多金属结核（以下简称结核），过去许多文献称之为锰结核。它是分布在大洋海床上的一种多金属矿产资源。结核一般由核心及围绕它的壳层构成。壳层物质由锰相矿物和铁相矿物微层与粘土矿物微层交替生长而成。壳层富含Mn、Cu、Ni、Co，以及Mo、Pb、V和Ti等有用金属组分。
1873年，英国“挑战者”号考察船在大西洋首次发现多金属结核。但由于测试和海上调查技术的限制，对结核的成分及其资源价值长期未被人们认识。
本世纪中叶，工业技术的飞速发展和高新技术的应用，为大洋结核的调查、研究与开发提供了技术和手段。60年代中期，美国科学家J.L.梅罗估算太平洋结核储量约有170×104Mt，并指出其具有巨大的经济远景。同时结核至今仍在继续生长，储量还在不断增加，有人推算，其增长速率为6～10Mt/a。因此，结核资源是一种“取之不尽、用之不竭”的矿产资源。这些研究成果的发表，使深海底矿产的潜在重要性逐渐被认识，而且深海底矿产资源主要是人们感兴趣的Cu、Co、Ni等有用金属元素。因此，许多国家对太平洋结核资源开展了调查和研究。
70年代，对太平洋的结核调查、勘探和开发的研究达到高潮。已有的地质－地球物理调查都认为，克拉里昂和克里帕顿断裂带之间的区域（简称CC区）是太平洋中最好的结核富矿带。因此，大部分国家和财团的调查、勘探活动都集中在这一地区。现将几个国家的结核勘查简况分述如下。
1.1.1 美国
美国是开展结核调查、勘探最早、规模最大的国家，而且，该国的四家跨国公司已经占据了CC区结核富集带的最有利区块。美国从事多金属结核调查工作的特点是：
（1）对结核进行的大规模的调查研究中，参加单位有政府机构、研究所和大学，也有大公司和企业。包括地质调查所、海洋和大气管理局、斯克里普斯海洋研究所、拉蒙特－多尔蒂地质研究所和几十所大学；从1962年起，又有海洋矿产公司（DMCO）、海洋管理公司（OMI）、海洋矿业联合公司（OMA）和肯尼柯特财团（KCON）等4家公司从事结核的调查、勘探及采矿试验。
（2）在海洋和大气管理局成立了海洋矿物资源办公室，负责计划、协调、实施海洋矿物的开发工作。美国政府在联合国海洋法公约通过之前，于1980年宣布《深海底矿物开发法》生效，并批准4家美国公司申请结核矿区的勘探权和开发权。
（3）由政府和科学基金资助，实施一系列调查、研究计划，包括对结核的成因、物质成分及金属含量、分布规律、深海采矿环境和地形、沉积物类型等内容的调查与研究。
（4）以美国企业为主的4家跨国公司，他们的工作重点是结核矿物资源调查、勘探、深海采矿试验。在结核勘查方面，除运用常规的海洋地质采样器采集矿样和地球物理勘探的地震、磁力测量外，还应用了快速勘探系统（high speed exploration system，简称HSES）、深拖调查系统等先进仪器设备。
（5）美国对深海结核调查和勘探已于70年代末基本结束，并转为其他矿产资源的调查。
1.1.2 日本
日本是矿产资源贫乏的国家，政府鼓励对深海结核资源进行调查、勘探和开发。日本开展结核调查和研究始于60年代，由政府机构实施一系列勘查计划，如“深海矿物资源开发基础的调查研究”、“深海矿物资源勘探基础研究”、“深海矿物资源开发研究”和“深海矿物资源地质学研究”等，同时进行深海采矿系统的开发及“连续链斗采矿”系统的采矿试验。1974年，日本设立深海矿物资源开发协会，1982年又成立锰结核采矿系统研究所，负责研究采矿系统和调查、选定结核矿区。日本开展结核调查的作法是“渐近勘探方法”，随勘查测量的进展而日益提高调查的精确性。勘探阶段可分为概查阶段Ⅰ、普查阶段Ⅱ和普查阶段Ⅲ（详细勘查）三个大阶段。
1.概查阶段Ⅰ
这一阶段的调查任务是研究结核的产状。本阶段又可分为3个小阶段。
图1—1 Ⅰ2阶段工程分布图 图1—1～1—4均引自Svimitomo Corporation,1988
（1）概查阶段Ⅰ1 这一阶段的主要任务是搜集资料和编制各种图件，预选可能的结核调查区，编写海上调查设计报告。
（2）概查阶段Ⅰ2（路线调查） 该阶段的任务是沿选定路线了解结核产状，包括丰度和品位、海底宏观地形特征（表1—1）；方法为长剖面测深和地震/浅层剖面测量，剖面间距不小于120n mile，测站间距30～50n mile。每个测站由7～8个带海底照相机的无缆抓斗取样点组成，取样点间距为ln mile（图1—1）。
（3）概查阶段Ⅰ3（面积调查） 该阶段的任务是圈定地形平坦区，了解构造地形特征，结核类型、丰度和品位及其分布（表1—2），方法同概查阶段Ⅰ2，测线距10n mile，联络线距10～20n mile，测站间距20～30n mile（图1—2）。概查阶段结束，要求圈出进一步工作的远景区、100m等值线地形图、地质构造图和结核丰度图等。
表1—1 Ⅰ2阶段概查目的和设备
注：画框部分表示必须重点解决的问题。
表1—1～1—4均引自Svimitomo Corporation,1988。
DORNIER——水下定位系统。表1—1～1—4均如此。
2.普查阶段Ⅱ
普查阶段的任务是通过加密测线，区分出与采矿可达性有关的海底地形地貌类型，获得具有较高准确性的结核分布、丰度和金属含量（表1—3）。方法是测深和局部地震/浅层剖面加密，主测线间距2.5～5n mile，联络线间距5～10n mile；测站间距5～10n mile（图1—3）。成果资料有25～50m等值线地形图，标有沉积厚度、露头和断层的地质构造图，结核类型、大小、丰度、覆盖率和金属含量的分布图等。
3.普查阶段Ⅲ（详细勘查）
表1—2 Ⅰ3阶段调查目的和设备
注：实线框中内容表示要重点解决的问题，虚线框表示次要的或顺便可以解决的问题。
图1—2 Ⅰ3阶段工程分布图
图1—3 普查阶段Ⅱ工程分布图
表1—3 普查阶段（Ⅱ）调查目的和设备
注：（√）表示次要方法。其它含义同表1—2。
该阶段的任务是圈定结核丰度和金属含量最高的最大地区，并要求地形坡度小于5°～10°、障碍物数量最少（表1—4）。方法是电视和连续测深（如果需要，则进行地震/浅层剖面测量）或用发展中的深拖系统等，测线间距1～2.5n mile，测站间距2.5～3.0n mile（图1—4），每个测站由6～7个无缆抓斗投放点组成，点距为ln mile。每点投放两个抓斗（其中一个带照相机，一个不带，两者相距很近），并与沉积物取样管联合作业。沉积物采样（土工学和沉积相界需要）间距10～30n mile（铲式或箱式）。沉积物采样点被3个带照相机的无缆抓斗站包围，各站距中心约0.5n mile。本阶段要求准确的导航定位（基准导航－无线电声探，可能的海底应答器）。本阶段结束时要求提交10m等值线和障碍物标志的详细地形图，结核丰度和金属含量等值线图，并提供能进行经济评价的矿石储量和品位等足够数据。
表1—4 详细勘查阶段的普查目的和设备
注：“顶”指火山表面的构造形态。其它符号同表1—1～1—3。
1.1.3 原西德
原西德是积极开展深海底矿产资源调查的国家之一，该国从事结核调查始于70年代初期。1972年，成立海洋矿物原料开发公司（AMR），由政府资助在太平洋调查面积达4Mkm2，并重点在CC区10Mkm2结核富集带中选择1.56Mkm2（135°～155°W,5°～15°N）海域进行勘探（图1—5）。其任务包括矿石数量（含结核产状、丰度、分布规律和储量），矿石质量（含矿石品位、化学成分及变化、金属含量等），可采性（含海底地形、坡度、障碍物等）三方面。勘查手段及方法如图1—6所示。勘查方法是“循序渐进、逐步加密测网间距”，即由面到点，逐步缩小勘查范围，最后确定勘探区。根据不同勘查阶段的精度要求和资料、成果的匹配性，以及使用相应的最有效的调查工具，结核调查划分为勘查和勘探两大阶段。
图1—4 普查阶段Ⅲ（详细勘查）工程布置图
图1—5 各调查－勘探阶段工作区域的估计规模（据R.Fellerer,1975）
1一详查面积312000km2（占调查区面积的20%）；2—勘探区面积156000km2（占调查区面积的10%）；3—矿床经济评价部分面积39000km2（占调查区面积的2.5%）
图1—6 勘查多金属结核使用的标准工具及利用率（据R.Fellerer,1986）
1.勘查阶段
根据任务和工作性质的差异，勘查阶段进一步分为3个小阶段。
（1）勘查阶段Ⅰ1 本阶段主要为室内工作，据已有可利用资料、设备和资金选择靶区，编制靶区有关图件。
（2）勘查阶段Ⅰ2 任务是圈定远景区；远景区内的结核丰度、品位要达到规定的要求，面积要足够大，障碍物及地形能满足采矿要求。勘查方法包括地球物理测量和地质调查等。
可供选择应用的地球物理方法包括单波束或多波束回声测深、浅层剖面测量、地震调查、磁力和重力调查等。测线距为80～100n mile；测站间距30～50n mile（图1—7a）。选择带照相机的无缆抓斗采集地质样品，每站投放5～8个，按0.5n mile间距直线投放或按采样圈投放；如需有缆取样，则布置在测站端部或采样圈中心。
（3）勘查阶段Ⅰ3 任务同勘查阶段Ⅰ2，但要求区分地形和地质构造的简单区和复杂区，富矿带和贫矿带等。方法同上阶段，线距10n mile，测站间距20～30n mile（图1—7b）。采样方法增加铲式、箱式和活塞等种类。到本阶段结束时，必须解决是否继续工作或转入勘探阶段，或暂缓、放弃等问题。
图1—7 多金属结核矿床普查－勘探阶段工程部署（据R.Fellerer,1986）
1—多波束回声测深（SB）测量和高速勘查系统（HSES）;2—取样站位；3—不可开采区
2.勘探阶段Ⅱ
本阶段的重点为：测制详细的地形图，对海底地形作出评价，如坡度、沟槽、障碍物等；矿区地质构造特征评价，如沉积层和基底的关系，侵入体、喷出体和断裂的发育程度，以及沉积相等；结核矿床的详细评价，如结核类型、形状、大小、平均丰度和金属含量及变化等，矿体面积及储量等，工程地质参数、海洋学参数和气象及海况等。
本阶段的目标是获得至少可供开采6～8年的真实储量。此外，还应研究采矿对环境生态的影响。
本阶段的勘探方法除采用回声探测系统、浅层剖面测量及带照相机无缆抓斗外，随着勘探程度的提高还增加大型箱式采样器、铲式采样器和活塞采样器及拖网、深海电视、各种照相、海洋探针及深拖系统。勘探网距在勘查阶段的基础上进一步加密，可分两个阶段进行工作部署，如图1—7c、d所示。测网线距根据不同勘探手段而布设。
勘探阶段的最终目的是为采矿提供可信度更高的资料，因此，应根据勘探手段获得资料的能力和所达到的目的进行优化部署，其模式可分为如下3个阶段进行（图1—8）。
（1）第1阶段 测深－地震调查阶段。测深网距3n mile×8n mile，地震调查网距6n mile×16n mile。经过调查后筛选出约50%的面积转入第2阶段工作（图1—8）。
（2）第2阶段 取样调查阶段。采样测站布置在上阶段圈出的面积内，网距3n mile×2.5n mile。每个测站投入6个自返式抓斗组成一个采样圈或星状，平均直径ln mile，中心是一个有缆取样。通过全面取样后，放弃结核丰度或品位不符合要求部分，剩下约一半面积转入第3阶段（图1—8）。
（3）第3阶段 电视调查阶段。电视剖面网度为ln mile×2n mile。
调查结果将表示在地形图、经济地质图和各类表格中。根据开采技术和经济条件，将结核矿床划分为好、中、差三个级别，并反映在图上。
1.1.4 原苏联
原苏联是从事结核调查较早的国家，前期工作主要是在太平洋进行基础调查，1977年后在CC区结核富集带开展系统调查。原苏联在结核资源调查及勘探方面的规范性文件比较系统详细，现将勘探阶段划分及工程布置简述于后。
1.区域性（矿区申请）调查
（1）任务 对所圈定的申请区域进行地质调查，为向国际海底管理局申请登记作为先驱投资者提供资料。选择部分最有远景的区域超前加密测站，获取P1级储量。
（2）工程布置 满足比例尺1:100万要求，定位均方根误差士（150～200）m。地球物理方法包括磁力测量、多道地震测量、近表层声纳测量、多波束回声测深和测深等。测线网距24km×24km；每200～400km2布设一个测站；远景区加密摄影、遥测声纳剖面，每1km2不超过20m（图1—9）。
（3）主要成果 ①提交申请区域地质构造报告书，附一套必要的图表资料；②提供下阶段，即普查－勘探（评价）工作合理性的技术、经济设想。
2.普查－勘探阶段（评价）
（1）任务 在开辟区内圈定结核矿床，求取C1和C2级储量，并对P1级进行预测资源评价，查清矿藏资源的平均质量，同时进行开发的工艺特性和矿山地质条件的概略评价，解决勘探工作的合理性问题，论证试验开发区。
图1—8 勘探阶段工作部署模式图（据R.Fellerer,1975，略有改动）
1—气枪地震和同步测深（第1阶段）/电视调查和旁侧声纳（第3阶段）；2—只进行回声测深探测；3—取样点和观测点位置。站位模式图：4—有缆取样和观测（用于结核、沉积物和海洋科学资料）；5—无缆取样（结核）；6—无缆取样带单次照相机
图1—9 第一阶段区域性（矿区申请）工作规模示意图（据геленлжик，1992;B.A.Kулынлышев等，1990资料编绘）
（2）工程布置 满足比例尺1:20万要求，定位均方根误差±（150～200）m，评价地段小于士50m。工作方法包括地质勘探综合装置（含电视、摄影、声纳、声学测量及其他类型的测量工作），多波束回声测深和船用回声测深等，测线按6～12km断面系统进行；地质采样每36km2布置测站一个（图1—10）。
（3）主要成果 ①提交矿床地质构造报告书，附一套必要的图表资料；②提供勘探阶段的合理性技术－经济报告。
3.勘探阶段
（1）任务 更准确地提供有关储量及预测资源量、结核质量，以及充足和可靠的矿山地质条件及工艺特性的信息，以满足将矿山投入工业开发的需要。
（2）工程布置 满足比例尺1:5万的要求，定位均方根误差小于±50m；方法为近底层声纳测量、浅层剖面测量、电视摄影剖面、近底层回声测深、多波束回声测深等，拖曳的或自主的深水装置及技术工具按间隔1.5～3km的断面系统进行；考虑摄影剖面的需要，每9km2布设一个测站（图1—11、图1—12）。
（3）主要成果 ①提交固定指标的经济－技术论证报告；②根据有关结核规范性文件的规定，按C1和C2级要求统计储量，按P1级预测资源量评价报告；③按年产干结核3Mt、勘探周期五年计算，C1+C2级储量确保企业生产5～7年。
1.1.5 法国
法国在70年代初期开展结核调查研究。1974年成立法国锰结核研究与勘探协会，全面开展结核调查和开发研究，而且调查区选在CC区结核富集带，分4个阶段进行。
图1—10 第二阶段普查－勘探（评价）工程布置示意图（据Геленлжик，1992资料编绘）
1—测线；2—取样站位
1.第一阶段（大网格调查）（1975～1976年）
（1）投入工作量 8个航次共198天，调查面积2.25 Mkm2，勘探网度50n mile× 50n mile，测站259个，每个测站投放7个无缆抓斗。
（2）成果 圈定结核远景区（Noria area）43.1万km2（图1—13）。
2.第二阶段（加密网格调查）（1976～1977年）
在Noria area中开展调查。
（1）投入工作量 9个航次共248天，调查面积43.1万km2。调查方法包括测深、地震和磁力测量等地球物理方法，勘探网度为17n mile×15n mile（图1—14）；测站267个。
（2）成果 圈定了15万km2矿区，平均丰度为9.49kg/m2，平均金属含量：Ni1.39%,Cu1.25%,Co0.25%。
3.第三阶段（圈定矿场）（1979～1981年）
选择24个区块，主要开展多波束回声测深测量和摄影剖面（深拖摄影箱和自航式深潜器摄影）工作。
（1）投入工作量 7个航次共221天，地球物理勘探：测深5840km，多波束回声测深37600km2共37612km，地震1633km，磁力25814km，深拖摄影剖面1430km，照片75053
图1—11 第三阶段勘探工作工程布置示意图（据гeлeнлжик，1992资料编绘）
1—深拖（声纳、声学断面）、多波束回声测深；2—摄影电视剖面；3—取样站位张，自航式深潜器摄影剖面142km，照片31663张；测站21个（图1—15）。
（2）成果 编制详细地形图（表示各种类型的微地形和障碍物），圈定连续结核矿场。
4.第四阶段（查明矿床潜在储量）（1981～1988年）
在先驱投资者的开辟区内，主要进行代表性采样、工程技术试验、海洋气象观测和障碍物自然状态及密度测量。
（1）投入工作量 5个航次共147天，拖网结核25t，土样70件，自航式深潜器摄影85km，照片53274张；深拖摄影17km，照片1050张，深拖旁侧声纳测量1020km2（剖面21条共660km）（图1—16）；载人潜艇下潜16次，土工试验25次。
（2）成果 查明矿床潜在资源量（储量）。
1.1.6 日本、原西德、原苏联和法国等国勘探结核的共同特点
（1）综上所述，它们勘探结核的共同特点是均采用“循序渐进、逐步缩小测网距的调查方法”或“渐近勘探方法”。勘探模式由陆地探矿引申而来。
（2）在结核调查的前期阶段，勘探手段一般均使用常规的方法，如地质采样一般使用无缆的和有缆的两种类型的采样器，无缆抓斗一般带照相机；地球物理勘探一般包括测深、地震/浅层剖面测量、磁力测量和多频探测等；导航定位采用卫星系统，定位精度较低。随着勘探程度的提高，使用高精度的勘探系统逐步增加。如多波束回声测深系统（Sea Beam）、海底电视和深拖系统等。特别是法国，在勘探阶段使用高科技的勘探设备更为突出，如自航式深潜装置和载人潜艇等。
图1—12 块段勘探程度实例（据В. А. Кулынлышев，1990）
1—块段和矿带范围；2—测站：a为含矿，金属镍当量＞5%，丰度＞5kg/m2；b为表外矿，金属镍当量＜5%，丰度＜5kg/m2；c为无矿，丰度0～4kg/m2。
勘探工作比例尺：Ⅰ—1:100万，Ⅱ—1:10万，Ⅲ—1:5万，Ⅳ—1:1万
（3）勘探阶段一般只是选择一部分结核富集度最好的地段进行勘探，目标是获得可供开采5～8年的储量。
图1—13 第一阶段（1975～1976）勘探工程分布及远景区（Noria）（据J.P.Lenoble,1993）
图1—14 第二阶段勘探工程分布示意图（据J.P.Lenoble,1993资料网格化）
l—水深测量；2—地震和磁力测量；3—取样站位
图1—15 第三阶段勘探工程分布示意图（据J.P.Lenoble,1993资料网格化）1—3.5kHz磁力和水深测量；2—水深测量；3—地震测量；4—取样和观测站位
图1—16 第四阶段勘探工程分布示意图（面积1020km2）（据J.P.Lenoble,1993资料网格化）
1—旁侧声纳测量、水深测量；2—水深测量；3—磁力测量；4—取样站位