海底寻宝丨喷金吐银的神奇“黑烟囱”

导读

约占地球表面71%的海洋里蕴含着丰富的矿产资源，海底热液硫化物（Volcanogenic massive sulphide ore deposits, VMS）是其中极具代表性的一类。上世纪科考发现海底存在大量类似火山喷发的热液异常区，其周围区域存在多种金属矿产和新生物群落，俗称“黑烟囱”。借助岛津电子探针(EPMA)高灵敏度特性，在某批采集于我国专属海底矿产资源区的热液硫化物中，成功探测到微量贵金属Au-Ag包裹体，为其科研和开采价值提供了有效的数据支撑。

海底神奇“黑烟囱”

伴随着人口激增、工业高速发展，人类对矿产资源的索取成指数级增长。然而，陆地资源日渐匮乏，于是人类开始把目光投向更为广袤的海洋。海洋矿产资源种类丰富，按照海洋矿产资源形成的海洋环境和分布特征，从滨海、浅海至深海分布有：滨海砂矿、石油与天然气、磷钙土、多金属软泥、多金属结核、富钴结壳、热液硫化物以及天然气水合物（即可燃冰）等。

上世纪60年代，科考发现海底的热液异常，随后又观测到大量正在喷发的海底“黑烟囱”，以及在其周围形成的大量多金属软泥及冷却结晶形成的金属硫化物矿物，包含有Cu、Zn、Mn、Co、Ni等，及Au、Ag、Pt等贵重金属元素，并观察到大量新生物种群。

“热液硫化物”主要出现在2000米水深的大洋中脊和断裂活动带上，是海水侵入海底裂缝，受地壳深处热源加热，溶解地壳内的多种金属化合物，再从洋底喷出的烟雾状的喷发物冷凝而成的，被形象地称为“黑烟囱”。

这些亿万年前生长在海底的“黑烟囱”喷“金”吐“银”，形成含有铜、锌、铅、金、银等多种元素的海底矿藏，具有极高的开采意义。据科学家初步估算，仅红海中的热液硫化物中就有铁2400万吨、铜106万吨、锌以及伴生的铅、银和金290万吨。“热液硫化物”已成为国际日益关注的海底矿藏。

矿物中贵金属的电子探针测试特点

贵金属之所以贵重，一个重要原因就是其资源相对稀缺，天然形成的矿物中贵金属含量很低，所以对测试仪器的灵敏度要求极高。

岛津电子探针通过配置52.5°的高位特征X射线取出角以及兼具灵敏度和分辨率的同一4英寸罗兰圆的全聚焦分光晶体，使之在对微量贵金属的测试中具有很大的优势。

岛津电子探针分析热液硫化物中贵金属

由于微量贵金属的直观分布表征对仪器的测试灵敏度要求较高，此处使用岛津电子探针EPMA对在我国某专属海底热液活动区取样的热液硫化物中元素分布特征进行面分析。

热液硫化物矿物被散射电子像及S、Zn、Fe、Cu元素面分布图

S、Zn、Fe元素面分布图显示，该热液区硫化物矿物主要由闪锌矿、黄铁矿为代表的复杂Zn系列和Fe系列硫化物构成，包括一些黄铜矿（Cu-Fe-S系列）包裹体，且同一矿物颗粒不同位置成分差异较大；在闪锌矿中发现了Fe的异常分布带。

热液硫化物矿物中微量Au、Ag的元素面分布特征

Au、Ag元素面分布图显示，闪锌矿边界存在Au-Ag包裹体（背散射电子像中白亮颗粒）；研究表明，包体金一般包裹于其他寄主矿物，寄主矿物主要是闪锌矿和黄铁矿，此处为含铁闪锌矿，经溶蚀作用后被暴露于闪锌矿晶体边界。

热液硫化物矿物中微量Au、Ag的元素确认

关于包体金的形成机制，有些学者认为硫化物在生长过程中，从富金流体中吸附Au+，在硫化物的表面被还原从而生成包体金。也有学者认为包体的形成是因为Au含量超过其在寄主矿中的溶解度极限，或是从准稳定态的寄主矿中析出。

结语

借助岛津电子探针对某处的热液硫化物进行分析，发现了微量贵金属Au-Ag包裹体，显示其经溶蚀作用后被暴露于闪锌矿晶体边界。说明了海底热液硫化物的开采价值，也验证了岛津电子探针在测试微量元素方面的高灵敏度特征。

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