西太平洋维嘉平顶山沉积特征及富钴结壳资源意义

基于中国大洋36和41航次浅地层剖面数据,结合DSDP钻井及国内外相关研究,对西太平洋维嘉平顶山顶部沉积物的浅地层剖面特征、沉积环境、沉积时代、沉积物厚度分布特征等进行了研究,发现3种主要的地层反射特征,分别代表3个沉积单元;山顶沉积物的厚度分布呈现出3个沉积中心区和4个基岩裸露/沉积物稀薄区的特点;平顶山东部的沉积异常可能与始新世的第二次火山活动有关。根据富钴结壳的生长和发育特点,结合维嘉平顶山的沉积物分布特征,圈定了结壳资源潜力分布区。维嘉平顶山作为中国重要的富钴结壳合同区块,本次研究对其富钴结壳资源进一步的勘探工作具有指导意义。     

西太平洋富钴结壳中磷酸盐化的制约因素探讨

富钴结壳是生长在海底岩石或岩屑表面的一种自生壳状沉积物。大洋富钴结壳老壳层在形成后或形成期间曾遭受不同时代的磷酸盐化(Hein J R等,1993),形成多层磷酸盐化壳层。前人关于磷酸盐化作用对富钴结壳的影响多有论著,但主要涉及矿物成分、化学组成、结构构造等方面(Koschinsky A等,1997;Jeong K S等,     

莱恩海山链MP2海山富钴结壳Co元素的富集/亏损研究

富钴铁锰结壳(简称富钴结壳或海山结壳)是生长在大洋洋底地势较高处(如海山)硬质基岩上的富含铁、锰、钴、铂、稀土等金属元素的"壳状"沉积矿产.与其它深海铁锰沉积相比较,海山结壳的的最主要特征是富Co,其Co含量是大洋铁锰沉积中最高的.但是,同一富钴结壳样品的不同层位Co含量的差异是比较大的,到目前为止,人们并没有充分认识富钴结壳为什么"富钴",即Co发生富集/亏损的原因.本文通过对莱恩海山链MP2海山的一块典型富钴结壳样品电子探针原位化学成分数据的系统分析,对富钴结壳形成过程中Co富集/亏损的原因进行了系统研究,以揭示富钴结壳中的Co富集机制以及富钴结壳成矿作用是否具有时代的特殊性.     

富钴结壳生长过程中铁锰氧化物

富钴结壳的矿物学研究是一个难点.本文运用电子探针微区分析结合X射线衍射和矿相显微镜观察的综合方法对富钴结壳中的铁锰氧化物矿物组合及其组分变化进行了研究.研究发现,富钴结壳是从与胶状粘土类混合共沉积开始生长的,结壳内部的韵律层和柱状构造也是始于粘土层终于粘土层的;铁锰团粒的核心一般是较纯的水羟锰矿小核心,可能是在生物媒介作用下在水体中形成后沉降叠积的.FM、FPE海山结壳的中层存在一较纯水羟锰矿层,但该层中Co含量FM15比FPE06低得多,可能反映了FM15在该层形成时Co通量较低.而该层在FN12中不存在,反映了区域环境的较大差异.在FN12火焰状构造亚带存在Mn氧化物和Fe氧化物的极度分异现象,可能反映了结壳形成环境的重大变化.     

富钴结壳生长过程中铁锰氧化物矿物组合的变化

富钴结壳的矿物学研究是一个难点，本文运用电子探针微区分析结合X射线衍射和矿相显微镜观察的综合方法对富钴结壳中的铁锰氧化物矿物组合及其组分变化进行了研究，研究发现，富钴结壳是从与胶状粘土类混合共沉积开始生长的，结壳内部的韵律层和柱状构造也是始于粘土层终于粘土层的；铁锰团粒的核心一般是较纯的水羟凶国矿小核心，可能是在生物媒介作用下在水体中形成后沉降叠积的，FM、FPE海山结壳的中层存在一较纯水羟锰矿层，但该层中Co含量FM15比FPE06低得多，可能反映了FM15在该层形成时Co通量较低，而该层在FN12中不存在，反映了区域环境的较大差异，在FN12火焰状构造亚带存在Mn氧化物和Fe氧化物的极度分异现象，可能反映了结壳形成环境的重大变化。     

西太平洋海山玄武岩的岩石学特征及与上覆富钴结壳的关系

通过对西太平洋海山玄武岩和玄武质火山角砾岩的岩石学特征及其气孔充填物成分变化的研究,讨论了海山玄武岩与上覆富钴结壳的关系。富钴结壳的基岩火山岩主要为碱性玄武岩和玄武质火山角砾岩。碱性玄武岩中气孔充填物为S型和C型,S型和C型气孔充填物不共存在同一个气孔中。S型气孔充填物的物质成分富Si、Fe、K、Mg、Al,Co含量一般为0.17%~0.46%,其成分与碱性玄武岩的组成类似,其物质来源可能与碱性玄武岩有关。C型气孔充填物为O、Ca、C及少量Si、Al、Mg、Fe、K等元素,C型气孔充填物可能与海水中物质的沉积有关。由Si、Al、Fe、Mg、K等元素变化曲线反映出的S型气孔充填物沉积过程与富钴结壳早期的沉积过程具有相似的趋势,说明富钴结壳早期沉积物的物质来源可能与碱性玄武岩有关,富钴结壳物质来源可能是碱性玄武岩和海水共同作用的结果。     

大洋富钴结壳资源调查与研究进展

富钴结壳是继多金属结核资源之后被发现的又一深海沉积固体矿产资源,在太平洋、大西洋和印度洋的海底均有分布。据估算,全球三大洋海山富钴结壳干结壳资源量为(1081.1661~2162.3322)×108t。世界各国对富钴结壳的调查始于20世纪80年代初,截至目前,已有日本、中国、俄罗斯和巴西等4个国家与国际海底管理局签订了富钴结壳勘探合同,而韩国的矿区申请也于2016年获得核准。富钴结壳按形态可分为板状结壳,砾状结壳和钴结核3种类型。富钴结壳内部结构构造在宏观上通常表现为三层构造,即底部亮煤层、中部疏松层和顶部较致密层;在微观下主要表现为柱状构造、叠层构造、斑块状构造、纹层状构造等多种类型。富钴结壳的矿物成分主要为自生的铁锰矿物,包括水羟锰矿、钡镁锰矿、羟铁矿、四方纤铁矿、六方纤铁矿、针铁矿等。富钴结壳富含Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Zn等金属元素以及稀土元素和铂族元素,其中Co含量尤为显著。三大洋中,以太平洋富钴结壳的Co平均含量最高。富钴结壳的生长过程极其缓慢,平均仅几毫米每百万年。研究表明,西太平洋富钴结壳最早于始新世-早中新世开始生长。目前通常认为富钴结壳为水成成因,即Co、Fe、Mn等金属元素来源于海水。此外,有研究表明微生物在富钴结壳的形成过程中也起着非常重要的作用。富钴结壳的分布及特征受地形、水深、基岩类型、海水水文化学特征、经纬度等多种因素的影响,其主要分布于碳酸盐补偿深度以上、最低含氧带以下、水深800~2500 m的海山、岛屿斜坡和海底高地上,西、中太平洋海山区被认为是全球富钴结壳的最主要产出区。     

麦哲伦海山群MK海山富钴结壳钙质超微化石生物地层学研究

富钴结壳是发育在深海海山之上的一种重要沉积矿产资源,建立准确可靠的年代学格架,无论对富钴结壳成矿作用研究还是对古海洋环境研究,都具有重要意义。但迄今为止,由于定年技术的限制,可靠的富钴结壳年代学框架资料并不多。文中以钙质超微化石生物地层学方法为主要手段,并结合Co经验公式法、样品的结构特征和磷酸盐化作用时代等资料,对麦哲伦海山群MK海山MKD13-3号富钴结壳样品的年代学框架进行了综合限定。研究结果如下。(1)该样品剖面从下到上可以分4层,分别为:磷块岩基岩,其中包括R层(残留层)结壳,时代为112.0~70.6Ma B.P.;I层,进一步划分为I-1和I-2层,其时代分别为55.0~48.0Ma B.P.和44.0~23.0Ma B.P.;Ⅱ层,时代为23.0~14.0Ma B.P.;Ⅲ层,时代为5.0~0Ma B.P.。(2)该富钴结壳样品在生长过程中发育了3个生长间断,分别为:基岩与I-1层之间的生长间断,时代为70.6~55.0Ma B.P.;I-1层与I-2层之间的生长间断,时代为48.0~44.0Ma B.P.;Ⅱ层与Ⅲ层之间的生长间断,时代为14.0~5.0Ma B.P.。     

西太平洋海底海山富钴结壳惰性气体同位素组成及其来源

采用高真空气体质谱系统测定了西太平洋麦哲伦海山富钴结壳不同层圈及其基岩的惰性气体丰度和同位素组成,结果显示:(1)西太平洋富钴结壳主要是水成成因,其中惰性气体来源不同,He 绝大多数来自宇宙尘(IDPs),少量来自陆源风成微粒;Ar 主要来自海水溶解的大气,少量来自陆源风成微粒或沉积岩建造水;Ne 和 Xe 主要来自海水中溶解大气, 少量来自宇宙尘;(2)在具三层结构的结壳中,亮煤层(致密层)的惰性气体同位素相对外层和疏松层有较大的不同,显示大洋磷酸岩化对早期沉积的结壳惰性气体组成有较大的影响,如导致~4He 的升高和~3He/~4He 的显著降低;(3)太平洋富钴结壳玄武岩基岩的~3He/~4He 非常低,为0.0095～0.074Ra,与本区磷块岩基岩(0.087Ra)相似,而远低于正常海底玄武岩的~3He/~4He 比值,显示这些基岩曾与富含放射性成因~4He 和 P 的上升洋流或沉积物中建造水发生过水/岩反应,这个过程将释放出较多的成矿元素,有利于富钴结壳的形成,海底海山玄武岩中较低的 He 同位素组成可作为富钴结壳的找矿标志之一。     

中太平洋富钴结壳的Os同位素组成及其物质来源意义

深海化学沉积物富钴结壳富含多种有用元素,是重要的海底矿产资源,其沉积速率缓慢(1～10 mm/Ma),几个毫米的厚度就经历了百万年的海洋历史,储存了丰富的古海洋信息,如富钴结壳生长的物质来源、古海洋物理化学条件、古气候变迁、重大的古海洋事件等.因此,富钴结壳是一种重要的古海洋记录(Hein,2000).由于海洋环境中Os同位素能够提供一些其它同位素如Pb、Nd、sr所无法给出的重要信息,在示踪物源、古海洋环境及古大陆风化等方面,具有明显的优势.因此,作者通过测定中太平洋一富钴结壳样品各壳层的锇同位素组成,来了解富钴结壳不同生长时期的Os同位素组成特征,揭示其所蕴含的物质来源信息和古大陆风化情况.     

Oil and gas pools in weathering crusts on the sedimentary basin basement

Weathering crusts of the sedimentary basin basement are collectors in several regions of the world. They enclose huge reserves of oil and gas. The paper considers the geochemical, mineral, and petrophysical heterogeneities of weathering crusts that should be taken into consideration in the prospecting, exploration, and development of hydrocarbon raw material therein. Areal and linear-fissure types of weathering crust are defined. They were formed before the overlapping of basement by rocks of the sedimentary cover. Areal crusts are pervasive at the basement roof, whereas linear-fissure crusts are formed along fractures. A complete weathering crust profile includes the following zones (from the bottom to top): disintegration, leaching and hydration, hydrolysis, and final hydrolysis. Rocks of the lower two zones represent the cavernous-fissure collector, while rocks of the upper zones are impermeable. In the arches of uplifted blocks of the basement, weathering crusts are subjected to erosion during marine transgressions. In such places, the roof is composed of rocks of the lower permeable zones that often make up a single heterogeneous natural reservoir overlapped by sandy collectors of sedimentary sequences. Linear-fissure weathering crusts show zonal distribution with good filtration-capacity properties. Several large oil and gas pools have been discovered in them.     

太平洋海山钴结壳资源量估算

为合理地估算出太平洋海山钴结壳资源量, 基于我国西太平洋海山钴结壳拖网采样调查资料以及对太平洋海山钴结壳资源分布规律和钴结壳矿区圈定参数指标的深入研究, 创造性地按海山不同高度、不同洋壳年龄赋予不同结壳厚度, 进而首次计算出太平洋海山干结壳资源量为(507.06~1 014.11)×108 t, 锰为(111.15~222.29)×108 t, 钴为(3.04~6.08)×108 t, 镍为(2.23~4.46)×108 t, 铜为(0.66~1.32)×108 t, 结壳分布面积为2 062 862 km2.通过Co通量与结壳Co沉积量、结壳厚度的相关分析表明, 赋予不同洋壳年龄段的结壳厚度是理论厚度的6.10%~12.20%, 这与Ku et al.得出"结壳生长时间只占其整个生命史4%"的认识非常相近, 说明所赋结壳厚度基本合理, 得出的结壳资源量基本正确.为整个大洋海盆内海山钴结壳资源量的估算提供了新方法.      

Distribution Characteristics of Cobalt-rich Ferromanganese Crust Resources on Submarine Seamounts in the Western Pacific

Based on the survey data of five submarine seamount provinces （chains） in the Western Pacific, the distribution characteristics of cobalt-rich ferromanganese crust resources have been researched in this paper by using the relative reference data and applying the theories of hotspot and seafloor spreading. The main research results obtained are as follows： The Co-rich crust thickness in the study area is gradually increasing from east to west and from south to north having a negative correlation （r = -0.59） with longitude and a positive correlation （r = 0.48） with latitude. The crust thickness varying along longitude and latitude is influenced by the hotspot and seafloor spreading. The oceanic crusts and seamounts in the northwest part of the study area are older, and the crust resources are superior to those in the southeast part. In the depth of 〈1500 m, 1500-2000 m, 2000-2500 m in the study area, the cobalt crust thickness is respectively 5.45 cm, 4.34 cm and 3.55 cm, and in the depth of 2500-3000 m and 3000-3500 m, it drops respectively to 2.84 cm and 3.37 cm. The Co-rich crust resources are mainly concentrated in the seamount summit margins and the upper flanks in the depth of 〈2500 m. There is a strong negative correlation （r = -0.67） between the cobalt crust abundance and the slope of the seamount, 75 kg/m^2 and 50 kg/mz at the slopes of 0°-20° and 20°-34° respectively. Cobalt crusts are mainly distributed in the parts whose slopes are less than 20°. It is consistent with the fractal result that the slope threshold of cobalt crust distribution is 19°, and slopes over 20° are not conducive to the crust growth. The cobalt crusts of high grade are mainly enriched in the region within 150°E-140°W and 30°S-30°N in the Pacific, where there are about 587 seamounts at the depth of 3500- 6000 m and over 30 Ma of the oceanic crusts. The perspective area rich in cobalt crust resources is about 41×104 km^2 and the resource quantity is approximately 27 billion tons.     

大洋磷酸盐化作用对富钴结壳元素富集的影响

中国首次对与大洋富钴结壳密切相关的磷酸盐化作用进行了研究。对取自西太平洋麦哲伦海山区一厚度为 10cm的富钴结壳样品 ,自顶至底以 5mm间距采取了 2 0个分层样品进行了成矿元素和稀土元素分析。结果表明 ,未被磷酸盐化的新结壳和磷酸盐化的老结壳间主要成矿元素的含量相差显著。老结壳中Fe、Mn、Si、Al、Zn、Mg、Co、Ni、Cu元素亏损 ,亏损次序为Co >Ni>Mg >Al>Mn >Si>Cu >Zn >Fe;而Ca、P、Sr、Ba、Pb元素含量增加 ,富集次序为P >Ca >Ba >Pb >Sr。研究认为 ,结壳中磷酸盐化作用的强弱制约着富钴结壳成矿元素含量的变化 ,磷酸盐化作用是造成老结壳中主要成矿元素Co、Ni等贫化流失的根本原因。研究还表明 ,磷酸盐化作用对富钴结壳的稀土元素丰度也产生一定影响 ,使老结壳的稀土总量和Ce含量高于新结壳 ,但未显著改变其稀土配分模式和分馏特征。研究证实 ,老结壳的Y正异常与磷酸盐化作用无关。磷酸盐化作用的研究为富钴结壳矿产资源的评价和综合利用提供了有用信息。     

厚结壳的形成条件及控制因素分析

当前对于大洋厚结壳的研究较少,而厚结壳是未来开发利用的重点,同时它记录的地质历史长,控制和影响结壳生长发育的各种因素必然能在厚结壳上充分体现出来。因此,开展厚结壳的形成条件及控制因素的研究,具有重要的理论与现实意义。文章利用GIS空间分析技术与地质统计方法,对厚结壳的定义、结壳厚度与水深、结壳厚度与基岩、结壳生长与构造活动、结壳厚度与沉积速率、结壳厚度与经纬度、结壳厚度与主成矿元素之间的关系进行了分析,结果表明,结壳的厚度变化受控于水深、基岩、构造活动、沉积速率、经纬度等因素,同时结壳厚度与主成矿元素之间存在明显的相关性。     

钴结壳矿区圈定和资源评价的参数指标

大洋海山钴结壳集海洋资源和环境双重信息, 各国对它的调查研究方兴未艾.钴结壳资源勘查的最终目的是圈定钴结壳矿区和开发钴结壳资源.迄今为止, 国内外尚未就钴结壳矿区圈定和资源评价给出具体的参数指标, 基于我国近十年对西太平洋26座海山钴结壳资源调查, 结合太平洋环境资料, 在深入分析钴结壳厚度、丰度、品位、覆盖率、资源量、面积, 海山坡度和水深资料的基础上, 对13座重点海山进行了钴结壳矿区圈定、资源评价和钴结壳分布规律的系统研究, 进而提出圈定钴结壳矿区的八项重要参数指标: 钴结壳矿区的结壳厚度为≥3cm或≥4cm, 取决于海山具体地理位置; 水深为≤2500m或≤3000m;Co含量为≥0.50%或≥0.60%;丰度为≥60kg/m2或≥70kg/m2; 坡度为≤15°; 结壳覆盖率为≥30%;钴结壳矿区的申请面积为17000~20000km2, 矿区最终保留面积为5000~6000km2.钴结壳矿区8项参数指标的提出, 将有力地促进大洋钴结壳矿区圈定、资源量计算和资源评价工作, 为我国积极参与联合国海底管理局制定钴结壳资源开发利用规章制度提供量化参考指标.      

中国南方红土年代地层学与地层划分问题

南方红土是我国热带、亚热带以各类岩石和第四纪松散沉积物为母质发育的红色风化壳,也是我国分布最广的第四纪土状堆积。本文在探讨第四纪松散沉积物上红色风化壳的形成机制的基础上,根据风化壳发育程度将其划分为砖红土风化壳、红壤土风化壳和红化土风化壳3种类型。南方地区第四纪松散沉积物主要有河流相沉积、滨海相海滩砂和海岸风成砂——"老红砂"以及以下蜀土为主的风尘堆积。近年来在上述沉积物中多处发现旧石器遗址,促进了南方红土的地层年代学研究。根据前人及近期对南方红土的研究成果,讨论了南方红土的年代地层学问题,提出了以风化壳岩性特征为基础的岩石地层单位初步划分框架:老红砂划分为中更新统北海组、晚更新统晋江组;风尘堆积划分为中更新统宣城组、晚更新统下蜀组;河流相沉积只划出中更新统白沙井组,晚更新统留待以后研究再划出。     

Extreme Enrichment of Tellurium in Deep-Sea Sediments

Tellurium is a sort of scattered rare element on the earth. Its concentration is very low in earth＇s crust, only 1.0 ng/g. However, it has extremely high abundance in Co-rich crusts, marine polymetallic nodules, deep-sea sediments and aerolites. To find out the origin of tellurium enrichment in deep-sea sediments, we analyzed and compared tellurium concentrations and helium isotope compositions in the magnetic parts and those in the bulk parts of deep-sea sediments. The result indicates that the helium content, 3He/4He ratio and tellurium concentration are obviously higher in the magnetic parts than those in the bulk parts. The 3He abundance varies synchronously with the tellurium concentration. 3He and Te have a distinct positive correlation with each other. It is the first time that the paper brings forward that the extreme enrichment of tellurium in deep-sea sediments, like helium isotope anomalies, probably results from the input of interplanetary dust particles （IDPs）. Similarly, the extreme enrichment of tellurium in marine polymetallic nodules and Co-rich crusts is possibly related to IDPs.     

Effect of Phosphatization on Element Concentration of Cobalt-Rich Ferromanganese Crusts

1 Introduction Co-rich ferromanganese crusts occurring on submarine guyots have received much attention from scientists since the beginning of the 1980’s because they are enriched in Co, Mn, Pt, and rare earth elements (REEs), and have large potential mineral resources, occurring as they do on topographic highs relative to polymetallic nodules in the C-C (Clarion-Clipperton) zone (Halbach et al., 1982, 1989; Hein et al., 1992, 1999; Usui and Someya, 1997; Yamazaki and Sharma, 1998, 2000…