海底多金属硫化物找矿模型综合研究

姚会强¹，陶春辉²，宋成兵¹，杨永¹，邓希光¹，朱克超¹，梁东红¹，何高文¹，吴庐山¹

 (1. 国土资源部广州海洋地质调查局，广东 广州，510760；

2. 国家海洋局第二海洋研究所 海底科学重点实验室，浙江 杭州，310012)

摘要：从不同构造背景选取5个典型区域(TAG，Middle Valley，EPR 13^oN，Lau Basin及Izu-Ogasawara Arc)，进行地质、地形特征、水体特征、周围沉积物矿物学和地球化学特征、地球物理特征及生物特征的综合研究对比工作，总结找矿标志，包括：水体中的找矿标志、周围沉积物中的找矿标志、地球物理的找矿标志和海底生物的找矿标志。在上述基础上，结合海上实际调查方法，建立可应用于海上调查的海底多金属硫化物调查方法。最后，将找矿标志与找矿方法相结合，并根据调查尺度的不同，建立不同尺度的找矿模型。

关键词：多金属硫化物；找矿标志；找矿方法；找矿模型

中图分类号：TD982          文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2011)S2-0114-09

Integration study on mode for seafloor plolymetallic sulfide exploration

YAO Hui-qiang¹, TAO Chun-hui², SONG Cheng-bin¹, YANG Yong¹, DENG Xi-guang¹,

ZHU Ke-chao¹, LIANG Dong-hong¹, HE Gao-wen¹, WU Lu-shan¹

 (1. Guangzhou Marine Geology Survey Bureau, Ministry of Land and Natural Resources, Guangzhou 510760, China;

2. Key Laboratory of Submarine Geosciences, Second Institute of Oceanography, State Oceanic Administration,

Hangzhou 310012, China)

Abstract: Following the polymetallic nodules and cobalt-rich crust, seafloor polymetallic sulfide may be the third potential resources which can be used by mankind. However, the exploration on seafloor sulfide resource in China is still on its first step. Therefore, the summaries of the indicators and methods for seafloor sulfide resources and building practicable exploration mode will have significant meaning on the seafloor sulfide resource exploration and mining undergoing in China. Five areas from different tectonic settings were chosen as typical areas (TAG, Middle Valley, EPR 13 °N, Lau Basin, Izu-Ogasawara Arc), and their geological, topography characteristics, water mass characteristics, the mineralogical and geochemical characteristics of nearby sediments, life creature and geophysical characteristics were studied. The summarized exploration indicators include the indicators in the water mass and the nearby sediments, and indicators from geophysical and seafloor life creature. According to the above and together with the methods used on the sea investigation, the practicable methods for seafloor sulfide resource investigation were established. At last, according to different investigation scales, the different modes for seafloor sulfide resources exploration were established by integrated the indicators and methods.

Key words: polymetallic sulfide; exploration indicator; exploration methods; exploration mode

根据目前研究成果，海底多金属硫化物矿含有大量的金属矿产资源，可能是继多金属结核、富钴结壳之后，第3种可被人类开采利用的潜在资源^[1]。而我国在海底多金属硫化物的勘探进程又刚刚起步，故对该种类型资源的找矿标志及找矿方法进行归纳总结，建立可实际应用的找矿模型将对指导我国的海底多金属硫化物勘探开发具有非常重要的意义。

1  找矿标志研究

Alt等^[2]将洋中脊的热液系统划分为下渗区或者回灌区、反应区以及释放区，并详细介绍了各个区的物理化学反应特征。Tivey^[3]对不同构造的热液流体进行归纳总结，除去Lost City，各种构造背景中的热液流体以高温、低pH、富含气体组分(如H₂，CO₂，CH₄和H₂S等)和金属元素(Fe和Mn等)，亏损硫酸根和镁离子为特征。当高温、还原性的热液流体从海底喷出与冷的(2 ℃)、氧化性的海水混合时，在形成典型的黑烟囱体(多金属硫化物)的同时，大部分热液流体在浮力的作用下上升，形成中性浮力热液羽流。形成的中性浮力热液羽流相对于周围海水富含高浓度的甲烷、Fe和Mn等化学异常及高的浊度、温度等物理异常。由于近底层流的作用，中性浮力热液羽流通常能够远离喷发点上方，加之其含有高浓度的Fe及在远离过程中不断与海水混合、氧化，通常在距离喷发点一定距离内以Fe的羟基氧化物形式沉淀下来，形成多金属沉积物。此外，在高温热液流体喷发过程中，还为海底微生物及大生物生存、繁衍提供了物质与能量，形成海底独特的生态系统^[4]。

根据海底热液系统是否活动，多金属硫化物矿又可以分为2种：第1种是活动的多金属硫化物矿，即正在喷发的多金属硫化物矿；第2种就是已经停止活动的多金属硫化物矿。目前对海底多金属硫化物的勘探，多是以活动的多金属硫化物矿为目标，在活动的多金属硫化物矿周围再寻找已经停止活动的多金属硫化物矿。因此，本文将重点阐述活动多金属硫化物矿的找矿标志。为了全面提取不同构造背景下海底多金属硫化物的找矿标志，选取TAG，Middle Valley，EPR13°N，Lau Basin及Izu-Ogasawara Arc这5个区域作为海底多金属硫化物矿的典型区域(如表1所示)。通过这5个区域的综合对比分析，可以将多金属硫化物的找矿标志划分为水体中的找矿标志、矿体周围沉积物中的找矿标志、地球物理的找矿标志及生物的找矿标志，分别介绍如下：

1.1  水体中的找矿标志

1.1.1  温度-盐度

在1977年和1979年发现海底热液喷发以前，少数调查者已经认识到大尺度上的物理和化学异常可能与热液流体释放有关^[5-7]，并开展了定量的研究工   作^[8]，如Lonsdale将东太平洋洋隆 8^oS东西两翼的盐度和温度剖面进行投影，发现在相同的盐度下，轴部站位的温度要比离轴站位的温度高零点零几度^[8]。羽状流的温度异常(Δθ)可以通过以下公式计算得到^[9]：

Δθ=θ+kσ_θ-b                (1)

其中：k和b分别代表没有受到热液羽状流影响的热液羽状流之上海水的位温(θ)与位密度(σ_θ)(或者盐度)之间线性关系的斜率和截距。

表1  典型的海底多金属硫化物矿区域

Table 1  Typical area of seafloor polymetallic sulfide deposit

1.1.2  浊度

光衰减和光散射这2种方法广泛用于热液羽状流的调查。与传统的水文调查不同，光指示标志是非保守性的，其变化取决于颗粒物之间的平衡。这种平衡有2个端元维持：由沉积物和生物生长产生的颗粒物和由沉积物沉淀、溶解及生物消化所引起的颗粒物消耗。尽管并不是所有的热液流体释放均能够产生光学信号异常^[10]，但光学信号示踪仍是较为敏感的指标，要比水文标志更容易解释。这种方法的测试方法较简单，表达如下：

ΔU_NT=(V_r-V_b)/a_n              (2)

其中：ΔU_NT指羽状流的光背散射异常；V_r指传感器读取的原始电压；V_b指背景海水的电压；a_n指每一个传感器对应的校正参数。

1.1.3  Eh

由于海水相对于热液流体为氧化性的，而热液流体为还原性的，因此在热液流体上升形成热液羽状流的过程中也会存在Eh的异常(ΔEh)。这种异常尤其在靠近热液流体喷发的地方尤为显著，如在Lau Basin中Valu Fa洋脊的勘探活动中，未受到热液活动影响的或者受到热液活动影响较小的区域，ΔEh通常在-0.01 V附近，而在遇到热液活动影响程度较大的地方或者在热液喷口上方，ΔEh急剧减小，可减小到-0.04 V左右，甚至到-0.1 V左右^[11-12]。

1.1.4  甲烷

将TAG热液场、EPR13^oN区域以及Izu-Ogasawara Arc区域水柱中的甲烷浓度、异常离底范围以及甲烷浓度最大值进行对比分析，结果如表2所示。对比各个区域的背景甲烷浓度，无论是大西洋还是太平洋背景甲烷浓度均较低，均小于1 nmol/L。对比甲烷异常浓度分布范围，可以发现甲烷浓度异常最大离底高度均出现在约300 m附近。考虑到水体的采集位置，最小离底高度及浓度最大值无实际意义，列出仅仅作为参考使用，下文相同，将不做说明。而最大离底高度，则在一定程度上与热液流体喷发的强度有关。一般而言，热液流体喷发的强度越大，则最大离底高度就越高。

表2  典型区域水体甲烷浓度对比表

Table 2  Contrasting of methane in water mass of typical area

1.1.5  Mn和Fe

全部可溶解态锰(TDMn)是指未经过滤的海水用HCl酸化至pH为2时可溶解的Mn含量，其包含有溶解态和颗粒态的Mn。全部活性锰(TRMn)指经孔径为0.4 μm的滤膜过滤后Mn浓度。将TAG、EPR13^oN及Lau Basin水柱全部溶解Mn浓度进行对比分析，各个区域均存在明显的全部可溶解Mn浓度异常，其背景值、异常分布范围及异常最大值如表3所示。对比不同区域背景全部溶解Mn的背景浓度，可以发现TAG背景浓度最大，而EPR 13°N浓度最小，Lau Basin浓度则位于中间。对比全部溶解Mn异常存在的最大高度可以发现在大西洋的TAG及EPR 13°N，其值约为300 m，而Lau Basin最大高度则较低，仅为180 m。

与Mn相似，TDFe指未经过滤的海水用HCl酸化至pH为2时可溶解的Fe含量。尽管端元热液流体中铁的含量一般比海水高4~6个数量级^[15]，但是，由于在采集及处理过程中存在污染问题，使得用元素Fe异常来指示热液活动难度增大，在实际应用中的前景受限。在选取的5个典型区域中仅见对Lau Basin区域Fonualei裂谷及其扩张中心的报道^[16]。从该报导中可以看出该区域背景Fe的浓度小于1 nmol/kg，其中元素Fe异常范围为离底30~180 m之间，其中最大异常浓度可达20.7 nmol/kg，此时离底高度与该区域的TRMn和甲烷浓度异常相同，为离底180 m^[16]。

表3  典型区域水体Mn浓度表

Table 3  Contrasting of Mn content in water mass of typical area

1.1.6  ³He

用³He作为示踪热液羽状流的标志，用于寻找海底热液喷发是现代热液调查的先驱，如Clarke等^[18]在Kermadec Trough以及Craig等^[19]在穿过东太平洋洋隆的调查剖面为早期的热液调查提供了证据。³He可用如下等式表达：

δ(³He)=(R/R_atm-1)×100          (3)

R为样品测试得到的n(³He)/n(⁴He)比值，R_atm为空气中的n(³He)/n(⁴He)比值。

对比EPR 13°N和Lau Basin水体中的δ(³He)(如表4所示)，可发现各个热液场均存在明显的δ(³He)异常，其背景值、异常分布范围及异常最大值分别见表4。尽管存在³He资料的区域较少，但仍可看出：(1) 在太平洋，δ(³He)背景值应该在小于或者等于36%； (2) ³He异常最大离底高度与甲烷、TDMn及TDFe异常的最大离底高度相似。在EPR 13°N，最大离底高度为260 m左右；在Lau Basin 最大离底高度为180 m左右。

表4  典型区域水体δ(³He)对比表

Table 4  Contrasting of δ(³He) in water mass of typical area

1.2  周围沉积物中的找矿标志

1.2.1  矿物学上的找矿标志

将TAG，Middle Valley，EPR13°N，Lau Basin以及Izu-Ogasawara Arc热液区周围沉积物的矿物学特征汇总，如表5所示。

将表5中的结果与远洋沉积物矿物组成对比，初步提取以下3大类矿物作为找矿的标志性矿物，分别如下：硫化物：黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、白铁矿、磁黄铁矿等；硫酸盐：石膏和硬石膏、重晶石(区分热液成因与自生成因，可参照文献[26])；硅酸盐：富Mg蒙脱石、富Mg绿泥石和绿脱石。

1.2.2  地球化学上的找矿标志

(1) 100w(Al)/w(Al+Fe+Mn)。Bostr?m等^[27]指出100w(Al)/w(Al+Fe+Mn)指标能够有效区分多金属沉积物与远洋沉积物^[27]。而该指标能否用于指导海底多金属硫化物的勘探，尚需要进一步研究。表6所示为典型区域沉积物的100w(Al)/w(Al+Fe+Mn)。对于远洋沉积物而言，其一般由生物和碎屑物质组成，该指标一般应大于50；而对于热液区附近沉积物而言，该值明显小于50， 如表6中的TAG，EPR 13°N及Lau Basin。但是对不同区域，沉积背景的100w(Al)/w(Al+Fe+Mn)又不同，如Middle Valley区域，未蚀变沉积物的值在63~64之间，而在Izu-Ogasawara Arc区域，英安岩碎屑则为沉积背景，该比值在67~70之间。在Middle Valley和Izu-Ogasawara Arc区域，受到热液活动影响的沉积物，该比值明显小于背景沉积物的比值。这一特征在Middle Valley尤为显著，从弥散流区沉积物、绿色蚀变沉积物、灰色蚀变沉积物到未蚀变沉积物，热液活动的影响逐步减小，而该值则逐步增大。基于以上因素，我们认为100w(Al)/w(Al+Fe+Mn)可以作为判断调查区是否存在热液活动的指标，该值越小，则越接近热液活动点(如从EPR 13°N的E272(距离洋隆西侧45 km)到E271(距离洋隆西侧25 km)，再到TAG(距离活动的TAG岩丘约2 km)，该指标逐步减小)。

(2) 元素富集因子。对于元素富集因子的分析可以判断是否存在热液活动的影响以及受到热液活动影响的程度。对Middle Valley沉积物而言，弥散流区沉积物相对于背景沉积物要亏损Al和Fe，但是要明显富集Sr，Ba，Zn，Cu和Pb等元素；绿色蚀变沉积物同样要亏损Al，但是，要略微富集Fe和Mn，明显富集Sr，Ba，Zn，Cu和Pb等；灰色蚀变沉积物略微亏损Al，略微富集Fe，明显富集Mn，Sr，Ba，Zn，Cu和Pb等^[21]。对于EPR 13°N 2根沉积物柱而言，相对于太平洋远洋黏土，其明显要富集Ba，Cu，Fe，Li，Mn，Mo，Ni，Pb，U，V，Zn等元素，略微亏损Al和Ti等元素^[22]。对于Izu-Ogasawara Arc沉积物而言，由于其背景沉积物来自周围的火山岩，故将沉积物全岩组成与火山岩组成进行对比，以判断各种元素的富集因子^[25]。Izu-Ogasawara Arc要富集Zn，Ba，Sr，Pb，Co，Fe等元素，而亏损Cr，Ni和Rb等元素。

表5  典型区域沉积物的矿物组成

Table 5  Contrasting of minerals composition in sediment of typical area

表6  典型区域沉积物100w(Al)/w(Al+Fe+Mn)对比表

Table 6  Contrasting of 100w(Al)/w(Al+Fe+Mn) value in the sediment of typical area

因此，通过上述对比分析，初步认为可以将Cu，Pb，Zn，Sr，Ba和Co等元素的富集因子作为判断是否存在热液矿的标志。对于Fe和Mn而言，两者的化学动力学不同造成在距离喷口较近的地区Fe的富集因子相对较高，而Mn则相反，在远离喷口处相对较高(如EPR13°N和Middle Valley)。

(3) 因子分析。沉积物通常由以下几个端元构成：陆源碎屑、生物碎屑、热液来源端元(羽状流掉下来的物质端元和快速沉淀的硫化物及物质消蚀来源物质端元)及火山碎屑物质端元。对这些端元的识别也能够为区域是否存在热液活动提供一定的指示意义，如Hodkinson等^[29]对Lau Basin ODP 834-839柱状样沉积物样品进行HCl淋洗，扣除碳酸盐及火山碎屑物质的影响，之后通过因子分析，他们在溶解物质中识别出2种沉积物相：(1) 热液成因氧化物相：以Fe和Mn为载体及相关元素；(2) 蚀变的碎屑相。对Izu-Ogasawara Arc沉积物而言，通过对全岩沉积物组成进行R-模式多变量因子分析，得到3个端元：(1) 热液来源物质端元；(2) 水成含铁物质及碎屑物质端元；(3) 水成因的无定形锰氧化物端元^[25]。对于TAG热液区沉积物，Mills等^[20]以Fe的含量作为热液来源物质的贡献比例，且与模拟结果具有很好的一致性。这种方法使用的前提是Fe几乎全部来源于热液的贡献，而陆源碎屑的贡献几乎可以忽略。

(4) 沉积物柱的垂向变化。对于TAG热液区沉积物、EPR13°N沉积物和Lau Basin沉积物，热液物质的贡献在垂向上均具有一定的变化性，说明热液活动具有阶段性。因此，对柱状样沉积物的热液物质贡献的研究，将对热液活动历史及规律的认识，特别是古海底硫化物矿或者已经停止活动的海底硫化物矿具有很好的指示意义。对于EPR 13°N柱状样沉积物而言，从全岩分析的Fe元素来看，Fe含量在垂向上的变化很小。对其数据进行重新处理，将碳酸盐的影响校正后，可发现从35 cm以上热液活动明显增强，呈现出多期次的特点^[22]。对于Lau Basin沉积物也呈现出多期次的特点。根据古地磁及古生物地层学的年龄数据，可以认为该区热液输入强度最强的时期在3.2 Ma。在3.2 Ma以后，从3.2 Ma到2.6 Ma，热液输入强度开始减弱。在1.1 Ma到0.8 Ma之间，还存在另外一个热液输入强度减弱的时期，之后热液输入强度再度增强(0.6 Ma)，然后减少。在减少的过程中，存在多期次的增加和减少波动，在顶部热液输入强度最弱^[28]。

1.3  地球物理的找矿标志

1.3.1  地形上的找矿标志

将各个区域发育的地质、地形特征进行总结，如表7所示。从表7可以看出：从慢速扩张洋中脊到快速扩张洋中脊，海底多金属硫化物发育的地形特征从洋脊轴部的裂谷区域到洋脊地堑的顶部区域以及远离洋脊的海山之上。在有沉积物覆盖的洋中脊，由于沉积物覆盖，造成热液区域主要发育在小突起之上。在Lau Basin，与慢速扩张洋脊相似，多发育在洋脊地堑两侧，多与断层发育有关。而在火山弧背景下，热液活动的发生多与破火山口有关。根据以上认识，初步认为：在慢速扩张洋中脊背景下，洋脊地堑区域为优先调查区域；快速扩张洋中脊背景下，洋脊地堑及地堑顶部或者边缘高地为优先调查区域；沉积物覆盖的洋中脊背景下，洋脊轴部的小突起为优先调查区域；弧后扩张中心，洋脊地堑为优先调查区域；弧前火山区域，发育有破火山口火山为优先调查区域，特别是坡度较陡的区域为优先调查区域。

表7  典型区域地质、地形特征对比表

Table 7  Contrasting of geology and topography of typical area

1.3.2  磁力上的找矿标志

由于热液流体以高温、还原性为特征，可导致洋壳中的磁性矿物去磁或者使得洋壳中的磁性矿物发生蚀变，从而减低热液场周围岩石的磁性，甚至降低到零。Tivey等^[30]对TAG岩丘进行近底拖曳磁调查，得到该区域的磁化强度反演结果：在已发现的热液活动区西南约100 m的位置存在一个近圆形的低磁化强度区域，其认为这是由于热液流体蚀变洋壳中的磁性矿物引起的；Gee等^[31]对Middle Valley区域Bent Hill附近的海底多金属硫化物区域进行近底拖曳磁调查，其结果显示：在Bent Hill及Dead Dog硫化物堆积区均存在明显的近圆形的低磁化强度区域。Tivey等^[32]对Main Endeavour热液场进行近底磁调查，反演结果显示：在大部分已知的热液硫化物堆积体周围存在近圆形的磁化强度低区域，但是也有例外，在Hulk-Crypto硫化物堆积体周围没有发现近圆形的低磁化强度区域。这种海底硫化物堆积体与近圆形磁化强度低区域之间的关系，在西南印度洋脊的近底磁调查中也得到验证^[33]。因此，这种近圆形的低磁化强度区域也可以作为海底多金属硫化物的找矿标志。此外，还推断这种方法不仅仅对活动的多金属硫化物矿有效，对已经停止活动的多金属硫化物矿也是有效的。

1.3.3  电法上的找矿标志

电法勘探是基于岩石及矿石的自然电位、导电性、电磁性等电性差异进行探测的，目前应用于多金属硫化物探测的主要方法有自然电位法(Electric Potential，EP)和垂直电测深法。

自然电位法是指在多金属硫化物矿体发育区域，海底存在一个明显的氧化还原界面，在矿体和溶液之间形成不均匀双电层，产生自然极化并形成自然电场。下面以俄罗斯的调查为例进行说明：Professor Logachev号调查船，于30航次用Rift-3系统在Semyenov区域做剖面线发现存在EP异常^[34]；于32航次同样应用Rift-3系统在该区进行加密调查，绘制了海底EP异常图^[35]。与该区域的硫化物区域对比^[35]，发现两者具有良好的对应关系，因此，这种EP异常可以作为海底多金属硫化物勘探的1个重要找矿标志。

垂直电测深是电阻率测深法的1种方式，它是通过改变供电极距或测量极距来测量某测点视电阻率随深度的变化。一般来说，小的极距反映较浅的地电结构，大的极距反映较深的地电结构，因此可以从测深曲线直接定性分析垂向的电阻率变化，或通过定量反演进一步确定整个横向地电断面，评价地质体的物性(电阻率或由其换算的空隙度等)和几何参数(埋深和延展范围)。2004年，俄罗斯将垂直电测深技术应用于Logatchev金属硫化物矿勘探工作，提出块状硫化物的视电阻率小于0.5 Ω·m，而与基岩混在一起的硫化物的视电阻率在0.5~0.6 Ω·m之间，而基性岩-超基性岩的视电阻率一般应大于1.0 Ω·m，这与Cairns等^[36]对TAG岩丘的电导率研究结果相一致。

1.4  生物的找矿标志

根据对典型海底多金属硫化物矿周围生物特征的研究，可以发现不同区域存在不同类型的生物，但是相比于一般海底环境，在活动的多金属硫化物区一般存在较大的生物量，且发育有多种多样的生物类型。一般而言，热液生物群落是以热液喷口为中心向四周呈带状分布，在很大程度上受海底热液所产生的温度梯度的控制，不同类群的生物占据不同的位置。 在近喷口处(20~110 ℃)分布着多种嗜热菌和古菌，它们常在烟囱壁、玄武岩等硬基质表面形成层状的白色菌席；在喷口附近(通常在烟囱壁上)温度为20~45 ℃地带，生活着一种嗜热多毛类庞贝虫； 管状蠕虫主要分布在5~25 ℃的地带；捕食性的蟹更喜欢在热液羽流区和管栖蠕虫群集的地带(分布在8~20 ℃) ；贻贝、铠甲虾和蛤一般分布在10 ℃以下的外围地带；而鱼和章鱼可以在热液口四周游弋。当然热液生物群落的环带状分布并没有严格的界限，有时它们之间表现出各生物门类的杂居和共生^[4]。因此，如果在海底环境中，发现了较大的生物量及一些特征的生物类型，如管状蠕虫、双壳类、螃蟹及虾等，也能够为指示热液活动提供一定的线索。在一定程度上可以认为：如果找到了热液生物，也就找到了热液活动区。

2  找矿方法研究

针对以上找矿标志，将实际应用到的调查方法总结如下几个方面：(1) 针对地质、地形的调查方法；(2) 针对水体的调查方法；(3) 针对近底地质、生物的调查方法。

就大尺度上的地质、地形的调查方法，一般采用船载多波束系统对大洋中脊附近区域进行地形扫描和成图。该方法可以建立工作区域基本的地质及地形特征(如构造、断层发育情况)。而针对小尺度上的地质、地形特征目前多采用拖曳旁侧声纳系统，对微地形进行精细成图，刻画局部特征(如局部凸起等)。此外，水下自治和有缆机器人也可以对地质、地形进行精细刻画。就水体调查而言，可以分为2种方法：(1) 点调查，即CTD站位调查，该方法用CTD采集水样同时获取该站位的温度、盐度及浊度剖面，之后分析不同深度水体中的化学异常(甲烷、全部可溶解Mn/Fe及³He等)；(2) 线调查，该方法也是基于CTD调查，CTD在距离海底不同高度(距离海底50~400 m)上沿着调查线(如大洋中脊延伸方向)进行连续的温度、盐度及浊度数据采集。有时Mets(可探测水体甲烷信号)、MAPRs(可探测深度、水体浊度及温度信息)仪器等也可以集成在CTD上进行线调查。就近底地质、生物调查而言，除了传统的海底拖曳调查(如摄像调查)、可视抓斗(电视抓斗)、可视多管取样(电视多管)及拖网调查外，水下自治及有缆机器人尤为适用于近底的地质及生物调查(如美国的ABE，我国大洋一号上的海龙号ROV及海洋六号上的海狮号ROV)，特别是水下自治机器人可以用于相对较大范围的近底声学、照相及水体调查(除温度、盐度及浊度指标，还包括底层水流向、流速，pH等指标)。

3  找矿模型研究

将上述海底多金属硫化物找矿标志结合现行的调查方法，根据找矿的不同阶段，对应不同调查尺度，将找矿模型划分为以下3个阶段：第1阶段，数十公里尺度调查阶段；第2阶段，数公里尺度调查阶段；第3阶段，数百米尺度以内或者数十米尺度调查阶段，总结如表8所示。

根据找矿的不同阶段，找矿模型可归纳如下：第1阶段，应沿着大洋中脊(弧后盆地、火山弧等)展开水体的调查，首先展开适当间距的点调查，在点调查发现初步异常的基础上，展开水体的线调查；第2阶段，在第1阶段异常的基础上，深化水体调查，开展异常区域沉积物矿物学和地球化学的调查工作，若条件允许开可开展近底电、磁调查；第3阶段，即锁定热液活动点的阶段，可开展水体(Eh和pH)、微地形、生物学、矿物学及地球化学的调查工作，在该阶段可以适用的调查方法有海底摄像、水下自治或者水下有缆机器人及可视抓斗取样等。

表8  活动热液区多金属硫化物找矿模型

Table 8  Exploration mode for seafloor plolymetallic sulfide deposit in active hydrothermal area

目前对于非活动多金属硫化物的调查，多是基于活动多金属硫化物资源为主，围绕活动多金属硫化物区域逐渐扩大调查区域进行的，但是，这种方法的效率较低。根据以上认识，初步认为沉积物中的地球化学异常可视作为非活动热液区多金属硫化物找矿首要开展的工作，即第1阶段；在第2阶段，与活动热液区多金属硫化物相比，不同在于主要开展沉积物的矿物学及近底拖曳调查工作(电法、磁法等)而不开展水体调查工作；在第3阶段，主要开展精细地质、地形的调查工作，寻找多金属沉积物的矿物学标志、微地形异常及死亡的生物壳体等标志。需要说明的是：在实际调查过程中，不同阶段之间并不是相互孤立的，而是相互耦合的。如在活动热液区多金属硫化物第1阶段调查的时候，若发现了大的温度及浊度异常，则可直接进入到第3阶段的调查工作；而在第2阶段进行近底拖曳调查时，也同时兼顾第3阶段的调查工作。

4  结论

目前，不同国家针对海底热液系统的调查尚处于科学研究阶段，对海底多金属资源的调查则尚处于找矿阶段，即如何发现海底的多金属硫化物的存在位置。但是，对于海底多金属硫化物勘探开发进程，找到海底多金属硫化物矿仅仅迈出一小步。下一步即将开展的工作，就是对多金属硫化矿进行评价，但是目前的调查方法往往只能够调查多金属硫化物在海底面上的延伸范围，而不能够揭示深度信息。到目前为止，有关硫化物矿的深度信息往往是通过ROV钻孔或者ODP及DSDP钻孔等得到。但是，这种方法需要耗费大量的时间及金钱，且只能够提供点上的深度信息，因此，通过地球物理的手段获取硫化物矿的三维信息则显得尤为重要。在陆地上金属矿的勘探上三维地震成像技术已经得到实际应用^[37-38]，对于海底金属矿，海底电法调查(如垂向电测深)在一定程度上能够揭示海底硫化物矿的三维结构，但是其揭示的深度有限(海底之下数十米)。基于以上认识，在未来的10年中，将找矿模型在海底多金属硫化物资源勘探中进行实际应用及开发可适用于海底多金属硫化物资源评价的技术无疑将显得十分紧迫。

致谢：本文得到广州海洋地质调查局前总工陈邦彦的帮助和支持，特别是其为本文提供了俄语翻译材料，在此表示衷心的感谢！

参考文献：

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(编辑 何运斌)

收稿日期：2011-06-15；修回日期：2011-07-15

基金项目：国际海底区域研究开发“十五”项目(DYXM115-2-1-06，DYXM115-2-1-07)

通信作者：姚会强(1982-)，男，河南商丘人，工程师，从事海洋地球化学、海洋矿产资源研究；电话：020-82020229；E-mail：hqyao@163.com