太平洋铁锰结壳的锶同位素地球化学研究

本文研究中太平洋的翰斯顿岛卡林海山铁锰结壳ＲＤ４－２和东太平洋海盆铁锰结壳５４０５的锶同位素组成特征，并利用铁锰结壳的锶同位素组成与大洋海水锶同位素演化标准曲线对比，推断出结壳生长起始年龄、接三元混合模式，计算玄武质组分和硅铝质组分对锶同位素的贡献。     

九州-帕劳海脊南段铁锰结壳物质组成特征及成因机制

铁锰结壳（又称富钴结壳、多金属结壳）富含Co、Cu、Mn、Ni、Ti、V、REE、Y和Zn等人类日常生活和高新技术产业亟需的关键金属,是一种重要的战略性矿产资源。本文对九州-帕劳海脊南段水深1900～2600 m处获得的9个站位铁锰结壳样品进行了矿物学和地球化学研究,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,研究区铁锰结壳的矿物组成以水羟锰矿为主,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物;Mn、Fe、Co、Ni、Cu平均含量分别为16.15%、15.38%、0.32%、0.33%、0.10%;CaO/P2O5均值为5.93,表明九州-帕劳海脊南段铁锰结壳样品均未发生磷酸盐化作用;铁锰结壳明显富集稀土元素（含Y,REYs）,平均含量为1194 μg/g,轻稀土显著富集,稀土元素经后太古代澳大利亚页岩（PAAS）标准化后配分模式整体相对平坦,呈现Ce正异常而Eu无异常,与海水呈现镜像关系,说明铁锰结壳稀土元素主要来源于海水。铁锰结壳的矿物组成和元素判别图均表明九州-帕劳海脊南段铁锰结壳属于水成型,未受明显的成岩作用影响。     

铁锰结壳年代学方法及其应用

铁锰结壳记录了丰富的古海洋和古气候信息,要分析这些信息,必须先确定各壳层的生长年龄。目前主要使用的定年方法有:Be同位素定年、U系同位素定年、Os同位素定年、经验公式法、古地磁地层学方法和古生物地层学方法等。每种定年方法均各有利弊,其中10Be是年龄小于10 Ma结壳的最佳定年方法; U系同位素定年精度高,但定年范围小于0.5 Ma; Os同位素定年时间尺度长,且可以判断沉积间断,但需要有区域的海水Os同位素演化曲线; Co经验公式因为简单易行,是结壳估算年龄最为常用的方法,但该法无法判断沉积间断,在使用时需特别谨慎,应确保经验公式适用于所研究的样品;如果结壳厚度大、生长速率较快且不存在沉积间断,古地磁地层学方法可以快速地进行定年;此外,如果结壳中古生物化石较多,可考虑采用古生物地层学方法。在分析铁锰结壳年代学方法利弊基础上,本文利用U系定年法、古地磁地层学法和经验公式计算法分别对南海铁锰结壳进行定年,通过比较,认为目前铁锰结壳较优的定年方法为古地磁地层学方法。     

九州-帕劳海脊南部13°20′N海山铁锰结壳关键金属富集规律及制约因素

铁锰结壳富集Co、Cu、Mn、Ni、Ti、V、REE、Y和Zn等关键金属,研究其富集于结壳的规律以及相关地质环境制约因素对于未来开发利用这些海底金属资源十分重要。本文对九州-帕劳海脊南部13°20′N新发现的铁锰结壳样品进行了矿物学、元素地球化学和电子探针微区分析,发现其成分较为均一,未遭受明显的磷酸盐化作用,属于单层型水生成因结壳。Co、Ni等高含量关键金属主要富集在水羟锰矿内,其中主要以晶格态形式存在的Co所经历的表面氧化还原反应是其累积富集的关键;而Ni除了与Co一样通过置换Mn或占据晶格空位而呈现富集特征外,还大量以吸附态形式存在。Ti、V和REY等通过表面络合、晶格进入以及共沉淀作用富集在以六方纤铁矿为主的铁羟基氧化物组分内。Cu、Zn的晶格进入能力不足,加之海水Cu含量偏低,Zn的弱吸附作用共同导致它们以相对低含量形式分散分布。基于Co经验公式揭示结壳的形成起始于晚中新世,未出现明显生长间断,但持续生长时间不足导致结壳的关键金属累积富集程度低于全球主要结壳成矿区。不过,研究区理想的水深条件、较低的沉积速率、稳定的构造环境、合适的最小含氧带水深分布和远离非成矿物质的大规模稀释影响,都是本区结壳未来持续性增生和进一步富集关键金属的有利条件。     

九州-帕劳海脊13°20′N海山铁锰结壳生长过程中Si、Al、Ca的含量变化及对碎屑物质供给的指示

作为深海铁锰结壳的重要组成部分,碎屑物质类型多样,不仅影响关键金属富集成矿,而且还可以指示结壳形成过程中的古海洋环境和重大地质历史事件。本文对九州-帕劳海脊13°20′N海山铁锰结壳样品进行了扫描电镜和激光剥蚀微区分析,并结合前期研究工作,发现大颗粒的碎屑物质主要由亚洲大陆风尘来源的石英、长石或两者的聚集体,以及主要分布在结壳外层的有孔虫壳体所组成,而细颗粒的碎屑物质包括陆源风尘沉降和周边岛弧物质风化搬运共同带入的黏土矿物,以及各种形态的生物体及其残片。结壳形成的早期其碎屑物质的供给量处于高峰阶段,晚期则降低到谷底,该趋势与Si、Al在结壳各层位中的含量分布特征一致,且可能有相当数量的细颗粒生物硅进入了铁锰氧化物纹层。结壳内早期被动增生的钙质生物体在中后期会遭受破碎和溶解,但其中的Ca并没有完全从结壳内迁移出去,而是大量被铁锰氧化物所吸附。结壳中的Ca主要赋存在细颗粒碎屑物质中,使得Ca在各层位全样样品和铁锰氧化物微区纹层中的含量极为相近,这与Si、Al的特征完全不同。研究区结壳样品属于典型开阔大洋海山型结壳,但因为受亚洲大陆风尘物质和硅藻供给的影响,其内部关键金属的富集在一定程度上受...     

中太平洋铁锰结壳铅同位素研究

已有研究表明大洋中溶解的铅(Pb)来源于陆源物质，但是，对Pb进入大洋的途径争议很大。为此分析了取自中太平洋两块铁锰结壳样品的Pb同位素组成，获得了整个新生代的中太平洋Pb同位素演化历史。结果表明这两块结壳的Pb同位素随时间的演化曲线与中北太平洋沉积物岩心LL44-GPC3中风成碎屑的Pb同位素演化曲线相似。证实该区深水中的天然溶解铅主要来自风成粉尘，并且50Ma之前中太平洋中溶解Pb同位素组成主要取决于源自美洲的风成粉尘的输入，40Ma之后主要取决于源自亚洲的风成粉尘的输入。     

南海东部管事海山铁锰结壳的矿物组成和地球化学特征

对于开阔大洋海山结壳的矿物组成和地球化学特征研究已经比较深入,但对边缘海海山铁锰结壳的研究却较少。以在南海东部管事海山上采集的两块铁锰结壳为研究材料,对其进行了X射线衍射、扫描电镜及电子探针微区的分析,结果显示结壳矿物以水羟锰矿为主,含有少量针铁矿,碎屑矿物主要是石英和长石。结壳的显微结构呈现条带状分布,有10~15μm长的空隙和0.5μm直径大小的孔洞。相对于大洋结壳,结壳的Mn含量较高,与马尼拉海沟附近火山喷发物质有关,但Cu、Co和Ni含量更低,可能与边缘海沉积速率高或有机络合物吸附有关。矿物组成及元素比值表明结壳主要是水成的,但未发生明显磷酸盐化作用。元素比值和相关性表明,Mn主要来源于南海扩张停止后火山喷发、玄武岩风化形成溶解Mn;Fe与Si元素均来自火山碎屑、生源物质和陆源物质,还受到管状蠕虫吸附的影响。南海管事海山结壳是在富氧环境中上升流作用下选择性吸附水体中溶解化学元素缓慢沉积而成。结壳中元素含量随时间变化趋势反映了南海的古环境变化。     

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。     

麦哲伦海山铁锰结壳中的磷灰石及其伴生矿物

富含有色和稀有金属的铁锰结壳（也被称为矿石结壳）在海山上形成大规模的矿层,特别是在太平洋中。最近数十年来,它成为人们倾心研究的对象,因为它具有很大的潜在工业意义,并且在不久的将来会被大量需求。     

西太平洋铁锰结壳中两类不同成因磷酸盐的元素特征、形成机制及指示意义

太平洋铁锰结壳在中新世以前大多经历了磷酸盐化,一般认为其形成代表了高生产力时期富磷组分对先期已形成结壳的交代作用,即磷酸盐化事件的产物.然而,前人对铁锰结壳磷酸盐化的机制研究多基于点-线分析元素或同位素,对铁锰结壳生长结构及二维元素分布特征研究较少.本研究以西太平洋水成铁锰结壳MDD53为研究对象,利用电子探针(EPM...     

Oblique subduction of the Gagua Ridge beneath the Ryukyu accretionary wedge system: Insights from marine observations and sandbox experiments

The Gagua Ridge, carried by the Philippine Sea Plate, is subducting obliquely beneath the southernmost Ryukyu Margin. Bathymetric swath-mapping, performed during the ACT survey (Active Collision in Taiwan), indicates that, due to the high obliquity of plate convergence, slip partitioning occurs within the Ryukyu accretionary wedge. A transcurrent fault, trending N95° E, is observed at the rear of the accretionary wedge. Evidence of right lateral motion along this shear zone, called the Yaeyama Fault, suggests that it accommodates part of the lateral component of the oblique convergence. The subduction of the ridge disturbs this tectonic setting and significantly deforms the Ryukyu Margin. The ridge strongly indents the front of the accretionary wedge and uplifts part of the forearc basin. In the frontal part of the margin, directly in the axis of the ridge, localized transpressive and transtensional structures can be observed superimposed on the uplifted accretionary complex. As shown by sandbox experiments, these N330° E to N30° E trending fractures result from the increasing compressional stress induced by the subduction of the ridge. Analog experiments have also shown that the reentrant associated with oblique ridge subduction exhibits a specific shape that can be correlated with the relative plate motion azimuth.These data, together with the study of the margin deformation, the uplift of the forearc basin and geodetic data, show that the subduction of the Gagua Ridge beneath the accretionary wedge occurs along an azimuth which is about 20° less oblique than the convergence between the PSP and the Ryukyu Arc. Taking into account the opening of the Okinawa backarc basin and partitioning at the rear of the accretionary wedge, convergence between the ridge and the overriding accretionary wedge appears to be close to N345° E and thus, occurs at a rate close to 9 cm yr^–1. As a result, we estimate that a motion of 3.7 cm yr^–1±0.7 cm should be absorbed along the transcurrent fault. Based on these assumptions, the plate tectonic reconstruction reveals that the subducted segment of the Gagua Ridge, associated with the observable margin deformations, could have started subducting less than 1 m.y. ago.     

富钴结壳地球化学与古海洋学研究进展

本文综述了近年来国内外富钴结壳地球化学与古海洋学研究的新进展，概述了富钴结壳地球化学的研究成果，阐述了富钴结壳中元素的扩散及与周围海水的交换，基岩和磷酸盐化事件对富钴结壳组成的影响，分别介绍了稳定同位素（Pb,Nd和Hf的稳定同位素），放射性同位素（Be,U和Th的放射性同位素）及元素（常量和微量元素，稀土元素）在富钴结壳古海洋学研究上的应用。     

南海铁锰结核(壳)的地球化学特征

本文研究了南海中部铁锰结核(壳)的地球化学特征。南海铁锰结核(壳)以高Mn富Ni为特征。但不同沉积部位的铁锰结核(壳),化学成分也有一定的差异,这是受不同沉积区的物源特性,地化环境差异和沉积成矿过程中环境的变化所影响的结果。     

西南印度洋中脊岩石地球化学特征及其岩浆作用研究

作为超慢速扩张脊的代表,西南印度洋中脊(SWIR)因其独一无二的地形地貌特征、洋壳结构、洋壳增生机制、岩浆和热液活动以及深部动力学过程,近30年来成为国内外研究的热点区域。基于近年来对SWIR玄武岩、辉长岩及橄榄岩的岩石学和地球化学研究成果总结,重点探讨了沿SWIR轴向（大尺度）以及单个洋脊分段（小尺度）的岩石地球化学变化特征及其影响因素,阐述了SWIR的岩浆供应及洋壳增生模式。其中,在9°～16°E斜向扩张脊,以构造作用为主的洋脊扩张模式导致了更宽的洋壳增生带和显著的地球化学异常;而在50°～51°E脊段,发育了强烈的火山活动,其成因机制包括克洛泽热点与洋中脊相互作用、微热点、古老熔融事件的残留地幔再熔融等几种观点。此外,西南印度洋中脊龙旂热液区（～49.7°E）的最新研究表明,其热液循环路径与拆离断层的发育密不可分,热液流体循环最深可达莫霍面以下6 km。因此,在今后的一段时间,应进一步加强SWIR不同空间尺度地幔源区性质、洋中脊构造与岩浆作用过程、热点-洋中脊相互作用和岩浆-热液活动与成矿等主要科学问题的研究。     

台湾以东海区磁异常及磁条带研究

资料显示,在整个台湾以东海区内磁异常几乎全为负磁异常,磁异常分块现象明显。通过对本海区的磁力资料进行分析和研究,表明本海区的地磁异常表现为明显的条带状异常特征。由于受板块差异性运动的影响,以加瓜海脊为界,东西两侧具有不同的磁条带方向,在加瓜海脊以东,磁条带为NW-SE向(120°),而在加瓜海脊以西则为近东西向(80°)。加瓜脊以西地区的扩张时间为45～38Ma,相当于19～16号磁条带;而加瓜脊以东地区的扩张时间为40～35Ma,相当于17～13号磁条带。加瓜脊以西的磁条带相对于以东的磁条带要老,由此推断出加瓜脊以西相对于东侧发生了北向位移。     

西北太平洋采薇海山富钴结壳矿物学和地球化学特征

富钴结壳是一种富含Mn、Co、Ni和稀土元素（镧系元素加钇,简称REY）等元素的海底矿产资源。本文研究的富钴结壳样品是“科学”号在2018年HOBAB5航次于西北太平洋采薇海山的山顶边缘上通过电视抓斗获得的。利用扫描电镜、X射线衍射仪（XRD）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分析了富钴结壳的显微构造、矿物学特征和地球化学特征,并探讨了其成因类型和形成机制。富钴结壳的结构从内到外可分为土黄色的疏松层（C8-5）、黑色铁锰致密层（C8-2、C8-3和C8-4）和发育葡萄状球体的粗糙表面（C8-1）。土黄色疏松层孔隙度较高,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石、钠长石、钙十字沸石和钡镁锰矿,Mn的含量较低,Al的含量较高。黑色的铁锰致密层孔隙度较低,呈柱状构造,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石和钠长石,Al含量有所下降,Mn含量升高, 说明陆源物质的供应逐渐变少。在富钴结壳的生长后期,其主要显微构造由柱状构造向斑杂构造转变,二者的过渡区域为铁锰氧化物与富Si碎屑物质组成的层状构造。富钴结壳各层位的Mn/Fe比值为1.16～1.85,且各层位Ce呈正异常,Y呈负异常,以上特征表明富钴结壳为水成成因型,其金属元素来源于氧化性海水,未受到热液活动的影响。依据富钴结壳的年代学数据,可知从渐新世末期到上新世中期,富钴结壳的生长过程一直受控于太平洋深层水。Co/(Fe+Mn)和Co/(Ni+Cu)的不断升高表明富钴结壳一直在氧化性较高的海水环境中生长。相较于其他大洋和海区,采薇海山富钴结壳具有高含量的Co、Ni和REY,具有极高的经济价值和开采价值。     

Oceanic crustal structure and tectonic origin of the southern Kyushu-Palau Ridge in the Philippine Sea

A new high-resolution velocity model of the southern Kyushu-Palau Ridge(KPR) was derived from an activesource wide-angle seismic reflection/refraction profile. The result shows that the KPR crust can be divided into the upper crust with the P-wave velocity less than 6.1 m/s, and lower crust with P-wave velocity between 6.1 km/s and 7.2 km/s. The crustal thickness of the KPR reaches 12.0 km in the center, which gradually decreases to 5.0–6.0 km at sides. The velocity structure of the KPR is simil...     

Crustal structure and variation along the southern part of the Kyushu-Palau Ridge

As an interoceanic arc, the Kyushu-Palau Ridge（KPR） is an exceptional place to study the subduction process and related magmatism through its interior velocity structure. However, the crustal structure and its nature of the KPR,especially the southern part with limited seismic data, are still in mystery. In order to unveil the crustal structure of the southern part of the KPR, this study uses deep reflection/refraction seismic data recorded by 24 ocean bottom seismometers to reconstruct a detail...