西太平洋Kocebu海山铁锰结壳稀土元素地球化学特征

西太平洋麦哲伦海山区是全球重要的铁锰结壳资源分布区,具有丰富的稀土元素资源潜力。本文对采自麦哲伦海山区Kocebu海山的11个铁锰结壳表层样(<1 mm)进行稀土元素地球化学研究,探讨其含量特征、成因和影响稀土元素富集的环境因素。结果表明:Kocebu海山铁锰结壳表层样品ΣREY(Rare earth elements and yttrium)平均含量为1366 mg/kg,低于前人在麦哲伦海山区其他海山以及邻近的马尔库斯–威克海山区的分析结果;样品轻稀土富集和Ce正异常(平均值为1.45)特征以及稀土元素成因图解、配分曲线和分配系数曲线等均表明该海山结壳属于水成成因;海水中稀土元素含量和溶解氧含量是控制结壳生长的关键环境参数,二者在Kocebu海山所在海区的浅水环境中含量较低;结壳ΣREY含量偏低与采样点水深较浅导致的海水稀土元素含量和溶解氧含量较低密切相关,受碎屑矿物的稀释作用影响较小。在开展铁锰结壳地球化学特征研究和资源勘探评价时应充分考虑采样水深的分布范围,局部水深样品的分析结果可能导致研究结果出现较大偏差。     

中太平洋海山区富钴锰结壳的研究

近年来,西德和美国等国对中太平洋海山区富钴锰结壳的兴趣愈来愈增大,西德和美国从1981年开始有计划的在夏威夷海岭,莱恩群岛海岭、中太平洋海山群,马绍尔群岛周围等海域进行了锰结壳调查.根据中华人民共和国地质矿产部和德意志联邦共和国下萨克森州科学艺术部《关于促进中华人民共和国和德意志联邦共和国之间地质科技合作的共同意向书》,我有机会参加了西德《太阳》号1984年中太平洋海山区锰结壳调查(MIDPAC-84)活动.     

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。     

九州-帕劳海脊13°20′N海山铁锰结壳生长过程中Si、Al、Ca的含量变化及对碎屑物质供给的指示

作为深海铁锰结壳的重要组成部分，碎屑物质类型多样，不仅影响关键金属富集成矿，而且还可以指示结壳形成过程中的古海洋环境和重大地质历史事件。本文对九州-帕劳海脊13°20′N海山铁锰结壳样品进行了扫描电镜和激光剥蚀微区分析，并结合前期研究工作，发现大颗粒的碎屑物质主要由亚洲大陆风尘来源的石英、长石或两者的聚集体，以及主要分布在结壳外层的有孔虫壳体所组成，而细颗粒的碎屑物质包括陆源风尘沉降和周边岛弧物质风化搬运共同带入的黏土矿物，以及各种形态的生物体及其残片。结壳形成的早期其碎屑物质的供给量处于高峰阶段，晚期则降低到谷底，该趋势与Si、Al在结壳各层位中的含量分布特征一致，且可能有相当数量的细颗粒生物硅进入了铁锰氧化物纹层。结壳内早期被动增生的钙质生物体在中后期会遭受破碎和溶解，但其中的Ca并没有完全从结壳内迁移出去，而是大量被铁锰氧化物所吸附。结壳中的Ca主要赋存在细颗粒碎屑物质中，使得Ca在各层位全样样品和铁锰氧化物微区纹层中的含量极为相近，这与Si、Al的特征完全不同。研究区结壳样品属于典型开阔大洋海山型结壳，但因为受亚洲大陆风尘物质和硅藻供给的影响，其内部关键金属的富集在一定程度上受...     

北冰洋西部沉积物有机碳、氮同位素特征及其环境指示意义

通过对楚科奇海及邻近的北冰洋深水区表层沉积物中有机碳同位素含量(δ13C)、氮同位素含量(δ15N)及生物成因SiO₂(BSiO₂)含量分析,结果表明海源和陆源有机质的分布受海区环流结构和营养盐结构所制约.楚科奇海中西部和楚科奇海台受太平洋富营养盐海水的影响,海洋生产力高,沉积物中海源有机质和BSiO₂含量高;靠阿拉斯加一侧海域海水的营养盐含量和生产力都偏低,沉积物中陆源有机质比重增加;在研究区北部和东北部的楚科奇高地和加拿大海盆,冰封时间较长,营养盐供应少,海洋生产力低,但来自马更些河和阿拉斯加北部的陆源有机质增多,沉积物中BSiO₂含量小于5%,海源有机质百分含量小于40%.由于亚北极太平洋水通过楚科奇海向北冰洋海盆输送,研究区营养盐池表现为开放系统,营养盐的利用率与它的供应成反比,与海洋生产力成反比.     

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。     

九州-帕劳海脊南段铁锰结壳物质组成特征及成因机制

铁锰结壳(又称富钴结壳、多金属结壳)富含Co、Cu、Mn、Ni、Ti、V、REE、Y和Zn等人类日常生活和高新技术产业亟需的关键金属，是一种重要的战略性矿产资源。本文对九州-帕劳海脊南段水深1 900～2 600 m处获得的9个站位铁锰结壳样品进行了矿物学和地球化学研究，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，研究区铁锰结壳的矿物组成以水羟锰矿为主，同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物；Mn、Fe、Co、Ni、Cu平均含量分别为16.15%、15.38%、0.32%、0.33%、0.10%;CaO/P₂O₅均值为5.93，表明九州-帕劳海脊南段铁锰结壳样品均未发生磷酸盐化作用；铁锰结壳明显富集稀土元素(含Y,REYs)，平均含量为1 194μg/g，轻稀土显著富集，稀土元素经后太古代澳大利亚页岩(PAAS)标准化后配分模式整体相对平坦，呈现Ce正异常而Eu无异常，与海水呈现镜像关系，说明铁锰结壳稀土元素主要来源于海水。铁锰结壳的矿物组成和元素判别图均表明九州-帕劳海脊南段铁锰结壳属于水成型，...     

中太平洋海山铁锰结壳生物地层学研究

用生物地层学方法对位于中太平洋同一座海山上的2块铁锰结壳样品进行了生物地层学详细研究,发现2块样品的生长层位对应,生物组合也相同.经鉴定,2块结壳的主要生长期都是晚古新世、中始新世至晚始新世、中中新世至上新世、上新世至更新世,2个主要的结壳生长间断分别在渐新世和早始新世.     

东菲律宾海深水铁锰结壳发育站位沉积物的粒度及黏土矿物学特征

大洋铁锰结壳是潜在的重要海洋资源,多年来世界各国对此已作了大量调查.传统意义上的铁锰结壳均分布于3000m水深以浅的海山基岩上.中国科学院海洋研究所在对东菲律宾海的地质调查中采集到大量褐黑色深水铁锰结壳.在300多个站位的取样中,在44个站位采集到结壳样品,可见结壳在研究区的分布较为广泛.该结壳发育于4000~5000m水深的致密至半固结沉积物的表层,厚度一般为2~3cm,最厚可达7cm.结壳为板(层)状.     

利用微区XRF技术的大洋固体矿产成分快速无损检测

深海固体矿产主要由铁锰结核、富钴结壳和多金属热液硫化物组成,元素在矿产中原位的分布和含量,对了解矿物成因、品位以及评估其经济价值有重要指示作用。本研究利用微区XRF分析技术对铁锰结核、富钴结壳、热液硫化物3种大洋类型矿产样品,进行高分辨、原位和无损的多元素空间分布检测,结果显示了不同元素在3种类型矿物中的空间分布特征。通过对测试数据进一步处理和优化成图流程,可以获得特定元素在矿物中半定量分布图,并对不同元素在矿物空间分布的差异性和相关性进行对比分析,从而建立一种肉眼可见的测试大洋矿产资源样品中元素原位分布的新方法。     

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...     

南海东部管事海山铁锰结壳的矿物组成和地球化学特征

对于开阔大洋海山结壳的矿物组成和地球化学特征研究已经比较深入,但对边缘海海山铁锰结壳的研究却较少。以在南海东部管事海山上采集的两块铁锰结壳为研究材料,对其进行了X射线衍射、扫描电镜及电子探针微区的分析,结果显示结壳矿物以水羟锰矿为主,含有少量针铁矿,碎屑矿物主要是石英和长石。结壳的显微结构呈现条带状分布,有10～15μm长的空隙和0.5μm直径大小的孔洞。相对于大洋结壳,结壳的Mn含量较高,与马尼拉海沟附近火山喷发物质有关,但Cu、Co和Ni含量更低,可能与边缘海沉积速率高或有机络合物吸附有关。矿物组成及元素比值表明结壳主要是水成的,但未发生明显磷酸盐化作用。元素比值和相关性表明,Mn主要来源于南海扩张停止后火山喷发、玄武岩风化形成溶解Mn;Fe与Si元素均来自火山碎屑、生源物质和陆源物质,还受到管状蠕虫吸附的影响。南海管事海山结壳是在富氧环境中上升流作用下选择性吸附水体中溶解化学元素缓慢沉积而成。结壳中元素含量随时间变化趋势反映了南海的古环境变化。     

南海多金属结壳(核)铁锰矿物/海水界面效应与成矿元素的富集

海底铁锰结壳和结核是重要的海底矿产资源,蕴含着丰富的金属元素并且具有巨大的经济价值。本文主要以南海多金属结壳（核）为研究对象,采用X射线粉晶衍射（XRD）、激光拉曼光谱、红外光谱分析（FTIR）以及X射线光电子能谱对铁锰矿物的矿物学和谱学特征进行了系统的分析和研究。粉晶衍射和拉曼光谱分析结果表明,南海多金属结壳的矿物组成为水羟锰矿、石英和长石,结核的矿物组成为钡镁锰矿、水羟锰矿、石英和长石,铁相矿物均为无定形铁氧化物/氢氧化物,并且锰相矿物和铁相矿物的结晶程度均较差。红外光谱分析结果显示多金属结核和结壳中的铁锰矿物具有大量表面羟基,这些含质子表面羟基官能团,可为海水中各成矿元素的络合提供丰富的活性位点。XPS分析表明多金属结核和结壳中铁锰矿物表面以Fe、Mn和O元素为主,其中Fe呈正三价态,Mn以正四、正三价为主,可能还含有少部分正二价态。对比南海多金属结壳（核）与太平海山结壳,南海多金属结壳（核）具有更为显著的表面羟基氧（-OH）含量,而太平洋海山结壳则以晶格氧（O^2-）为主,表明太平洋海山结壳铁锰矿物结晶程度较南海多金属结壳（核）高。综合研究表明,在海底铁锰结壳和结核中（氢）氧化锰/铁矿物与海水之间界面效应对金属离子的富集机理主要有：（1）金属离子与矿物表面羟基进行络合反应,形成以配位键相连的羟基络合物,或与表面的质子交换生成稳定的内层络合物;（2）矿物的带电表面与金属离子通过静电作用形成双电层,生成外层络合物;（3）金属离子与矿物结构中的Mn、Fe离子同晶置换而成为结构阳离子。     

中国海域固体矿产资源分布及其区划——砂矿资源和铁锰(微)结核-结壳

综述和研究了我国海域砂矿资源和(微)结核—结壳的分布及其区划。我国的滨海砂矿广泛分布于渤海、黄海、东海和南海,但各省区的砂矿资源分布不同。近年来在我国海域新发现和圈定了多处砂矿品位异常区和矿物高含量区,可分为3个成矿带和24个成矿远景区,资源储量可观。在黄海、东海仅分布铁锰结核,没有发现铁锰结壳,但它们的金属元素含量低,没有潜在资源意义。南海东北陆坡、中央海盆西部和中部是(微)结核、结壳分布较多的区域。南海东北陆坡、海山及其周缘坡脚处的(微)结核、结壳其稀土元素含量较高,可能具有一定的潜在经济价值,今后调查中应引起重视。     

大洋富钴结壳成因机制的探讨——水成因证据

根据对大洋富钴结壳的分层与年龄、分层与生长速率、生长间断等观测事实,以及大洋富钴结壳主量元素锰、铁元素及钴元素、铂元素、稀土元素、氦同位素、锇同位素等的水成富集,指出大洋富钴结壳是水成因的,进而指出富钴结壳的形成与基岩无关,水动力条件、最低含氧带、生物作用等可能对富钴结壳的形成有控制作用。同时,富钴结壳不一定只生长在岩石裸露的海山上,在沉积物覆盖的海山区也有可能找到富钴结壳。     

太平洋多金属结核中铁锰矿物分析及成因研究

铁锰矿物是大详多金属结核的重要组成,了解不同类型结核中主要铁锰矿物种类、形态、分布特点和结晶程度等,不仅有助于对锰矿物乃至多金属结核成因的研究,而且对选矿冶炼和资源的综合利用也具有现实意义.本文通过透射电子显微镜等多种手段综合分析与鉴定,指出多金属结核中主要铁锰矿物有钙锰矿、水羟锰矿、水钠锰矿、方锰矿、锰铁矿和针铁矿等.结晶程度普遍较差,钙锰矿结晶相对好于其他矿物,并在粗糙型结核中含量高,外层至核心含量稳定,变化小.水羟锰矿广为分布,但结晶差.铁矿物含量东区低于西区,结核外壳铁含量高于内核.锰矿物分布在叠层石柱体和纹层内,呈束状、纤维状和树枝状,与建造多金属结核的超微生物菌丝体形态一致.粗糙型结核是选冶的主要对象.     

楚科奇海浮游植物的分布与环境因子的关系

根据1999年7—8月“雪龙”号考察船在楚科奇海采集的样品，运用PRIMER软件分析该区网采浮游植物的分布特征及其与环境因子的关系。结果表明：楚科奇海浮游植物群聚可分为三个生态类群：北极-亚北极类群，主要分布于水深大于2000米且受北冰洋影响较直接的东北部浅水浮冰外缘；北方温带类群，主要分布于水深小于100米的中部浅水浮冰区：广温性类群，主要分布于通过白令海峡与北太平洋进行水交换的南部水域。该区浮游植物平面分布差异大，细胞密度站间变化范围为1．6×10^3～90680．2×10^4，物种多样性指数和均匀度站间变化范围分别为0．07～O．87和0．33～3．82。主成分（PCA）分析表明，对楚科奇海浮游植物分布起支配作用为水温和盐度。此外，由于该海区所处的特殊地理环境，浮冰的位黄及其物理状态（聚集、开裂和消融等）均会增加浮游植物分布的变异。     

日本富钴结壳大比例尺填图对西太平洋勘探的启示

国际海底管理局对国际海底区域内富钴铁锰结壳探矿和勘探出台了新规章,同时对海洋生态环境予以保护。富钴结壳拥有着比多金属结核更大的经济价值潜力,而西太平洋海山和陆缘的富钴铁锰结壳国际勘探呈现出新动向和新的技术趋势。当前,中日俄在西太平洋底呈现三足鼎立之势。中国有必要充分借鉴国外技术,取长补短,方能立于不败之地。日本在密克罗尼西亚海山综合采用物探、钻采、成像3大技术群进行大比例尺填图的技术策略对于我国在西太平洋的富钴铁锰结壳勘探具有重要的借鉴意义。具体来讲,日本的先进海底探测技术体现在以下4个方面:1充分重视地质资料的运用;2科学部署高密度采样点;3地形地貌与吨位品位评价密切结合;4在评价中科学区分各种地震反射区,以期更加准确地反映海底资源状况。     

北极归来话科考

<正>76天·90多个站位·11858海里第六次北极科学考察是"南北极环境综合考察与评估"专项(以下简称南北极专项)实施以来进行的第二个北极科考航次。考察海域主要位于北冰洋太平洋扇区,具体包括白令海盆、白令海陆架、楚科奇海、楚科奇海台和加拿大海盆等海域。考察海域海底地形起伏较大,既有平坦的陆架浅水区,也有地形变化复杂的海山区,更有水深超过3000米的深水洋盆。本次科考共历时76天,总航程约11858海里(22000千米),总航时1201小时,其中浮冰区总航程2586海里(约4800千米)。现场考察     

南海北部大陆边缘深水盆地成因机制与油气资源效应

南海北部陆缘深水油气及天然气水合物等多种资源分布及资源潜力与其深部地壳岩石圈结构构造特征,尤其是地壳浅表层沉积盆地类型及成盆机制等存在时空耦合配置关系及成因联系,亦是目前油气及水合物地质勘探研究调查部门和学术界重点关注领域。基于海洋地质调查地质地球物理资料和油气勘探开发成果,综合分析了南海北部陆缘深部岩石圈地壳结构构造特征,借鉴陆缘伸展地壳拆离薄化新模式的理念,阐明深部地壳结构构造特征与深水盆地的时空耦合配置关系,进而揭示了深水盆地成因及其与深水油气及水合物成藏等的成因联系及资源效应;预测陆坡-洋陆过渡带深水及超深水盆地油气资源潜力与勘探前景优于陆架浅水盆地,且水合物资源潜力巨大,是我国海洋油气勘探可持续发展与油气储量接替的重要战略选区。