JGR-Ocean：西北太平洋富钴结核中关键金属元素的空间分布和化学地层学

Marine Sedimentology · 公众号 · 海洋 · 2024-11-30 00:00

主要观点总结

本文介绍了广州海洋局深海矿产资源研究团队在西北太平洋富钴结核中关键金属元素的空间分布和化学地层学方面的最新研究成果。通过对多金属结核的深入研究，团队获得了关于结核年代、化学组成、同位素组成等方面的数据，为深海矿产资源的勘探和开发提供了重要理论依据。

关键观点总结

关键观点1: 广州海洋局深海矿产资源研究团队在西北太平洋富钴结核方面取得最新进展。

团队对该地区的多金属结核进行了深入研究，获取了关于结核的年代、化学组成和同位素组成等方面的数据。

关键观点2: 多金属结核富含钴、镍、稀土等关键金属元素，是今后采矿的重要目标。

这些元素的海底储量巨大，对于新能源金属的需求增长，为深海多金属结核的勘探和开发带来了机遇。

关键观点3: 研究团队通过测年表明，西北太平洋的结核最早可以追溯到南极底流形成之初。

此外，研究还显示了多金属结核的化学地层划分和关键金属的分布特征。

关键观点4: 该研究加深了我们对多金属结核形成和演化的复杂过程的理解，并对海洋的历史变迁提供了更深入的了解。

此外，研究团队还在国内外知名地学期刊上发表了多篇学术论文，为深海矿产资源的调查和研究做出了重要贡献。

正文

近日，国际知名海洋学期刊 Journal of Geophysical Research: Oceans 以 “Spatial Distribution of Critical Metals and Chemostratigraphy in Co-rich Ferromanganese Nodules in the northwestern Pacific Ocean” （西北太平洋富钴结核中关键金属元素的空间分布和化学地层学）为题发表了广州海洋局深海矿产资源研究团队在多金属结核成矿机制研究方面的又一最新进展。

随着新兴技术的崛起和对绿色低碳发展的不断追求，新能源金属的需求日益增长，这为深海多金属结核的勘探和开发带来了前所未有的机遇。深海多金属结核，富含钴、镍、稀土等关键金属元素，其巨大的海底储量使它们成为今后采矿的重要目标。该研究团队对西太平洋研究区的多金属结核进行了深入分析，成功获取了 10 层样品的 Os 同位素组成，这些数据与海水 Os 同位素演化趋势高度一致。这一结果不仅为研究区结核提供了年代学框架，而且获得其初始年龄约 3600 万年的年龄。事实上，结核一直受到沉积埋藏的威胁，大量结核埋藏在沉积物中。我们的测年结果表明，西北太平洋的结核最早可以追溯到南极底流形成之初。

图 1 多金属结核的 Os 同位素组成与海水 Os 同位素演化曲线

根据微观结构和关键金属的分布，研究区多金属结核由内而外可划分为三个化学地层（图 2 ）。研究结果显示，结核早期生长阶段表现出富含 Mn 、 Si 含量和高 Mn/Fe 比值，反映了早期纬度低、生物生产力高的条件下的成岩驱动作用。早中新世之后，结核的化学组成开始过渡为水成成因为主。这项研究不仅加深了我们对制约多金属结核形成和演化的复杂过程的理解，还使我们对海洋的历史变迁有了更深入的了解。

图 2 多金属结核平行截面的金属元素含量分布和化学地层划分

广州海洋局深海矿产资源研究团队是我国深海矿产资源调查和研究的重要力量，近年来在富钴结壳、多金属结核和深海稀土资源找矿突破、成矿机制方面取得了大量研究成果，近期已在《 Geochimica Et Cosmochimica Acta 》、《 Global and Planetary Change 》、《 Chemical Geology 》、《地学前缘》等国内外知名地学期刊发表了多篇学术论文，为大力实施找矿突破战略行动、保障国家能源资源安全提供了重要理论基础。

本研究第一兼通讯作者为广州海洋局任江波正高级工程师，合作作者包括广州海洋局杨永、何高文等，这项研究得到国家自然科学基金和中国地质调查局项目等的联合资助。相关论文信息如下：

Ren JB*, Yang Y, Yu M, et al., 2024. Spatial Distribution of Critical Metals and Chemostratigraphy in Co-rich Ferromanganese Nodules in the northwestern Pacific Ocean . Journal of Geophysical Research: Oceans, 129(10): e2024JC021287. [ 本研究 ]

Ren, JB, He, GW*, Yang, Y, et al., 2024. Ultraselective enrichment of trace elements in seawater by Co-rich ferromanganese nodules. Global and Planetary Change, 239: 104498.

Ren JB, Yao HQ*, Yang Y, et al., 2023. Critical metal enrichment in atypical hydrogenetic ferromanganese nodules: A case study in the Central Basin Ridge of the West Philippine Basin. Chemical Geology, 615: 121224.

Ren JB, He GW*, Deng XG*, et al., 2022. Metallogenesis of Co-rich ferromanganese nodules in the northwestern Pacific: Selective enrichment of metallic elements from seawater. Ore Geol Rev. 143, 104778.

Ren, JB, Jiang XX, He GW*, et al., 2022. Enrichment and sources of REY in phosphate fractions: Constraints from the leaching of REY-rich deep-sea sediments. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 335: 155-168.

Zhou JM, Zhang H, Dong YH, Fan WX, Ren, JB*, Yang SX*. 2024. Mineral formation and element migration in fractures and pores of hydrogenetic ferromanganese nodules. Chemical Geology, 670: 122459

Deng XZ, Ren, JB*, Deng XG, et al., 2024. Occurrence and enrichment of critical metals in ferromanganese deposits in the western Pacific. Ore Geology Reviews, 174: 106314

Deng XZ, Liu YG, Luo JC, et al., 2024. Effects of phosphatization on the mineralogical and geochemical composition of marine ferromanganese crusts from the JiaXie Guyot in the Western Pacific: Constraints from high resolution analysis. Ore Geology Reviews, 172: 106209

Deng XZ., He GW*., Xu Y., et al., 2022. Oxic bottom water dominates polymetallic nodule formation around the Caiwei Guyot, northwestern Pacific Ocean . Ore Geol Rev. 143, 104776.