Characteristics of the Distribution and Control Factors of Polymetallic Nodules in the West Region of CCFZ (China Pioneer Area)

The tectonic setting of the west region of the Reserved Area of the International Seabed Authority is the same as that of China Pioneer Area. They have similar characteristics of topography and nodule distribution. To research and analyse the characteristics and control factors of nodule distribution can help the establishment of a geological model and the assessment of the polymetallic nodule resource. From the year of 1991 till 2000 COMRA (China Ocean Mineral Resource Research and Development Association) carried out phase 1 and 2 of the exploration and resource assessment project of polymetallic nodules in China Pioneer Area. The features of topography and geo logy, and the distribution of polymetallic nodules and control factors have been clearly understood. The results show that the formation and types and spatial features of abundance and grade of nodules resulted from several factors, the tectonic features (volcanism and faulting) and seafloor topography play an important role in the geological process of the formation of polymetallic nodules.

太平洋深海富稀土沉积物的分类及成因

深海富稀土沉积物广泛分布在西太平洋、东太平洋、东南太平洋、印度洋等地区。本研究对东太平洋克拉里昂-克里珀顿断裂带(Clarion-Clipperton Fracture Zone,简称CC区)的两个站位富稀土沉积物的矿物学与地球化学特征进行了分析,并收集了太平洋92个站位深海富稀土沉积物元素地球化学数据,依据地球化学特征,结合矿物组成,将太平洋深海富稀土沉积物分为富Al型、富Fe型、富Ba型等三个类型。富Al型富稀土沉积物广泛布在西太平洋地区,沉积物类型以沸石黏土为主,全岩Al_(2)O_(3)平均含量可达14.9%。富Fe型富稀土沉积物位于东太平洋海隆附近的东南太平洋和东北太平洋区域,沉积物中TFe_(2)O_(3)平均含量高达18.8%,部分样品呈现明显的Eu正异常,热液活动可能为稀土元素的富集提供了丰富的稀土元素及载体矿物。富Ba型富稀土沉积物主要分布于东太平洋CC区,沉积物类型主要是(含)硅质黏土,Ba平均含量可达8092×10^(-6)。高Ba含量指示了沉积物形成时期所在海域可能具有很高的初级生产力,这种环境条件形成了大量的生物磷灰石沉积,并与CC区渐新世以来强劲的底流耦合,进而增强了磷灰石的积累,促进了稀土的富集。

东太平洋多金属结核勘探合同区表层沉积物脂肪酸分布及其物源指示意义

为丰富东太平洋多金属结核勘探合同区环境基线数据并解析底栖生物营养物质来源,本研究以气相色谱-质谱法,测定了中国大洋第45、50航次于东太平洋克拉里昂-克利珀顿区采集的表层沉积物中的脂肪酸组成,分析其分布特征及物源指示意义,探讨东太平洋多金属结核勘探合同区及周边区域表层沉积物生物群落结构的空间分布特征。结果表明,研究区域表层沉积物的脂肪酸组成主要包括以C11:0、C14:0 anteiso、C16:0为主的饱和脂肪酸、以C17:1ω7c为主的单不饱和脂肪酸、以C18:3ω6c(6,9,12)为主的多不饱和脂肪酸,其来源主要是细菌和真菌等生物。聚类分析及主成分分析结果表明,中国大洋矿产资源研究开发协会多金属结核勘探合同区KW1区块与中国五矿集团有限公司多金属结核勘探合同区A1、A2、A6、A8区块的脂肪酸组成类型较为相似,但后者各区块脂肪酸组成呈现出东西向的梯度差异。海底深度与颗粒有机碳通量的空间差异可能是造成脂肪酸组成具有地理差异的主要原因。此外,底层流和微地形等可能也会对沉积物脂肪酸空间分布产生影响。

基于环境DNA宏条形码技术的克拉里昂-克利珀顿区鱼类多样性

海洋鱼类长期遭受过度捕捞的影响,导致生物多样性丧失。在公海区域鱼类多样性研究常用传统的调查方法,该方法主要用于商业物种的调查。环境DNA(eDNA)已成功用于监测水生环境中的生物多样性,本研究通过eDNA宏条形码技术,监测采矿前东太平洋克拉里昂-克利珀顿区(CC区)的鱼类多样性信息。通过使用两种鱼类通用引物(MiFish、COⅠ)获取CC区的鱼类多样性,共检测出140属、132种鱼类,随水深增加,物种检出率逐渐降低。其中,基于MiFish引物的eDNA宏条形码技术鉴定出2纲、35目、62科、88属、57种鱼类。基于COⅠ引物的共鉴定出2纲、29目、57科、72属、87种鱼类。基于COⅠ引物的检测出濒临灭绝物种有日本鳗鲡(Anguilla japonica)、美洲鳗鲡(Anguilla rostrata)、豹纹窄尾魟(Himantura uarnak)、褐背蝠鲼(Mobula tarapacana);极度濒危物种有欧洲鳗鲡(Anguilla anguilla);易危物种有大西洋蓝枪鱼(Makaira nigricans)、扁鲹(Pomatomus saltatrix);近危物种有大青鲨(Prionace glauca)。基于MiFish引物的检测出近危物种有大青鲨、龙头鱼(Harpadon nehereus)、尖头斜齿鲨(Scoliodon laticaudus),易危物种有褐点石斑(Epinephelus fuscoguttatus)。MiFish引物检测到的鱼类科、属数量高于COⅠ引物的检测结果,针对OTU序列的属及以上的分类具有高效的覆盖率和分辨率。研究结果表明,eDNA宏条形码技术可以有效鉴定鱼类物种,在海洋鱼类多样性监测中具有良好的应用前景。eDNA宏条形码技术作为一种非侵入性方法,监测到的鱼类多样性远高于深海生物诱捕观测器捕获的鱼类多样性,同时基于MiFish引物的eDNA宏条形码技术监测鱼类物种更具优势。

CC区深海采矿羽流扩散的数值模拟研究

深海采矿可能带来深海矿区生物栖息地退化或生物多样性丧失等潜在风险,评估和预测深海采矿可能导致的环境影响成为国际社会普遍关注的问题。其中,预测采矿羽流的扩散程度是深海采矿环境影响评价的重要内容。本研究研发了适用于东太平洋克拉里昂-克利珀顿区(CC区)中国大洋协会多金属结核合同区深海模拟需求的高分辨率水动力数值模型,对商业采矿规模情景下的采矿羽流的源强进行了测算,以及开展了羽流扩散的数值模拟研究。结果表明:采矿尾水在大洋协会合同区底层排放,排放深度距底6 m、排放量63 kg/s、连续采矿1个月、采矿面积5.35 km^(2)、平均流速大小约5 cm/s的情景下,再沉积厚度最大值约4.3 mm,再沉积厚度大于1 mm和大于0.1 mm的范围分别为9.4 km^(2)和63 km^(2);在采矿作业结束后有约60%的颗粒物仍悬浮在水体中,然而因为被海水稀释,悬浮物浓度值非常低,均小于0.01 mg/L;沉降速率的敏感性实验表明,沉降速率从0.08 mm/s增加至0.30 mm/s时,再沉积厚度增加,最大值约12.9 mm,再沉积厚度大于1 mm和大于0.1 mm的范围分别为16.5 km^(2)和98 km^(2),水体中的悬浮物也相应减少,采矿作业结束后80%的颗粒物沉降到了海床上。

稀土元素及钇在东太平洋CC区深海泥中的富集特征与机制

东太平洋CC区深海泥具有高的REY（REE＋Y）含量,理解其富集机制对于寻找深海稀土资源具有重要意义。本文对WPC1101站位的沉积物柱状样开展了沉积物类型、粒度、黏土矿物和元素组成分析,结合已有资料探讨研究区深海泥的稀土元素富集特征及其形成机制。研究区深海泥主要以远洋黏土和硅质生物组分为主,其∑REY范围主要为400-1 000μg/g。深海泥北美页岩标准化后的REY配分模式具有显著的负Ce异常,指示富稀土深海泥中海相自生组分贡献较大。根据统计发现,研究区深海泥的∑REY与Al2O3、MnO、P2O5均具有良好的相关性,黏土组分、铁锰氧化物和磷酸盐对REY都有贡献。通过综合分析,提出研究区富稀土泥中高P含量是高∑REY重要的控制因素。

太平洋调查区多金属结核的地球化学特征和成因

东太结核主要为半埋藏和埋藏型,发育于以黏土和硅质组分为主的沉积环境。东太结核的锰相矿物主要有水羟锰矿和钡镁锰矿,具有较高的REY、Cu、Ni含量和Mn/Fe比值,显示遭受间隙水的影响,落入水成成因和成岩成因两个区间范围。西太结核主体暴露在海水中,周围沉积物主要由深海黏土组成。西太结核的锰相矿物几乎只有水羟锰矿,具有较高的REY、Co含量和低Mn/Fe比值,属于典型的水成成因型。两个区域的多金属结核的稀土北美页岩标准化模式均显示Ce正异常、Y负异常和无或弱Eu异常,与海水稀土特征构成良好的耦合关系,是多金属结核对海水稀土选择性富集的结果。西太结核相对东太结核具有更高的Ce含量和δCe,Co、Ti与Ce具有良好的正相关关系。研究认为海水中溶解氧并不一定是控制结核Ce正异常程度的关键因素,Co、Ti等元素及其相关组分能够引起Ce与其他稀土元素的强烈分馏,也可能是影响多金属结核Ce正异常程度的控制因素。研究区多金属结核和富钴结壳表层样的ε_(Nd)范围为-6.6~-2.5,是全球最富放射性成因Nd的海洋铁锰壳层。结合稀土模式以及Eu异常特征,本研究认为多金属结核的稀土主要来自ε_(Nd)相对较高的周围陆壳,可以通过河流或者大气沉降等方式输送到大洋,而研究区广泛分布的海山玄武岩释放的放射性成因Nd同位素对海水的影响微弱。

太平洋克拉里昂-克利伯顿断裂带嘴刺目线虫多样性

从太平洋深海克拉里昂-克利伯顿断裂带(Clarion-Clipperton fracture zone,简称CC区)4个站位采集的深海沉积物样品中检出26条嘴刺目(Enoplida)线虫个体。综合应用形态学和分子生物学方法,共鉴定嘴刺目线虫6科8属,其中尖口线虫科(Oxystominidae)个体数量最多,占总数的57.7%,其次为前感线虫科(Anticomidae,19.2%)、光皮线虫科(Phanodermatidae,7.7%)、钩线虫科(Oncholaimidae,7.7%)、烙线虫科(Ironidae,3.8%)和矛线虫科(Enchelidiidae,3.8%)。科、属组成与相邻站点同期采样所获的线虫近似,而丰度组成比例有所差异。分子生物学方法获得了线虫rRNA基因序列16条,经Gen Bank数据库比对,其与已有的序列相似性范围为94%—99%,以此为依据可确定到科的水平和大部分属的水平(84.6%)。DNA条形码比对结果和形态学鉴定结果有较高一致性,表明分子条形码技术可作为深海线虫鉴定的有效手段。系统发育分析结果显示,基于18S和28S rRNA基因序列,采用不同方法构建系统发育树,其分支结构基本一致;钩线虫科和矛线虫科聚类在一起,光皮线虫科和前感线虫科聚类在一起,显示出彼此间较近的遗传关系。

太平洋CC区构造特征与多金属结核成矿条件研究

1994年4－11月，国家海洋局组织和实施了DY85－4航次中国开辟区（太平洋CC区）多金属结核（下简称结核）勘探，海上勘查历时225d,勘查面积达65×103km2，其中，用重力、磁力和单道地震等方法对测区进行了地球物理调查。结果表明，火山和浅层侵入体是提供给核生成的重要物质来源。区域性的沉积间断是造成结核丰度偏高的重要因素。断块活动强烈的地区，断裂活动有利于金属元素在海底的富集。不同时代形成的海底，地幔原岩在成分上的差异或在洋壳形成过程中构造活动的差异，对结核的形成有着一定的控制因素。而上述地质构造活动，在地球物理特征上都有着明显的反映。由此可见，地球物理特征与结核的形成和富集规律有着明显的相关关系。

东太平洋克拉里昂-克利帕顿断裂区多金属结核保留区的气象状况和预报规律

为保障我国大洋矿产资源的勘探和开采,文章根据我国于2017年对东太平洋克拉里昂-克利帕顿断裂区多金属结核保留区开展首次调查的志愿船观测数据,结合实际天气和预报过程,在对观测数据进行处理和分析的基础上,总结调查期间该保留区的气象状况和预报规律。研究结果表明:受冷高压及其外围的影响,保留区风向和风速变化较大,在预报过程中须实时关注冷空气的中心位置、走向和持续时间,适时调整作业方案;保留区气压与天气系统吻合较好,气温和湿度受降水影响,且降水频繁;除10月可能受到飓风影响外,保留区11月风速通常比10月大。

基于CC区的多金属结核矿床成因地质模型

通过对东太平洋克拉里恩-克里珀顿区(CC区)和中国多金属结核开辟区(COMRA区)多金属结核的国内外研究资料和数据加以归纳总结,从多金属结核产出的区域地质背景、富集成矿条件以及结核的生长过程及其历史等方面,较全面地阐释了多金属结核的成因机制,深化了对有关多金属结核矿床形成演化控制因素的认识。在明确大洋多金属结核矿床定义基础上,分别建立了基于CC区的宏观、中观和微观三个不同空间尺度的多金属结核区域成矿模型、矿床成矿模型和结核生长模型,完整地提取了多金属结核矿床成因地质模型,为CC区潜在矿产资源的预测和评价提供了重要的科学依据。

2013年蛟龙号首个试验性应用航次(英文)

蛟龙号载人潜水器于2012年在马里亚纳海沟完成了7 000 m级海上试验,2013年6月10日至9月20日,蛟龙号载人潜水器分别在中国南海、东北太平洋克拉里昂—克里伯顿断裂区、西北太平洋富钴结壳海山区开展了三个航段的首次科学应用航次。文章将主要介绍蛟龙号在中国南海的水下定位系统试验结果和在中国南海两个区域、东北太平洋克拉里昂—克里伯顿断裂区四个区域以及西北太平洋两座海山区的取样作业情况及初步科学结果。关键词:蛟龙号;载人深潜水器;冷泉区;海山区;

东太平洋多金属结核富钡镁锰矿细脉蛋白石层的成因机制

为探讨东太平洋CC区多金属结核中富钡镁锰矿细脉蛋白石层的成因机制,利用矿相显微镜、电子探针和ICP-OES,对蛋白石层及其周围铁锰氧化物进行了显微结构特征和化学成分特征的研究。结果表明:高反射率矿物结晶程度较好,主要由MnO组成,具有高Mn低Fe的特征,为成岩成因的钡镁锰矿。中反射率矿物结晶程度较差,主要由MnO和FeO组成,为水成成因的水羟锰矿。低反射率矿物为一种半透明矿物,主要由SiO2组成,为生物成因的蛋白石。根据钡镁锰矿、水羟锰矿和蛋白石的成因机制,为蛋白石层及其内部钡镁锰矿细脉的形成过程建立了一个模型,共分为5个生长阶段:第1阶段,结核呈半埋藏状态在氧化环境中形成水羟锰矿;第2阶段,结核呈半埋藏状态接受SiO2胶体的沉淀作用形成蛋白石层;第3阶段,结核呈半埋藏状态在氧化环境中形成水羟锰矿的同时,其成岩作用和蛋白石的脱水作用使蛋白石层中产生大量的裂缝;第4阶段,结核呈埋藏状态在弱氧化-还原环境中发生交代作用和重结晶作用形成钡镁锰矿;第5阶段,结核呈半埋藏状态形成水羟锰矿。

太平洋CC区西部沉积物地球化学特征及其成因

对太平洋CC区西部7根沉积物短柱样的常微量元素进行浓度测试,以了解沉积物元素时空分布特征及其来源和控制因素。与上地壳元素平均值(UCC)相比,研究区沉积物中MnO、P2O5、Co、Ni、Cu、Mo、Ba明显富集,Al2O3、K2O、Fe2O3、CaO、Sr等亏损。聚类和因子分析表明研究区沉积物元素有4种来源,其中Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、TiO2、V、Cr、Co、Rb、Zr、Nb、Cs、Hf、Ta、Pb、Th、U为陆源黏土成因;CaO和Sr为钙质生物成因;MnO、P2O5、B、Ni、Cu、Zn、Mo、Ba为海水自生成因;Na2O为火山—热液成因。10.2°N以北沉积物元素为陆源黏土、海水自生和钙质生物成因,而10.2°N以南沉积物元素为陆源黏土、海水自生和火山—热液成因。沉积物中陆源物质主要来自亚洲高空气流携带的风尘物质。沉积物中海水自生成因的金属元素富集,与富氧的南极底流有关。柱样中CaO、Sr含量的时空变化,与柱样所处水深、冰期生产力和碳酸钙补偿深度变化有关。柱样中Ba/Ti指示的火山—热液活动在地质时期呈减弱的趋势,其对沉积物的影响也向北减弱。

东太平洋CC区多金属结核铂族元素(PGEs)的特征及其意义

为了研究多金属结核的成矿机理,对中国大洋第45航次在东太平洋CC区(Clarion-Clipperton zone)所获得的20枚多金属结核进行了主量、微量及铂族元素分析测试,并与其他区域不同类型的多金属结核进行了对比。结果表明,研究区多金属结核基本为混合型结核,其PGEs总质量分数(w(ΣPGE))为77.2×10^-9~197×10^-9,平均值为136×10^-9,明显低于库克(Cook)岛海域典型的水成型结核的值(w(ΣPGE)=306×10^-9);研究区结核球粒陨石标准化PGEs配分模式与水成型结核及富钴结壳非常相似,均呈现明显的Pt正异常及从Os到Pt逐渐富集、从Pt到Pd逐渐亏损的特征,结合海水的PGEs配分特征及前人研究结果,表明结核中PGEs应该直接来源于海水;研究区多金属结核w(ΣPGE)与w(Fe2O3)表现为正相关,与w(MnO)表现为负相关,而Cook岛海域水成型结核w(ΣPGEs)则与w(MnO)表现为正相关,与w(Fe2O3)表现为负相关,表明不同成因类型的多金属结核PGEs的赋存载体有所不同,水成型结核中PGEs主要赋存在锰矿物相中,而混合-成岩型结核则主要赋存在铁矿物相中,且成岩作用越强,结核富集PGEs的能力越低。研究成果对于东太平洋多金属结核成矿机理及其赋存载体研究有一定的指示意义。

东太平洋CC区深海稀土资源潜力:沉积物地球化学标志

深海沉积物蕴藏着丰富的稀土资源,富稀土沉积物的空间分布特征、稀土赋存形态与富集机制是近年来研究的热点。东太平洋克拉里昂—克里帕顿断裂带(简称CC区)是全球海底最重要的多金属结核成矿带,但对该区域沉积物中伴生富集的稀土资源分布特征和资源潜力认识尚不清楚。该文对CC区西部125个站位沉积物全岩地球化学成分(728组主量元素和625组微量元素)进行了分析,结果表明研究区沉积物中显著富集MnO和P_(2)O_(5),总稀土含量(∑REY)与P_(2)O_(5)、CaO含量和Ce负异常存在较好的空间正相关性,生物成因钙磷灰石是稀土元素的主要赋存矿物。研究区沉积物∑REY平均值为470±202μg g,部分区域∑REY含量高于富稀土沉积物标准(∑REY>700μg g),表明研究区具有一定的稀土资源潜力。研究区富稀土沉积物主要分布在以丘陵地形为主的北部,南部海盆区的沉积物稀土含量相对较低。研究区地貌特征差异影响了区域沉积速率和钙磷灰石水动力分选,导致研究区稀土资源分布的南北分带性。