东南太平洋秘鲁海盆DEA区浅层埋藏型铁锰结核的矿物学和地球化学特征及成因类型

本文通过对秘鲁海盆DEA区浅层埋藏型铁锰结核开展地球化学和矿物学研究,探讨了埋藏型大洋锰结核的有用组分的富集、清扫机制及成因类型。该区铁锰结核致密层和疏松层互层具有明显的多孔树状微结构,结核主要由10?锰矿相、7?锰矿相(水钠锰矿)和δ-MnO₂(水羟锰矿)等锰相矿物组成,成分上具有高Mn、低Fe和中等Ni+Cu、Mo(分别为44.79%、0.55%、0.46%、0.05%)的亚氧化成岩型特征和低的Co、Ti、Zn和REY元素(REY_SN均小于1)含量。铁锰结核中低含量的Mo和大部分的Ni与Mn氧化物清扫有关,其中Mo与Mn相关系数R=0.65,高Mn/Fe(>300)中Ni含量同样很高(0.34%),其他元素如Cu、Ti和REY均与Fe的羟基氧化物及铝硅酸盐相关性较高(R>0.8)。铁锰结核Fe、Ni+Cu、Mo、REY元素含量和Mn/Fe比值在分层上呈现规律性变化,致密层的Ce_SN负异常和疏松层的Ce_SN正异常进一步表明,铁锰结核的生长过程经历亚氧化-氧化成岩作用的环境条件变化,该变...     

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,...     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

中太平洋海山区富钴结壳地质特征

应用 X射线衍射分析、穆斯堡尔谱分析、X荧光光谱分析以及超微生物化石定年等方法对 1 998年和 1 999年“大洋一号”调查船 DY95 - 8和 DY95 - 1 0航次采集的富钴结壳样品进行了地质特征综合研究与分析 ,结果表明 :( 1 )该区富钴结壳可划分为板状结壳、砾状结壳和钴结核三类 ,均具有微晶质结构。 ( 2 )该区富钴结壳宏观构造主要呈板层状和圈层状构造 ;显微构造在形态上可大体分为柱状构造、平行纹理状构造和致密块状构造三种基本类型。 ( 3)该区富钴结壳主要由三类矿物组成 :锰矿物、铁矿物和杂质矿物。其中锰矿物为水羟锰矿和少量的钡镁锰矿 ,铁矿物主要为 β-羟铁矿 ,偶见赤铁矿和磁铁矿等 ,杂质矿物有石英、斜长石等。( 4 )该区富钴结壳主要成矿元素含量 :Fe为 1 6.86% ,Mn为 2 1 .2 6% ,Cu为 1 1 0 2 .0 9× 1 0 - 6 ,Co为 62 5 2 .72× 1 0 - 6 ,Ni为 40 64.62× 1 0 - 6 。 ( 5 )该区东部海山 ( N1～ N4海山 )比西部海山( N5、 N6海山 ) Fe元素含量高 ,Mn、 Cu、 Co、 Ni元素含量则低 ,这一差异源于海水中 Fe、 Mn等成矿元素的分离作用 ,其分离程度与海底火山作用时代以及相应的玄武岩海解风化时间长短有密切关系。 ( 6)结壳形成于第三纪古新世至第四纪更新世 :第一阶段从第三纪古新世到中新世 ,     

太平洋东马里亚纳海盆多金属结核成因及品位控制因素

本文选取东马里亚纳海盆与CC区中国多金属结核合同区西区的多金属结核样品,采用ICP-OES、ICP-MS以及XRD等测试方法对结核表层进行了地球化学与矿物学分析,并探讨了东马里亚纳海盆结核成因以及其主要成矿元素含量的控制因素。结果表明,结核具备水成型结核的主、微量元素特征,并受到成岩作用的影响。结核上下表层各元素含量差异明显,上表层Fe、Co、P等多数主量元素及∑REYs含量均高于下表层,而Mn、Cu、Ni等元素含量在下表层明显增加。根据结核矿物学以及海洋环境特征,并结合前人数据统计分析认为,东马里亚纳海盆结核样品中Mn、Ni、Cu、Co、Fe、Ce的品位主要受控于Mn矿物组成、底层海水溶解氧和表层海水初级生产力,La、Y等稀土元素品位还受到洋中脊热液活动的制约。     

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...     

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.     

西太平洋富钴结壳矿物学和地球化学特征——以麦哲伦海山和马尔库斯-威克海山富钴结壳为例

本文对分别取自西太平洋麦哲伦海山和马尔库斯-威克海山的两块富钴结壳进行了系统的矿物学和地球化学特征的研究,运用XRD、ICP-AES(MS)等测试技术分析了结壳的矿物物相组成、主微量元素和稀土元素的组成和赋存相态,并在此基础上探讨了结壳的成因类型及成矿物质来源。研究表明,结壳主要由锰、铁相矿物组成,其中锰相矿物主要为水羟锰矿,含少量钡镁锰矿及钠水锰矿,铁相矿物为针铁矿及隐晶质-非晶质相;两结壳样品的Mn、Fe、Co、Cu、Ni平均值与中太平洋及西北太平洋富钴结壳相比基本相当,分别是20.08%和19.01%、16.28%和16.52、0.68%和0.64%、0.15%和0.09%、0.34%和0.39%,但Mn/Fe比值均偏低;∑REE平均值分别为2 182.89×10-6和1 367.29×10-6,其中,麦哲伦海山结壳的稀土元素平均值明显比中太平洋及西北太平洋结壳高,而马尔库斯-威克海山结壳则略低;LREE/HREE平均值分别为10.14和7.67,均富集轻稀土,同时具有不同程度的Ce,Gd,Ho正异常和Y的负异常。相态分析结果显示,样品中Mn、Ni、Ba、Co、Cu、Zn、Sr、Ti、REE等元素主要赋存在锰相中,Fe、Al、Pb等元素则主要赋存在非晶质和结晶质铁相中;两结壳样品均属于水成成因,未受明显成岩作用和磷酸盐化作用的影响。     

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。     

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。     

深海锰结核以煤代焦还原熔炼新工艺研究

针对锰结核焦炭还原熔炼成本高、焦炭生产过程环境污染严重等问题,作者提出了锰结核以煤代焦还原熔炼新工艺,对减少锰结核冶炼环境污染、降低冶炼成本,具有积极意义。以东北太平洋中部深海锰结核为原料,对还原温度、还原时间、硅石加入量、无烟煤加入量对锰结核中Co、Ni、Cu、Fe、Mn回收率的影响进行了研究。结果表明：500 g锰结核矿样加入60 g无烟煤粉、5 g硅石粉,在1 300℃下反应40 min,Co、Ni、Cu、Fe进入合金的回收率分别为99.49%、99.83%、98.59%、97.39%,Mn进入渣中的回收率为97.84%。     

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中的微量元素

中太平洋北部锰结核中的微量元素分析表明,调查区具有经济价值的金属元素Cu,Ni,Co,Zn,Pb以及Sr含量很高。尤其是Cu,Zn,Pb和Sr,比世界大洋锰结核中的平均含量高出一个数量级,其他微量元素与世界大洋和太平洋的数值接近。借助于聚类分析把相关强的元素分为三组。第一组为Co,Sr,V,Pb;第二组为Cu,Zn,Ni,Li;第三组为Cr和K。这种共生组合反映了结核的形成机制。研究表明,锰结核中大多数微量元素受到主要元素的支配,这些主要元素又与结核中的主要矿物有关。因此,锰结核中的一些微量元素的含量变化,能够反映出主要成矿元素丰度特征和形成时的环境条件。通过微量元素的研究和环境参数的测定,为评价矿物资源提供科学依据。     

海洋软泥水成矿金属组分存在形式及其溶解-沉淀的定量研究

依据溶液化学平衡反应模型理论,对海盆和洋盆软泥水的成矿金属组分存在形式及其溶解-沉淀作用进行了定量研究,结果表明,软泥水中除Fe存在部分高价态外,Mn、Cu、Ni、Co均以低价态的形式存在,它们不可能通过化学沉淀作用生成以高价态锰矿物为主的结核。实验证明Mn、Fe主要以胶体和微粒形态存在,其浓度比溶解态的浓度要高出百倍至千倍。这些胶状的金属微粒直接参与了结核的生成。胶体化学作用是结核生成的主要成矿作用。     

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.