中北太平洋铁锰结壳钕同位素演化研究

现代海洋中的水成 Fe－Mn 结壳的 Nd 来自当时周围海水，因此利用 Fe－Mn 结壳可以恢复新生海洋 Nd 同位素演化历史，进面了解古海洋环境和古气候变迁信息。海洋中 Nd 的来源包括河流或陆源 Nd、大陆边缘沉积物和风成粉尘中的可溶 Nd，以及洋中脊热液蚀变来源的 Nd。对海水、水成成因铁锰结壳和结核、洋脊热液喷发和河流输入的 Nd 同位素研究发明，陆源物质控制着大洋中溶解的 Nd。对于风尘输入对大洋中的REE的影响还存在争议。有研究表明来自大陆和火山的风尘是某些局部大洋中的 REE 的重要来源，风尘与海水间的 REE 交换引起了某些洋区中 Nd 同位素组成的变化。相反，另有学者认为风尘对北太平洋中的溶解 Nd 总量没有影响。笔者分板子一块来自中北太平洋的铁锰结壳样品（MDD53）的 Nd，Pb 同位素，得到了该区新生代以来的 Nd，Pb 同位素演化历史。通过对比该结壳和岩心 LL44－GPC3 中粉尘的同位素演变曲线，发现二者的 Pb 同位素变化规律十分相似，证明结壳中的 Pb 主要来自粉尘。与 Pb 同位素相反，二者的 Nd 同位素演化完全不同。中国黄土的ENd值远低于中太平洋深水中的ENd值。因此，笔者认为风成粉尘对太平洋深水中溶解的 Nd 总量的影响可以忽略不计。结壳的 ENd值介于大陆和岛弧火山的值之间，说明新生代太平洋海水中的 Nd 主要来自河流、大洋边缘大陆风化及大洋环流携带大源自其他大洋的 Nd，新生代 Nd 同位素比值的增长主要是国为太平洋边缘岛弧的风化剥蚀作用和火山活动的增强。     

太平洋铁锰结壳铂族元素的初步研究

铁锰结壳是目前发现的最重要的潜在海底多金属矿产资源。由于铁锰结壳中钴的含量较高,因此又称为富钴结壳、富钴锰结壳。铁锰结壳主要分布于各大洋及边缘海的玄武岩海山上(以太平洋为主),水深大约为800～3000m,由于其埋藏水深较锰结核浅,相对易于开采,因此,结壳较锰结核更有经济价值。按其成因,铁锰结壳可分为水成结壳和热液结壳,以前为主。水成结壳的形成主要受古海洋和古沉积环境的制约,其形成速率很低,仅为0．5～5mm／Ma。     

中太平洋西部沉积物中的铁和锰

中太平洋西部沉积物的样品,是1978年由参加首次全球大气考察的《向阳红零九》号考察船采集的。调查分两个海区进行:一区海底由西北向东南倾斜,水深3437—5443m,西部沉积物主要是钙质软泥,东部为红粘土;二区海底由西南向东北倾斜,水深2178—4761m,沉积物主要是钙质软泥。我们共分析了10个表层样品和二区一个岩芯的43个样品。样品制成溶液后,在WFD-1/2型原子吸收光谱仪上进行测定,研究结果得出如下规律:     

70 Ma以来风尘活动在太平洋铁锰结壳中的记录

开展风尘沉积研究对于了解源区气候变化和大气循环过程具有重要意义。利用高分辨率电子探针技术,通过对铁锰结壳中风尘指示因子（Al沉积通量）的年际变化研究,探讨低纬度铁锰结壳中风尘沉积特征。结果显示：在过去近70 Ma中,低纬度铁锰结壳Al沉积通量平均值为300.5  μg/(cm^2·ka),并且记录了南、北半球的不完整风尘史。在晚白垩世－晚中新世期间,M06铁锰结壳位于热带辐合带之南,受南半球风系影响,其Al沉积通量大小反映了环太平洋区域火山活动强度;晚中新世后,受北半球风系控制,M06铁锰结壳Al通量的变化反映了亚洲风尘源区构造和气候的变化。     

中太平洋铁锰结壳灰度序列中米兰柯维奇周期的识别及结壳生长速率的演化

利用数字图像处理方法提取中太平洋海山铁锰结壳（CB14）生长剖面的灰度序列,运用功率谱分析方法揭示出结壳由表及里5个亚层中分别存在多级序的显著周期,它们均能够分别与地球轨道周期（偏心率周期、黄赤交角周期和岁差周期）的级序很好匹配,根据匹配结果获得CB14第1至第5亚层的生长速率分别为2.15、2.70、2.43、2.75、2.67 mm/Ma,各亚层的界面年龄分别为1.3、2.5、5.9、6.7、7.5 Ma。表明晚中新世以来,结壳的生长速率呈现波动变化,最近1.3 Ma以来,结壳的生长速率明显减慢。认为通过识别结壳灰度序列中存在的米兰柯维奇周期可以有效获得结壳各生长阶段的高分辨率生长速率,可以为研究中新世以来古海洋环境的演化提供重要信息。     

太平洋海底富钴结壳中的烃类有机质及其成因意义

用气相色谱-质谱(GC-MS)联测方法测定了中西太平洋海底海山富钴结壳中的可溶有机质,对其丰度、生源构成、沉积环境、成熟度等方面进行了初步的探讨.富钴结壳的烃类生物标志化合物大多具成熟烃特征,个别具低成熟烃特点."A"/C高达9.81～21.15,显示出运移烃的特征;藿烷C31-R(S JR)为0.43～0.46,Tm/(Tm Ts)为0.40～0.59,C30αβ藿烷/(αβ藿烷 βα莫烷)为0.85～0.89,C29αβ藿烷/(αβ藿烷 βα莫烷)为0.81～0.85,c29甾烷20S/(20S 20R)为0.45～0.60,从而计算出Rsc(%)为0.73%～0.81%,个别达到1.06%;C29αββ/(αββ ααα)为0.35～0.42.甾烷丰度顺序为C29甾烷＞C27甾烷＞C28甾烷,同时检出了孕甾烷和4-甲基甾烷,重排甾烷三角图显示该有机质为Ⅱ型.Pr/Ph值介于0.35～0.82,显示植烷优势.说明烃类形成于强还原环境.链状烷烃、类异戊二烯烷烃、萜烷、甾烷化合物的组成和分布都说明茵藻类低等水生生物和陆源高等植物混合生源输入.洋底热液活动是富钴结壳中有机质热演化的重要热源.有机质在特定的海底条件下生成,并被运移到海山上,通过扩散和浸粢由外层进入结壳.     

中太平洋富钴锰结壳水羟锰矿研究

采用场发射电镜（JSM-6700F）和透射电镜（JEM-2000FX）研究了富钴结壳中水羟锰矿的形态和结构。结果表明:水羟锰矿单体片径一般为30～50 nm,集合体成片状或鳞片状;获得了水羟锰矿d=0.142 9 nm的单晶和三连晶电子衍射结构;水羟锰矿中Fe³⁺、Co³⁺、Ni³⁺为高自旋态离子,Co³⁺、Ni³⁺、Cu³⁺易与Mn⁴⁺形成类质同像置换,部分Fe³⁺与Mn⁴⁺可能存在有限的类质同像置换,置换反应为3 Mn⁴⁺=4Co³⁺（Ni³⁺、Cu³⁺、Fe³⁺）,体系总电价平衡。     

海洋铁锰结壳中碲的富集过程研究进展

碲(Te)元素在工业生产中被广泛应用,但在地壳中含量极低,在海洋铁锰结壳中高度富集。评述了海洋铁锰结壳中Te富集过程的相关研究,结果表明: Te在全球海洋中的分布存在空间差异,其中印度洋东经90°海岭铁锰结壳中的Te含量表现出由南向北逐渐升高的特征; 铁锰结壳中更古老壳层的Te含量更高,结壳中Te的物质通量会随壳层生长速率的变化而改变; Te以多种形式赋存在铁锰结壳中,且来源具有多源性,主要通过物理过程和化学过程进入结壳。研究有助于促进分散元素海底成矿理论的发展。     

晚第四纪中北太平洋铁锰结壳Fe/Mn 变化对古气候变化的响应

大洋铁锰结壳是沉积于海山硬质基岩上的“壳状”沉积物。水成型铁锰结壳被认为是从海水中直接沉淀出来的,并 且,形成以后Fe,Mn 等元素活化迁移程度很小。因此,铁锰结壳的Fe,Mn 含量可以大致反映其生长沉积时的海水化学特征。 由于结壳生长通常会受到许多因素（包括水动力环境）的影响而使其生长不够稳定,从而难以准确获取结壳元素在千年尺 度上变化的规律。为了克服这一影响,本文选取了中北太平洋两块生长韵律较好,结构致密的结壳（MP3D07 和CXD55） 进行了高精度化学成分探针分析。结果表明,两块结壳的Fe/Mn 比值都可以和~1 Ma 以来的深海底栖有孔虫氧同位素曲线很 好地对应起来,冰期结壳的Fe/Mn 比值比间冰期高。铁锰结壳的Fe/Mn 比值在冰期- 间冰期的显著变化,说明至少1 Ma 以来, 铁锰结壳中Fe-Mn 的含量变化与全球气候变化紧密相关。我们认为冰期结壳较高的Fe/Mn 比值,是由于冰期风沙输入量增 大带来大量的Fe 和其它营养元素,加之亚北极水流的影响,使得太平洋表层的生物生产力增大,进而导致由生物颗粒向深 水释放的Fe 通量增高造成的。     

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.     

海相铁锰结壳的材料学性质及其脱硫意义

本文利用扫描电子显微镜、氮气吸附等温线、X荧光光谱和X射线衍射光谱等方法，系统研究了采自西北太平洋的板状铁锰结壳的微观结构、表面性质和化学组成等材料学性质。尽管结壳的不同纹层存在明显的差异，但均有着很高的比表面积（157．93～414．65m^2／g），含有丰富的粒间孔、生物结构孔和颗粒表面片状孔等成因类型的微孔-介孔结构，其矿物组成包括水羟锰矿、钡镁锰矿和少量石英、长石类碎屑矿物以及重晶石、碳氟磷灰石等成岩矿物，     

西南太平洋铁锰壳内的贵金属

关于海洋铁锰物质内贵金属的丰度、分布和成因知道得很少,但是,例如银和金元素与地壳平均丰度比较,常富集于铁锰结核内早已为人们所熟知。与地壳丰度相比,银在结核内的富集系数界于50—100之间,并发现金的富集系数为100—1000;我们了解在Fe-Mn壳内尚无银和金此种相似的数据,尽管Halbach等人对太平洋中心区地壳内铂的富集作过描述。其他区域贵金属的重要富集,可能达到经济价值的是在如东太平洋海隆和红海与活动扩张中心伴生的块状硫化物矿床中。文中所述位于西南太平洋弧后铁锰壳内银和金的异常的产出类型,据我们所知是第一次报道。     

普通X射线荧光光谱法用于中太平洋富钴结壳中锰价态的定量分析

应用普通X射线荧光光谱仪，结合PeakFit谱峰处理软件，对不同比例的MnO和MnO2的人工混合样品的谱峰参数进行了研究，用数学方法将实测的谱峰分解为各个单一的谱峰参数（峰位、峰高、半高宽、子峰积分面积），找出了各个谱峰参数与不同价态锰含量之间的关系，并据此确定了中太平洋海山区大量富钴结壳样品中Mn^4＋的相对含量，主要集中在80％～100％。总结了富钴结壳中中层和表层Mn^4＋的含量高、核心层Mn^4＋的含量低的变化规律．认为这与该区第四纪以来南极底流活动的增强有关。     

中太平洋多金属结壳的地球化学特征

采用XRF和ICP AES法对中太平洋CA等6座海山的4 0多个站位的多金属结壳中化学元素进行测试与分析, 并结合其他资料对调查区结壳主要成矿元素的含量组成、特征变化、元素间的相关关系以及结壳与水深、地形等重要环境因子进行探讨.研究表明太平洋海山结壳中元素丰度特征具有多种变化类型, 中太平洋结壳主成分和成矿元素丰度明显高于马绍尔群岛, 而与西北太平洋、麦哲伦海山相近; 中太平洋结壳化学元素相关关系分析表明: Ca与P、Al与K呈显著正相关性; Mn与Al呈显著负相关性.研究还发现中太平洋结壳富Co(0.6 3%)而贫Cu(0.1 1 %)及高Fe(1 6.9%)低Mn(2 1.3%)的分布特征, 与深海多金属结核在含量分布特征上存在较大差异.与多金属结核相比: 结壳中Mn组元素含量显著降低, Fe组元素含量和稀土总量明显增大, 尤其是Co和REEs的变化最为突出。      

太平洋富钴结壳中稀土元素的赋存状态

采用化学提取方法对采自太平洋国际海域的板状和结核状富钴结壳的稀土元素进行了分级提取 ,并利用等离子质谱仪 (ICP MS)测定了稀土元素的质量分数。结果表明 ,结壳中稀土元素在不同结合态中的富集顺序为 :残渣态 >有机结合态 >锰氧化物结合态 >碳酸盐结合态 >吸附态。稀土总质量分数的 5 6 %以上集中在残渣态中 ,并主要赋存于非晶态FeOOH物相中 ,说明FeOOH的形成对稀土元素的富集具有重要作用。水羟锰矿占结壳中X衍射结晶矿物的 95 %以上 ,但其稀土质量分数仅占稀土总质量分数的 1 6 %左右。呈有机结合态的稀土元素含量约占结壳稀土总质量分数的 2 0 % ,表明有机质对于结壳的形成及稀土元素的富集具有显著影响     

中太平洋海山多金属结壳的成矿特征

根据我国大洋多金属结壳的调查资料并结合其他相关的研究结果，对中太平洋海山区多金属结壳的类型，产状，成分，结构，分布等成矿特征进行了初步的研究，结果表明，中太平洋海山区富钴结壳广泛发育，但成矿特征较大地受地形，水溶，基岩类型等成矿环境因素的影响与制约。     

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.      

大洋铁锰结壳中分散元素初步研究

分散元素在地壳中具有含量低(通常10-9级),且趋向于分散的重要特征(涂光炽等,2003)。分散元素因其独特物理化学性质,在高科技新材料领域,常被称为金属原料工业中的味精。另一方面,由于某些分散元素具有重要的环境效应,比如Tl,当它通过食物链进入生命体后,会发生累积,造成慢性Tl中毒。大洋海底