發(fā)現(xiàn)和形成

1979年在北緯21度下加利福尼亞（墨西哥）岸外的東太平洋海隆，科學家在勘探洋底時發(fā)現(xiàn)位于硫化物丘上的煙囪狀黑色巖石構(gòu)造，煙囪涌噴熱液，周圍的動物物種前所未見。后來的研究表明，這些黑煙囪體是新大洋地殼形成時所產(chǎn)生，為地表下面的構(gòu)造板塊會聚或移動，和海底擴張所致。此外，這一活動與海底金屬礦床的形成密切相關(guān)。

在水深至3 700米之處，海水從海洋滲入地層空間，被地殼下的熔巖（巖漿）加熱后，從黑煙囪里排出，熱液溫度高達400℃。這些熱液在與周圍的冷海水混合時，水中的金屬硫化物沉淀到煙囪和附近的海底上。這些硫化物，包括方鉛礦（鉛）、閃鋅礦（鋅）和黃銅礦（銅），積聚在海底或海底表層內(nèi)，形成幾千噸至約一億噸的塊狀礦床。一些塊狀硫化物礦床富含銅、鋅、鉛等金屬，特別是富含貴金屬（金、銀）的事實，近年來引起了國際采礦業(yè)的興趣。在已沒有火山活動的地方，也發(fā)現(xiàn)了許多多金屬硫化物礦床。

分布狀況

多數(shù)礦點位于海洋中部，分布于東太平洋海隆、東南太平洋海隆和東北太平洋海隆。已知大西洋中脊也有一些礦床，但在印度洋海脊至今只找到一處。大西洋中脊和印度洋中脊的已知硫化物礦床較少，主要原因是在這些地區(qū)內(nèi)進行的勘探活動有限。全世界共有6萬公里的海脊，經(jīng)過任何勘查的只有5%左右。

80年代中期，在西南太平洋又發(fā)現(xiàn)了一些硫化物礦床，位置是在大洋邊緣，在大陸和火山島弧之間的海底，海盆和海脊形成的地方。在這些所謂弧后擴張中心，巖漿在會聚板塊邊緣上升到接近表層之處（在會聚板塊邊緣，通過俯沖過程，一構(gòu)造板塊滑動到另一板塊之下）。這些發(fā)現(xiàn)引發(fā)了對西太平洋和西南太平洋邊緣海盆以及島弧和弧后體的大規(guī)?？碧?，結(jié)果在澳大利亞東部的勞海盆和北斐濟海盆和日本西南的沖繩海槽又發(fā)現(xiàn)了其他礦床。1991年在新喀里多尼亞北部的馬努斯海盆等地發(fā)現(xiàn)大量與長石火山活動（最強烈的一種火山活動，造成的火山灰流最多）有關(guān)的碌化物礦床。伍德拉克海盆附近也發(fā)現(xiàn)了熱液礦床，那里的海底擴張延伸到巴布亞新幾內(nèi)亞以東的大陸地殼。今天，已知有100多個熱液礦化點，包括至少25處有高溫黑煙囪噴口。

金屬含量

在對海底硫化物作了近1，300項化學分析比較后發(fā)現(xiàn)，位于不同的火山和構(gòu)造環(huán)境的礦床有不同的金屬比例。與缺少沉積物的洋中脊樣品相比，在弧后擴張中心的玄武巖至安山巖環(huán)境生成的塊狀硫化物（573個樣品）中平均含量較高的金屬有：鋅（17%）、鉛（0.4%）和鋇（13%），鐵含量不高。大陸地殼后弧裂谷的多金屬硫化物（40個樣品）的含鐵量也很低，但通常富含鋅（20%）和鉛（12%），而且含銀量高（1.1%，或2 304克/噸）?？偟膩碚f，各種構(gòu)造環(huán)境的海底硫化物礦床的總成分取決于這些金屬是從什么性質(zhì)的火山巖淋濾出的。

最近，在弧后擴張中心的硫化物樣品中發(fā)現(xiàn)金的含量甚高，而洋中脊的礦床中金的平均含量只有1.2克/噸（1 259個樣品）。勞弧后海盆硫化物的含金量高達29克/噸，平均為2.8克/噸（103個樣品）。在沖繩海槽，位于大陸地殼內(nèi)的一個后弧裂谷的硫化物礦床含金量高達14克/噸（平均為3.1克/噸，40個樣品）。對東馬努斯海盆的硫化物進行的初步分析表明，金含量為15克/噸，最高達55克/噸（26個樣品）。在伍德拉克海盆的重晶石煙囪中發(fā)現(xiàn)高達21克/噸的含金量。迄今發(fā)現(xiàn)的含金量最豐富的海底礦床位于巴布亞新幾內(nèi)亞領(lǐng)水內(nèi)利希爾島附近的錐形海山。從該海山山頂平臺（基部水深1 600米，直徑2.8公里，山頂水深1 050米）采集的樣品含金量最高達230克/噸，平均為26克/噸（40個樣品），10倍于有開采價值的陸地金礦的平均值。

噸位估計

對幾個洋中脊礦床的估計顯示，其噸位在100萬到1億噸之間。但是，硫化物露頭的延展長度不易估算，關(guān)于礦床厚度的資料缺乏。已發(fā)現(xiàn)的最大礦床位于上覆大量沉積物，但依然有熱液活動的古海脊。國際大洋鉆探計劃對美國西北岸外的胡安德富卡海脊北部被沉積物覆蓋的中谷礦床的鉆探顯示有800至900萬噸的硫化礦。在對位于北緯26度太平洋中脊水深3，650米處的Trans-Atlantic Geotraverse（TAG）活動熱液丘鉆進125米后發(fā)現(xiàn)，海底表面約有硫化礦270萬噸，表層內(nèi)礦床約有120萬噸（為網(wǎng)狀脈）。迄今在海底發(fā)現(xiàn)的塊狀硫化物礦床規(guī)模，都比不上加拿大基德克里克（1.35億噸）或葡萄牙內(nèi)維什科爾沃（2.62億噸）。

海底最大的已知硫化物礦床為紅海的阿特蘭蒂斯II海淵，比東太平洋海隆的第一個黑煙囪早發(fā)現(xiàn)十多年。阿特蘭蒂斯II海淵的礦化物主要是金屬軟泥，不是塊狀硫化物。對面積40平方公里的礦床所作的詳細評價顯示，礦床有9，400萬噸的貧鉛銀礦石，其中含鋅2%、銅0.5%、銀39克/噸和金0.5克/噸，貴金屬的總含量約為銀4，000噸和金50噸。在2，000米深處試驗采礦證明，該礦床可以成功開采。

資源潛力

海洋采礦在某些條件下似乎是可行的，理想的條件包括（1）高品位的有色金屬和/或金；（2）礦點離陸地不太遠；（3）水深較淺。雖然現(xiàn)在已有深水采礦技術(shù)，但以2，000多米深為宜。在這些情況下，開采塊狀硫化物礦可具有經(jīng)濟吸引力?？紤]到整套采礦器具可以從一處搬運到另一處，因此，所投資的采礦系統(tǒng)和船只不必像陸地采礦那樣固定在一個地方。在陸地上偏遠地點采礦往往需要大筆初始投資，包括全部基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)。

海底塊狀硫化物的開采可能集中于小塊海底區(qū)域，并主要限于表層（剝采）和淺次表層（挖采），以便回收海底的硫化物丘和煙囪場以及其下的網(wǎng)狀脈區(qū)中的交代礦體。

研究、勘探和開采前景

全世界的學術(shù)機構(gòu)和政府機構(gòu)正在對多金屬硫化物礦床及其有關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)進行科學研究。這一領(lǐng)域的領(lǐng)先國家是澳大利亞、加拿大、法國、德國、日本、俄羅斯聯(lián)邦、英國和美國。意大利和葡萄牙也制定了研究方案。

勘探需要高尖端的多用途科研船，使用先進技術(shù)，例如深海測繪設(shè)備、載人潛水器或遙控船只、攝影和錄像系統(tǒng)，采樣和鉆探裝置。鉆探和巖芯取樣設(shè)備必須改進，以便能鉆探到100米的深度。目前尚未專門設(shè)計用于回收硫化物的采礦系統(tǒng)，但開發(fā)努力可能集中于連續(xù)回收系統(tǒng)，采用旋轉(zhuǎn)式截割頭，配以揚礦設(shè)備，將礦石運到采礦船，再運往加工廠。

環(huán)境

與塊狀硫化物礦床相關(guān)的熱液噴口為科學上前所未知的多種動物提供了生活環(huán)境。與陸地上直接或間接靠陽光和光合作用獲得能量的其他生命形式不同，熱液噴口動物群落能在沒有陽光，充滿硫化氫的熱液中繁衍。而硫化氫對大多數(shù)其他動物是則致命的化合物。在這種環(huán)境中生活著長達二米的蠕蟲，它們居住在自造的棲管，沒有消化系統(tǒng)，從氧化甲烷和氧化硫的微生物獲得能量。在這些有多樣化生物的熱液噴口區(qū)，已發(fā)現(xiàn)500種左右前所不知的動物物種。

在規(guī)劃礦物的勘探和開采時，必須考慮這種地理上不集中的生態(tài)系統(tǒng)的獨特而脆弱性質(zhì)，及其對代謝、進化和適應(yīng)方面的基礎(chǔ)生物研究所具有的價值。研究表明，現(xiàn)有的生物種群具有很強的恢復力可適應(yīng)火山活動區(qū)環(huán)境的急劇變化。這一恢復能力可能是由于存在著某種“母種群”，有能力再進入被擾動區(qū)。如果這一基礎(chǔ)“母種群”遭到采礦活動的破壞，則有可能導致稀有物種的滅絕。

開采硫化物的許多環(huán)境影響問題與開采多金屬結(jié)核所造成的環(huán)境問題相似，包括破壞動物棲息處的表層、被擾動沉積物掩埋動物，底層水因懸浮的顆粒羽流而發(fā)生化學變化。另一方面，硫化物顆粒的高密度會使采礦設(shè)備所造成的任何硫化物碎屑立即重新沉積。由于與海水的接觸面大，一些釋放出的硫化物碎屑會氧化，如同許多海底礦床的非活性塊狀硫化物的氧化過程一樣。在陸地硫礦開采中通常造成重大環(huán)境問題的礦山酸性污水排泄在海底則無須擔憂，因為周圍海水有淡化作用。此外，大多數(shù)海底硫化物礦床通常沒有顯著的上覆沉積物。因此，應(yīng)當可以選擇性地開采礦床，尤其是那些沒有任何噴口動物生息的非活性礦床，因為在這些地方開采所造成的環(huán)境影響可能不會大于建造一個普通港口設(shè)施。

管理規(guī)章

國際海底管理局理事會目前正在審議國家管轄范圍以外的深海多金屬硫化物和富鈷結(jié)殼的探礦和勘探活動的問題。相關(guān)條款考慮了管理局于2000年就該問題舉行的研討會及有關(guān)專題會上專家的意見。其中就深海多金屬硫化物問題，研討會特別強調(diào)的是必須保護有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)，使之不受到勘探和最終的采礦活動的有害影響。管理局理事會將在2006年繼續(xù)審議這一規(guī)章。