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海底地热能够形成有工业价值的矿床吗?
发表于:2019-01-30
来源:能源网|作者:匿名

陆地上的地热,给人难以忘怀的印象。西藏羊八井的热海,一柱柱白色的热气向湛蓝的天空升腾,地下的白色雾气与天上的白云交相辉映,一汪汪出露的热水喷泉的周围,形成的硅华、钙华如一座座城堡,让人浮想联翩。海水之下,洋底之中,是否也有地热?是否也形成热水的喷泉?是否也有硅华、钙华形成的神秘城堡?

其实,地球是一个整体。活生生的地球能够在陆地上展露自己温热的躯体,自然在海洋中也会有展露。科学家认为,陆地上地壳的厚度远远大于海洋,况且海洋中一些地带的地壳是最薄的,离炽热的地幔很近,应是地热更发育的地区。1977年,世界上著名的伍兹霍尔海洋研究所的R.巴拉德等科学家乘坐“阿尔文”号潜水器,在大洋中的加拉帕戈斯裂谷直接观察到热泉的存在,其温度高达380℃,热水刚喷出之时清澈透明,与冰冷的海水相混,便激起混浊的白色水柱,人们称之为“白烟囱”。

之后的深海大洋科学考察,不断发现海底洋底存在着大量的地热活动区。目前,人类至少发现了490个地热活动区,将来的发现肯定会与日俱增。这些地热活动区主要分布在北纬40°和南纬40。之间的大洋中脊和海底火山带等现代构造比较活跃、岩浆活动比较强烈的洋底。

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海底地热活动的地区,常形成热泉,向冰冷又黑暗的海水喷出热液。据统计,大部分海底热液温度可达300℃,其周围形成特殊的生态群落。日常情况下,生命很难在温度超过50℃的环境中生存。但温度高达300多度的海底热泉周围,竟奇迹般地生活着血红色的长达3米的无口、无肛门、无肠道的管状蠕虫,不可思议地横行着没有眼睛的巨蟹,横卧着碗口大小的血液也是红色的肥蛤!

烟囱冒烟过后,留下了高耸的堆积物,往往富含金属矿物,形成具有工业价值的金属矿床。

在完全没有光合作用进行的环境中,热泉周围的特别生物群落引起科学家的关注。为什么会出现异样的动物呢?它们靠什么维持生命?经过科学家的调查,热液活动区附近水中的营养盐极为丰富,是一般海底的300倍,远远高于一般生物生存水域的养分。这些丰富的营养盐,有没有可能形成有经济价值的矿床?

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1948年,瑞典“信天翁”号调查船首次发现红海海底存在含金属的泥。美国科学调查船在1965年观察到红海含金属泥的海底区域是热液活动区。至今,海洋地质学家认为,海底热液活动可形成两类矿床:一是金属软泥,二是块状硫化物矿床。

红海金属软泥的发现及其可能具有的巨大经济价值引起当时海洋强国的兴趣,各国纷纷派出调查船进行矿床普查。1964年,英国“发现”号、西德“流星”号、美国“阿特兰蒂斯Ⅱ”号等百舸争流一般地集中在红海,开始大规模寻找金属软泥矿床,先后在中央裂谷带发现24个热液活动区,并含有高浓度的金属,当时称为“热卤水池”。其中,被命名为“阿特兰蒂斯Ⅱ”海渊的金属软泥最具经济价值,其上部10米厚的软泥中富含铁、锰、锌、铜、镍、钻、铬、银、金、钼、钒、钡、锶等金属元素,约含锌290万吨、铜106万吨、银4 500万吨、金45万吨,资源总量超过5 000万吨,是当今世界上已发现的最有经济价值的热液矿藏。

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金属软泥的发育并不限于红海。目前,在东太平洋的巴乌海盆等地就发现了金属软泥。深海钻探的岩心中,也发现太平洋和大西洋存在多次生成的金属软泥。只是大洋中的金属软泥很少含有金、银等贵金属元素,一般只有铁、锰、铜、钴、镍等。

海底热液活动形成的另一类矿床为块状硫化物矿床,主要生成于大洋中脊轴部的裂谷带,它一般与活动热液喷口或古热液喷口相伴生,呈小丘、烟囱和锥形体状成群出现,如陆地上西藏羊八井热海中的硅华、钙华。

据研究,热液及块状硫化物矿床形成的机理为:含金属量极低的海水沿裂谷带张性断裂或裂隙向下渗透,被新生火山岩质洋壳加热,温度逐渐升高,进入岩石中的高温海水从玄武岩中淋滤出大量的各种金属元素,形成高温、高浓度、高密度的高压地下水,它受到地质构造的控制而喷出或溢出海底,即与低温的海水相遇,热液的温度骤然降低,溶解度随之降低,极细粒的黄铁矿、黄铜矿、铅锌矿、闪锌矿等硫化物,钙、镁硫酸盐的快速沉淀,在热泉附近堆积,形成柱状或锥状的硫化物矿床。由于硫化物较黑,堆积物如“烟囱”,因此用“黑烟囱”来形象地称海底热液体系及形成的硫化物矿床。

黑烟囱的寿命很短,但一般可堆积大量的金属。一个黑烟囱从生到死,只有十几年到几十年。黑烟囱的活动偃旗息鼓后,沉淀物就会堆积起直径数百米、高数十米的上细下粗的立柱或立锥。每个黑烟囱通常可形成数百万吨的矿床。如北太平洋海脊中有一个已死亡的黑烟囱,形成直径200米、高为10米的沉淀物堆积体,经测算其金属硫化物的储量达到150万吨,价值为数亿美元。

全球海洋之中,黑烟囱总体呈条带状分布,可分为大洋中脊型、岛弧—边缘海型、活动断裂型和热点型。前三者呈线状分布,它们所控制的热液活动区自然相伴而来。如属大洋中脊型的东太平洋海隆热液矿床仅在北纬21°的一处,发育的热泉长为7千米,宽不过200~300米,在这狭长条带内存在有25个喷口,各喷口周围耸立高1~5米的黑烟囱。

海底热液矿床有着“海底金银宝库”的美誉,这可能是因为海底热液矿床不同于结核、结壳。首先,单个海底热液矿床分布的区域面积较小,储量较大,呈块状或厚层状堆积,不像结核、结壳那样如薄纸状分布,如开采同等数量的矿产,则工艺迥然不同。其次,海底热液矿床分布较有规律,如果发现一处,则可以顺藤摸瓜,沿构造线找到其余的矿床。再者,海底热液矿床的量较大,全球海洋中已发现热液矿床超过432处,其资源量较大,如在加帕戈尔斯海岭发现的块状硫化物矿床,位于水深2 500米左右,呈长100米、宽200米、高35米的长方体,含铁35%,铜10%,储量达2 500万吨,简直就是一座精矿的仓库。因此,海底热液矿床具有较易实现的经济价值。

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