南极磷虾对南极海水中痕量金属的富集率

本工作据1987年3月我国第三次南极考察采集的样品,测定了南极磷虾及其所在海域海水中Pb,Cu,Cd,Zn,Fe和Mn等痕量金属含量,计算出南极磷虾对各重金属的富集系数。     

中太平洋富钴结壳Co元素地球化学特征

对在中太平洋研究区5座海山调查时获取的38个富钴结壳样品中主要金属元素的含量进行了化学分析,探讨了不同海山富钴结壳中Co元素含量的变化规律及结壳中元素间的相关关系,结果表明:(1)5座海山富钴结壳中的各主要金属元素含量相近,38个富钴结壳样品中Co元素的平均含量为0.67%,具有一定的开发前景。(2)不同海山富钴结壳中Co元素含量有一定变化,其变化与富钴结壳的类型、海水水深、地形地貌以及成矿作用等有密切的关系。Co元素在板状结壳中的含量为最高,在钴结核中的含量次之,而在砾状结壳中的含量为最低;富钴结壳中Co元素含量与海水水深呈负相关,浅水区富钴结壳中Co元素的含量明显高于深水区;海山地形地貌对Co元素的含量及富钴结壳的发育有一定影响,海山的椭圆状分支、支脉及边缘部分,Co元素的含量相对较高,富钴结壳发育得较好;Co元素富集成矿作用还主要受锰、铁水成成矿作用的控制。(3)富钴结壳中金属元素之间存在不同程度的相关性。Mn元素分别与Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Na、Ba、Ti等元素呈强烈的正相关,而分别与Al、Si、Ca、P、Fe、Sr等元素呈负相关;Co元素分别与Cu、Al、P、Ca等元素呈负相关;Ca元素与P元素呈强烈正相关。     

富钴结壳中成矿元素的微区分布特征及其地质意义

采用X射线荧光光谱仪,对CCLLD27站位富钴结壳中8个主要成矿元素(Mn、Fe、Co、Cu、Si、Al、Ca和Ti元素)含量的分布特征进行了微区扫描和人工分层样品方法的分析,结果表明:(1) 成矿元素Mn、Fe、Co和Cu的微区变化很大:Mn与Co元素的微区分布特征相似,而Fe和Cu元素的微区分布特征则相反.主要造岩元素Si和Al的微区分布特征基本类似;Ca元素的微区变化较大,在近底部的基岩层其含量达到最高峰值.Ti元素的微区分布特征与Mn、Co元素微区分布特征接近.(2) 微区扫描与人工分层样品两种不同测试方法所得的结果基本一致,说明微区扫描方法具有一定的可靠性,能反映富钴结壳在不同生长时代各成矿元素含量的变化特征.(3) 富钴结壳微区元素分布特征的研究,有助于对结壳不同成矿阶段各种不同成矿作用的定性评估.     

西太平洋麦哲伦海山富钴结壳成分特征及古环境记录

针对取自西太平洋麦哲伦海山的富钴结壳,运用EPMA技术研究了其微区成分特征,估算并讨论了结壳的生长速率和生长年龄,并结合前人研究成果讨论了结壳的古环境记录。研究发现:结壳Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ca、P和Al的元素平均含量分别是29.04%、17.40%、0.73%、0.33%、0.15%、1.72%、0.35%和0.45%,与中、西北太平洋、印度洋及大西洋结壳相比具有高Mn、富Co和贫Ni的特征;结壳初始生长年龄为19.26 Ma,在8.05~11.3 Ma之间出现了约3 Ma的生长间断;进一步研究表明,结壳的Al/(Fe+Mn)、Co/(Ni+Cu)和Fe/Mn微区记录能分别较好地反映亚洲季风气候演变、海水氧化性演变和冰室期-变暖期的古气候演变及其相互之间的联系。     

海水中铜与水合氧化钛无机离子交换反应的研究

Keen曾报道海水中水合氧化钛能与十几种元素发生离子交换作用，其中包括了铜，但它在“微量元素”中，其富集系数属最小的。我们已经研究过海水中铬(Ⅲ)和铀(Ⅵ)在水合氧化钛上的离子交换反应，它们的富集系数则在十几个元素中     

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.     

中太平洋富钴结壳稀土元素的地球化学特征

利用"大洋一号"调查船在中太平洋不同海区调查时获取的18个富钴结壳样品,采用化学分析及ICP-AES分析法,对中太平洋海区富钴结壳稀土元素的含量、分布特征、配分模式以及来源进行了分析和研究,结果表明:(1)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素含量异常高,总量为1703×10-6～2879×10-6,约为正常深海沉积物、有孔虫核壳和海水中稀土元素含量的10～100倍,与莱恩群岛和夏威夷群岛海区结壳中稀土元素的含量接近,且明显高于约翰斯顿岛、马绍尔群岛和南中国海等海区结壳中稀土元素的含量;(2)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素的配分模式基本相同,轻稀土元素富集,尤其是Ce元素相当富集,呈较为明显的正异常,而重稀土元素则普遍亏损;(3)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素与海水中稀土元素的配分模式为明显的镜像关系;(4)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素总量与Mn呈显著正相关,与Mn/Fe相关不明显,反映出研究区结壳中的稀土元素主要来自于海水和上覆水的缓慢沉积以及火山喷发、洋底玄武岩风化淋漓和生物化学沉积。     

太平洋海山富钴结壳中铂族元素赋存状态与富集机理

通过选择性化学提取法,对太平洋采薇海山富钴结壳样品中铂族元素进行分级提取实验,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了铂族元素含量。赋存状态结果显示,富钴结壳中铂族元素在各个化学相态中富集比例从大到小依次为:铁氧化物相、残渣态、锰氧化物相、碳酸盐相、吸附态,未磷酸盐化新壳层和磷酸盐化老壳层中铂族元素都主要赋存于铁氧化物相中,其富集比例为59.26%～82.19%,残渣态中磷酸盐对铂族元素具有一定的富集能力,其富集比例为17.23%～35.37%。不同类型地质体中铂族元素的赋存状态结果,也证实了富钴结壳和海山结核中铂族元素富集主要受到铁氧化物相和残渣态的影响。太平洋海山富钴结壳中铂族元素的富集机理推测为铁氧/氢氧化物胶体粒子的吸附作用,使海水中PtC l24-离子被吸附到铁氧化物相中,从而使富钴结壳中铂族元素富集。     

中太平洋莱恩海山富钴结壳元素地球化学特征及成因

富钴结壳是一种经济价值高、开发前景好的海洋矿产资源,其外部形态、内部构造和地球化学特征记录了古海洋环境的演变信息。本次研究借助富钴结壳细致分层的显微构造及元素地球化学的差异分析,探讨中太平洋莱恩海山富钴结壳成因及形成过程。富钴结壳样品由上至下可分为5层,顶部较致密Ⅰ层黑褐色,表面光滑,杂质较少,具有雪松状叠层石构造,反映了沉积水动力较强;较致密Ⅱ层与Ⅰ层宏观特征类似,具有柱状和胡萝卜状叠层石构造,沉积水动力最强;疏松Ⅲ层和疏松Ⅳ层黄褐色,内含沉积物杂质,多见斑杂状构造,沉积水动力比较弱;致密Ⅴ层为磷酸盐层,具有亮黑色的沥青光泽,富含有孔虫化石,底部Ⅴ层Sr、P、Ca等元素明显富集,表明了海洋生物的明显参与,沉积水动力最弱。莱恩海山Ce异常及高钴高锰低铁特征,表明结壳长期处于氧化环境;而Mn、Fe、Co等元素地球化学特征综合表明,海洋水动力及氧化性总体表现为由底部Ⅴ层至Ⅱ层氧化性逐渐增强,至顶部Ⅰ层有所减弱的趋势;依据元素分配系数、Ce正异常、Ho正异常、Y负异常及成因三角图,判定结壳为南极底流影响下的海水成因。综合结壳年代学数据,在元素剖面中记录了三期磷酸盐化事件,恢复了莱恩海山富钴结...     

大型底栖海藻对海水中元素富集的吸着-配位化学模型

研究了大型底栖海藻对海水中元素的富集系数（ＣＦ） 和元素在海水中平均逗留时间（ＭＯＲＴ） 、海水中的浓度（Ｃ） 、在深海粘土／ 海水中分配系数（Ｋ） 之间的关系,给出了ｌｇＣＦ～ｌｇ（ＭＯＲＴ） 、ｌｇＣＦ～ｌｇＣ及ｌｇＣＦ～ｌｇＫ等的线性回归方程。指出元素在大型底栖藻中的富集主要地是一种服从吸着———配位作用规律的化学作用,并采用Ф（ Ｚ／ｒ,Ｘ） 函数来估算富集系数。     

西太平洋多金属结核及其表层沉积物地球化学特征：沉积环境对结核生长的影响

西太平洋深海盆地同时发育多金属结核和富稀土沉积物,但针对多金属结核及其表层沉积物之间关系的研究较少。通过多金属结核-表层沉积物地球化学分析,揭示关键金属元素在结核、沉积物中的富集和分馏过程,探讨沉积过程与环境对多金属结核生长的影响。研究区多金属结核具有相对高的Co、REY含量,低的Mn/Fe比值,显示为典型的水成成因。主成分分析及相关性分析结果指示结核的成矿过程是在水成作用、成岩作用以及陆地碎屑、生物碎屑输入的作用下,Fe-Mn氧化物对海水及孔隙水中各类金属元素的选择性富集。研究区表层沉积物主要为深海黏土,相较于多金属结核富集大部分金属元素,深海黏土更为富集Si、Al、Na、K等元素。沉积物中Co、Ni、Cu等金属元素的富集与Fe-Mn微结核的含量相关,而REY与磷酸盐组分更为密切。Fe-Mn氧化物组分对海水中金属元素选择性吸附形成多元素的富集及显著的Ce正异常、Y负异常,而磷酸盐组分主要继承海水的稀土特征,它们的含量决定了沉积物中金属元素及稀土元素的含量和模式。结核及沉积物在关键元素富集的过程中有相似的过程,Fe-Mn氧化物组分是二者元素富集过程的载体。研究区的低生物生产力和低沉积速...     

东菲律宾海深水区新型铁锰结壳的特征和成因

对取自东菲律宾海深水区致密—半固结沉积物表层的新型铁锰结壳典型样品进行了X射线衍射、X射线荧光、电感耦合等离子体原子发射光谱及加速器质谱研究。结壳的组成矿物主要有δMnO2、铁的氧化物/氢氧化物、石英、长石和黏土矿物等。与海山结壳相比,其Mn、Co、Ni、Zn、Pb含量均较低,而Fe、Cu、Al含量则相对较高。Mn/Fe值平均仅为0.24,也低于海山结壳Mn/Fe的平均值。相关性分析、元素分配系数分析及稀土元素北美页岩标准化配分模式等结果均表明,研究区结壳为一新型边缘海深水水成结壳,与海山水成结壳间存在一定差异。结壳的物质组分主要来自于同期海水,同时碎屑物质对其形成也有一定贡献;并且它们自形成以来没有遭受明显的成岩后期改造和元素再迁移,具有较高的古海洋学应用价值。     

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。     

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。     

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.     

中太平洋和中国南海富钴结壳稀土元素地球化学

对中太平洋海山和中国南沙海盆富钴结壳中稀土元素的含量、分布特征、配分模式分析结果表明:富钴结壳中稀土元素含量非常高,总量为1 380×10-6~2 360×10-6,约为正常深海沉积物和海水中稀土元素含量的10~100倍,与大陆地壳丰度相比Ce最为富集;中太平洋海山区和中国南沙海盆富钴结壳中的稀土元素配分模式与其他海域基本相同,属轻稀土元素富集、重稀土元素亏损型;Ce元素含量和轻重稀土元素的比值沿生长方向逐渐降低,底层比顶层高出近一倍;不同海域富钴结壳中稀土元素的含量变化较大,夏威夷群岛富钴结壳中的稀土元素总量最高,中太平洋海山区中等,中国南沙海盆偏低。     

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...     

基于连续沥取的富钴结壳成因机制的探讨

根据连续沥取实验结果及相关文献,富钴结壳的生长可用一个双阶段胶体-化学吸附模型来说明.第一阶段是混合胶体的形成及元素的清除与富集,富氧的底层水与缺氧、富Mn2＋的中层水体混合,Mn2＋被氧化而形成MnO2胶体,并与水柱中的Fe（OH）3、Al（OH）3、SiO2、Ti（OH）4等胶体形成多种混合胶体[MnO2-Fe（OH）3、Fe（OH）3-Ti（OH）4和Fe（OH）3-Al（OH）3-SiO2],后者根据各自的表面物理化学特征吸附和富集不同的元素;第二阶段是混合胶体的沉积及富钴结壳的生长,第一阶段形成的混合胶体在海山基岩上以氧化物或氢氧化物的形式沉积,吸附的元素结合进矿物点阵,然后通过自催化或自反馈的方式生长.在富钴结壳生长中,生物起着重要的作用,包括为富钴结壳的生长提供大量的成矿物质、对Mn2＋的催化氧化作用及在铁锰胶体的沉淀及富钴结壳壳层的生长过程中的媒介作用.     

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。