南海铁锰结核(壳)的元素地球化学研究

本文利用南海11个铁锰结核(壳)样品的化学分析资料,研究了铁锰结核(壳)中Fe,Mn,Cu,Co,Ni,Pb,Zn,Cr,K,Na,Ca,Mg,Si,P,Al,Ti,Sr,Ba及∑REE的元素地球化学特征。结果表明:(1)铁锰结核(壳)以高Fe,∑REE,低Mn,Cu,Co,Ni等元素为主要特征;(2)铁锰结核(壳)中Fe,Mn间无明显相关,而Fe与∑REE,∑Ce,∑Y呈弱的正相关,Mn与∑REE,∑Ce,∑Y呈明显的正相关,结壳中Fe,Mn与Si,Al,Cu Co Ni呈负相关;(3)结核(壳)中Mn/Fe与Cu/Ni,Ce/La呈负相关,Mn/Fe主要受Mn控制;(4)结核(壳)中Fe,∑REE等元素主要来自南海陆源中酸性岩类的风化、淋滤和沉积。     

过渡金属元素Cu、Co、Ni在铁锰结核(壳)中富集的控制因素

在不同生成环境下生成的铁锰结核(壳)吸收不同的过渡金属元素。在成岩作用形成的铁锰结核中,Cu、Ni主要以锰相形式存在,而Co则以铁相的形式存在;在水成作用形成的铁锰结核(壳)中Cu、Co、Ni均以锰相的形式存在。这些过渡金属元素在成岩作用形成的结核中的存在与铁锰结核(壳)中锰矿物和铁的氧化物、氢氧化物的晶体化学特征密切相关,而在水成作用形成的铁锰结核(壳)中的富集与锰矿物和铁的氧化物、氢氧化物的晶体化。学特征关系不大。同时铁锰结核(壳)中锰矿物和铁的氧化物、氢氧化物又严格地受结核(壳)的生成环境的制约,因此,过渡金属元素Cu、Co、Ni在铁锰结核(壳)中的富集在一定程度上受结核(壳)生成环境的控制。     

帕里西维拉海盆西缘中段铁锰结核的地球化学特征和成因类型

深海铁锰结核能有效记录海域内重大地质事件和气候环境信息,且富含多种金属物质极具资源潜力,因而广受关注。通过对帕里西维拉海盆西侧边缘中段海域内新发现的12个站位铁锰结核的地球化学特征研究,发现与全球主要成矿区内的铁锰结核相比,Mn及主要赋存在锰氧化物中的Ni、Cu、Mo的含量较低(分别为8.20%~25.24%、0.11%~0.54%、0.08%~0.31%和0.01%~0.03%),主要由铁的羟基氧化物吸附的Ti,以及还会与钙磷酸盐发生耦合置换反应的REY的含量较高(分别为0.45%~1.88%、0.04%~0.19%),含量中等的Co(0.06%~0.27%)在铁锰相物质和硅酸盐相内核中分散分布。样品REY的标准化配分模式显示出明显一致的Ce正异常和Y负异常。铁锰结核从海水中捕获的Ce^3+容易被氧化成难溶且不具有活性的Ce^4+,Y则在结核内存在形式不稳定,容易发生解吸,致使Ce和Y分别呈现出相对于其他REY逐步富集和亏损的特征。研究区形成时间较晚,铁锰结核生长发育的时间不足,且四周地形较高,缺乏与外界连通的水道,阻碍了诸如来自南极的富氧底层流的大规模进入。区域内结核样品主要为水成型,成岩成因组分的供给太低,降低了主要有用组分的含量。以上诸多因素可能会导致区域内的铁锰结核难以富集成矿。     

西盘古海盆锰结核的元素地球化学特征及生长机制

通过对西盘古海盆(Cipangu Basin)15个锰结核样品开展系统的形态结构、显微构造、矿物组成、常微量元素和稀土元素含量特征差异性研究，进而探讨该区锰结核的成因类型和生长机制。西盘古海盆锰结核外观为椭球状或连生体状，表面光滑，组成矿物主要有水羟锰矿、石英、钙长石和石盐；其稀土元素配分模式图表现出明显的Ce正异常、Y负异常和轻稀土富集特征。样品Mn/Fe比值均<2.5，与Ni、Cu正相关，且Mn与Cu、Co和Ni高度正相关，这表明因Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺更易占据层板结构锰氧八面体MnO₆的空位而在锰矿物表面富集。锰结核显微构造区域可划分为Type-Ⅰ型和Type-Ⅱ型，其中Type-Ⅰ型为结构致密高反射率的层纹状、柱状、叠层状构造的显微构造区域，Type-Ⅱ型为结构疏松低反射率的掌状、混杂状、环状构造的显微构造区域；Type-Ⅰ型区域的Mn/Fe比值和Ni、Ni+Cu、Co含量均高于Type-Ⅱ型区域。构造致密的Type-Ⅰ型区域代表沉积环境变化较小，生长速率较小；构造疏松的Type...     

南海北部铁锰结核成因及元素的赋存状态

为了解南海北部不同海域铁锰结核中常微量、稀土元素的赋存特点及其富集机制,采用化学淋滤法提取南海北部上陆坡、下陆坡、深海盆3个区域铁锰结核的碳酸盐相、铁锰氧化相、残渣相组分,测定了常微量元素、稀土元素含量,揭示了不同相的元素赋存状态及其意义。Fe-Mn-(Cu+Co+Ni)判别图表明,上陆坡铁锰结核属于与冷泉流体相关的水成成因类型;下陆坡区和深海盆的铁锰结核形成环境相似,属于典型的水成成因类型。结核中K、Ca、Na、Mg、Sr主要富集在碳酸盐相,Fe、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb主要赋存在铁锰氧化物相,Al、Ti和Mo主要出现在残渣相。常微量元素赋存状态变化受多种因素影响,钙质生物生产力的强弱和钙质生物碎屑的稀释作用是影响铁锰结核中碳酸盐相态元素变化的重要原因。铁锰结核的稀土元素主要富集在铁锰氧化物相,其次在碳酸盐相,而在残渣相的相对含量极少。不同海区铁锰结核稀土元素进入碳酸盐相的成因和机制基本相似,下陆坡和深海盆铁锰结核残渣相稀土元素配分模式相似,而与上陆坡铁锰结核的明显不同,残渣物质的来源、结核生长环境的氧化还原状态差异是主要影响因素。研究成果可为深入研究铁锰结核的元素迁移与转化、成矿作用与成矿物质来源及其相关的沉积环境、资源潜力评价等提供重要的基础资料。     

中太平洋北部锰结核的地球化学

本文测定了中太平北部锰结核及其伴生沉积物Fe,Mn,Cu,Co,Ni,Pb和Zn等金属的含量,分析了各元素之间以及它们与沉积环境之间的相互关系.发现锰结核中Cu,Ni和Zn富集于Mn相,Co平Pb富集于Fe相.同相各元素之间有很好的正相关,不同相各元素之间有一定的负相关.Fe相元素可能主要来源于海水的缓慢沉积,Mn相元素可能来源于间隙水.     

Cu、Co、Ni、Ti和Mg在成岩型铁锰结核中的地球化学特征

选择了东太平洋赤道附近的系列成岩型铁锰结核(壳)样品,根据其中的矿物相的种类,利用化学上的相分析手段——选择性提取实验,借助晶体化学和矿物学手段对过渡金属元素Cu、Co、Ni、Ti和碱土金属元素Mg在成岩型铁锰结核中的地球化学特征进行了研究。结果显示,元素Cu、Co、Ni、Ti和Mg等元素在成岩型铁锰结核中的富集受这些元素在海水中的存在状态和结核中组成矿物这两方面因素的制约。成岩型结核中10-水锰矿结构的稳定性并不完全是由于其充分吸收了Cu、Co、Ni等过渡金属元素,碱土金属Mg对于10-水锰矿结构的稳定性起到了重要作用。     

中太平洋C海山富钴结壳铁锰矿物的组成、成分特征及其成因意义

采用X射线衍射和微区电子探针法,对2006年"大洋一号"考察船在中太平洋C海山取得的典型富钴结壳样品进行了铁锰矿物的组成和成分特征分析,结果显示:(1)结壳的老壳层中铁锰矿物具有水羟锰矿、钡镁锰矿和钠水锰矿的特征组合,其相对含量分别为45.5%、30.1%和24.4%;中间壳层和年轻壳层中铁锰矿物为水羟锰矿,表明结壳各层生长的环境条件不同.(2)铁锰矿物集合体中Mn/Fe值从老壳层到年轻壳层具有明显降低的趋势,老壳层Mn/Fe值大于20,最高达90;中间壳层Mn/Fe值在2～5之间,年轻壳层Mn/Fe值在1～2之间.铁锰矿物集合体探针测得的结壳老壳层元素的总百分含量稳定在75%左右,中间壳层和年轻壳层为50%～80%.Si、Ti元素含量从老壳层到年轻壳层有增加的趋势,在中间疏松层中百分含量均达到最高值,分别为3.17%和1.53%,表明自老壳层到年轻壳层,碎屑物质或有机质等对结壳的影响程度有增大的趋势.由此可见,研究区富钴结壳主要为水成成因,主要发育了水羟锰矿;老壳层生长期间受到局部海水氧化还原条件变化的影响,铁锰相矿物发生重结晶或重组而形成了水羟锰矿、钡镁锰矿和钠水锰矿特征组合,这种特征铁锰矿物组合的研究对于全面理解海水环境条件变化与结壳成因的关系具有重要的意义.     

南海东北陆坡区铁锰结核的特征和成因

对取自南海东北陆坡区的铁锰结核成分进行了X射线衍射，中子活化和电子探针研究，结核的组成矿物有δMnO2、针铁矿，水针铁矿，石英，斜长石，角闪石，钾长石，伊利石和白云母等。铁锰成分变化较大:Fe为7．1％－16．0％；Mn为5．8％－7．7％。Cu,Co,Ni,Pb含量低，分别为0．04％－0．06％、0．11％－0．15％、0．02％－0．03％和0．05％－0．07％，Mn/Fe比值为0．7。铁锰结核从内壳层向外壳层含铁量逐渐增加，Cu,Ni含量波动降低，反映在其形成过程中受到沉积环境波动，陆源碎屑物供给增加和Mn,Cu,Ni,Co元素来量变化的影响，具有典型边缘海水沉积成因铁锰结核的特征。     

西太平洋卡罗琳洋脊CM4海山铁锰结壳矿物学和地球化学特征

2017年8月中国科学院海洋研究所在西太平洋低纬度海区的卡罗琳洋脊CM4海山开展了多学科综合调查,发现该海山山体表面分布着大量的铁锰结壳。本文对该海山的5个铁锰结壳样品进行了矿物学和地球化学研究,利用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子光谱及质谱(ICP-OES、ICP-MS)等测试技术分析了铁锰结壳的矿物组成、主微量元素和稀土元素含量,并进一步探讨了铁锰结壳的成因类型。结果表明,该海山铁锰结壳的矿物组成以水羟锰矿为主,含有少量钡镁锰矿、水钠锰矿、针铁矿、纤铁矿、石英和方解石。该海山铁锰结壳的Mn、Fe、Co、Ni、Cu元素平均含量分别为24.24%、15.14%、0.16%、0.34%、0.01%。与全球各大洋海山区铁锰结壳相比,该海山样品的Cu含量很低。该海山铁锰结壳的稀土元素(REY)含量相对偏低,总体为轻稀土(LREE)富集;稀土(REY)配分模式显示相对平坦的特征,呈明显的Ce正异常,轻微的Y负异常和Ho正异常。样品的矿物组成、元素比值、元素组合等都表明该海山铁锰结壳属于水成成因,未受明显的成岩作用影响。     

雅浦海沟南缘铁锰结核矿物与地球化学特征及其成因研究

本文采用X射线衍射、全岩地球化学和电子探针等测试方法,对雅浦海沟南部附近海域获得的铁锰结核样品进行了显微构造、矿物和地球化学分析,并探讨了其成因。结果表明:铁锰结核的显微构造主要包括平行纹层构造、柱状构造、叠层状构造和同心环状构造;显微构造和探针结果显示铁锰结核在生长初期处于底部海洋动力比较强烈的环境,后期生长环境逐渐趋于稳定;铁锰结核的矿物组分以水羟锰矿、钠水锰矿、石英和钙十字石为主;样品中Fe、Mn元素含量较高且含量比较接近,Cu、Co、Ni和REE相对富集,REE分布模式整体比较平缓并都出现较强的Ce正异常和重稀土元素亏损现象;文中两块铁锰结核都为水成成因,成矿物质主要来自同期的海水沉淀,同时也受一定海底火山物质和陆源风尘物质的影响。     

太平洋铁锰结核与富Co结壳的矿物地球化学比较研究

本文对采自东太平洋CC区的2块不同类型的铁锰结核及中太平洋麦哲伦海山的1块富Co结壳,采用XRD和ICP-MS(AES)等分析研究方法,进行了矿物地球化学的比较研究。结果表明:铁锰结核主要由水羟锰矿及钡镁锰矿组成,富Co结壳主要以水羟锰矿为主。与2块铁锰结核相比,富Co结壳总体上Cu、Al、Na含量较低而Co含量较高;两块不同类型的结核相比较,水成型铁锰结核的P、Ti含量较高,而成岩型铁锰结核的Cu、Ni含量较高。3块样品的稀土元素含量均较高,为(521.8~1 424.15)×10-6。REE分布型式总体呈平缓型,(La/Yb)N为0.72~1.01,并具程度不同的Ce、Eu正异常。经估算,富Co结壳的生长速率为1.92~4.24mm/Ma,水成型铁锰结核的生长速率为1.31~14.29 mm/Ma,成岩型铁锰结核的生长速率为11.24~76.32mm/Ma。并根据铁锰结核的化学成分变化推测了其生长环境的变化。     

菲律宾海的锰结壳和锰结核

西马里亚纳海盆和菲律宾海盆发育的锰结核是典型的深海结核。其丰度为0～15kg/m2,平均为3.5kg/m2,Ni+Cu+Co的平均含量为0.59%,最大含量为0.93%,平均Mn/Fe值为0.73.九州帛琉海脊和中央海脊发育的锰结壳和锰结核十分丰富。采集到的大块结壳表面直径可达到300～500mm,最大厚度为32～35mm,采集到的结核最大丰度可达到18.7kg/m2,Ni+Cu+Co的平均含量为0.62%,Co的含量最大为0.57%,平均Mn/Fe值为0.95.上述海盆和海脊上的结核和结壳主要锰矿物相均为水羟锰矿,属水成成因和较低的氧化生成条件,结核的形成时代为更新世以来。据结核和结壳的金属品位,尤其是Co的含量来看,目前尚不具经济潜力。     

东太平洋海隆13°N附近沉积物岩心地球化学特征

对东太平洋海隆(EPR)13°N西侧2个沉积物岩心进行了碳酸盐、常量和微量元素测定。沉积物中Fe和Mn的含量较高,其中,E271站位沉积物岩心中Fe含量8.5%~13.8%,Mn含量1.7%~3.17%;E272站Fe含量6%~13%,Mn含量0.12%~3.31%,显示在EPR 13°N热液活动区西侧25~45 km处热液柱对沉积作用的影响明显。E271和E272站位CaCO3含量分别为5.9%~27.57%和6.67%~38.20%。热液柱的沉积作用,使Cu、Pb和Zn在沉积物中富集,Cu/Fe、Pb/Fe和Zn/Fe比值低于热液喷口处的颗粒物中值,Pb表现出在海水中运移距离较短或者只有少量Pb随热液柱扩散运移。热液柱在E271和E272站位的沉积作用使得Li、Mo和Ni在沉积物中富集,此外,V因为铁氧化物颗粒吸从海水中吸附并沉降到沉积物中。沉积物中Ti和Al有非常好的相关性,其Ti/Al比值为0.05左右,与太平洋深海沉积相比具有更高的铁含量,而U在岩心中的含量与深海沉积相似。     

海底铁锰结核和结壳物质组成特征及其形成控制因素

比较研究了铁锰结核和结壳矿物及其元素组成。结核的锰矿物主要有δ-MnO2、钡镁锰矿和钠水锰矿，结壳则主要是δ-MnO2。相对结核，磷灰石含量在结壳中明显增加。矿物组成的变化造成了结核和结壳元素组成的差异。最明显的是Co和稀土元素含量在结壳中显著升高，Mn、Ni和Cu等降低。这与其形成环境及所经受的海底地球化学作用性质的强度不同有关。     

盐场海芽孢杆菌与大洋铁锰结核相互作用

本文研究了盐场海芽孢杆菌(Marinibacilluscampisalis)与大洋铁锰结核的相互作用过程,以及海洋微生物在铁锰结核形成中的作用。实验选取从深海沉积物中分离培养的盐场海芽孢杆菌(Marinibacillus campisalis)和大洋铁锰结核样品进行相互作用实验,设置有菌组和无菌组,培养过程中间隔取样分析。运用X射线荧光光谱(XRF)分析测定大洋铁锰结核元素组成,通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定反应过程中Fe、Mn、Co、Ni、Cu等离子浓度的变化,通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察并分析微生物表面情况,利用X射线衍射(XRD)分析手段测定铁锰结核矿物组成的变化。实验进行1天内细菌处于对数生长期,有菌组的Fe、Mn等离子浓度增加; 2—7天内细菌处于稳定期, Fe、Mn等离子浓度有一定程度降低,但总体浓度均大于无菌组的离子浓度,金属离子被吸附在菌体表面,新形成了简单的含Fe化合物和矿物;实验结束后,XRD分析结果显示样品的矿物含量,如菱铁矿、赤铁矿和针铁矿等有轻微程度的增加。研究表明盐场海芽孢杆菌(Marinibacilluscampisalis)能够促进释放铁锰结核中的Fe、Mn等元素,同时对释放出的金属离子又有富集作用,并能够诱导新矿物的形成。本研究为深入了解铁锰结核的生物成因提供了新的依据。     

锰结核形态的地球化学特征

本文根据1983年锰结核调查航次中所取得的结核样品资料,探讨了各种形态锰结核中Mn、Fe、Cu、Co、Ni等金属含量,认为锰结核表面特征对于其金属含量的影响较之锰结核形状差别的影响更加重要,粗糙型结核或结核的粗糙面中Mn、Cu、Ni含量较高,而光滑型结核或结核的光滑面中Co、Fe较富。此外,还探讨了金属成分和矿物成分的联系。     

西北太平洋采薇海山富钴结壳矿物学和地球化学特征

富钴结壳是一种富含Mn、Co、Ni和稀土元素（镧系元素加钇,简称REY）等元素的海底矿产资源。本文研究的富钴结壳样品是“科学”号在2018年HOBAB5航次于西北太平洋采薇海山的山顶边缘上通过电视抓斗获得的。利用扫描电镜、X射线衍射仪（XRD）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分析了富钴结壳的显微构造、矿物学特征和地球化学特征,并探讨了其成因类型和形成机制。富钴结壳的结构从内到外可分为土黄色的疏松层（C8-5）、黑色铁锰致密层（C8-2、C8-3和C8-4）和发育葡萄状球体的粗糙表面（C8-1）。土黄色疏松层孔隙度较高,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石、钠长石、钙十字沸石和钡镁锰矿,Mn的含量较低,Al的含量较高。黑色的铁锰致密层孔隙度较低,呈柱状构造,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石和钠长石,Al含量有所下降,Mn含量升高,说明陆源物质的供应逐渐变少。在富钴结壳的生长后期,其主要显微构造由柱状构造向斑杂构造转变,二者的过渡区域为铁锰氧化物与富Si碎屑物质组成的层状构造。富钴结壳各层位的Mn/Fe比值为1.16～1.85,且各...     

麦哲伦海山群富钴结壳元素地球化学特征及赋存状态

为探究大洋富钴结壳的元素地球化学特征和赋存状态,以西太平洋麦哲伦海山群5个富钴结壳样品为研究对象,通过X射线衍射法、等离子体发射光谱法、等离子体质谱法及相态分析手段,分析了富钴结壳的矿物组成、主量元素和稀土元素含量。结果表明,富钴结壳样品主要结晶矿物为水羟锰矿,次要矿物包括石英、斜长石和钾长石,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物。富钴结壳样品中Mn和Fe含量最高, Mn为16.87%～26.55%, Fe为14.34%～18.08%。富钴结壳明显富集稀土元素,其稀土总量为1 287～2 000μg/g,Ce含量为632～946μg/g,约占稀土总量的50%;轻稀土含量为1 037～1 604μg/g,重稀土含量为249～395μg/g,轻稀土元素明显高于重稀土元素。稀土元素配分模式呈现Ce正异常而Eu无异常,具有Ce富集特征。麦哲伦海山群富钴结壳是水成沉积成因,基本没有受到海底热液活动和成岩作用的影响。元素赋存状态与其矿物相密切相关, Na、K、Ca、Mg和Sr主要赋存于碳酸盐相, Mn、Ba、Co和Ni主要赋存于锰氧化物相, Fe、Al、P、Ti、Cu、Pb、V、Zn、Zr和REE主要...     

太平洋北部沉积物的元素地球化学特征

本文根据太平洋北部铁锰结核调查时所取得的7个相对富集结核站位的沉积物化学资料,通过与河口、陆架及贫结核洋区的资料比较,探讨了上述站位沉积物中Fe、Mn、Cu、Co、Ni、Ca、Mg、Si和C_(有机)的元素地球化学特征。