太平洋海山铁锰结壳矿床地质特征

在总结大量资料及对麦哲伦海山和中太平洋海山冈区铁锰结壳研究的基础上,阐述了海山铁锰壳类型、下伏基岩特征、元素组成变化及其成矿特征。     

中太平洋海山演化史及与富钴结壳的关系

中太平洋海山区是海山富钴结壳广泛分布的一个重点地区，目前我国正在该区进行富钴结壳资源调查，了解该区海山形成演化史对研究富钴结壳的成因及其分布规律有重要意义。根据大量的文献资料，对该区海山演化史进行了综述，并对海山与其上生长的富钴结壳的关系进行了探讨。     

全球三大洋海山钴结壳资源量估算

钴结壳具有Co、Ni、Cu和Mn及其他金属的潜在矿产资源和储存在结壳层中古环境信息的双重意义。与深海多金属结核和热液硫化物矿床相比,具有较高Co、Ni和Pt含量的海山钴结壳有可能成为商业勘探的潜在目标。为合理地估算出全球三大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和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,按海山不同高度、不同洋壳年龄赋予不同结壳厚度,进而计算出全球三大洋海山钴结壳分布面积为3 039 452.14km2和干结壳资源量为(1 081.166 1~2 162.332 2)×108 t。太平洋海山钴结壳分布面积为2 123 087.12km2和干结壳资源量为(513.244~1 026.488)×108 t,大西洋海山钴结壳分布面积为512 509.74km2和干结壳资源量为(116.503 2~233.006 4)×108 t,印度洋海山钴结壳分布面积为403 855.28km2和干结壳资源量为(81.484 9~162.969 8)×108 t。三大洋海山钴结壳的Mn、Co、Ni和Cu金属量分别为(138.848 0~277.696 0)×108 t,(3.967 6~7.935 2)×108 t、(2.793 6~5.587 2)×108 t和(0.825 1~1.650 2)×108 t。根据钴结壳的Co含量、Co通量和厚度相关分析,所赋予的钴结壳厚度占理论推测厚度的6.10%~12.20%,这与Ku等得出"钴结壳生长时间约占其整个生命史4%"的认识非常相近。三大洋海山钴结壳实测厚度与赋值厚度对比分析表明,太平洋海山钴结壳赋值厚度平均值为1.87cm,实测厚度平均值为1.77cm,相对误差为5.35%,大西洋和印度洋相对误差分别为18.18%和23.23%。研究数据表明按海山高度和洋壳年龄所赋的钴结壳厚度基本合理,估算出的钴结壳资源量基本可靠。本文首次估算出三大洋海山钴结壳资源量,为整个海盆和三大洋海山钴结壳资源量估算提供了新方法。     

西太平洋卡罗琳洋脊CM4海山铁锰结壳矿物学和地球化学特征

2017年8月中国科学院海洋研究所在西太平洋低纬度海区的卡罗琳洋脊CM4海山开展了多学科综合调查,发现该海山山体表面分布着大量的铁锰结壳。本文对该海山的5个铁锰结壳样品进行了矿物学和地球化学研究,利用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子光谱及质谱(ICP-OES、ICP-MS)等测试技术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,该海山铁锰结壳的矿物组成以水羟锰矿为主,含有少量钡镁锰矿、水钠锰矿、针铁矿、纤铁矿、石英和方解石。该海山铁锰结壳的Mn、Fe、Co、Ni、Cu元素平均含量分别为24.24%、15.14%、0.16%、0.34%、0.01%。与全球各大洋海山区铁锰结壳相比,该海山样品的Cu含量很低。该海山铁锰结壳的稀土元素(REY)含量相对偏低,总体为轻稀土(LREE)富集;稀土(REY)配分模式显示相对平坦的特征,呈明显的Ce正异常,轻微的Y负异常和Ho正异常。样品的矿物组成、元素比值、元素组合等都表明该海山铁锰结壳属于水成成因,未受明显的成岩作用影响。     

富钴结壳分布的分形特征

利用我国在西太平洋国际海底两个海山获得的富钴结壳资料进行分形研究后发现，富钴结壳的分布具有变维分形分布的特点，结壳丰度呈二阶累计和分形分布，结壳厚度呈多阶不定累计和分形分布，通过计算得到了它们各自的分维数，进而对两个海山的结壳资源进行了初步评价。     

西太平洋拉蒙特平顶海山富钴结壳矿区圈定与资源量估算

为能科学合理、快速量化地圈定出大洋海山钴结壳优质矿区,本文基于国际海底管理局提出的矿区选取模型,利用我国西太平洋海山钴结壳资源调查的拖网采样资料,结合西太平洋海山钴结壳分布特征,提出人机交互式的矿区圈定方法,对西太平洋马尔库斯-威克海山区拉蒙特平顶海山圈定出钴结壳资源远景区和符合国际海底管理局规章要求的51个钴结壳矿块,估算出拉蒙特平顶海山和51个矿块的钴结壳资源量及金属量,同时通过对拉蒙特平顶海山日本申请矿区的结壳资源分布特征分析,表明采用人机交互式的矿区圈定方法得出的结果,不仅能快速定量地圈定出钴结壳资源前景较好的矿区,也为大洋海山钴结壳矿区圈定和资源量估算提供了新方法。     

海山铁锰结壳基岩岩石学特征及其生长关系

为了研究海山铁锰结壳基岩类型与结壳壳层生长的关系。对麦哲伦海山及中太平洋海山区取得的铁锰结壳及其基岩样品在电子显微镜下进行了观察和研究。结果表明，上述2个区域基岩岩石类型主要有玄武岩，火山熔岩，火山碎屑岩，硅质岩和碳酸盐岩，其中麦哲伦海山玄武岩为块状构造，中太平洋海山玄武岩则主要为气孔-杏仁状构造，多发生蚀变或完全蚀变，硅质岩颗粒物质主要是硅藻，碳酸盐岩则以晶质灰岩为主，结壳壳层厚度在各类基岩类型上都有变化，以在玄武岩和碳酸盐岩上变化最大。     

海山富钴结壳的圈矿方法

对海山富钴结壳的圈矿方法进行了分析和探讨,指出海山富钴结壳圈矿的主要方法和步骤为:(1)挑选富钴结壳发育良好的海山。除大片连续厚层板状分布的结壳发育良好的大型平顶海山是重点调查的目标海山外,规模较小的尖顶海山是近年来新的圈矿目标海山。(2)确定矿块的边界位置。对选定的海山进行深海摄像、电视抓斗、拖网和浅钻等多种手段的调查,通过所取得的综合结果对矿块边界进行判断,确定准确的矿块边界。(3)计算结壳的覆盖率。利用调查所获得的矿块相关的数据和信息对矿块内结壳厚度和结壳覆盖率以及矿区资源量进行评估。     

中西太平洋海山形态类型与钴结壳资源分布关系

通过对中西太平洋海山形态剖面的山体高度、山顶直径、基底直径、山顶直径与基底直径之比、山体坡度、山体高度与基底直径比值六个参数多元统计分析,发现可以根据山体高度与基底直径的比值对海山形态类型进行分类:比值小于0.10的为平顶海山(Ⅰ类),大于0.10的为尖顶海山(Ⅱ类),对于等于0.10的海山需参考平坦度和山体坡度,平坦度大和山体坡度缓的为Ⅰ类,反之为Ⅱ类。西太平洋的麦哲伦海山区、马绍尔群岛基本以平顶海山为主,介于中西太平洋之间的威克—马尔库斯海山区和中太平洋海山区、莱恩群岛平顶海山与尖顶海山共同发育。对各种类型海山上钴结壳分布研究发现,无论是在尖顶海山还是在平顶海山,板状结壳均比较发育,但砾状结壳在平顶海山比在尖顶海山的发育。中太平洋尖顶海山的结壳比平顶海山的发育,但由于山顶面积小,钴结壳资源量不大。仅从平顶海山看,在麦哲伦海山区、威克—马尔库斯海山区板状结壳比中太平洋海山区、马绍尔群岛、莱恩群岛的板状结壳发育,前者的板状结壳平均厚度大于3 cm,后者的板状结壳平均厚度小于3 cm,总体上是西太平洋平顶海山钴结壳比中太平洋平顶海山的发育。两种类型海山各方向上的资源分布明显不同,在平顶海山的西部山坡的资源比东部山坡的丰富,尖顶海山的则刚好相反。     

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。     

中太平洋莱恩海山富钴结壳元素地球化学特征及成因

富钴结壳是一种经济价值高、开发前景好的海洋矿产资源,其外部形态、内部构造和地球化学特征记录了古海洋环境的演变信息。本次研究借助富钴结壳细致分层的显微构造及元素地球化学的差异分析,探讨中太平洋莱恩海山富钴结壳成因及形成过程。富钴结壳样品由上至下可分为5层,顶部较致密Ⅰ层黑褐色,表面光滑,杂质较少,具有雪松状叠层石构造,反映了沉积水动力较强;较致密Ⅱ层与Ⅰ层宏观特征类似,具有柱状和胡萝卜状叠层石构造,沉积水动力最强;疏松Ⅲ层和疏松Ⅳ层黄褐色,内含沉积物杂质,多见斑杂状构造,沉积水动力比较弱;致密Ⅴ层为磷酸盐层,具有亮黑色的沥青光泽,富含有孔虫化石,底部Ⅴ层Sr、P、Ca等元素明显富集,表明了海洋生物的明显参与,沉积水动力最弱。莱恩海山Ce异常及高钴高锰低铁特征,表明结壳长期处于氧化环境;而Mn、Fe、Co等元素地球化学特征综合表明,海洋水动力及氧化性总体表现为由底部Ⅴ层至Ⅱ层氧化性逐渐增强,至顶部Ⅰ层有所减弱的趋势;依据元素分配系数、Ce正异常、Ho正异常、Y负异常及成因三角图,判定结壳为南极底流影响下的海水成因。综合结壳年代学数据,在元素剖面中记录了三期磷酸盐化事件,恢复了莱恩海山富钴结...     

海山磁性之反演

本文提出一种计算海山磁异常的新方法.直接将海山表面剖分成许多三角单元,然后用高斯数值积分计算这些单元产生的磁异常并叠加.选择适当的磁性参数,使计算异常与实测异常在最小二乘意义下最佳拟合.本方法的优点是,计算模型与实际海山的拟合程度较高,且公式推导和程序设计简单.本文对Watkins海山磁异常进行反演,计算磁异常与实测磁异常的拟合程度稍高于前人的方法.     

西太平洋Kocebu海山铁锰结壳稀土元素地球化学特征

西太平洋麦哲伦海山区是全球重要的铁锰结壳资源分布区,具有丰富的稀土元素资源潜力.本文对采自麦哲伦海山区Kocebu海山的11个铁锰结壳表层样(<1 mm)进行稀土元素地球化学研究,探讨其含量特征、成因和影响稀土元素富集的环境因素.结果表明:Kocebu海山铁锰结壳表层样品ΣREY(Rare earth elements...     

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。     

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。     

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。     

南海尖峰海山多金属结壳地球化学

南海尖峰海山多金属结壳富含30多种元素,其锰铁矿物主要由钡镁锰矿,δ-MnO_2和FeOOH·xH_2O组成。与其它海区的结壳相比,尖峰海山结壳富含Cu、Ni、Ba、Zn、Pb等元素,而Co、Ti、稀土元素(REE)、Sr等元素相对较贫。研究表明,HREE亏损,具明显的Ce正异常,较明显的Tb正异常和Yb负异常。这是氧化弱碱性海洋环境所致。结壳是水成作用的产物,它的形成受南海独特的古海洋环境所控制,海底火山热液作用,可能也是影响因素之一。     

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。     

南海中部海盆海山磁性反演及初步解析

南海中部海盆分布着众多海山,从实测磁异常反演海山磁性是南海海盆古地磁研究新的重要课题,它有助于解决南海海盆的运动方向和运动形式等问题.对南海海盆16座海山作磁性反演取得了较高的计算精度.对南海中部海盆海山磁性反演表明,海山均为非均匀磁化体,海山形成经过多期火山喷溢叠加.海山磁性差异清晰地显示了海盆分区特征.南海海盆分东部海盆区和西南部海盐区,海盆地壳运动规律差异较大:东部海盆以逆时针旋转由南往北运移;西南海盆先经历了顺时针旋转,后改为逆时针旋转,由北往南运移.     

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...