,补给面积越大,母岩剥蚀越深,形成砂矿的可能性也越大;反之则小。砂矿形成的规模,可利用富集成矿系数和原生源(补给有用的矿物的原岩)面积这两个参数来预测:富集成矿系数=原生源某一工业矿种品位(g/m3)/砂矿中该矿种最低要求工业品位(g/m3) 富集成矿系数越大,原生源面积越大,形成砂矿的规模也越大。海洋砂矿的补给方式,一般可分为单源补给和混合源补给两种。单源补给是指砂矿来源于同一母岩,这种补给方式形成的砂矿主要为内生矿原生源补给;混合源补给是指砂矿来源于两种或两种双下的母岩,这种补给方式形成的砂矿最多。按砂矿物的变化过程又可分为直接补给和间接补给两种,前者由母岩直接转为砂矿,后者则是由母岩转入沉积岩或古砂矿以后再进砂矿中。据彼得森对美国西北太平洋沿岸海成砂矿的研究,分布于华盛顿和俄勒冈海岸西北部的洋壳玄武岩是这一带钛铁矿的主要原生源;而加利福尼亚西北部和俄勒冈西南部洋壳下部超铁镁质岩的存在是这一带铬铁矿的主要原生源。 2、气候条件与水动力因素 气候条件是决定母岩风化形成和剥蚀速度的重要因素之一,在炎热湿润的条件下,物理——化学风化作用最强烈,这样的地区也是形成滨海砂矿的最有利地带。海洋水动力因素(波浪、潮汐、沿岸流)决定着近岸地区陆源碎屑物的再分配和海底泥沙运动及其分布规律。因此,海洋水动力的强弱及方向的变化直接控制着海成砂矿的形成、分布规律及其赋存的地貌部位等。例如,美国俄勒冈州纽波特附近的Otter Rock海难,由于冬季暴风浪冲蚀海滩面,轻矿物极易被海水带离,从而使钛铁矿在海岸底部聚集成黑砂矿;在海岸突出的海岬南侧,往往是黑色重金属矿物富集的地方,这是因为冬季暴风浪从西南方向涌向海岸,使重矿物在西南侧富集的缘故。 3、海岸和地貌类型依据滨海砂矿在时空上的分布特点,海岸类型是控制其成矿的重要因素。一般而言,港湾砂砾质海岸最有利于成矿,砂砾质平原海岸对成矿较为有利,可能成矿的海岸有港湾淤泥质海岸、红树林海岸及中小型三角洲海岸,而平原海岸、大河形成的三角洲海岸、基岩海岸、珊瑚礁海岸及断层海岸最不利于成矿。 滨海砂矿矿体主要赋存于海成沙堤、沙嘴、海积小平原、冲积河谷、冲积阶地、河口堆积平原等区,泻湖、风成砂丘、残坡积层等地貌单元只能形成中小型砂矿;剥蚀或海蚀地貌单元一般不成矿。 4、海平面变化海平面变化对海洋砂矿有着明显的控制作用。有用矿物组分在滨海富集成矿,只有在足够长的时间内海平面保持相对稳定时才能实现。当海平面上升时,原有的滨海砂矿就沉溺为浅海陆架砂矿,甚至滨岸河谷砂矿也可能沉溺为浅海陆架内溺谷砂矿,这时的砂矿床完全受溺谷地形的控制,当海平面下降时,原来形成的滨海砂矿将成为海积阶地砂矿。 一、滨海及陆架海洋固体矿产概论 二、20世纪滨海及陆架海洋固体矿产调查研 究回顾 三、海洋砂矿 四、建筑用海洋沙砾 五、21世纪滨海及陆架海洋固体矿产展望 1.世界海洋建筑用砂发展历史、现状与发展趋势 海洋陆架砂矿资源仅次于陆架石油和天然气资源,是居于第二位的潜在的海洋矿产资源宝库,特别是陆架地区分布广泛的建筑用砂砾石资源潜力巨大,具有资源利用的现实可能性。 建筑砂砾石资源的开采和利用受市场需求驱动。作为一种重要的建设用料,砂砾石是填充路基、铺设路面的主要材料,作为建筑骨料的砂砾石可以与沥青和水泥混合使用,另外纯砂还可用来制作灰浆或灰泥以及满足某些特殊行业的需求,而海沙对于海洋工程、海岸带养护更是具有特别重要的意义。 英国、美国、加拿大及日本是世界开展滨、浅海砂砾石矿产资源研究和利用最先进的国家。 日本是世界上建筑用砂的需求大国,也是世界上最大的海上采沙国之一。 英国采沙的历史较日本更长,距今已有70余年。 在未来的十年里,我国的人口将超过l3亿,同时国民经济l0%以上的高增长率将促使我国的工业化和城市化水平迅速提高,相伴出现的将是一个巨大的建筑砂砾石需求市场。 随着“可持续发展”的观念成为全球共识,近年来,世界各国普遍重视海洋砂砾石资源开采的工程环境分析,并因此制定和规划产业发展政策,指导砂砾石资源利用的良性循环。 2.中国海砂分布特征 我国拥有漫长海岸线和广袤的浅海陆架,这里蕴藏丰富的海沙资源。海沙分布受水动力、地貌、地质及海面升降等因素控制,格局十分复杂。根据沉积环境,大体可以分为海岸带、大陆架和近岸浅海3个海沙堆积体系。 (1)海岸带海沙堆积体系 按海滩(潮间带)的物质组成,海岸带可分为: 基岩海岸(岩滩) 砂砾质海岸(沙滩或海滩) 泥质海岸(泥滩或泥质潮坪) 砂砾质海岸是最重要的海沙堆积带。大陆砂质海岸长度占海岸线总长的25.61%。控制海岸砂质堆积的因素有物源、径流、波浪、潮流、海岸轮廓与海底地形等因素。堆积体类型主要是海滩(包括沿岸堤、水下沙坝等),其次有沙嘴、湾口坝、连岛沙坝,以及潮流三角洲(潮流沙脊)和风成沙丘等 。中国海岸带海沙堆积分布规律 ①砂质海岸主要分布在山地丘陵海岸,或少数狭窄山麓平原岸段,特别是有风化剥蚀严重的花岗岩、混合岩情况下,物源非常丰富,再加上山溪性河流发育,离物源近,搬运距离短,沉积物粒度粗,形成建筑海沙堆积最好场所。 尽管海岸带海沙堆积受控于水动力因素,但其分布更主要的是取决于地质地貌背景。在山地丘陵海岸中的岬湾型海岸,水动力条件多样,造成砂质海岸不连续分布,而与基岩海岸、泥质海岸相间出现。中国海岸带海沙堆积分布规律 ②有些虽然在地貌上是山地丘陵海岸,但由于受沿岸流携带大量泥质的影响,发育成为泥质海岸,如辽南、浙南一闽北海岸。但局部也会有砂质海岸,也不排除较大型海沙矿的存在。 ③就全国大陆海岸而言,砂质海岸仅占1/4略强(约25.57%)。按砂质海岸线实际长度计算,居全国前6位的省是山东(1321.9 km)、广东(1005.1 km)、福建(455.3 km)、辽宁(315.4 km)、广西(204.6 km)、河北(150.8 km),这是海岸带海沙资源的主要分布区。 (2)陆架海沙堆积体系 中国近海陆架沉积大体可分为泥质沉积、砂质沉积和混合沉积三大类。砂质沉积包括砂(未细分者)、贝壳砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂质砂等类型沉积。其中分布最广的是细砂约占80%,其次是中粗砂,再次是粉砂质砂。 砂质沉积分布面积约占陆架1/3强,主要分布在东海外陆架、南海北部外陆架、辽东浅滩、渤海海峡北部、西朝鲜湾、北黄海中部、海州湾中部、苏北浅滩、长江口外扬子浅滩、台湾海峡、台湾浅滩、珠江口外、琼州海峡东西出口、北部湾中部等海区。 中国近海陆架主要海沙堆积区 (3)近岸浅海海沙堆积体系 近岸浅海海沙是指分布在海岸带与陆架过渡带的海沙堆积,因其在海沙资源中具有重要意义,所以分出来讨论。海岸带正常的沉积物分布规律是由岸向海粒度由粗变细,由砂质变成泥质。但是有些地方在越过较窄的泥质带后,在深水区(5~30 m)又出现岛状粗粒沉积;有的海滩砂质堆积虽然和陆架砂质堆积相连,但粒度却由陆向海变粗;或者沙体呈舌状由海岸呈垂直或斜交方向向较深水域伸展。这些浅海砂质堆积体,往往被内陆架泥质堆积包围或半包围;有时和内陆架大片残留砂相连,但粒度比大片的陆架砂粗。 3.中国海沙资源潜力分析 (1)海岸带海沙资源潜力分析 (2)陆架海沙资源潜力分析 (3)近岸浅海海沙资源潜力评价 (1)海岸带海沙资源潜力分析 我国海岸带海沙储量相当可观,总储量可达3.588×109 m3或,5.382×109 m3。但人均占有量比较少,如果说用于建筑用砂只是一次性资源,而作为旅游资源则是可以持续利用的,较少造成环境破坏。现在把它们消耗掉了,将会给子孙们造成无穷的遗憾。海滩沙开采的最大问题是引起是海岸侵蚀、海水入侵等环境灾害,这方面实例已有大量报道。 因此,海滩砂不应开采,已开采的必须立即停止下来。仅个别情况下,如现在仍不断增长的潮汐三角洲沙体可以适当开采,但必须充分论证,并获得环境评价的保证。 (2)陆架海沙资源潜力分析 陆架海沙区面积大,储量大;成分以细砂为主,分选很好;但部分泥质成分较高,品质较差;从开采条件上看,一些潮流沙堆积区,水动力条件较强,外陆架水深又较大,开采经济效益较差;现在建筑业细砂需求量不是很高,陆架海沙难以成为目前开采对象。 但是,台湾浅滩、琼州海峡东口、珠江口外、扬子浅滩、北黄海风暴沙丘等处海沙粒度较粗,可能有良好的建筑集料分布。然而台湾浅滩海域是中国近海风浪最强的海区之一,采沙作业难度较大。琼州海峡东口、珠江口外、北黄海风暴沙丘区均可以作为寻找海沙的重点海区。 中国近海陆架主要砂质堆积海沙储量估算表 (3)近岸浅海海沙资源潜力评价 如果把水深5~30 m的近岸浅海海沙和海岸带海沙及大陆架海沙做比较,它们与海岸带海沙一样具有粒度较粗的特征,大部分是中粗砂(MCS)、砾砂(GS),最适合做建筑集料。 它们的分布接近现代海岸带,和海岸带的海沙一样距山地丘陵的物源区较近,搬运距离短,其品质常优于陆架细砂。浅海海沙分布水深比较浅,一般5~30 m,个别延伸至40~60 m,开采条件亦优于陆架区。初步统计近岸浅海海沙堆积19处,估算海沙储量达6.79×109 m3~1.0186×1 010 m3。 4.海沙开采的环境地质问题和可持续发展对策 随着我国国民经济的高速发展,滨海建筑沙作为一项重要的资源会日益引人注目。1997年以来海沙开采已屡有报道,海沙无序开采活动引发的许多环境地质问题也开始引起多方面的广泛关注,其中最突出的问题有海岸侵蚀、海水入侵以及底床破坏可能导致的对工程环境、航运和水产养殖带来的消极影响。 滨海建筑沙是一项十分重要的资源,如果严禁开采将是一种资源的极大浪费,如果无序开采将会导致严重的环境破坏,未来的环境治理将会付出更加惨重的代价。一个明智的选择是开展海沙开采的环境地质调查,确定滨海建筑沙资源保护政策和有效利用的方法,为政策管理部门进一步规范海沙开采活动,为发展我国海洋采沙业提供重要的科学依据。 21世纪是海洋的世纪,面对新世纪的到来,政府的选择将决定我国的海洋资源是否可以得到可持续利用、海洋生态环境是否可以得到有效保护、海洋经济是否能够日益蓬勃地持续发展。 一、滨海及陆架海洋固体矿产概论 二、20世纪滨海及陆架海洋固体矿产调查研 究回顾 三、海洋砂矿 四、建筑用海洋沙砾 五、21世纪滨海及陆架海洋固体矿产展望五、21世纪滨海及陆架海洋固体矿产展望 1.世界发展趋势 (1)资源的进一步勘查评价 (2)调查技术、方法和调查设备的更新 (3)采矿技术和选矿工艺的改进 (4)加大环境保护力度 2.论中国的可持续性发展 (1)主要成矿远景区 渤海湾沿岸贝壳砂矿。渤海辽东湾量矿物砂矿。渤海复州湾金刚石砂矿。渤海莱州湾莱州浅滩石英砂矿。渤海莱州湾东部砂金矿。北黄海滨海及近海砂金及重矿物砂矿。南黄海滨海及近海轻质重矿物及石英砂矿。台湾海峡福建及台湾西部滨海及近海石英砂及重矿物砂矿。 (1)主要成矿远景区南海广东陆丰一阳江北津港滨海及近海砂锡矿。南海广东阳江一雷州半岛东部一海南省东部滨海及近海重矿物砂矿、石英砂矿。南海广西珍珠湾-北海滨海及近海重矿物砂矿、石英砂矿。渤海湾盆地聚煤区。南黄海盆地聚煤区。东海陆架盆地聚煤区台西南盆地聚煤区。珠江口盆地聚煤区。北部湾盆地聚煤区。莺歌海盆地聚煤区。曾母盆地聚煤区。 (2)可持续发展战略 ①提高对海洋砂矿资源的开发意识 ②加强计划开采与管理及资源与环境保护 ③扩大找矿领域,加强普查勘探 ④根据国民经济发展需要安排调查矿种和地区 ⑤加强海洋矿产调查技术、采矿方法和选矿技术研究,提高开发能力 ⑥进一步加强区划和资源评价的研究 第三节 海洋石油天然气资源 石油是一种重要的矿产资源和能源,被称为“工业的血液”。以石油为原料的产品多达5 000多种。石油用途极广。海洋石油是世界石油资源重要组成部分。据不完全统计,海底蕴藏的油气资源储量约占全球油气储量的1/3。最新的勘探研究统计结果表明世界海洋石油总储量多达1450×108 t,天然气约45×1012 m3,21世纪海底油气开发将从浅海大陆架延伸到千米水深的海区。 目前海洋石油年产量已超过13×108 t,,占世界石油总产量的40%;海洋石油的产值已占整个海洋产业总产值的60%以上。 石油是在过去地质时期里,由生物遗体经过化学和生物化学变化而形成的。形成石油要具备一定的条件。 首先,要有大量的生物遗体,这是形成石油最重要的条件。在海湾和河口地区,大量繁殖的藻类、鱼类及其他浮游生物都是形成石油母质,当这些生物体迅速被河流带来的沉积物掩埋后,这些被埋藏的生物遗体与空气隔绝,长期处在缺氧的环境中,再加上厚厚岩层的压力、温度升高和细菌作用,便开始慢慢分解,经过漫长的地质时期,这些生物遗体就逐渐变成了分散的石油。 第二,要有储集石油的地层和保护石油不跑掉的盖层。生成的石油还得有圈闭(trap),海底地层中的砂岩孔隙较大,石油能够在压力作用下运移进去,使这些藏有石油的岩层就成为储积石油的地层。页岩孔隙很小,成为不让石油逃逸的盖层。如果页岩层处在储油层的顶部和底部,它们就会把石油封闭在砂岩层中,成为保护石油的盖层。 第三,还要有有利石油富集的地质构造。分散在砂岩中的石油并没有开采价值。当岩层受到巨大压力变形的同时,在含油层中密度小的石油和天然气受到挤压,运移到岩层的上部(即压力小的部位),而逐渐富集。这样,石油、天然气和水便移动到背斜的顶部。天然气密度最小,在背斜的最上部,石油密度次之,处在中间,下部则是水,经过这种构造变形,使分散的石油集中在构造的一定部位,成为可开采的油藏了。所以,背斜构造往往是石油的储油构造。 那些沉降幅度大、沉积地层厚的盆地,往往是形成石油最有利的地区。而在这些大型沉积盆地中,因受挤压而突起的背斜构造、穹窿构造又往往是储积石油最有利的地方。在海上找石油,就要找那些既有生油地层和储油地层,又有很好的盖层保护的储油构造区。 研究发现,世界石油可采储量的极限可达3000×108 t,其中海洋石油为1 350×108t,占世界石油可采储量的45%。初步调查海洋有含油气沉积盆地总面积约5000×104 km2。 现在海上的石油开采区主要集中在水深100 m以内的浅海区,海上石油勘探90%以上的钻井都集中在水深200 m以内的大陆架区(该区沉积盆地总面积为1500×104 km2)。水深大于200 m的探井只有900多口,而大于200 m的海区沉积盆地的总面积为3500×104 km2 。仅就这些探井初步揭示的情况来看,大于200m的海区,包括大陆坡、大陆隆和大陆盆中蕴藏的石油很可能是未来石油的重要远景区。M·N·加林科认为,深水区的石油资源甚至比水深300 m以内的大洋沿岸地带的储量还要多一倍半。 随着海上石油资源的重大发现,海洋石油在世界石油资源中的比例会大大提高,并将成为世界石油资源的主要供给区。 一、海底油气资源的开发历史与现状 从本世纪50年代开始,世界油气资源的勘探和开发工作才逐渐由陆地转向海洋。海洋油气资源的开发,曾经历了50年代的缓慢兴起,60年代的发展,70年代的跃进和80年代的稳步前进时期,从而使许多拥有浅海石油资源的发展中国家的经济产值迅速增长,其油气出口在国民经济中具有举足轻重的地位。 现在,已有100多个国家和地区在40多个沿海国家的海域进行油气勘探和开采,其产值占海洋经济总产值(2500~3000亿美元)的65%~70%。其中,尤以委内瑞拉、沙特阿拉伯、美国等国家的海上石油产量最多,年产石油均在千万吨以上。随着海上油气勘探技术的进步,海上钻井深度也越来越大。 l968年“格珞玛·挑战者”号船在墨西哥湾水深3572 m处的“挑战者号”圆丘下钻遇浸透石油的盐丘冠岩,并在其附近的钻孔中见有中新世浊积层,提示深水区可能储藏着石油; 1983年美国壳牌公司在美国东海岸1965 m水深处的钻井深度达4500 m。就目前的条件而言,在任何水深范围内进行商业性勘探钻井,无论在技术上或是经济上都是可行的。但是,由于发展石油和天然气的生产设施更为复杂,所以采油作业的水深能力总是要落后于钻探水深。 二、海底油气资源的分布情况 海上勘探结果表明,世界海底油气资源主要分布在被动大陆边缘的沉积盆地中,而主动大陆边缘分布较少。据目前的统计资料,大西洋,印度洋大陆边缘的油气储量占(世界石油总储量的)7/8,而太平洋大陆边缘仅占1/8。 (一)世界油气田的分布 印度洋的波斯湾是目前世界石油储量最丰富的地区,已经探明的储量超过l20×108t,几乎相当于世界石油储量的一半。该地区也是海上采油最多的地方,已发现十几个大油田。波斯湾自侏罗纪以来一直处于稳定下沉状态,沉积层厚达4~5 km,其主要含油层为侏罗纪、白垩纪及第三纪的石灰岩和砂岩,以背斜圈闭为主。 大西洋加勒比海的帕里亚湾、委内瑞拉湾等海域,是世界上另一个油气资源丰富的地区,已发现几十个油田一,探明储量50×108 t以上,其油气主要产于第三纪的三角洲沉积层中; 大西洋美洲岸外也是世界著名的产油区,如墨西哥湾,其中一新生代地层从岸边向湾外增厚,最厚可达15 km,含油层以密西西比河古三角洲沉积层、礁灰岩为主,即第三纪砂岩和白垩纪石灰岩为主要的含油层,已探明储量10×108 t。 位于大西洋北欧岸外的北海,是70年代开发起来的世界上最大而又典型的海洋油气产地,已经探明的可采石油储量超过30×108 t,天然气2.35×108m3 。其主要含油层为第三纪沉积岩,其次为石炭一二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪的砂岩和石灰岩。 大西洋西非岸外的几内亚湾,已发现l9个油气田,主要分布在达荷美一卡奔达的浅海区(包括尼日尔河三角洲),其主要含油层为第三纪砂岩。尼日尔河三角洲向外海延伸的深水区亦有司能成为油气资源远景区。 太平洋的澳大利亚岸外,菲律宾及印度尼西亚的浅海区,我国的渤海、黄海、东海、南海等海区,均是世界上重要的海洋油气产地。 (二)中国海域油气田的分布 中国海域,包括渤海、黄海、东海、南海,分布着许多中一新生代沉积盆地,沉积层厚达数千米,具有丰富的油气储量。估计近海石油总资源量约240×108t,天然气总资源量为14×108m3 。 1.渤海 为新生代沉积盆地,沉积层厚度>4 000 m,主要含油层为第三纪陆相砂岩。渤海南部和西部1990年产出石油738×104 t,埕北油田年产石油262×104 t;辽东湾油气田初步探明的石油工业储量为1.4×108 t,是我国大型油气富集区。 2.黄海 为中一新生代沉积盆地'以山东成山角至朝鲜半岛的长山之间连线分成南、北黄海。北黄海大部分海域中的沉积层厚度<2 000 m,不利于油气的储藏;而南黄海的沉积层厚度达5000 m以上,可能与苏北油田相连。含油层主要为老第三纪砂岩。据勘探结果推算,古新统和始新统两个生油层的生油量达50×108t以上,资源量在2.86×108 t以上。 3.东海 为中一新生代沉积盆地,特别是西湖凹陷等构造,最大沉积层厚度达万米以上。其构造规模大,位置好,油气圈闭好,可能获得地质储量30~168×108 t,可采石油储量1 0~37.18×108 t,是我国最好的含油气远景区之一。台湾岛周围海区已有长康、长胜、长安、长隆等油气田获得工业油气流,1986年底长康油气田已正式投产。 据研究(台湾海峡课题组,1989),位于台湾海峡的台西盆地,其面积为3.9×104 km2,该盆地发育有以下白垩统、始新统、下中新统为核心的三套海相一海陆过渡相生油气层系,具有优越的多套生储盖组合,是良好的油气远景区。预测其石油资源量至少有5.1×108 t,可能值为33.2×108 t,最大值为46.6×108t。 4.南海 南海周围宽窄不一的陆架上分布着许多中一新生代沉积盆地,沉积层厚度均达数千米。到目前为止,南海陆架区几乎都发现了石油,是我国重要的油气资源远景区。 (1)珠江口盆地 在15×104 km2勘探面积内,其渐新世一第四纪地层厚达8000~9000m。惠洲26—1—1钻井单井日产4200 t原油,是我国最好的高产优质中型油田,流花11—1油田的石油储量超过亿吨,天然气储量达1000×104m3以上,是我国第二个储量逾亿吨的大型油气田。 (2)莺歌海盆地 1989年钻出高产气流,崖13—1—1、崖l3—1气田,1986年储量已达1000~1100×108 m3,1992年开始对香港、海南省、广州市供气,预计可稳定供气20年。 (3)北部湾盆地 1979年获工业油流,已发现5个油田,其中涠10—3油田储量为4000×104 t,1986年已日产石油ll00 t;涠6—1—1钻井天然气日产94.41×104m3、原油234.4t;涠11—14油田日产原油454 t。 此外,南海南部曾母暗砂以北,发现一个9×104 km2的大型沉积盆地,已显示良好的油气远景。 1.何谓海洋矿产资源?它有哪些主要矿种? 2. 什么是滨海砂矿?它有哪些特点和优点? 3.什么是浅海砂矿?我国浅海砂矿有哪些主要特点? 4.何谓海底磷矿?试论海底磷矿的产出环境和形成机制。 5.何谓锰结核?试论锰结壳的成因机制 ? 6.何谓锰结壳?其基本特征是什么? 7.何谓海底热液矿床?研究海底热液矿床的意义何在? 8.就世界范围而言,海底油气资源的开发现状如何?为什么说海底油气资源是最重要的海洋矿产资源?

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