海底多金属硫化物电性实验与导电机理研究

Seafloor polymetallic sulfide is a new type of marine mineral resources with great potential, which has attracted much attention at home and abroad. China is the first country to get the right of exploration and exploitation of seafloor polymetallic sulfides in the world, and is currently in the leading position of the world in the field of seafloor polymetallic sulfide investigation and exploration. Electrical prospecting is one of the most important means of ore exploration on land. However, because of differences in land and sea mineral types and occurrence environments, there is a lack of deeper understanding of the electrical characteristics of seafloor polymetallic sulfides and prospecting technology of seafloor polymetallic sulfides is not mature. The research on theoretical foundation is particularly inadequate. Therefore, it is very important and urgent to carry out the corresponding experimental research. This project aims to collect samples and data from seafloor polymetallic sulfide mining area of the southwest India Ocean. According to the characteristics of seafloor environment, we simulate the in-situ conditions of temperature and pressure, carry out electrical experiments and obtain resistivity, complex resistivity and polarizability of seafloor polymetallic sulfides. Based on the theory of rock physics, we study the electricity law of seafloor polymetallic sulfides and establish evaluation model of electrical parameters. Our research provides theoretical and technical support for electrical prospecting of seafloor polymetallic sulfides.

海底多金属硫化物是一种潜力巨大的新型海洋矿产资源，备受国内外广泛关注。中国是世界上第一个获得海底多金属硫化物勘探开采权的国家，目前在海底多金属硫化物调查和勘探领域处于全球领跑位置。电法勘探是陆地金属矿勘探最重要的手段之一，但由于海底和陆地矿产类型、赋存环境的差异，目前对海底多金属硫化物电性特征缺乏较深入的认识，海底多金属硫化物电法勘探尚不成熟，其理论基础研究尤其不足，因此，开展相应的电性实验研究就显得十分重要且极具紧迫性。本项目拟收集西南印度洋海底多金属硫化物矿区样品资料，根据海底环境特点，模拟海底原位温压条件，开展电性实验测量，获取多金属硫化物电阻率、复电阻率和极化率等参数，运用岩石物理学理论，探索海底多金属硫化物电性规律及电性参数评价模型，为海底多金属硫化物电法勘探提供理论和技术支撑。

海底多金属硫化物富含铁、铜、锌、铅、金、银等金属，是极具潜力的战略矿产资源，备受国内外广泛关注。电法勘探是陆地金属矿勘探最重要的手段之一，但由于海底和陆地矿产类型、赋存环境的差异，目前对海底多金属硫化物电性特征缺乏较深入的认识，海底多金属硫化物电法勘探尚不成熟，其理论基础研究尤其不足，本项目收集西南印度洋海底多金属硫化物矿区样品资料，并依据天然洋中脊多金属硫化物的结构组分特征制备人工岩样，模拟海底环境特点，开展电性实验测量和数值模拟，获取多金属硫化物岩石电阻率、极化率、弛豫时间谱等参数，对海底多金属硫化物电性规律及电性参数评价模型展开研究。取得的主要成果如下：1）建立了一套海底多金属硫化物电性参数实验测量技术，并研发了相应的测量装置。该装置能够模拟海底原位环境，并较好地消除了背景噪声的影响，测量精度较高，还具有拆卸方便、测量效率高等优点。2）提出了一种基于弛豫时间谱的洋中脊多金属硫化物电性评价方法，该方法能有效评价浸染型海底多金属硫化物岩石的激发极化特性，包括对岩石弛豫时间常数、极化率等常规物性的评价，以及岩石中不同极化源的识别，此外还可以确定岩石中金属硫化物的含量和粒径。3）系统性研究了海底多金属硫化物电性特征及其影响因素。当体积含量低于20%时，总极化率随着浸染状洋中脊金属硫化物体积分数的增加而线性增加。然而，总极化率与脉状和块状金属硫化物的体积分数呈非线性正相关。地层水矿化度的增大会导致金属硫化物弛豫时间常数的减小，以及围岩激发极化强度的减小。浸染状金属硫化物的电阻率主要取决于孔隙水的电导率。脉状和块状硫化物的电阻率主要取决于硫化物的体积分数和沿电场方向的长度。块状硫化物纵横比以及脉状金属硫化物迂曲度的增加均会导致弛豫时间常数和总极化率减少。本项目厘清了海底多金属硫化物的电性特征与导电机理，对海底多金属硫化物的电法勘探提供了有力支撑。