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。     

西太平洋富钴结壳形成年代的探讨

本文为我国首次采用生物地层法探讨西太平洋麦哲伦海山区富钴结壳的生长年代，生物地层法计年的样品，取自厚度为97mm结壳的自顶至底的20mm,35mm,58mm,62mm及75mm处，结果表明。在62mm处发现了具地层时代鉴定意义的始新世早期Discoaster multiradiatus,Discoaster elegans,Discoaster barbadiensis,Tribrachiatus orthostylus等钙质微体化石印痕，从而推断该区富钴结壳的生长年代可追朔至始新世或更老年代，此外，作者亦将此结果与中太平洋生物地层法的计年结果进行了对比并讨论了其地质意义。     

富钴锰结壳分析技术评价

简要评介了用于富钴锰结壳成分分析的现代分析技术,包括船上现场分析,陆上实验室的多元素分析,矿物微区分析和元素微区分布特征研究的微探针方法及相关标准物质的研制。讨论了结壳品位分析时的取样问题及干基温度的确定和对“绿色”分析技术的需求。     

世界海底富钴结壳资源分布特征

大洋富钴结壳资源是潜在的海底金属资源。文章对富钴结壳资源在太平洋、大西洋和印度洋分布的数据进行收集、整理、筛选、建库,从全球角度出发,对富钴结壳的分布特征进行了分析和对比。研究发现,海山、洋脊、海盆和陆坡4种地貌的Co品位分别为0.70%、0.46%、0.50%和0.43%,海山地貌更有利于高Co品位结壳的产出。三大洋中,太平洋海山富钴结壳矿点的分布比例占到了已知总数的73.3%,说明太平洋海山区是世界海底富钴结壳资源主要的产出区。根据入库数据的分布特点,在全球划分出10个富钴结壳成矿区,结合结壳的厚度和分布水深,从各成矿区中划分出富集区,并按照2 cm厚度和4 cm厚度的标准分别对富集区的富钴结壳资源量进行了估算。计算结果显示,太平洋富矿区的富钴结壳质量最好,w（Mn）、w（Co）、w（Ni）、w（Cu）平均分别为23.00%、0.66%、0.44%、0.09%,干结壳资源量分别为2426.33 Mt、70.30 Mt、48.75 Mt、10.30 Mt;按4 cm厚度指标,w（Mn）、w（Co）、w（Ni）、w（Cu）平均分别为23.70%、0.58%、0.48%、0.11%,干结壳资源量分别为1184.53 Mt、29.76 Mt、24.53 Mt、5.01 Mt。     

中太平洋海山富钴结壳生长习性及控制因素

通过对"大洋一号"调查船DY95-10、DY105-11、DY105-12等航次结壳样品和海底摄像照相资料等综合观测分析,从不同角度对中太平洋海山富钴结壳的生长习性及控制因素进行了初步探讨.结果表明,富钴结壳可以在海山区的各种岩石上生长发育,对岩性没有明显的选择性,载壳岩石类型统计结果与岩石类型区域上的分布不均衡有关,而与岩性本身并没有必然的联系.结壳生长的厚度除受载壳岩石形成年代、物化环境影响外,与其所经受构造活动的强度和频率也有密切联系.水深可能对结壳的生长发育具有一定的控制作用,但由于海山在结壳生长后存在移动和升降运动,因此现在海山上的结壳并不存在截然的水深界限.地形对富钴结壳覆盖率、产状、形态具有明显的控制作用,海山坡度太缓、太陡均不利于结壳的生长发育;在海山坡度较大处生长的结壳多呈平板状,而在坡度较小处生长的结壳多呈波纹状或枕状;海山的斜坡上生长的多为板状结壳,而在平坦低洼处则有利于砾状结壳、钴结核的生长发育.     

570矿床控制因素及富矿形成条件

570矿床地质背景是破火山旋回边缘活动带;矿床定位要素是受破火山断裂系统构造结控制的隐爆角砾岩筒;隐爆加断陷组成的聚矿结构,是富矿形成的主要条件;隐爆角砾岩筒与次火山花岗岩浆侵位组成的热泵汲取效应,是矿床基本成因模式。矿床扩大方向是在探索隐爆角砾岩筒深部的同时,沿边缘活动带,在破火山断裂系统构造结处寻找新的隐爆角砾岩筒。     

西太平洋富钴结壳的分布、组分及元素地球化学

本文以富钴结壳的研究意义,趋势、西太平洋的地区域地质特征为背景,较为详细地阐述了西太平洋富钴结壳的区域分布特征、局部富集规律及其在水下平顶海山上的产出形态;论述了富钴结壳的物质组分,探讨了其含量变化与古海洋环境的关系;研究了富钴结壳的化学成分特征及其在空间上的变化规律,指出西太平洋富钴结壳成矿的良好前景,这对进一步开展富钴结壳成矿规律以及找矿勘探都有重要指导意义。     

大洋富钴结壳研究进展及展望

Cobalt-rich crust is an important seafloor mineral resource with unique economic value and scientific significance. Cobalt-rich crust is significantly enriched in Mn, Co, Ni, Cu, PGE (platinum group elements) and REY (rare earth elements + Y), and has special implications on the paleo-marine environmental records since the Cenozoic. Mn oxide (MnO2·xH2O) and Fe oxyhydroxide (FeOOH) are the dominant minerals that compose cobalt-rich crust, with most of them are nanoscale minerals. Vernadite and birnessite have a layer structure and a negative layer charge, which is compensated by cation sorption. The previous studies have extensively focused on the location of trace elements in minerals in the cobalt-rich crust, with the help of sequential leaching experiments, statistical analysis of element correlation, adsorption experiments and extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectrum. Three main types of complexes in Mn oxide have been identified, i.e., edge-sharing (E), double-corner sharing (DC) and triple-corner sharing (TC). Studies have shown that the process of hydrogenetic cobalt-rich crust precipitation is basically inorganic colloidal-chemical and surface-chemical. Finally, we proposed some suggestions for the future research directions in this field. © 2023 Science Press. All rights reserved.     

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     

西太平洋某区水下海山上的富钴结壳

通过对西太平洋某区水下海山上富钴结壳的类型、物质组分、主要成矿元素地球化学特征及其在空间分布规律的首次初步研究,阐述古地质、古地球化学、古海洋环境对富钴结壳形成富集的影响,对进一步开展工作和找矿勘探有重要指导意义。     

中太平洋WX海山富钴结壳磷酸盐矿物学研究及成因类型分析

大洋富钴结壳普遍发生磷酸盐化,磷酸盐化对富钴结壳的各种属性存在显著影响,而磷酸盐的成因问题一直没有得到很好解决。中太平洋WX海山富钴结壳老壳层中发育着两期磷酸盐化事件所产生的上下两层磷酸盐,本文运用反光显微镜、扫描电子显微镜、电子探针、微量粉晶X衍射等手段分别对其进行了矿物学特征观察和测试,研究了老壳层上下两层磷酸盐特征并探讨其可能成因。上层磷酸盐由大量形态结构清楚的磷酸质有孔虫和超微化石以及非生物碳氟磷灰石(CFA)组成,成分均一,杂质少,表现出生物成因和原生自沉积特点;下层磷酸盐变化复杂,具有特征的交代结构,混杂较高的Si、Al、K、Fe成分,显示以磷酸盐交代碳酸盐成因为主。这表明不同磷酸盐化期形成的磷酸盐有不同的成因类型。     

西太平洋富钴结壳生长与富集特征

通过对西太平洋麦哲伦海山区富钴结壳的大尺度细致研究 ,笔者较为深入地探讨了该区结壳的生长与富集特征。研究表明 ,该区结壳自古近纪开始生长 ,生长速率变化范围为 1.5～ 12 .3mm/Ma,速率相差近一个数量级 ,平均生长速率为 3.81m m/Ma;生长过程中成矿元素的地球化学行为呈现明显差异 ;环境发生“骤变”的 O/M界面 ,可能是结壳生长过程中其构造和色泽发生“突变”的一个重要年代 ;成矿元素成分的时序演化主要受控于海水化学和各种不同地质作用的综合影响 ,成矿与非成矿地质作用在生长过程中呈现为互为消长的特征。研究发现 ,该区结壳和太平洋深海粘土元素的分配系数间存在着显著的线性相关关系 ,相关系数为 0 .89,显示它们有相近的元素富集机理。此外 ,笔者还从元素的滞留时间、阳离子的电子键能及其在海水中的水解行为与结壳富集特征间的关系进行了探讨。     

中太平洋WM1和WX海山富钴结壳元素相关性及其层间变化研究

在结壳矿物学等基本特征分析的基础上,对中太平洋WM1和WX海山富钴结壳中的主量元素、微量元素、稀土元素和铂族元素含量、层间变化及其相关性进行了研究,结果表明:本区结壳从下层到上层,粘土矿物和石英等碎屑矿物逐渐增多,很可能与青藏高原的隆升和剥蚀以及亚洲季风演化有关;TFe/Fe2 从结壳下层到上层逐渐增高,反映了结壳的氧化性由下层到上层增强,海山的沉降可能是造成结壳生长后期环境氧化性增强的重要原因;Ti、Co、Pb、As、Mn、TFe等元素与TFe/Fe2 呈正相关,反映结壳中这些元素的富集与氧化环境有关,而Ca、P、Pt和∑REE等元素与TFe/Fe2 呈负相关,反映结壳中这些元素的富集与还原环境有关;Fe与Co显著正相关是本区结壳的重要特点;结壳的Co与(Fe Mn)的相关性大于Co与Fe的相关性及Co与Mn的相关性;P含量小于1%时,Co与P相关性不明显,当P含量大于1%时,Co与P呈明显负相关,磷酸盐化的过程对铁锰结壳吸附Co的能力起到抑制作用。聚类分析将Pt、∑REE与P和Ca分为一组,说明在结壳中Pt和∑REE主要赋存在碳氟磷灰石中,结壳的磷酸盐化的过程对Pt和∑REE的富集起到了重要的作用。     

Geochemical features and genesis of continental cobalt-rich ferromanganese crusts

Mass cobalt-rich ferromanganese microcrusts and nodules similar in morphology and chemical composition to cobalt-rich ferromanganese deep-ocean crusts were found in Cenozoic volcanic rocks in southern Primorye. Research has shown that ore genesis of this type is genetically related to argillization and destruction of siliceous rocks by CO₂-rich fluids, which is confirmed by experimental data on carbon erosion of iron-containing materials. Two types of this fluid ore genesis are recognized: (1) relatively high-temperature (vapor-condensate), related to late volcanic processes and fracture gas infiltration, and (2) low-temperature (vapor-liquid-condensate), controlled by degassing followed by carbon mobilization (gasification). Primarily colloidal ferromanganese segregations have high contents of Co, Ni, Pb, Cu, and Ce, typical of oceanic ore genesis. Regardless of the concentrations of these metals in the protoliths, their contents in microcrusts are similar (n-10n wt.%). This indicates the same ore genesis mechanism and similar sorption properties of the colloidal ferromanganese material formed. Barium- and cerium-rich ferromanganese microcrusts and nodules are abundant. Condensed drops of iron-containing platinum were found in apobasaltic nickel-rich ferromanganese segregations. There is a cerium paradox expressed as a minimum or a total lack of cerium among rare-earth phosphates associated with ferromanganese microcrusts. Fluid destruction and oxide metallization of ocean-floor basalts are assumed to be the main source of metals for oceanic ferromanganese crusts and nodules.     

太平洋富钴结壳中碲元素的地球化学特征及其富集机制探讨

文章通过对采自太平洋海域不同海山上68个结壳样品中Te元素地球化学特征的研究,探讨了富钴结壳中控制Te元素富集的古海洋氧化还原环境及其富集机制。分析表明,太平洋海域中大多数结壳的w（Te）变化于13.4×10^-6~115.8×10^-6,平均50×10^-6,是海水w（Te）的10⁹倍;结壳中w（Te）与Mn/Fe比值呈正相关,相关系数为0.51;与Fe呈负相关,相关系数为-0.61,显示结壳中Te与Co有类似的地球化学特征。古海水氧化还原环境的改变是控制结壳中Te元素含量变化的重要因素;能反映古海水氧化还原环境的Ce异常与结壳中Te含量基本呈同步变化趋势,Te含量具有随古海水氧化程度减弱而降低的特征。结壳中Te元素的富集主要受控于其内的Mn/Fe比值。Te元素的富集机制除被海水中带微弱正电荷的FeOOH胶体以库伦静电吸附外,还可能与δ-MnO₂表面上以一种表面络合物方式的富集机制有关。Te进入结壳的存在形式及其在不同古海洋环境中的富集机制还有待进一步研究和探讨。     

Incorporation of Transition and Platinum Group Elements (PGE) in Co-rich Mn Crusts at Afanasiy-Nikitin Seamount (AFS) in the Equatorial S Indian Ocean

Of the 12 elements enriched in Co-rich Mn crusts from the Afanasiy-Nikitin Seamount in the Equatorial S Indian Ocean, Mn, Fe and Co are enriched by a factor of ~10⁹ compared to their concentrations in seawater whereas Ni and Cu are enriched by a factor of ~10⁷ and the PGE and Au by a factor of ~10⁵ to 10⁷ compared to their concentrations in seawater. The relatively high concentration of Pt in the crusts reflects its occurrence as fine-grained particles in the crusts rather than adsorption of the elements from seawater.     

富钴结壳显微构造与元素含量:基于中太平洋MHD79样品的研究

富钴结壳的壳层在形成过程中因环境不同而产生结构构造与物质成分的差异。选取采自中太平洋海山、具有多层构造的富钴结壳(样品号MHD79)进行分析。观察到其下部磷酸盐化壳层和上部未磷酸盐化壳层各有3层,即致密层、较致密层和疏松层,且其发育顺序呈镜像关系。元素化学分析显示:Sr、Pb含量由下到上表现为由高到低再到高,同样呈镜像分布,指示结壳生长过程中,古海洋生产力由高逐渐降低,又逐渐升高。在受强烈磷酸盐化作用影响的壳层中,由致密到疏松,其渗透性由弱到强,导致磷酸盐化由弱到强。在未受强烈磷酸盐化影响的壳层中,S i、A l、Ti、V元素含量与结壳显微构造的疏松或致密相关性不强,而是主要受控于结壳中包含的碎屑成分含量。由老到新S i、A l、Ti、V含量逐渐增加,可能是由于随着MH海山逐渐靠近亚洲大陆及青藏高原逐渐隆起,陆源物质供应逐渐增加的结果。     

富钴结壳中有机碳同位素组成特征及其古海洋意义

富钴结壳组成与生长环境之间的关系研究对这种未来资源的准确评价和合理利用有重要意义 .研究了中太平洋海山区富钴结壳中有机碳同位素组成 ,探讨了它们的来源和古海洋的指示意义 .研究结果表明 ,δ13 Corg值位于 - 2 1.86× 10 -3 ～- 2 3.99× 10 -3 之间 ,表明它们来源于海洋表层浮游生物 .富钴结壳中有机物质的碳同位素组成的波动响应海洋环境和全球气候的变化 ,可以指示古海洋 .     

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。