锰结核又叫锰矿瘤、锰团块或多金属结核,发现早期曾称其为铁锰结核。它主要是由铁锰的氧化物和氢氧化物组成,并富含铜、镍、钴、钼和多种微量元素,广泛分布于深海大洋盆底表层。估计世界深海底锰结核的总储量约为(15~30)×1011t,是最有开发远景的深海矿产资源。
锰结核一般呈褐色、土黑色和绿黑色,由多孔的细粒结晶集合体、胶状颗粒和隐晶质物质组成,常为球形、椭圆形、圆盘状、葡萄状和多面状。结核的个体大小悬殊,小的直径不足1mm,大者直径可达几十厘米甚至1m以上,常见的为0.5~25cm。大部分结核都有一个或多个核心,核心的成分可以是岩石或矿物碎屑,也可以是生物遗骸,围绕核心形成同心状金属层壳结构,铜、钴、镍等金属元素就赋存于铁、锰氧化物层中。
结核含有30多种金属元素,其中的铜、镍、钴、锰、钼都达到了工业利用品位,仅太平洋1800×104km2的范围内,在表层1m厚的沉积物中,结核就有1万多亿吨,可提取锰2×1011t、镍90×108t、铜50×108t,钴30×108t。另外,结核中还有含量很高的分散元素和放射性元素,如铍、铈、锗、铌、铀、镭和钍等。
锰结核的成因是个复杂的问题,至今仍未有公认的见解。锰结核主要分布在太平洋,其次是印度洋和大西洋的所有洋盆和部分深海盆地。根据世界洋底的构造地貌特征和海区所处的构造位置以及锰结核的成分、地球化学和丰度,可在世界大洋划分出15个锰结核富集区(图2-21),其中8个位于太平洋。东北太平洋克拉里昂与克里帕顿断裂带之间的C-C区(7~15°N,114~158°W,即图2-22中的1)锰结核丰度高达30kg/m2,铜、钴、镍的总品位一般大于3%,是最有开采价值的海区。中国已于1991年5月成为世界上第五个具有先驱投资者资格的国家,在C-C区获得了15×104km2的锰结核资源开辟区。最近几年来,先后进行了8个航次的勘察,至1998年底,最终完成了开辟区50%的放弃任务,从而在东北太平洋圈定了7.5×104km2作为中国21世纪的深海采矿区。
富钴结壳是一种生长在海底硬质基岩上的富含锰、钴、铂等金属元素的“壳状”沉积物,其中钴的含量特别高。钴是战略物资,备受世界各国的重视。结壳往往产于水深不足2000m的半深水区,开发技术和成本都比锰结核低,是具有巨大经济潜力的深海金属矿产类型。
富钴结壳大多呈层壳状,少数包裹岩块、砾石,呈不规则球状、块状、盘状、板状和瘤壳状。结壳厚度一般不大,平均2~4cm。结壳呈黑色或暗褐色,内部有平行纹层构造,反映结壳生长过程中的环境变化。
富钴结壳含有锰、铁、钴、镍、铅、铜、钛、铂、钼、锌、铬、铍、钒等几十种金属元素,其中钴含量高达2%,比锰结核中钴的平均含量高3~5倍。关于富钴锰结壳的形成过程和机理,目前研究得还不够深入,多数学者认为是水成成因,即钴、铁、锰等金属元素源于海水,结壳沉积可能是纯粹的胶体化学过程。
富钴锰结壳产于海山、海岭和海底台地的顶部和上部斜坡区,通常以坡度不大、基岩长期裸露、缺乏沉积物或沉积层很薄的部位最富集。从分布的地理纬度看,它们仅局限于赤道附近的低纬区,以中太平洋海山区最富集,在印度洋和大西洋局部海区也有发现。