麦哲伦海山链富钴结壳成矿区域地质背景

本文根据我国调查成果和充分利用DSDP资料，通过综合研究分析认为：麦哲伦成矿区，实际上是一条呈北西方向展布的、规模宏大的海山链。该海山链包含十多座海山，每座海山均属平顶山类型。几乎每座海山都具有从山顶往下，由平坦→陡峭→缓坡变化的规律。即山顶平坦，海山上、中部山坡陡峭，海山中、下部山坡变缓。依据海山形态和其坡度的变化特点，每座海山可划分出台地、陡坡带和缓坡带等三个地貌单元。根据区域地层和海洋磁异常条带(M25-M38)展布特征综合分析，推断麦哲伦海山链所在的位置，原来是一条规模宏大的、走向北西的转换断层。该断层控制着麦哲伦海山链富钴结壳的成矿作用。     

麦哲伦海山区MA,MC海山富钴结壳元素间关系及成因意义

为探讨富钴结壳中元素的成因,采用了化学容量法、原子吸收、Ｘ－射线衍射分析、电子探针、等离子光谱等技术,对太平洋麦哲伦海山区曲ＭＡ海山、ＭＣ海山上的富钴结壳分老世代和年青世代层进行了矿物成分与元素万分分析。据分析结果,区内主要赋存水成富钴结壳,富钴结壳中的矿物组分以锰相矿物的水羟锰矿为主,其次为铁相矿物（针铁矿等）,还有磷灰石和少量次要矿物（钙十字石、石英等）。老世代富钴结壳,磷酸盐化明显,个别层内     

中太平洋富钴结壳不同壳层He,Ar同位素组成

对中太平洋MH海山富钴结壳不同壳层样品的稀有气体同位素丰度与组成测定结果表明:富钴结壳中He同位素组成类似于深海沉积物,主要来源于宇宙尘,其3He含量由老到新呈现基本稳定的特征,但在8Ma时3He含量明显增加,是其他样品的4～5倍,与深海沉积物中3 He含量在8Ma达到最大值相吻合.在未磷酸盐化壳层中,D4、D5、D7...     

麦哲伦海山群MK海山富钴结壳稀土元素的赋存相态

利用ICP-OES和ICP-MS,分析了麦哲伦海山群西北端MK海山2 170 m水深的MKD23B-3号富钴结壳样品,获得了其剖面上主元素、稀土元素（REE）和Y含量数据,并基于元素含量间的线性相关关系,研究了REE和Y的赋存相态。结果显示:该样品剖面从基岩到表面可划分为5层,第Ⅰ、Ⅱ层为磷酸盐化壳层,第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ层为未磷酸盐化壳层。在未磷酸盐化壳层中,REE和Y主要赋存在δ-MnO₂相中;而在磷酸盐化壳层中,REE和Y除了赋存在Fe、Mn氧化物相中外,主要赋存在独立于碳氟磷灰石（CFA）的矿物相态中,可能为稀土的磷酸盐。并提出利用磷酸盐中REE/Y 估算富钴结壳磷酸盐化壳层次生稀土的方法,据此估算了MK海山富钴结壳磷酸盐化壳层次生稀土的量。在该样品中,次生稀土占稀土总量的42%~88%,近一半以上的稀土是次生的,磷酸盐化作用对于REE和Y的次生富集具有显著的贡献;因此解读磷酸盐化富钴结壳的稀土元素（特别是Nd同位素）古海洋记录必须排除次生稀土元素的干扰。     

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。     

太平洋莱恩海山富钴结壳剖面的锶同位素地球化学

对中太平洋莱恩海山富钴结壳MP5D17的各壳层样品进行了系统的锶同位素组成测定.结果表明,结壳具有很低的Rb/Sr值,结壳中87Sr/86Sr值变化较大,范围在0.7084～0.7092.从底部到顶部,结壳不同壳层的锶同位素组成在剖面上具有明显的变化规律,并与其结构构造的变化相对应,但其演化曲线与海水的锶同位素演化曲线变化趋势差异较大,以斑杂状构造为主的疏松层的87Sr/86Sr值明显偏高.由于铁锰结壳中元素锶的扩散速率较高,以斑杂状构造为主的高孔隙率的疏松层难以保存其生长时海水的锶同位素组成,因此锶同位素地层学不适合作为结壳的定年工具.     

中太平洋YJC海山富钴结壳矿物组成与元素地球化学

运用等离子光谱、等离子质谱、X射线衍射、红外光谱和场发射电镜等分析测试方法,对太平洋威克(Wake)海岭YJC海山中的富钴结壳中不同构造层的矿物组成和元素地球化学研究表明:矿石矿物是水羟锰矿和少量的钙锰矿,脉石矿物是磷灰石、石英和方解石等,微量矿物有蒙脱石、高岭石、钠沸石、斜发沸石、伊利石、水黑云母、磁铁矿和角闪石等。老结壳磷灰石的质量分数>10%,P>1%;新结壳磷灰石<10%,P<1%。老结壳相对富集Cu、Ca、P等元素,新结壳相对富集TMn、TFe、Co、Ni、Ba、Zn、Pb、Mo等元素。结壳内部纹层构造的不同位置及包体内的微区成分变化较大,TMn和TFe呈同消长关系,但TMn/TFe值相对稳定。结壳的稀土元素总量为1761.88×10-6,Ce具明显的正异常。老结壳相对富集稀土元素,新结壳略富Eu。     

麦哲伦海山区富钴结壳成矿条件分析

麦哲伦海山区是西北太平洋内受北西向转换断层控制的板内海底火山链，其形成时代为中株罗世－－白垩纪。独特的构造背景和地理环境，造就麦哲伦海山区成为世界上最重要的富钴结壳分布区之一。海山上覆盖着火山岩和沉积岩两类结壳基岩，基岩的形成时代、类型、分布位置等，对结壳性质有重要影响。富钴结壳于晚白垩世晚期开始形态，始新一－中新世发育最为有利。自株罗纪以来麦哲伦海山由南半球跨越赤道迁移到北关球，这一阶段南级冰盖的消融与生长和板块构造上起的海陆变迁，导致海山区最低含氧层深度和CCD面发生变化，结壳的生长出现间断，内部元素组分发生突变或渐变，麦哲伦海山上的结壳，一船呈现两个世代，新老壳层间在元素含量上有差异，老世代壳层中有6个元素成因组合，壳层中有4个元素成因组合。     

约翰斯顿岛附近海山富钴锰结壳的元素组成及地球化学特征

采用波长色散X射线荧光光谱(WDXRF)、电感耦合等离子体光谱(ICPAES)、电感耦合等离子体质谱(ICPMS)、原子荧光光谱(AF)和化学等多种现代化分析技术,研究测定了我国“海洋四号”船1987年采自约翰斯顿岛附近海山上的富钴锰结壳样品化学组成;获得了主、次和痕量(包括全部稀土元素REE)共52个组分的含量,并以地壳元素丰度的新数据计算了各元素的富集因数ef(enrichmentfactor)。与大洋多金属结核相比,该结壳样的主要地球化学特征是:Co和Pt的质量分数较高(分别达1.2%和0.37×1     

中太平洋YJA海山富钴结壳矿物组成与元素地球化学

研究样品采自马尔库斯（MARCUS）海脊YJA海山。利用等离子光谱、等离子质谱、X-射线衍射、红外光谱、场发射电镜等分析测试方法,对富钴结壳中不同构造层的矿物组成和元素地球化学进行了研究。该结壳为一大型板状新结壳,矿石矿物是水羟锰矿,脉石矿物是石英、斜长石、磷灰石等,微量矿物有蒙脱石、高岭石、钠沸石、水黑云母、片沸石等。从结壳的底部构造层到顶部构造层,TMn,Ni,Cu, Ba,Zn等元素的质量分数逐渐减少,TFe逐渐增加,Co变化不大;在相对疏松的构造层中,Si,Al,K,Na,Ca,Mg,Ti,P,Li,Rb等元素相对富集;结壳的稀土元素总量是1 982.27×10^-6,Ce具明显的正异常。不同构造层稀土元素的演化趋势是：Ce与Mn等元素相同,其他稀土元素（Y除外）与Fe等相似。     

雅鲁藏布江蛇绿岩中地幔柱型岩浆作用——来自氦、氩同位素的证据

雅鲁藏布江蛇绿岩的氦、氩同位素组成分别是：蛇绿岩中变质橄榄岩的^3He/^4He比值为1．104-3．384Ra,平均为2．383Ra;玄武岩的He同位素组成比较均一,^3He/^4He平均值为5．359 Ra;辉绿岩的^3He／^4He比值变化较大,为1—5Ra。由于各岩石样品有不同程度的蚀变,造成放射性成因He的加入,因此大多数样品He同位素组成比低于亏损地幔大洋中脊玄武岩的值(MORB≈8Ra),不能真实反映源区特征。而采自吉定的辉绿岩样品^3He/^4He比值平均高达31．57Ra,与夏威夷发现的热点地幔源区的样品比值接近;分步加热法进一步测试,其高比值的He是在低温区段释放的。这种高^3He/^4He比值He的捕获,表明雅鲁藏布江蛇绿岩形成时存在地幔柱型富集地幔岩浆作用。     

辽宁宽甸新生代火山岩和地幔包体的稀有气体同位素组成及其演化意义

通过对宽甸新生代碱性玄武岩、地幔包体及辉石巨晶的稀有气体同位素组成的分析，认为不同岩性稀有气体含量的差异反映了岩浆作用过程中轻、重稀有气体的分馏特性，较轻的稀有气体(He、Ne)比较重的稀有气体(Kr、xe)具有更高的活动性和不相容性；该地区上地幔源区具有典型的MORB型源区特征，以辉石巨晶为代表；地幔包体的^3He／^4He值较低，可能是地幔流体交代作用造成的；大陆碱性玄武岩具有与大洋玄武岩截然不同的He同位素组成，反映了大陆区地幔岩浆上升过程中受到了陆壳物质混染。地幔源区^40Ar／^36Ar值为350左右，二辉橄榄岩和碱性火山岩的^40Ar／^36Ar值比大气略高，可能有大气组分的混合。部分样品中有^21Ne、^22Ne、^129Xe、^134Xe和^136Xe相对于大气的过剩现象，是核成因造成的。     

华北东部新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体的流体及稀有气体组成研究

应用热爆裂质谱测量和高温熔融样品释气技术分别测定了山旺、栖霞和鹤壁新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体中的橄榄石颗粒的流体和稀有气体组成.结果表明,鹤壁方辉橄榄岩具低于大气的3He/4He比值0.778Ra和大气成因的Ne、Ar、Kr、Xe组成.三个地区饱满地幔样品均以还原性流体为主,CO2/He、N2/3He、N2/Ar比值分别为（0.62～4144）×109、（2631～64482）×109、269～73467.这些还原型流体偏离典型的幔源流体组成而表现出明显的碳和氮元素过剩,具有大气-地幔-壳源组份混合的特点,反映了大气和富含有机质的壳源组份在新生岩石圈上地幔中的影响.同时,这些饱满地幔样品的Ne、Ar、Kr、Xe具有大气属性,反映了大气型稀有气体在上地幔源区的广泛混染.其中,山旺和栖霞的3He/4He比值分别为（2.91～3.07）Ra、（1.79～4.01）Ra,均高于大气低于MORB,具有交代富集地幔的特点,而鹤壁则具有类似MORB的3He/4He比值（7.03～7.05）Ra.这样的流体和稀有气体组成差别显示华北东部新生岩石圈地幔具亏损MORB型的特点并含壳源组份,且其东缘所含壳源组份比例高于中部,说明华北东部新生岩石圈地幔中有俯冲洋壳组份的记录.     

应用大地热流和地下流体氦同位素组成资料计算中国大陆地壳生热元素丰度

根据能量守恒原理和中国大陆实测热流数据,给出中国大陆地壳生热率上限值为1.3μWm-3。根据热流值和地下流体氦同位素组成资料,估算出中国大陆地壳生热率为0.58～1.12μWm-3,中位数为0.85μWm-3,相应的铀、钍、钾丰度范围分别是0.83～1.76μg/g、3.16～6.69μg/g和1.0%～2.12%。中国陆壳铀、钍、钾元素整体丰度值明显高于太古宇地壳,反映中国陆壳成分演化程度较高。同时,中国大陆地壳成分具有明显的横向非均匀性特征:东部地壳相对西北部富集铀、钍、钾等强不相容元素,褶皱带相对克拉通地区富集铀、钍、钾元素。基于大陆地壳SiO2含量与地壳生热率之间的正相关关系推断,中国东部地壳较西部富长英质组分,褶皱带地壳成分较克拉通富长英质组分。此区域性变化特征与基于地震波速资料推断的结果相符。基于中国大陆地壳生热率变化范围以及地震波速低于全球平均值的特征,推断Rudnick和Fountain(1995)、Rudnick和Gao(2003)、Weaver和Tarney(1984)、Shaw等(1986)以及Wedepohl(1995)的全球陆壳成分模型均高估了铀、钍、钾等强不相容元素丰度。     

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。     

Noble Gas Isotopic Compositions of Cobalt-rich Ferromanganese Crusts from the Western Pacific Ocean and Their Geological Implications

1 Introduction Submarine metallic mineral resources consist mainly of polymetallic nodules and cobalt-rich ferromanganese crusts. Despite being discovered much later than the former, the latter are becoming one of the most important submarine polymetallic ore resources, because they containmany valuable metallic elements such as Co, platinum group elements (PGE), rare earth elements (REE), Ni and Cu, besides high contents of Fe and Mn (He et al., 2001). The Co-rich crusts are widely distr…     

麦哲伦海山铁锰结壳中氟的古海洋环境意义

碳氟磷灰石的出现是铁锰结壳磷酸盐化的标志,氟是碳氟磷灰石的主要伴生元素.为了解氟作为铁锰结壳磷酸盐化指标的可行性,采用离子选择电极法测定了西太平洋麦哲伦海山区铁锰结壳中氟的质量分数,探讨了铁锰结壳中氟的分布特征、来源及其对磷酸盐化的指示作用.研究结果表明,铁锰结壳中的氟主要来源于海洋有机质的分解,并富集于受到磷酸盐化作用的结壳层中,以碳氟磷灰石为主要赋存相,氟对铁锰结壳的磷酸盐化作用有较为灵敏的指示作用.     

中国活动火山区甲烷的碳同位素研究

中国长白山天池、腾冲、五大连池等主要活动火山区逸出气体中甲烷的碳同位素组成测试结果显示,腾冲、长白山（不包括天池火山口内湖滨）火山区岩浆来源气体中甲烷的δ^13C值的变化范围与国际上地热区甲烷大致相同,平均值分别为-19．0‰,-32．6‰;五大连池火山区与天池火山口内湖滨强气体释放带逸出甲烷的δ^13C值较低,平均值分别为-45．8‰和-47．9‰,类似于东非裂谷带基伍（Kivu）湖的甲烷。研究认为,这些低δ^13C值甲烷可能直接来自上地幔;岩浆来源甲烷在火山喷发过程中的动力学分馏导致了其δ^13C值的降低,岩浆源区越深,其δ^13C值越低;岩浆源区深度（d）与甲烷δ^13C值有如下关系：d（km）=0．0107（δ^13C1）^2＋1.14。岩浆来源CO2和CH4之间的碳同位素分馏温度可指示气体最后源区的深度。