太平洋中部富REY的深海沉积物的地球化学特征及化学分类

<正>深海沉积物中的稀土资源是潜在的海底稀土资源。本文对太平洋中部重力柱取样获得的1275个深海沉积物样品的矿物组分、常量、稀土化学分析结果进行了系统分析,并与中北太平洋海域990个深海沉积物样品的稀土元素地球化学特征进行了对比。分析研究结果表明太平洋中部深海沉积物样品的富REY的地球化学特征与中北太平洋相似。首先太平洋中部深海沉积物样品根据Ca O含量可分为两类:⑴Ca O≥10%,代表了富含钙质生物组分的沉积物类型,与沉积物分类中的钙质软泥相当,其ΣREY     

Comparative study on the geochemical characteristics of rare earth elements in deep-sea sediments from different regions of the Pacific OceanSCIEI北大核心CSCD

太平洋深海沉积物中富集稀土元素(REY,包括钇),被认为是富有潜力的新型稀土资源。(含)沸石粘土、深海粘土和多金属软泥是主要的富含REY的沉积物类型,其中(含)沸石粘土和深海粘土在中、西北太平洋海盆大面积分布,而多金属软泥则多分布于靠近东太平洋洋脊热液活动的深海盆地中。目前关于中、西北太平洋海盆的深海粘土和(含)沸石粘土已有较多的研究,但关于多金属软泥中REY的研究较少。不同区域、不同类型深海沉积物中的稀土元素赋存状态有何差异?影响稀土富集的机制又是什么目前尚不清楚,也就进一步影响了对深海沉积物稀土资源的勘查和开发工作。本文分析对比了太平洋不同区域不同类型深海沉积物的地球化学特征及矿物学特征。结果表明,总体上,中、西北太平洋海盆深海沉积物中,尤其是(含)沸石粘土中的REY含量明显高于东太平洋海盆多金属软泥REY含量,其REY的富集主要与磷酸盐有关。超常富集REY(∑REY>2000×10^(-6))的沉积物中的CaO/P_(2)O_(5)比值趋向于一致(~1.4),几乎接近于磷灰石CaO/P2O5比值(~1.3),因此REY主要赋存载体为磷灰石,该区沉积物中REY的富集可能受到磷酸盐化的影响;东太平洋海盆多金属软泥明显受到热液影响,铁和锰的含量明显增加,但其∑REY含量集中于500×10^(-6)~800×10^(-6),不随铁和锰的增加而变化,REY的富集仍与磷酸盐关系密切,而与铁锰物质和铝硅酸盐关系不大。中、西北太平洋海盆富稀土的深海沉积物形成时处于较强的氧化环境,同时又有充足的含磷物质补给,才造成REY在该区沉积物中的超常富集;而东太平洋海盆多金属软泥虽然处于氧化环境,但缺少足够的磷补给,所以其∑REY含量通常低于中、西北太平洋海盆沸石粘土中∑REY含量。     

太平洋中部富REY深海粘土的地球化学特征及REY富集机制

深海沉积物中的稀土资源是一种新发现的、潜在的海底稀土资源.对太平洋中部重力活塞取样获得的90个深海粘土样品的矿物组分、常量和稀土化学分析结果进行了系统分析,并与中北太平洋以及西北太平洋南鸟岛附近海域深海沉积物稀土元素地球化学特征进行了对比.研究结果表明:太平洋中部深海粘土以富含沸石、富P及富REY为特征,其碎屑矿物中含有较多的鱼牙骨,其P₂O₅与CaO之间、P₂O₅、CaO与∑REY之间呈良好的正相关关系;其稀土分布模式表现为明显的Ce负异常、一定程度的重稀土元素富集和Y正异常.太平洋中部深海粘土REY富集的主要原因是深海粘土中含有过量的磷酸盐组分,推测过量的磷酸盐组分是由于深海粘土中鱼牙骨碎屑的加入引起的.在北太平洋海域,未受到热液活动影响的条件下,富REY的深海沉积物的稀土元素富集机制具有统一性和普遍性,可以归纳为深海沉积物中高REY磷酸盐的混入作用.      

稀土元素及钇在东太平洋CC区深海泥中的富集特征与机制

东太平洋CC区深海泥具有高的REY(REE+Y)含量,理解其富集机制对于寻找深海稀土资源具有重要意义。本文对WPC1101站位的沉积物柱状样开展了沉积物类型、粒度、黏土矿物和元素组成分析,结合已有资料探讨研究区深海泥的稀土元素富集特征及其形成机制。研究区深海泥主要以远洋黏土和硅质生物组分为主,其∑REY范围主要为400~1 000 μg/g。深海泥北美页岩标准化后的REY配分模式具有显著的负Ce异常,指示富稀土深海泥中海相自生组分贡献较大。根据统计发现,研究区深海泥的∑REY与Al2O3、MnO、P2O5均具有良好的相关性,黏土组分、铁锰氧化物和磷酸盐对REY都有贡献。通过综合分析,提出研究区富稀土泥中高P含量是高∑REY重要的控制因素。     

深海沉积物中的稀土矿产资源研究进展

近年发现,太平洋和印度洋的深海盆地中存在大量富含稀土的深海沉积物。主要类型为多金属软泥、沸石黏土和远洋黏土,其中的全稀土含量(∑REY,∑REE+Y)为400×10-6~2000×10-6,最高可达6600×10-6,重稀土含量(HREE)已达到或超过中国南方离子吸附型矿床的重稀土品位两倍以上,是潜在的新型稀土资源,具有重要的经济价值。目前不少学者对富稀土的深海沉积物进行了大量地球化学及部分矿物学的工作,认为多金属软泥中的稀土元素多赋存于与海底热液作用有关的铁锰氧化物和氢氧化物中,而沸石黏土和远洋黏土中稀土元素的富集则与磷酸盐的混入密切相关,其稀土元素主要存在于与磷灰石成分相当的生物鱼骨屑中。深海黏土的北美页岩标准化稀土配分模式与海水相似,表明其中的稀土元素主要来自于海水,REY富集成矿可能主要受控于磷灰石早期成岩阶段,期间稀土元素未发生分异。尽管近些年对深海沉积物中的稀土元素研究取得了不少成果,但是,对于沉积物中的稀土富集机制及影响因素等问题仍然需要更加深入的研究。作为稀土资源大国,为了争取我国在国际海底稀土资源竞争中的话语权,维护中国的稀土利益,中国应加紧开展相关的稀土资源勘查和潜力评价。     

深海沉积物中稀土元素的富集成矿作用

我国虽是稀土大国,但重稀土仍是十分紧缺的关键金属资源。2011年日本学者Kato等在太平洋深海盆地中发现了大规模富含稀土元素的沉积物,引起世界各国高度重视。深海富稀土沉积物广泛分布于海底,其富集稀土元素尤其是相对富集重稀土元素等关键金属,是继大洋结核结壳、洋中脊热液硫化物、天然气水合物之后一种重要的海洋矿产资源。目前太平洋和印度洋中都证实有大面积富稀土沉积物的存在,我国科学家将深海稀土资源分为4个主要成矿远景区,其中太平洋3个,印度洋1个。富稀土沉积物的矿物组分主要包括生物成因磷灰石（鱼牙和鱼骨）、微结核（铁锰氧化物或氢氧化物）、沸石、黏土矿物等,其中生物磷灰石是最重要的稀土载体。稀土元素直接来源于上覆海水和孔隙水,热液和火山活动可能也有贡献。水深、沉积速率和氧化还原环境等是控制深海稀土元素富集的重要因素,强底流、海底火山和热液活动以及气候事件所导致的陆源输入的变化也会对深海稀土富集产生重要影响。深海稀土成矿作用仍然存在一些尚未解决的科学问题,需进一步加强深海富稀土沉积物成因及超常富集机制等的研究,以丰富和完善深海稀土的成矿模型,为我国在深海稀土富集区的勘探研究与实践提供重要借鉴。     

太平洋西部富稀土深海沉积物的地球化学特征及其指示意义

深海富稀土沉积物已成为潜在的战略资源。为探讨富稀土粘土的地球化学特征及其来源和富集机制,对太平洋西部深海区域进行底层水和深层沉积物的系统采样,分析了样品的主、微量元素和稀土元素地球化学特征,并采用氧化还原环境、稀土元素的迁移和分馏以及海洋稀土循环的分析方法对富稀土沉积物的成因进行探讨。结果显示:沉积物的∑REY与Ce/Ce*表现出负相关关系,并与生物成因的P和Ca关系密切。样品Th/U、V/Sc、(La/Yb)_N、(La/Sm)_N和(Sm/Yb)_N值呈系统的变化,沉积物均处于氧化或次氧化环境。底层海水具重稀土富集的特征,海水-沉积物界面轻、中稀土含量上升,下覆的较深层沉积物表现出中、重稀土富集。初步推断沉积物的稀土元素来源于海水,与生物相关的物质是其REY富集和Ce负异常的主要控制因素。宽的氧化或次氧化环境和生物相关氧化物的强吸附能力导致稀土元素未扩散至海水而引起了沉积物稀土元素的富集。     

深海沉积物分类与命名的关键技术和方案

对地质研究的对象进行科学合理的分类,是地学研究的重要内容之一.为建立科学合理、量化统一、操作简便的深海沉积物分类与命名方案,详细分析国内外深海沉积物分类与命名现状,深刻了解海洋沉积物组成与分布,深入研究深海沉积物的水深、平均粒径和粘土含量3项参数指标,通过分析涂片鉴定粘土、钙质生物、硅质生物这三者的含量、粒度和化学分析之间的差异,建立钙质生物、硅质生物与CaCO₃、生物SiO₂的量化关系,完成沉降法和激光法粒度分析资料的对比和校正,分析深海沉积物分类与命名的兼容性和可比性.在上述研究成果基础上,自主创新提出深海沉积物分类与命名方案及其关键技术.深海沉积物类型简分法把深海沉积物分为深海粘土、钙质软泥、硅质软泥、粘土-硅质-钙质软泥4类,它能满足一般性海洋地质调查要求,达到基本了解深海沉积物类型的目的,在兼容世界深海沉积物类型现状的同时,充分考虑到混合沉积物的存在.深海沉积物类型细分法在简分法基础上细分了16种沉积物,使分类与命名更加详细和全面,满足海洋地质详细调查研究的要求.深海沉积物分类与命名方案与浅海沉积物分类与命名比较,在图形、类型指标、种类数量、冠字冠名法、混合沉积物表示法、可操作性等方面具有可比性,使浅海到深海的沉积物分类与命名呈渐变和有机联系.      

西太暖池区生物组分对海底表层沉积物物理力学性质的影响

西太平洋暖池区是指位于热带西太平洋及印度洋东部海表温度常年在28 ℃以上的海域,是全球海表温度最高的深海区,构造环境与沉积环境复杂,沉积物中的生物组分含量差异较大,生物组分会对深海沉积物物理力学性质产生显著影响,但目前对沉积物中生物组分含量和沉积物物理力学性质之间的相关性关系尚不明确。本文对西太平洋暖池区核心部位的表层沉积物样品进行现场物理力学性质测试和室内涂片鉴定,研究深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分之间的关系。结果表明:研究区表层沉积物含水率范围为61.1%~435.1%,天然密度范围为1.04~1.76 g/cm³,贯入阻力范围为0~100 kPa,十字板剪切强度范围为0~8.6 kPa,整体具有高含水率、低密度、低强度等典型的深海沉积物物理力学性质特点。西加洛林海脊、海山等CCD以浅的区域为钙质生物组分>50%的钙质沉积区;西加洛林海槽西南部及其周边的深水沟槽地区一般为硅质生物组分>50%的硅质沉积;西加洛林海盆内部则主要为黏土沉积区。随钙质生物组分减少和硅质生物组分增多,表层沉积物类型分别为钙质沉积物、黏土沉积物和硅质沉积物,天然含水率变高,天然密度、贯入阻力和十字板剪切强度降低,表明深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分含量密切相关:贯入阻力、十字板剪切强度、天然密度与钙质生物组分含量呈正相关,与硅质生物组分含量呈负相关;而天然含水率正好相反,与钙质生物组分含量呈负相关,与硅质生物组分含量呈正相关。本文建立了深海沉积物中生物组分与物理力学性质之间的相关关系,提出了沉积物生物组分含量与物理力学性质之间的拟合公式,可以为深海沉积物工程性质的评价提供参考。     

印度洋洋盆BC02站位表层沉积物地球化学特征及其物源指示意义

沉积物类型和物质来源对于深海固体资源的勘探调查和成矿理论研究具有重要意义。近年来的相关研究表明,中印度洋洋盆南部可能分布富含稀土元素的深海黏土沉积区和含铁锰结核硅质沉积区,但是目前该区域相关研究较少。对大洋第34航次在中印度洋洋盆所获取的BC02站位箱式沉积物样品进行了主量元素、微量元素以及稀土元素含量分析测试,结果表明,研究区沉积物主要为硅质生物沉积,可能有陆源物质和火山物质的输入,但是贡献均较少,没有发现铁锰结核存在,该区域受较强烈的硅质生物沉积稀释作用,区域内稀土元素的质量分数平均值为265.41×10-6,富集程度和富集特征与正常的硅质软泥基本一致,而与中印度洋洋盆和Wharton海盆已经发现的富稀土深海黏土明显不同,沉积环境为稳定的偏氧化环境。     

Pelagic records from the Equatorial Ninetyeast Ridge and significant environmental events during the past 3.5 Ma

This paper presents pelagic records of planktic foraminifera, as well as data of stable isotope stratigraphy and carbonate stratigraphy since 3.5 Ma B.P. from site ODP758 in the Ninetyeast Ridge of the Indian Ocean. Based on these data, manifestations and related mechanisms of major tectonic and environmental events such as the rapid uplift of the Himalaya Mountains, “middle Pleistocene climatic transition” and “mid-Brunhes dissolution event” in the region are discussed. According to the analysis and comparison of various indices and changes in terms of foraminifera assemblage, paleotemperature, paleosalinity and themocline from site ODP758, the authors deduce that the paleoclimatic changes might correlate with the mid-Pleistocene transition at 1.4–1.7 Ma B.P. The changes of CaCO₃, mass accumulation rates (MAR) of CaCO₃ and non- CaCO₃ MAR indicate that the loaded terrigenous sediments increased at 1.7 Ma, which is in agreement with the uplift history of the Qinghai-Tibet plateau as shown by the available data. The last two changes coincide with the uplift of the Qinghai-Tibet plateau, hence they are called “Qinghai-Tibet movement” (1.7 Ma), and the “Kunlun-Yellow River movement” (1.2–0.6 Ma). The changes of the CaCO₃ content, coarse fraction (> 150 μm) content and planktonic foraminifera biostratigraphy show that strong dissolution of abyssal CaCO₃ occurred in the study region during 0.5–0.4 Ma. The event was consistent with the “mid-Brunhes dissolution event” in the sedimentary records of the Atlantic Ocean, Pacific Ocean, Indian Ocean and Nansha sea area of the South China Sea. __________ Translated from Geological Bulletin of China, 2007, 26(12): 1627–1632 [译自: 地质通报]     

赤道东经90°海岭3.5Ma以来远洋记录反映的重大环境事件

通过对东经90°海岭ODP758钻孔岩心3.5Ma以来的浮游有孔虫远洋记录的研究,结合岩性地层、稳定同位素地层、碳酸盐地层等资料,探讨了喜马拉雅山加速隆升、"中更新世气候转型"、"中布容溶解"事件等重大构造、环境事件在研究区的表现及相关机制。通过对各项指标的分析和对比,根据ODP758岩心的有孔虫组合面貌、古温度、古盐度和古温跃层的变化情况,推断研究区在1.4～0.7Ma期间的气候变化可能是在"中更新世气候转型"条件下发生的。碳酸钙、碳酸钙沉积通量和非碳酸钙沉积通量曲线在1.7Ma时快速增长,与现有资料显示的青藏高原的隆升历史相符,分别与青藏高原隆升过程中的青藏运动A幕、B幕、C幕(1.7Ma)和昆仑-黄河运动(1.2～0.6Ma)相当。碳酸钙含量、大于150μm的粗组分含量、浮游有孔虫沉积通量和浮游有孔虫生物地层揭示出在0.5～0.4Ma期间研究区深海碳酸盐遭受了强烈溶解。此事件与大西洋、太平洋、印度洋及南沙海区沉积记录中的"中布容溶解"事件一致。     

Pelagic Manganese Nodules--A New Type of Oncolites

Pelagic manganese nodules from the East Pacific Ocean have been studied using polarizing,scanning electron and transmission electron microscopes. It has been revealed that the manganesenodules are composed of cores and stromatolite coatings. The structures and textures of thesenodules are peculiar to oncolite. Consequently, the pelagic manganese nodules are manganeseoncolites. Based on the stromatolites in the coatings, the manganese oncolites from the East Paci-fic Ocean can be divided into two types. One is smooth on surface and dense inside. Its coatingsare composed mainly of Minima. The other has a knobby surface and is loose internally. Itscoatings consist mainly of Admirabilis. The TEM investigation has also revealed that the con-structors of the manganese oncolites are ultra-microbes. The Minima is constructed byMiniactinomyces chinensis sp. nov. and the Admirabilis is built by Spirisosphaerospora pacifica sp.nov.     

Cretaceous Oceanic Red Beds: Distribution, Lithostratigraphy and Paleoenvironments

Cretaceous oceanic red beds (CORBs) represented by red shales and marls, were deposited during the Cretaceous and early Paleocene, predominantly in the Tethyan realm, in lower slope and abyssal basin environments. Detailed studies of CORBs are rare; therefore, we compiled CORBs data from deep sea ocean drilling cores and outcrops of Cretaceous rocks subaerially exposed in southern Europe, northwestern Germany, Asia and New Zealand. In the Tethyan realm, CORBs mainly consist of reddish or pink shales, limestones and marlstones. By contrast, marlstones and chalks are rare in deep-ocean drilling cores. Upper Cretaceous marine sediments in cores from the Atlantic Ocean are predominantly various shades of brown, reddish brown, yellowish brown and pale brown in color. A few red, pink, yellow and orange Cretaceous sediments are also present. The commonest age of CORBs is early Campanian to Maastrichtian, with the onset mostly of oxic deposition often after Oceanic Anoxic Events (OAEs), during the early Aptian, late Albian-early Turonian and Campanian. This suggests an indicated and previously not recognized relationship between OAEs, black shales deposition and CORBs. CORBs even though globally distributed, are most common in the North Atlantic and Tethyan realms, in low to mid latitudes of the northern hemisphere; in the South Atlantic and Indian Ocean in the mid to high latitudes of the southern hemisphere; and are less frequent in the central Pacific Ocean. Their widespread occurrence during the late Cretaceous might have been the result of establishing a connection for deep oceanic current circulation between the Pacific and the evolving connection between South and North Atlantic and changes in oceanic basins ventilation.     

深海锰结核—核形石的新类型

对东太平洋深海锰结核用偏光显微镜、扫描电镜和透射电镜进行了研究。结果表明其由核心和叠层石包壳组成,具有核形石特有的结构和构造。因此,深海锰结核是一种锰质核形石。根据包壳中叠层石的种类,东太平洋锰质核形石可分为两种类型:一种表面光滑,内部致密,包壳主要由微小叠层石组成;另一种表面呈瘤状,内部疏松,包壳主要由奇异叠层石组成。透射电镜研究表明,锰质核形石的建造者是纳米级超微生物。其中微小叠层石(Minima)是由中华微放线菌(Miniactinomyces chinensis sp.nov.)建造的;奇异叠层石(Admirabilis)是由太平洋螺球孢菌(Spirisosphaerospora pacifica sp.nov.)建造的。     

Reexamination of Radiolarian Biostratigraphy in Permian in Pelagic Chert Sequences at Dachongling Section, South China

Permian radiolarian biostratigraphy was reexamined in the bedded chert section in Qinzhou area of southeast Guangxi Zhuang Autonomous Region, South China. On the basis of the analyses of characteristic radiolarian composition, six radiolarian zones are recognized, namely, Pseudoalbaillella longtanensis Zone, Pseudoalbaillella globosa Zone, Follicucullus monacanthus Zone, Follicucullus scholasticus Zone, Follicucullus charveti Zone and Neoalbaillella ornithoformis Zone, in ascending order. Correlation of these radiolarian zones with those in Japan is presented. The Neoalbaillella ornithoformis Zone was firstly discovered in Dachongling Section, which may indicate that pelagic chert of the late Permian existed there, according to the co-occurring conodonts.     

滇西南牡音河组的沉积特征-环境意义及与之相关的若干地质问题

地处古特提斯域的牡音河组是一套由放射虫硅质岩和凝灰岩组合而成、沉积速率极低的远洋沉积序列。它所包括的４个放射虫组合指示其形成时代为晚二叠世末至中三叠世，从而大大改变了我们以往对古特提斯演化所拟定的时间表。详细的岩相和岩石地球化学分析表明，牡音河组的中、下部与大洋岛弧的火山活动关系密切，上部则有接受更多陆源物质的趋向。这一沉积记录所反映的演化趋可能标志着古特提斯残留海的一次重大构造转折。但是，牡音河组内所有火山碎屑和陆源碎屑仅仅构成若干夹在正常远洋序列中的远源薄层，这意味着古特提斯残留海仍然具有相当规模，距离完全闭合尚远。就牡音河组与相邻一些地层单位的关系，探讨了若干造山带地层学研究中值得注意的基本问题     

Petrography of Late Cambrian to Middle Ordovician radiolarian chert in Kazakhstan with special reference to the emergence of benthic animals in the pelagic realm

Upper Cambrian to Middle Ordovician radiolarian chert successions from Kazakhstan were studied to clarify the history of the emergence of benthic animals in ocean floor sediments. Radiolarian tests and clay were deposited for a period of 30 Myr without experiencing an influx of continent-derived coarse clastic materials. Red, grey and black cherts of the Upper Cambrian to the upper mid-Darriwilian are thinly laminated, and no trace of benthic animal activity is recognized in that time interval. Bioturbation structures and burrow traces in mid-Darriwilian stage red chert in Kazakhstan suggest that benthic animals colonized the location where radiolarian chert formed, but that there was a significant delay in colonization when compared with similar reported occurrences in Australia and Canada.     

澜沧江-湄公河流域产输沙和水库拦沙研究存在问题分析

澜沧江-湄公河是中国与东南亚地区重要的跨境河流，其泥沙问题涉及流域内各国的生态、农业、渔业、航运、海岸侵蚀等诸多领域，近年来下游输沙量持续减少，受到广泛关注。综述了澜沧江-湄公河泥沙研究的争论焦点，包括全流域主产沙区的位置，湄公河干流水文站点间实测输沙量异常变化关系以及人类活动对泥沙过程的影响。系统梳理了现有研究中存在的主要问题，包括下湄公河泥沙观测数据质量不高、全流域总输沙量1.60亿t/a的数据基础存疑、水文模拟的时空分辨率不足、未考虑土地利用变化的影响和悬移质之外的泥沙研究不充分等，在此基础上提出了进一步研究建议。