多金屬結核（以下簡稱結核），過去許多文獻稱之為錳結核。它是分布在大洋海床上的壹種多金屬礦產資源。結核壹般由核心及圍繞它的殼層構成。殼層物質由錳相礦物和鐵相礦物微層與粘土礦物微層交替生長而成。殼層富含Mn、Cu、Ni、Co，以及Mo、Pb、V和Ti等有用金屬組分。
1873年，英國“挑戰者”號考察船在大西洋首次發現多金屬結核。但由於測試和海上調查技術的限制，對結核的成分及其資源價值長期未被人們認識。
本世紀中葉，工業技術的飛速發展和高新技術的應用，為大洋結核的調查、研究與開發提供了技術和手段。60年代中期，美國科學家J.L.梅羅估算太平洋結核儲量約有170×104Mt，並指出其具有巨大的經濟遠景。同時結核至今仍在繼續生長，儲量還在不斷增加，有人推算，其增長速率為6～10Mt/a。因此，結核資源是壹種“取之不盡、用之不竭”的礦產資源。這些研究成果的發表，使深海底礦產的潛在重要性逐漸被認識，而且深海底礦產資源主要是人們感興趣的Cu、Co、Ni等有用金屬元素。因此，許多國家對太平洋結核資源開展了調查和研究。
70年代，對太平洋的結核調查、勘探和開發的研究達到高潮。已有的地質－地球物理調查都認為，克拉裏昂和克裏帕頓斷裂帶之間的區域（簡稱CC區）是太平洋中最好的結核富礦帶。因此，大部分國家和財團的調查、勘探活動都集中在這壹地區。現將幾個國家的結核勘查簡況分述如下。
1.1.1 美國
美國是開展結核調查、勘探最早、規模最大的國家，而且，該國的四家跨國公司已經占據了CC區結核富集帶的最有利區塊。美國從事多金屬結核調查工作的特點是：
（1）對結核進行的大規模的調查研究中，參加單位有政府機構、研究所和大學，也有大公司和企業。包括地質調查所、海洋和大氣管理局、斯克裏普斯海洋研究所、拉蒙特－多爾蒂地質研究所和幾十所大學；從1962年起，又有海洋礦產公司（DMCO）、海洋管理公司（OMI）、海洋礦業聯合公司（OMA）和肯尼柯特財團（KCON）等4家公司從事結核的調查、勘探及采礦試驗。
（2）在海洋和大氣管理局成立了海洋礦物資源辦公室，負責計劃、協調、實施海洋礦物的開發工作。美國政府在聯合國海洋法公約通過之前，於1980年宣布《深海底礦物開發法》生效，並批準4家美國公司申請結核礦區的勘探權和開發權。
（3）由政府和科學基金資助，實施壹系列調查、研究計劃，包括對結核的成因、物質成分及金屬含量、分布規律、深海采礦環境和地形、沈積物類型等內容的調查與研究。
（4）以美國企業為主的4家跨國公司，他們的工作重點是結核礦物資源調查、勘探、深海采礦試驗。在結核勘查方面，除運用常規的海洋地質采樣器采集礦樣和地球物理勘探的地震、磁力測量外，還應用了快速勘探系統（high speed exploration system，簡稱HSES）、深拖調查系統等先進儀器設備。
（5）美國對深海結核調查和勘探已於70年代末基本結束，並轉為其他礦產資源的調查。
1.1.2 日本
日本是礦產資源貧乏的國家，政府鼓勵對深海結核資源進行調查、勘探和開發。日本開展結核調查和研究始於60年代，由政府機構實施壹系列勘查計劃，如“深海礦物資源開發基礎的調查研究”、“深海礦物資源勘探基礎研究”、“深海礦物資源開發研究”和“深海礦物資源地質學研究”等，同時進行深海采礦系統的開發及“連續鏈鬥采礦”系統的采礦試驗。1974年，日本設立深海礦物資源開發協會，1982年又成立錳結核采礦系統研究所，負責研究采礦系統和調查、選定結核礦區。日本開展結核調查的作法是“漸近勘探方法”，隨勘查測量的進展而日益提高調查的精確性。勘探階段可分為概查階段Ⅰ、普查階段Ⅱ和普查階段Ⅲ（詳細勘查）三個大階段。
1.概查階段Ⅰ
這壹階段的調查任務是研究結核的產狀。本階段又可分為3個小階段。
圖1—1 Ⅰ2階段工程分布圖 圖1—1～1—4均引自Svimitomo Corporation,1988
（1）概查階段Ⅰ1 這壹階段的主要任務是搜集資料和編制各種圖件，預選可能的結核調查區，編寫海上調查設計報告。
（2）概查階段Ⅰ2（路線調查） 該階段的任務是沿選定路線了解結核產狀，包括豐度和品位、海底宏觀地形特征（表1—1）；方法為長剖面測深和地震/淺層剖面測量，剖面間距不小於120n mile，測站間距30～50n mile。每個測站由7～8個帶海底照相機的無纜抓鬥取樣點組成，取樣點間距為ln mile（圖1—1）。
（3）概查階段Ⅰ3（面積調查） 該階段的任務是圈定地形平坦區，了解構造地形特征，結核類型、豐度和品位及其分布（表1—2），方法同概查階段Ⅰ2，測線距10n mile，聯絡線距10～20n mile，測站間距20～30n mile（圖1—2）。概查階段結束，要求圈出進壹步工作的遠景區、100m等值線地形圖、地質構造圖和結核豐度圖等。
表1—1 Ⅰ2階段概查目的和設備
註：畫框部分表示必須重點解決的問題。
表1—1～1—4均引自Svimitomo Corporation,1988。
DORNIER——水下定位系統。表1—1～1—4均如此。
2.普查階段Ⅱ
普查階段的任務是通過加密測線，區分出與采礦可達性有關的海底地形地貌類型，獲得具有較高準確性的結核分布、豐度和金屬含量（表1—3）。方法是測深和局部地震/淺層剖面加密，主測線間距2.5～5n mile，聯絡線間距5～10n mile；測站間距5～10n mile（圖1—3）。成果資料有25～50m等值線地形圖，標有沈積厚度、露頭和斷層的地質構造圖，結核類型、大小、豐度、覆蓋率和金屬含量的分布圖等。
3.普查階段Ⅲ（詳細勘查）
表1—2 Ⅰ3階段調查目的和設備
註：實線框中內容表示要重點解決的問題，虛線框表示次要的或順便可以解決的問題。
圖1—2 Ⅰ3階段工程分布圖
圖1—3 普查階段Ⅱ工程分布圖
表1—3 普查階段（Ⅱ）調查目的和設備
註：（√）表示次要方法。其它含義同表1—2。
該階段的任務是圈定結核豐度和金屬含量最高的最大地區，並要求地形坡度小於5°～10°、障礙物數量最少（表1—4）。方法是電視和連續測深（如果需要，則進行地震/淺層剖面測量）或用發展中的深拖系統等，測線間距1～2.5n mile，測站間距2.5～3.0n mile（圖1—4），每個測站由6～7個無纜抓鬥投放點組成，點距為ln mile。每點投放兩個抓鬥（其中壹個帶照相機，壹個不帶，兩者相距很近），並與沈積物取樣管聯合作業。沈積物采樣（土工學和沈積相界需要）間距10～30n mile（鏟式或箱式）。沈積物采樣點被3個帶照相機的無纜抓鬥站包圍，各站距中心約0.5n mile。本階段要求準確的導航定位（基準導航－無線電聲探，可能的海底應答器）。本階段結束時要求提交10m等值線和障礙物標誌的詳細地形圖，結核豐度和金屬含量等值線圖，並提供能進行經濟評價的礦石儲量和品位等足夠數據。
表1—4 詳細勘查階段的普查目的和設備
註：“頂”指火山表面的構造形態。其它符號同表1—1～1—3。
1.1.3 原西德
原西德是積極開展深海底礦產資源調查的國家之壹，該國從事結核調查始於70年代初期。1972年，成立海洋礦物原料開發公司（AMR），由政府資助在太平洋調查面積達4Mkm2，並重點在CC區10Mkm2結核富集帶中選擇1.56Mkm2（135°～155°W,5°～15°N）海域進行勘探（圖1—5）。其任務包括礦石數量（含結核產狀、豐度、分布規律和儲量），礦石質量（含礦石品位、化學成分及變化、金屬含量等），可采性（含海底地形、坡度、障礙物等）三方面。勘查手段及方法如圖1—6所示。勘查方法是“循序漸進、逐步加密測網間距”，即由面到點，逐步縮小勘查範圍，最後確定勘探區。根據不同勘查階段的精度要求和資料、成果的匹配性，以及使用相應的最有效的調查工具，結核調查劃分為勘查和勘探兩大階段。
圖1—4 普查階段Ⅲ（詳細勘查）工程布置圖
圖1—5 各調查－勘探階段工作區域的估計規模（據R.Fellerer,1975）
1壹詳查面積312000km2（占調查區面積的20%）；2—勘探區面積156000km2（占調查區面積的10%）；3—礦床經濟評價部分面積39000km2（占調查區面積的2.5%）
圖1—6 勘查多金屬結核使用的標準工具及利用率（據R.Fellerer,1986）
1.勘查階段
根據任務和工作性質的差異，勘查階段進壹步分為3個小階段。
（1）勘查階段Ⅰ1 本階段主要為室內工作，據已有可利用資料、設備和資金選擇靶區，編制靶區有關圖件。
（2）勘查階段Ⅰ2 任務是圈定遠景區；遠景區內的結核豐度、品位要達到規定的要求，面積要足夠大，障礙物及地形能滿足采礦要求。勘查方法包括地球物理測量和地質調查等。
可供選擇應用的地球物理方法包括單波束或多波束回聲測深、淺層剖面測量、地震調查、磁力和重力調查等。測線距為80～100n mile；測站間距30～50n mile（圖1—7a）。選擇帶照相機的無纜抓鬥采集地質樣品，每站投放5～8個，按0.5n mile間距直線投放或按采樣圈投放；如需有纜取樣，則布置在測站端部或采樣圈中心。
（3）勘查階段Ⅰ3 任務同勘查階段Ⅰ2，但要求區分地形和地質構造的簡單區和復雜區，富礦帶和貧礦帶等。方法同上階段，線距10n mile，測站間距20～30n mile（圖1—7b）。采樣方法增加鏟式、箱式和活塞等種類。到本階段結束時，必須解決是否繼續工作或轉入勘探階段，或暫緩、放棄等問題。
圖1—7 多金屬結核礦床普查－勘探階段工程部署（據R.Fellerer,1986）
1—多波束回聲測深（SB）測量和高速勘查系統（HSES）;2—取樣站位；3—不可開采區
2.勘探階段Ⅱ
本階段的重點為：測制詳細的地形圖，對海底地形作出評價，如坡度、溝槽、障礙物等；礦區地質構造特征評價，如沈積層和基底的關系，侵入體、噴出體和斷裂的發育程度，以及沈積相等；結核礦床的詳細評價，如結核類型、形狀、大小、平均豐度和金屬含量及變化等，礦體面積及儲量等，工程地質參數、海洋學參數和氣象及海況等。
本階段的目標是獲得至少可供開采6～8年的真實儲量。此外，還應研究采礦對環境生態的影響。
本階段的勘探方法除采用回聲探測系統、淺層剖面測量及帶照相機無纜抓鬥外，隨著勘探程度的提高還增加大型箱式采樣器、鏟式采樣器和活塞采樣器及拖網、深海電視、各種照相、海洋探針及深拖系統。勘探網距在勘查階段的基礎上進壹步加密，可分兩個階段進行工作部署，如圖1—7c、d所示。測網線距根據不同勘探手段而布設。
勘探階段的最終目的是為采礦提供可信度更高的資料，因此，應根據勘探手段獲得資料的能力和所達到的目的進行優化部署，其模式可分為如下3個階段進行（圖1—8）。
（1）第1階段 測深－地震調查階段。測深網距3n mile×8n mile，地震調查網距6n mile×16n mile。經過調查後篩選出約50%的面積轉入第2階段工作（圖1—8）。
（2）第2階段 取樣調查階段。采樣測站布置在上階段圈出的面積內，網距3n mile×2.5n mile。每個測站投入6個自返式抓鬥組成壹個采樣圈或星狀，平均直徑ln mile，中心是壹個有纜取樣。通過全面取樣後，放棄結核豐度或品位不符合要求部分，剩下約壹半面積轉入第3階段（圖1—8）。
（3）第3階段 電視調查階段。電視剖面網度為ln mile×2n mile。
調查結果將表示在地形圖、經濟地質圖和各類表格中。根據開采技術和經濟條件，將結核礦床劃分為好、中、差三個級別，並反映在圖上。
1.1.4 原蘇聯
原蘇聯是從事結核調查較早的國家，前期工作主要是在太平洋進行基礎調查，1977年後在CC區結核富集帶開展系統調查。原蘇聯在結核資源調查及勘探方面的規範性文件比較系統詳細，現將勘探階段劃分及工程布置簡述於後。
1.區域性（礦區申請）調查
（1）任務 對所圈定的申請區域進行地質調查，為向國際海底管理局申請登記作為先驅投資者提供資料。選擇部分最有遠景的區域超前加密測站，獲取P1級儲量。
（2）工程布置 滿足比例尺1:100萬要求，定位均方根誤差士（150～200）m。地球物理方法包括磁力測量、多道地震測量、近表層聲納測量、多波束回聲測深和測深等。測線網距24km×24km；每200～400km2布設壹個測站；遠景區加密攝影、遙測聲納剖面，每1km2不超過20m（圖1—9）。
（3）主要成果 ①提交申請區域地質構造報告書，附壹套必要的圖表資料；②提供下階段，即普查－勘探（評價）工作合理性的技術、經濟設想。
2.普查－勘探階段（評價）
（1）任務 在開辟區內圈定結核礦床，求取C1和C2級儲量，並對P1級進行預測資源評價，查清礦藏資源的平均質量，同時進行開發的工藝特性和礦山地質條件的概略評價，解決勘探工作的合理性問題，論證試驗開發區。
圖1—8 勘探階段工作部署模式圖（據R.Fellerer,1975，略有改動）
1—氣槍地震和同步測深（第1階段）/電視調查和旁側聲納（第3階段）；2—只進行回聲測深探測；3—取樣點和觀測點位置。站位模式圖：4—有纜取樣和觀測（用於結核、沈積物和海洋科學資料）；5—無纜取樣（結核）；6—無纜取樣帶單次照相機
圖1—9 第壹階段區域性（礦區申請）工作規模示意圖（據геленлжик，1992;B.A.Kулынлышев等，1990資料編繪）
（2）工程布置 滿足比例尺1:20萬要求，定位均方根誤差±（150～200）m，評價地段小於士50m。工作方法包括地質勘探綜合裝置（含電視、攝影、聲納、聲學測量及其他類型的測量工作），多波束回聲測深和船用回聲測深等，測線按6～12km斷面系統進行；地質采樣每36km2布置測站壹個（圖1—10）。
（3）主要成果 ①提交礦床地質構造報告書，附壹套必要的圖表資料；②提供勘探階段的合理性技術－經濟報告。
3.勘探階段
（1）任務 更準確地提供有關儲量及預測資源量、結核質量，以及充足和可靠的礦山地質條件及工藝特性的信息，以滿足將礦山投入工業開發的需要。
（2）工程布置 滿足比例尺1:5萬的要求，定位均方根誤差小於±50m；方法為近底層聲納測量、淺層剖面測量、電視攝影剖面、近底層回聲測深、多波束回聲測深等，拖曳的或自主的深水裝置及技術工具按間隔1.5～3km的斷面系統進行；考慮攝影剖面的需要，每9km2布設壹個測站（圖1—11、圖1—12）。
（3）主要成果 ①提交固定指標的經濟－技術論證報告；②根據有關結核規範性文件的規定，按C1和C2級要求統計儲量，按P1級預測資源量評價報告；③按年產幹結核3Mt、勘探周期五年計算，C1+C2級儲量確保企業生產5～7年。
1.1.5 法國
法國在70年代初期開展結核調查研究。1974年成立法國錳結核研究與勘探協會，全面開展結核調查和開發研究，而且調查區選在CC區結核富集帶，分4個階段進行。
圖1—10 第二階段普查－勘探（評價）工程布置示意圖（據Геленлжик，1992資料編繪）
1—測線；2—取樣站位
1.第壹階段（大網格調查）（1975～1976年）
（1）投入工作量 8個航次***198天，調查面積2.25 Mkm2，勘探網度50n mile× 50n mile，測站259個，每個測站投放7個無纜抓鬥。
（2）成果 圈定結核遠景區（Noria area）43.1萬km2（圖1—13）。
2.第二階段（加密網格調查）（1976～1977年）
在Noria area中開展調查。
（1）投入工作量 9個航次***248天，調查面積43.1萬km2。調查方法包括測深、地震和磁力測量等地球物理方法，勘探網度為17n mile×15n mile（圖1—14）；測站267個。
（2）成果 圈定了15萬km2礦區，平均豐度為9.49kg/m2，平均金屬含量：Ni1.39%,Cu1.25%,Co0.25%。
3.第三階段（圈定礦場）（1979～1981年）
選擇24個區塊，主要開展多波束回聲測深測量和攝影剖面（深拖攝影箱和自航式深潛器攝影）工作。
（1）投入工作量 7個航次***221天，地球物理勘探：測深5840km，多波束回聲測深37600km2***37612km，地震1633km，磁力25814km，深拖攝影剖面1430km，照片75053
圖1—11 第三階段勘探工作工程布置示意圖（據гeлeнлжик，1992資料編繪）
1—深拖（聲納、聲學斷面）、多波束回聲測深；2—攝影電視剖面；3—取樣站位張，自航式深潛器攝影剖面142km，照片31663張；測站21個（圖1—15）。
（2）成果 編制詳細地形圖（表示各種類型的微地形和障礙物），圈定連續結核礦場。
4.第四階段（查明礦床潛在儲量）（1981～1988年）
在先驅投資者的開辟區內，主要進行代表性采樣、工程技術試驗、海洋氣象觀測和障礙物自然狀態及密度測量。
（1）投入工作量 5個航次***147天，拖網結核25t，土樣70件，自航式深潛器攝影85km，照片53274張；深拖攝影17km，照片1050張，深拖旁側聲納測量1020km2（剖面21條***660km）（圖1—16）；載人潛艇下潛16次，土工試驗25次。
（2）成果 查明礦床潛在資源量（儲量）。
1.1.6 日本、原西德、原蘇聯和法國等國勘探結核的***同特點
（1）綜上所述，它們勘探結核的***同特點是均采用“循序漸進、逐步縮小測網距的調查方法”或“漸近勘探方法”。勘探模式由陸地探礦引申而來。
（2）在結核調查的前期階段，勘探手段壹般均使用常規的方法，如地質采樣壹般使用無纜的和有纜的兩種類型的采樣器，無纜抓鬥壹般帶照相機；地球物理勘探壹般包括測深、地震/淺層剖面測量、磁力測量和多頻探測等；導航定位采用衛星系統，定位精度較低。隨著勘探程度的提高，使用高精度的勘探系統逐步增加。如多波束回聲測深系統（Sea Beam）、海底電視和深拖系統等。特別是法國，在勘探階段使用高科技的勘探設備更為突出，如自航式深潛裝置和載人潛艇等。
圖1—12 塊段勘探程度實例（據В. А. Кулынлышев，1990）
1—塊段和礦帶範圍；2—測站：a為含礦，金屬鎳當量＞5%，豐度＞5kg/m2；b為表外礦，金屬鎳當量＜5%，豐度＜5kg/m2；c為無礦，豐度0～4kg/m2。
勘探工作比例尺：Ⅰ—1:100萬，Ⅱ—1:10萬，Ⅲ—1:5萬，Ⅳ—1:1萬
（3）勘探階段壹般只是選擇壹部分結核富集度最好的地段進行勘探，目標是獲得可供開采5～8年的儲量。
圖1—13 第壹階段（1975～1976）勘探工程分布及遠景區（Noria）（據J.P.Lenoble,1993）
圖1—14 第二階段勘探工程分布示意圖（據J.P.Lenoble,1993資料網格化）
l—水深測量；2—地震和磁力測量；3—取樣站位
圖1—15 第三階段勘探工程分布示意圖（據J.P.Lenoble,1993資料網格化）1—3.5kHz磁力和水深測量；2—水深測量；3—地震測量；4—取樣和觀測站位
圖1—16 第四階段勘探工程分布示意圖（面積1020km2）（據J.P.Lenoble,1993資料網格化）
1—旁側聲納測量、水深測量；2—水深測量；3—磁力測量；4—取樣站位