海底尋寶丨噴金吐銀的神奇“黑煙囪”
發(fā)布時間:2022-02-11 閱讀次數(shù)：823次
導讀
約占地球表面71%的海洋里蘊含著豐富的礦產(chǎn)資源，海底熱液硫化物（Volcanogenic massive sulphide ore deposits, VMS）是其中極具代表性的一類。上世紀科考發(fā)現(xiàn)海底存在大量類似火山噴發(fā)的熱液異常區(qū)，其周圍區(qū)域存在多種金屬礦產(chǎn)和新生物群落，俗稱“黑煙囪”。借助島津電子探針(EPMA)高靈敏度特性，在某批采集于我國專屬海底礦產(chǎn)資源區(qū)的熱液硫化物中，成功探測到微量貴金屬Au-Ag包裹體，為其科研和開采價值提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。
海底神奇“黑煙囪”
伴隨著人口激增、工業(yè)高速發(fā)展，人類對礦產(chǎn)資源的索取成指數(shù)級增長。然而，陸地資源日漸匱乏，于是人類開始把目光投向更為廣袤的海洋。海洋礦產(chǎn)資源種類豐富，按照海洋礦產(chǎn)資源形成的海洋環(huán)境和分布特征，從濱海、淺海至深海分布有：濱海砂礦、石油與天然氣、磷鈣土、多金屬軟泥、多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、熱液硫化物以及天然氣水合物（即可燃冰）等。
上世紀60年代，科考發(fā)現(xiàn)海底的熱液異常，隨后又觀測到大量正在噴發(fā)的海底“黑煙囪”，以及在其周圍形成的大量多金屬軟泥及冷卻結(jié)晶形成的金屬硫化物礦物，包含有Cu、Zn、Mn、Co、Ni等，及Au、Ag、Pt等貴重金屬元素，并觀察到大量新生物種群。
“熱液硫化物”主要出現(xiàn)在2000米水深的大洋中脊和斷裂活動帶上，是海水侵入海底裂縫，受地殼深處熱源加熱，溶解地殼內(nèi)的多種金屬化合物，再從洋底噴出的煙霧狀的噴發(fā)物冷凝而成的，被形象地稱為“黑煙囪”。
礦物中貴金屬的電子探針測試特點
貴金屬之所以貴重，一個重要原因就是其資源相對稀缺，天然形成的礦物中貴金屬含量很低，所以對測試儀器的靈敏度要求極高。
島津電子探針通過配置52.5°的高位特征X射線取出角以及兼具靈敏度和分辨率的同一4英寸羅蘭圓的全聚焦分光晶體，使之在對微量貴金屬的測試中具有很大的優(yōu)勢。
島津電子探針分析熱液硫化物中貴金屬
由于微量貴金屬的直觀分布表征對儀器的測試靈敏度要求較高，此處使用島津電子探針EPMA對在我國某專屬海底熱液活動區(qū)取樣的熱液硫化物中元素分布特征進行面分析。
熱液硫化物礦物被散射電子像及S、Zn、Fe、Cu元素面分布圖
S、Zn、Fe元素面分布圖顯示，該熱液區(qū)硫化物礦物主要由閃鋅礦、黃鐵礦為代表的復雜Zn系列和Fe系列硫化物構(gòu)成，包括一些黃銅礦（Cu-Fe-S系列）包裹體，且同一礦物顆粒不同位置成分差異較大；在閃鋅礦中發(fā)現(xiàn)了Fe的異常分布帶。
Au、Ag元素面分布圖顯示，閃鋅礦邊界存在Au-Ag包裹體（背散射電子像中白亮顆粒）；研究表明，包體金一般包裹于其他寄主礦物，寄主礦物主要是閃鋅礦和黃鐵礦，此處為含鐵閃鋅礦，經(jīng)溶蝕作用后被暴露于閃鋅礦晶體邊界。
熱液硫化物礦物中微量Au、Ag的元素確認
關于包體金的形成機制，有些學者認為硫化物在生長過程中，從富金流體中吸附Au+，在硫化物的表面被還原從而生成包體金。也有學者認為包體的形成是因為Au含量超過其在寄主礦中的溶解度極限，或是從準穩(wěn)定態(tài)的寄主礦中析出。
結(jié)語
借助島津電子探針對某處的熱液硫化物進行分析，發(fā)現(xiàn)了微量貴金屬Au-Ag包裹體，顯示其經(jīng)溶蝕作用后被暴露于閃鋅礦晶體邊界。說明了海底熱液硫化物的開采價值，也驗證了島津電子探針在測試微量元素方面的高靈敏度特征。
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