西太平洋Lamont海山中新世以来富钴结壳成矿环境的演化

分析了西太平洋Lamont海山12个站位33个富钴结壳样品的主元素和稀土元素,结果表明,该海山富钴结壳成因类型属于水成成因,并且在形成过程中基本未受到磷酸盐化作用的影响。Lamont海山的一个富钴结壳样品剖面的电子探针数据显示,该海山富钴结壳的成矿环境在新第三纪以来至少存在2个演化阶段:第1阶段,23~15 Ma,富钴结壳中Mn相对富集,成矿环境以富氧贫硅为特征;第2阶段,15~0 Ma,富钴结壳中Fe相对富集,成矿环境以贫氧富硅为特征。成矿环境的氧化能力总体上呈现下降的趋势。联系新生代世界大洋,尤其是西太平洋的地质演化背景,认为引起成矿环境演变的原因主要是西太平洋大洋板块的WNW向漂移和新第三纪以来全球水道开合,造成了Lamont海山所处海区最低含氧带逐渐减薄。     

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。     

基于宏基因组测序研究中太平洋海山富钴结壳区非培养微生物生态功能

富钴结壳是一种重要的海底矿产资源.富钴结壳是生物地球化学和微生物学的研究热点,但目前我们对富钴结壳区的微生物群落结构仍缺乏认识.本研究针对中太平洋海山富钴结壳区沉积物,采用非培养方法获得微生物基因组信息并分析其生态学功能.采用PCR的方法筛选得到78个带有16S rRNA基因的克隆.变形杆菌门和奇古菌门MGI类群分别为古菌和细菌的主要类群.测序并分析了9个带有16S rRNA 基因的fosmid克隆.这些克隆中含有较多的代谢相关和重金属抗性相关基因,表明多样的代谢和抗逆途径在微生物适应富钴结壳环境中发挥了重要作用.代谢途径分析表明,氮循环是富钴结壳区一种重要的生物地球化学过程.此外,发现多个水平基因转移事件,这些基因大部分转移自细菌,少量转移自古菌或植物.比较基因组分析表明,属于奇古菌门MGI类群的克隆W4-93包含一段共线性的基因簇.以上结果说明水平基因转移和基因组分歧进化在微生物适应深海环境过程中发挥了重要作用.     

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。     

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 ,     

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.     

火山岩浆活动与富钴结壳成矿间的关系——以中太平洋海山群和麦哲伦海山链所在的中西太平洋区为例

以中西太平洋的麦哲伦海山链和中太平洋海山群为例,从研究区的区域地质背景出发,概括了研究区富钴结壳的分布规律,简单的讨论了火山岩浆活动与富钴结壳成矿间的关系,认为中西太平洋海山上富钴结壳的分布与形成其赋存海山的火山岩浆活动及其后续的岩浆活动改造作用有关。     

麦哲伦海山群M海山富钴结壳成因与成矿时代:来自地球化学和Co地层学的证据

利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)和重量法,对麦哲伦海山链西北端M海山9个站位、17个富钴结壳样品的主要元素和稀土元素进行了分析,分析结果显示,该海山富钴结壳是水成成因的,且多数富钴结壳在生长过程中没有受到磷酸盐化作用的影响.推广富钴结壳Co地层学年代计算公式的应用范围,并基于此建立了研究区富钴结壳的...     

富钴结壳中矿物组成对稀土元素分布的制约

为探讨富钴结壳中矿物组成对稀土元素分布的制约,对约翰斯顿岛富钴结壳中矿物组成及稀土元素特征进行了研究。依据主要矿物组成,富钴结壳可以分为3种类型,分别命名为A、B、C。由A到C,水羟锰矿含量逐渐降低,B类中磷灰石含量最高,C类中水钠锰矿和钙锰矿含量最高。A类结壳中富集REE3+、Ce,B类结壳中富集Ce和Y。A类富钴结壳中,REE3+、Y以专属吸附的方式富集在铁氧化物上,Ce3+氧化成Ce4+与其他REE分离,吸附在锰矿物上。B类结壳中,稀土元素主要以独立矿物的形式存在,另有部分Ce、LREE3+吸附于铁相中,部分Y存在于磷灰石中。C类结壳中,稀土元素主要赋存在锰矿物中,部分Y存在于磷灰石中。     

磷酸盐化对莱恩海山链MP2海山结壳Co富集的影响

利用电子探针对中太平洋莱恩海山链MP2海山典型富钴结壳样品的剖面分别进行壳层、碎屑矿物和自生矿物主元素原位分析.通过对壳层(主要的成矿金属元素、脉石元素)、碎屑矿物和自生矿物中的Si,Al,Ca和P等元素质量分数的研究,探讨磷酸盐化作用对MP2海山富钴结壳中Co元素富集的影响.发现结壳第Ⅱ层未磷酸盐化壳层存在贫钴壳层,...     

大洋富钴结壳成因机制的探讨——水成因证据

根据对大洋富钴结壳的分层与年龄、分层与生长速率、生长间断等观测事实,以及大洋富钴结壳主量元素锰、铁元素及钴元素、铂元素、稀土元素、氦同位素、锇同位素等的水成富集,指出大洋富钴结壳是水成因的,进而指出富钴结壳的形成与基岩无关,水动力条件、最低含氧带、生物作用等可能对富钴结壳的形成有控制作用。同时,富钴结壳不一定只生长在岩石裸露的海山上,在沉积物覆盖的海山区也有可能找到富钴结壳。     

磷酸盐化作用对富钴结壳中稀土元素的影响

稀土(REY)是一组有效示踪物质源区和地质过程的元素,本研究利用X荧光光谱法(XRF)和电感耦合等离子光谱仪(ICP-MS)分析了马尔库斯-威克海山和中太平洋海山富钴结壳的主要元素和稀土元素,结合前人研究成果对比了磷酸盐化及未磷酸盐化富钴结壳的稀土特征。结果显示:磷(P)含量低的结壳具有相对低的稀土总量(∑REY),北美页岩标准化后显示铈(Ce)正异常和钇(Y)负异常;磷酸盐化后的结壳具有相对高的∑REY,并表现出Ce正异常和显著Y正异常。磷酸盐化结壳中应存在"富稀土磷酸盐"组分,特别是对Y具有重要贡献。将磷酸盐化结壳视为磷酸盐组分和结壳组分的混合,模拟结果显示富稀土磷酸盐组分具有海山磷块岩的稀土配分模式,但是其∑REY达到普通磷块岩的10倍或以上。考虑到海洋中富钙沉积物丰富,大量PO_4~(3-)不同程度地交代碳酸盐等钙质物质,容易形成贫稀土磷酸盐。而伴随结壳缓慢的成矿过程,部分磷酸盐的形成未受到碳酸盐的影响,容易形成富稀土磷酸盐。     

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。     

基于B样条曲线的富钴结壳厚度测绘系统

针对深海探测过程中对海底富钴结壳厚度变化曲线测绘的要求,基于超声波测厚原理和B样条曲线拟合算法,结合"蛟龙号"载人潜水器的位置信息设计了深海富钴结壳厚度测绘系统。首先利用超声探头获取富钴结壳测量点表面和底部基岩的两次回波信息,通过测量渡越时间计算结壳的厚度值;将测点厚度值与"蛟龙号"载人潜水器的传感器数据融合,根据测点间的位置间隔,通过基于轮廓关键点的B样条曲线拟合绘制航行过程中的结壳厚度变化曲线。模拟实验结果表明,测绘系统可以采集测点的结壳厚度,厚度计算误差约5.6%,B样条曲线拟合能有效绘制结壳的厚度变化,误差小于10%,拟合曲线与结壳截面的纹路相符。     

富钴结壳定年简介

富钴结壳生长通常十分缓慢,其速率一般为几mm/Ma。因此这些结壳提供了成矿环境(海水、沉积物等)的长期历史记录。然而,富钴结壳完整、精细定年的可靠性仍然是一个问题。为此,国外学者采用了多种方法对结壳进行定年,井得到其生长速率。以下分别介绍这些方法的原理、应用及其优、缺     

富钴结壳资源评价和圈矿方法探讨

分析和讨论了我国现行富钴结壳资源评价所用的算术平均法在基础数据获取方面存在的问题,给出了相应的改进方案,并提出和引入了见矿率、成矿系数等新的评价参数,改进了现有方法的不足.围绕目前迫切需要解决的结壳圈矿工作中的界线问题,从调查方法、资料处理和界线确定等三方面进行了相应的理论探讨.这些工作将为当前我国富钴结壳申请矿区的选择、圈定以及资源评价提供技术支撑,也是后续矿区加密调查和钴结壳储量精细计算的重要依据.     

中太平洋海山富钴结壳成矿的空间分布规律研究

海山是富钴结壳主要的成矿载体,结壳成矿分布不仅受到海洋最低含氧带、碳酸盐补偿深度、生物生产力、物质来源、海水氧含量等大尺度宏观因素的影响,同时也受到海山地形、沉积作用和底层海流冲刷等小尺度微观因素的控制。通过对以中太平洋R海山为主的水下结壳成矿与分布的深入研究,发现结壳富集区以海山浅水区域为主;地形地貌上的尖顶高地区、顶坡过渡带、山体鞍部、山脊、斜坡上部等区域结壳质量较好,覆盖率高;下斜坡、山谷、山顶平坦区和斜坡区平缓台地是结壳贫乏区,结壳厚度小、覆盖率也低;15°以下的小坡度地形结壳成矿较好,3°~7°最佳,15°以上的大坡度区质量有所下降,陡崖区最差。地形对结壳分布和成矿起基础性影响作用,沉积作用和底流冲刷分别起到阻滞和促进作用,海流是保持低坡度区结壳长期稳定生长的关键因素,地形控矿本质上是和底层流联合对抗沉积堆积作用的过程。     

大洋富钴结壳的基本框架——超微生物建构的锰质叠层石柱体

大洋富钴结壳和锰结核一样是潜在的海底矿产资源,对其成因的研究将有助于指导找矿和资源评价。通过大型反光显微镜、透射电子显微镜和其他测试手段,系统研究了结壳的结构构造、物质组成以及叠层石纹层与超微生物的关系。发现结壳与光滑型锰结核的叠层石类型及超微生物种极其相似,它们都以微小叠层石和中华微放线菌为主要特征,具有相同的生物成因机制。认为超微生物建构的锰质叠层石柱体是大洋富钴结壳的基本框架,从而对结壳矿体的形成提出了新的见解。     

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...     

大洋富钴结壳的高频声波模拟测试研究

针对"蛟龙"载人潜水器深海探测中利用超声波对富钴结壳进行原位探测的问题,在实验室模拟不同地区的富钴结壳与各类型基岩,使用2.25 MHz超声波探头发射的的高频超声波信号对采用地质拖网采集的富钴结壳进行测量。首先,对不同海山的富钴结壳进行了声速的测量与回波强度的测试。然后,对富钴结壳样品的下伏基岩进行测试,通过数字示波器得到反射波形数据,并分析得到其回波强度,通过回波强度对富钴结壳下的基岩种类进行分类。实验结果表明,样品的下伏基岩蚀变玄武岩、碳酸盐沉积物、钙质远洋沉积与泥质块的反射波形不同,回波强度存在差异,高频声波能够有效地区分富钴结壳下基岩的种类,为载人潜水器的水下原位测厚提供了可能。