铁锰结壳年代学方法及其应用

铁锰结壳记录了丰富的古海洋和古气候信息,要分析这些信息,必须先确定各壳层的生长年龄。目前主要使用的定年方法有:Be同位素定年、U系同位素定年、Os同位素定年、经验公式法、古地磁地层学方法和古生物地层学方法等。每种定年方法均各有利弊,其中10Be是年龄小于10 Ma结壳的最佳定年方法; U系同位素定年精度高,但定年范围小于0.5 Ma; Os同位素定年时间尺度长,且可以判断沉积间断,但需要有区域的海水Os同位素演化曲线; Co经验公式因为简单易行,是结壳估算年龄最为常用的方法,但该法无法判断沉积间断,在使用时需特别谨慎,应确保经验公式适用于所研究的样品;如果结壳厚度大、生长速率较快且不存在沉积间断,古地磁地层学方法可以快速地进行定年;此外,如果结壳中古生物化石较多,可考虑采用古生物地层学方法。在分析铁锰结壳年代学方法利弊基础上,本文利用U系定年法、古地磁地层学法和经验公式计算法分别对南海铁锰结壳进行定年,通过比较,认为目前铁锰结壳较优的定年方法为古地磁地层学方法。     

太平洋铁锰结壳的锶同位素地球化学研究

本文研究中太平洋的翰斯顿岛卡林海山铁锰结壳ＲＤ４－２和东太平洋海盆铁锰结壳５４０５的锶同位素组成特征，并利用铁锰结壳的锶同位素组成与大洋海水锶同位素演化标准曲线对比，推断出结壳生长起始年龄、接三元混合模式，计算玄武质组分和硅铝质组分对锶同位素的贡献。     

多金属结壳生长间断期与磷酸盐化事件的关系

磷酸盐化的发生会造成多金属结壳主要成矿元素的贫化,总体上抑制结壳的生长。磷酸盐化作用呈幕式在太平洋内发生,已有研究将其发生期次与多金属结壳中的磷酸盐化层位及其P、Ca等元素地球化学特征对应,为结壳的年代厘定提供证据。然而,由于磷酸盐化多次发生且在结壳多个层位中显现,首先需要厘定出较为可靠的多金属结壳年代框架,才能与磷酸盐化事件相互佐证。本研究通过定年范围较大,同时可以识别结壳中存在的生长间断的Co-Os法定年体系,为中、西太平洋6块多金属结壳定年,并参考肉眼识别的磷酸盐化矿化特征和地球化学特征佐证年代框架,同时分析磷酸盐化作用对结壳成矿的影响。39～34 Ma和27～21 Ma的两次大规模磷酸盐化期次全部对应多金属结壳的大规模间断期,而71 Ma、55 Ma和31 Ma等小规模磷酸盐化事件多数可在多金属结壳的层位和地球化学特征中识别,对应P和Ca百分含量的飙升和峰值特征。这一方面证实了磷酸盐化的发生整体抑制了结壳的生长,且具有广泛的影响范围和明确的时代区间,另一方面则佐证了多金属结壳年代框架的准确性。     

南海深海沉积中的更新统/上新统界线及与意大利Vrica层型剖面的对比

应用浮游有孔虫定量统计、底栖有孔虫氧同位素和磁性地层学等资料来确定南海ODP1148站深海沉积中的上新统／更新统(P／P)界线。氧同位素期(MIS)64和65之间的P／P界线在1148站位于井深112．75m处，计算年龄为1．805Ma，在地层对比上与Vrica层型剖面的P／P界线一致。浮游有孔虫Pulleniatina obliquiloculata在MIS62出现以右旋壳为主的转变，计算年龄为1．76Ma，此事件和Olduvai极性亚时顶界看来是最接近P／P界线的可靠时间面。除此以外，在1148站P／P界线及其附近没有发现重大的地层学和环境变化事件。相比之下，1148站底栖δ^18O值在3．05～2．53Ma期间快速变重，冬季表层海水温度下降了5℃，指示了北半球冰盖的形成。     

西太平洋海山富钴结壳分子化石和超微化石记录:年代划分和古生态环境演变

分析了西太平洋海山CM1D03富钴结壳中超微化石生物地层学记录,结合钙质微浮游生物印痕,对结壳进行了地质年代的划分,其年代为晚古新世—早始新世(54~51Ma)、中始新世(45~40Ma)、中新世—上新世(22~2.4Ma)、上新世—更新世(3.6~1.2Ma)。利用气相色谱、气相色谱-质谱联用检测了结壳中的正构烷烃、类异戊二烯、甾烷等分子化石,探讨结壳生长过程中的生源构成、沉积环境以及古生态演替特征。结果表明,结壳中氯仿沥青"A"/有机碳(TOC)比值为10.51%~21.74%,具有明显的烃类运移特征。正构烷烃的轻/重烃比值(ΣC-23/ΣC+24)为0.74~1.47,碳优势指数(CPI)为0.80~1.45,碳稳定同位素(δ13 C)为-24.00‰~-25.48‰,指示有机质主要来源于海洋表层水体的浮游植物。研究还表明,有机质物源,C27、C28、C29甾烷的丰度变化,TOC保存及δ13 C等均与结壳生长所处海洋环境、全球气候和南极底流的结构变化有关。     

西太平洋铁锰结壳中两类不同成因磷酸盐的元素特征、形成机制及指示意义

太平洋铁锰结壳在中新世以前大多经历了磷酸盐化,一般认为其形成代表了高生产力时期富磷组分对先期已形成结壳的交代作用,即磷酸盐化事件的产物.然而,前人对铁锰结壳磷酸盐化的机制研究多基于点-线分析元素或同位素,对铁锰结壳生长结构及二维元素分布特征研究较少.本研究以西太平洋水成铁锰结壳MDD53为研究对象,利用电子探针(EPM...     

西太平洋富钴结壳中钙质超微化石和分子化石研究

本文对西太平洋麦哲伦海山CM3D06富钴结壳进行了钙质超微化石生物地层学研究,发现结壳中有代表白垩纪(晚期)、古新世(晚期)、始新世(早、中、晚期)、中新世(中期)、上新世(晚期)和更新世等各时代的标准钙质超微化石,表明结壳的形成始于白垩纪(晚期);在富钴结壳中检出正构烷烃、类异戊二烯烃、甾烷类等众多分子化石,分子化石组合特征指数、主峰碳、ΣC-23/C+24、CPI、Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18和nC31/nC17显示有机质生物母源主要为海洋浮游植物、浮游动物和底栖非光合作用的菌类,而甾烷类的C29、C28和C27含量分布的变化则说明生物种群具有快速演变的特征。此外,还探讨了CM3D06结壳中Pr/Ph和有机碳同位素组成变化与结壳生长过程中的海洋环境演化的关联程度。     

南海北部晚渐新世与早中新世之交T60构造运动的古水深响应

本文采用国际大洋发现计划(IODP)第368航次U1501站位井深264.0～331.1 m的样品,通过有孔虫壳体氧同位素地层和锶同位素定年,得出该段井深年龄为晚渐新世?早中新世20.3～32.0 Ma(地震反射不整合面T60的底部年龄在28～30.5 Ma左右)。T60构造运动之后,岩芯沉积物中有机碳含量、底栖有孔虫壳体稳定碳同位素δ13C、浮游与底栖有孔虫碳同位素差值Δδ13C_P-B指示海水表层生产力的降低;碳酸钙含量、有机碳/氮比值反映了陆源物质输入的减少;结合浮游有孔虫相对丰度以及底栖有孔虫的属种组合变化,共同揭示了南海北部在晚渐新世?早中新世时期,区域构造沉降运动导致了U1501站位在T60之后古水深逐步加深、离岸距离变远,相关结论从微体古生物学角度为认识T60构造事件及其沉积环境变化提供了科学证据。     

东亚和东南亚第四系时间界面的建议

在东亚和东南亚第四系对比中,有关的几条界限,本文建议如后。采用Globorotalia truncatulinoides的初现位作为本区海相第四系的下界,其位置大致在古地磁Olduvai亚时的下界,时间约为距今1.9Ma。在南中国海、东海及沿岸地区,发现了以G.truncatulinoides的初现位为代表的一系列有意义的生物事件,如Pulleniatina finalis的初现位,Globigerinoides obliquus和Globoquadrina altispira的灭绝位,以及Globorotalia menardii和Pulleniatina obliquloculata壳体旋向的变化。此界限在东亚和东南亚也是相当稳定的。在陆相地层中,以泥河湾组为代表,狭义的泥河湾动物群(相当于晚维拉方动物群)所在地层的底界,其古地磁位置为Olduvai亚时的底界。以此作为陆相第四系的下界,与上述海相第四系底界一致。 以古地磁布容/松山界线作为中更新世和早更新世的界限,其年代为0.73MaB.P.。中国中更新世的标准地层周口店组,其底界恰为布容/松山的转换面,北京猿人的年代为0.60—0.23MaB.P.。在洛川黄土剖面上,布容/松山界线为古土壤S_7的底界。雷琼地区中更新统下部的北海组的底界也是布容/松山界线,所产的玻璃陨石的裂变径迹年龄为0.687—0.733MaB.P.。在黄海,布容/松山界线是第Ⅶ海侵层的顶界。通过岩石地层标志,以及动物群、古人     

南海与西太平洋海水的交换:氧、氦同位素证据

研究了西太平洋海域(7°～26°N,122°～130°E)不同深度海水的氧、氦同位素组成和分布特征.结果表明,巴士海峡附近海域几个深度上δ18O等值线均向东弯曲,δ3He等值线也出现了类似的分布特征,可能反映了南海海水与黑潮水的混合作用.氧、氦同位素的研究结果为南海海水通过巴士海峡侵入了西太平洋提供了地球化学证据.     

富Co铁锰结壳铂族元素与铼-锇同位素组成及其意义

用ICP－MS测定了太平洋富Co铁锰结壳铂族元素和铼－锇同位素组成。富Co铁锰结壳不仅异常富集铂族元素，而且铂族元素及其它亲铁元素的配发与陨石特征非常相似。铁锰结壳的铼－锇同位素组成明显有别于大陆地壳岩石，和K－T界线沉积物相似，接近陨石值。世界大洋范围内的富Co铁锰结壳均产于远离海底构造热液活动区，几乎不可能受到地幔源热液作用的直接影响。因此，富Co铁锰结壳中的铂族元素可能部分来源于地外物质。     

东海陆架HY126EA1孔有孔虫壳体的氧、碳同位素记录

东海陆架HY126EA1孔有孔虫壳体氧同位素组成具有明显的阶段性变化.通过与深海氧同位素组成曲线对比,可将氧同位素组成变化分为5期,分别对应着冰消期、末次冰期极盛期、末次冰期间冰段、末次冰期初期和末次间冰期.碳同位素组成的变化与氧同位素组成的变化基本一致.δ18O和δ13C的相关性在不同气候期存在明显差异,主要受陆源水和海水交换复杂程度的控制.     

Kr and Xe isotopic compositions of Fe-Mn crusts from the western and central Pacific Ocean and implications for their genesis

Kr and Xe nuclide abundance and isotopic ratios of the uppermost layer of Fe-Mn Crusts from the western and central Pacific Ocean have been determined. The results indicate that the Kr and Xe isotopic composi-tions, like that of He, Ne and Ar, can be classified into two types： low3He/4He type and high3He/4He type. The low3He/4He type crusts have low84Kr and132Xe abundance, while the high3He/4He type crusts have high84Kr and132Xe abundance. The82Kr/84Kr ratios of the low3He/4He type crusts are lower than that of the air, while the83Kr/84Kr and86Kr/84Kr ratios are higher than those of the air. The Kr isotopic ratios of the high-er3He/4He type crusts are quite similar to those of the air. The128Xe/132Xe,130Xe/132Xe and131Xe/132Xe ratios of the low3He/4He type sample are distinctly lower than those of the air, whereas the129Xe/132Xe,134Xe/132Xe and136Xe/132Xe ratios are higher than those of the air. The low3He/4He type samples have the diagnostic characteristics of the MORB, with excess129, 131, 132, 134, 136Xe relative to130Xe compared with the solar wind. The128Xe/132Xe,130Xe/132Xe and131Xe/132Xe ratios of the high3He/4He type samples are slightly higher than those of the air, and the129Xe/132Xe,134Xe/132Xe and136Xe/132Xe ratios are qiute similar to those of the air. The noble gases in the Fe-Mn crusts are derived from the lower mantle, and they are a mixture of lower mantle primitive component, radiogenic component and subduction recycled component. The helium isotopic ra-tios of the low mantle reservoir are predominantly controlled by primitive He （3He） and U and Th radiogenic decayed He （4He）, but the isotopic ratios of the heavier noble gases, such as Ar, Kr and Xe, are controlled to different extent by recycling of subduction components. The difference of the noble isotopic compositions of the two type crusts is the result of the difference of the noble isotopic composition of the mantle source reservoir underneath the seamounts the crusts occurred, the noble gases of the high3He/4He type crusts are     

太平洋中部多金属结核生物地层学研究

本文利用钙质超微化生物地质学研究方法，分析鉴定了多金属结核中的钙质超微化石，建立了多金属结核生长层柱状剖面图，确定了多金属结核形成的三个生长阶段及其年代，为揭示多金属结核的成矿规律和分布规律提供了必要的地质资料。     

西北太平洋多金属结核铂族元素地球化学特征

Polymetallic nodules and cobalt (Co)-rich crusts are enriched in platinum-group elements (PGEs),especially platinum (Pt) and may be important sinks of PGEs.At present,little information is available on PGEs in polymetallic nodules,and their geochemical characteristics and the causes of PGEs enrichment are unclear.Here PGEs of polymetallic nodules from abyssal basin in the Marcus-Wake Seamount area of the Northwest Pacific Ocean are reported and compared with the published PGEs data of polymetallic nodules and Co-rich crusts in the Pacific.The total PGEs (ΣPGE) content of polymetallic nodules in study area is 258×10~(–9) in average,markedly higher than that of Clarion-Clipperton Zone (CCZ) nodules (ΣPGE=127×10~(–9)) and lower than that of Co-rich crusts in the Marcus-Wake Seamount (ΣPGE=653×10~(–9)),similar to that of Co-rich crusts in the South China Sea(ΣPGE=252×10~(–9)).The CI chondrite-normalized PGEs patterns in different regions of polymetallic nodules and cobalt-rich crusts are highly consistent,with all being characterized by positive Pt and negative Pd anomalies These results,together with those of previous studies,indicate that PGEs in polymetallic nodules and Co-rich crusts are mainly derived directly from seawater.Pt contents of polymetallic nodules from the study area are negatively correlated with water depth,and Pt/ΣPGE ratios in nodules there are also lower than those of the Corich crusts in the adjacent area,indicating that sedimentary water depth and oxygen fugacity of ambient seawater are the possible important controlling factors for Pt accumulation in crusts and nodules.     

俄罗斯大洋固体矿产资源调查研究进展

介绍了俄罗斯的海洋多金属结核、铁锰结壳、热液硫化物和磷钙土资源调查研究活动概况和发展趋势。     

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。     

白垩纪以来太平洋上地幔组成和温度变化

The geological evolution of the Earth during the mid-Cretaceous were shown to be anomalous, e.g., the pause of the geomagnetic field, the global sea level rise, and increased intra-plate volcanic activities, which could be attributed to deep mantle processes. As the anomalous volcanic activities occurred mainly in the Cretaceous Pacific, here we use basalt chemical compositions from the oceanic drilling(DSDP/ODP/IODP) sites to investigate their mantle sources and melting conditions. Based on locations relative to the Pacific plateaus, we classified these sites as oceanic plateau basalts, normal mid-ocean ridge basalts, and near-plateau seafloor basalts. This study shows that those normal mid-ocean ridge basalts formed during mid-Cretaceous are broadly similar in average Na8, La/Sm and Sm/Yb ratios and Sr-Nd isotopic compositions to modern Pacific spreading ridge(the East Pacific Rise). The Ontong Java plateau(125–90 Ma) basalts have distinctly lower Na8 and143Nd/144 Nd, and higher La/Sm and 87Sr/86 Sr than normal seafloor basalts, whereas those for the near-plateau seafloor basalts are similar to the plateau basalts, indicating influences from the Ontong Java mantle source. The super mantle plume activity that might have formed the Ontong Java plateau influenced the mantle source of the simultaneously formed large areas of seafloor basalts. Based on the chemical data from normal seafloor basalts, I propose that the mantle compositions and melting conditions of the normal mid-ocean ridges during the Cretaceous are similar to the fast spreading East Pacific Rise. Slight variations of mid-Cretaceous normal seafloor basalts in melting conditions could be related to the local mantle source and spreading rate.