磷酸盐化作用对结壳元素富集的影响

本文为磷酸盐化作用对大洋富钴结壳化学影响的大比例尺细致研究。作者对取自西北太平洋麦哲伦海山区一厚度为10cm的富钴结壳样品,自顶至底以5mm间距采取了分层样品进行了成矿元素和稀土元素分析。结果表明,未被磷酸盐化的新结壳和磷酸盐化的老结壳间主要成矿元素的含量相差显著     

磷酸盐化作用对富钴结壳元素相关性的影响

为了探讨磷酸盐化作用对富钴结壳元素相关性的影响,用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)和重量法测试了中太平洋CX海山富钴结壳的主、微量元素及稀土元素.首先以P质量分数和Y异常把富钴结壳分为磷酸盐化型[w(P)＞0.57%且具有正Y异常]和未磷酸盐化型[w(P)＜0.57且具有负Y异常].结果表明,相比于未磷酸盐化型结壳,磷酸盐化型结壳中某些元素出现相对亏损和富集,其中亏损元素的亏损顺序为Si＞Al＞Fe＞Co＞Li＞K＞Pb＞Na＞Mg＞V,而富集元素的富集顺序为P＞Ca＞REE＞Ba＞Sc＞Mo＞Cu＞Ni＞Ti＞Sr＞Zn＞Mn;两类结壳相同元素问的相关性既有共性也有差别,Si-Al、Si-Fe和Si-Ca 等元素间的相关性在两类结壳中变化不大,而P-Mn,P-Fe,Mn-Fe,Fe-Co等元素间的相关性则发生重要改变,这些相关性发生变化的元素对可指示结壳是否遭受磷酸盐化作用,元素丰度以及元素相关性的变化与磷酸盐化作用引起的结壳矿物组成变化有关.     

富钴结壳关键元素赋存状态与富集机理

富钴结壳是大洋低温海水中的溶解元素在海山边坡沉淀形成的壳状铁锰矿产,广泛分布于全球海山、海底高原斜坡之上,储量巨大.铁锰结壳高度富集Co、Ni、Pt、REE、Te等元素,达到海水丰度的105～1010倍,是未来新能源、高新技术元素的重要来源,具有极大的潜在经济价值.前人通过淋滤实验、吸附实验、现代海洋观测方法、海水化学...     

富钴结壳关键元素赋存状态与富集机理

富钴结壳是大洋低温海水中的溶解元素在海山边坡沉淀形成的壳状铁锰矿产,广泛分布于全球海山、海底高原斜坡之上,储量巨大。铁锰结壳高度富集Co、Ni、Pt、REE、Te等元素,达到海水丰度的105~1010倍,是未来新能源、高新技术元素的重要来源,具有极大的潜在经济价值。前人通过淋滤实验、吸附实验、现代海洋观测方法、海水化学分析、高分辨率精细矿物学研究等方法对富钴结壳中元素的赋存状态和富集机理进行了广泛而深入的研究。研究结果表明,富钴结壳主要由含铁水羟锰矿和铁氢氧化物组成,在海山附近的海洋化学过程中,含铁水羟锰矿和铁氢氧化物胶体分别优先吸附Co、Ni、Pt、REE和Cu、Pb、Te、REE等元素,表面氧化/置换作用造成了含铁水羟锰矿中Co、Pt、Ni、Ce及铁氢氧化物中Te、Ce的持续积累。富钴结壳极其缓慢的生长速率（1~10 mm/Ma）、超高孔隙度（60%）、极大的体表面积（300 m2/g）都促进了结壳中关键元素的超常富集。对富钴结壳关键元素富集机理的理解是富钴结壳古海洋反演研究的基础,海域富钴结壳地球化学差异的控制因素需要进一步研究,这些关键科学问题的理解有助于富钴结壳资源的勘探工作。     

西太平洋富钴结壳中磷酸盐化的制约因素探讨

富钴结壳是生长在海底岩石或岩屑表面的一种自生壳状沉积物。大洋富钴结壳老壳层在形成后或形成期间曾遭受不同时代的磷酸盐化(Hein J R等,1993),形成多层磷酸盐化壳层。前人关于磷酸盐化作用对富钴结壳的影响多有论著,但主要涉及矿物成分、化学组成、结构构造等方面(Koschinsky A等,1997;Jeong K S等,     

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。     

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。     

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。     

富钴结壳中贵金属元素的特征

对太平洋CL、CM海山调查时获取9个富钴结壳样品,采用化学处理及ICP-MS法进行分析。对贵金属元素含量分布特征、富集因子、标准化模式以及来源进行探讨和研究。结果表明：海山结壳中贵金属元素Ag、Au、Ru、Rh、Pd、Pt等的平均含量分别为： 1.05×10^-6、2.3×10^-6、15.6×10^-9、22.3×10^-9、2.39×10^-9和432×10^-9。与结核、洋壳及陆地矿石的Pd/（Pt+Pd）、Pt/（Pt+Pd）和Pd/Pt等贵金属元素的比值相比,大洋富钴结壳的 Pd/（Pt+Pd） 比值最低,为0.006;其次是结核,为0.06;洋壳为0.08;陆地矿石的Pd/（Pt+Pd）比值较大,为0.35～0.65。结壳的Pt/（Pt+Pd）比值最高,为0.99;其次是结核,为0.95;洋壳为0.93;陆地矿石的Pt/（Pt+Pd）比值相对较低,为0.33～0.65。统计分析显示了不同区域、不同环境中贵金属元素的特征参数变化,并且说明富钴结壳中富铂、金、钌、铑,而贫钯。贵金属元素标准化显示,海山富钴结壳均存在着Pt、Au正异常和Pd的负异常,其中Au异常幅度与结核的Au异常一致。     

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…     

Effect of Phosphatization on Element Concentration of Cobalt-Rich Ferromanganese Crusts

1 Introduction Co-rich ferromanganese crusts occurring on submarine guyots have received much attention from scientists since the beginning of the 1980’s because they are enriched in Co, Mn, Pt, and rare earth elements (REEs), and have large potential mineral resources, occurring as they do on topographic highs relative to polymetallic nodules in the C-C (Clarion-Clipperton) zone (Halbach et al., 1982, 1989; Hein et al., 1992, 1999; Usui and Someya, 1997; Yamazaki and Sharma, 1998, 2000…     

An integrated method for the quantitative evaluation of mineral resources of cobalt-rich crusts on seamounts

Cobalt-rich crusts on seamounts potentially have the economic value of multiple metals. In the field of exploration, it is important to perform quantitative evaluations of mineral resources and delineate promising areas in survey regions for future mining. Accordingly, this study, based on prior knowledge, develops an integrated method to quantitatively evaluate mineral resources of cobalt-rich crusts on seamounts and gives an application example to demonstrate this method. The method includes four steps: first, defining units with certain areas and shapes on the target seamount (a 20 km² square block in the application example) and estimating characteristic values of the cobalt-rich crust for each unit with known geological survey data using a space interpolation method such as Kriging; second, presenting several model algorithms, i.e. Regional Coverage of Crusts, Suitable Slope Percentage for Mining and Fitting Area on Slopes, to extract the corresponding regional metallogenic factors for each unit by inputting regional surveying data (such as bathymetry data) into these models; third, considering both the features and regional metallogenic factors of cobalt-rich crusts in each unit to estimate their distribution of mineral resources on the entire seamount; and last, according to the distribution of the mineral resources and international social and economic requirements (such as the regulations of the International Seabed Authority), delineating a promising area for future mining.     

Geochemistry of Some Marine Fe–Mn Nodules and Crusts with Respect to Pt Contents

Bulk chemical analyses for Pt and Pd in marine Fe–Mn nodules and crusts from different provenances are presented, together with a wide range of elements. Platinum contents vary from 70–328 ppb, whereas Pd contents extend from 0.6–4.7 ppb only. Bromine and Pb show strong positive correlations with Pt. Lead is remarkably enriched in Fe–Mn precipitates over seawater, but Br is a conservative‐type element in seawater and shows no enrichment in Fe–Mn precipitates. Hence, the Pt–Br–Pb element association combines two elements, Br and Pb, of extremely contrasting enrichment factors in Fe–Mn precipitates.     

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。     

大洋富钴结壳研究现状与进展

在研究富钴结壳的地质构造背景时,发现富钴结壳的形成与板内地幔柱活动胡关,并与基岩类型和基岩的风化程度有关。由于现代分析测试技术的进步,对富钴结壳的结构造,矿物组成和地球化学特征的研究正在逐渐深入,特别是各种微区观察测试技术和同位素年代学方法的应用,使富钴结壳的高分辨率部面研究取得长足的发展。以此为基础,生长速率缓慢,在无沉积物时期生长的富钴结壳近年来被尝试用于古海洋学和全球变化的研究,它不但能反映千万年级的环境变化,而且能弥补深海沉积物所不能反映的沉积间断的历史,因此正成为该领域研究中的一个热点。在富钴结壳的成矿物质来源方面,逐渐认识到包括火山,热液和低温水岩反应等在内的内源物质供应的重要性。在结壳的成因机制研究方面发现微生物在结壳的形成过程中起到了主要作用。     

初论发现于西太平洋富钴结壳的羟锰矿

大多数研究者认为富钴结壳中的锰矿物主要是水羟锰矿。X-射线衍射数据表明这次所研究的富钴结壳中主要的富锰矿物相是羟锰矿,这是在以往的结核和结壳研究中鲜为人知。探讨了羟锰矿和水羟锰矿的名称由来、化学式、晶胞参数及X射线粉晶衍射值,建议将X-射线衍射特征值为2.4×10^-10 m和1.4×10^-10 m的锰矿物相统称为水羟锰矿;通过研究这两种矿物的成因、产状及环境,认为结壳中羟锰矿的存在表明结壳在生长中后阶段仍处于还原环境。     

Distribution Characteristics of Cobalt-rich Ferromanganese Crust Resources on Submarine Seamounts in the Western Pacific

Based on the survey data of five submarine seamount provinces （chains） in the Western Pacific, the distribution characteristics of cobalt-rich ferromanganese crust resources have been researched in this paper by using the relative reference data and applying the theories of hotspot and seafloor spreading. The main research results obtained are as follows： The Co-rich crust thickness in the study area is gradually increasing from east to west and from south to north having a negative correlation （r = -0.59） with longitude and a positive correlation （r = 0.48） with latitude. The crust thickness varying along longitude and latitude is influenced by the hotspot and seafloor spreading. The oceanic crusts and seamounts in the northwest part of the study area are older, and the crust resources are superior to those in the southeast part. In the depth of 〈1500 m, 1500-2000 m, 2000-2500 m in the study area, the cobalt crust thickness is respectively 5.45 cm, 4.34 cm and 3.55 cm, and in the depth of 2500-3000 m and 3000-3500 m, it drops respectively to 2.84 cm and 3.37 cm. The Co-rich crust resources are mainly concentrated in the seamount summit margins and the upper flanks in the depth of 〈2500 m. There is a strong negative correlation （r = -0.67） between the cobalt crust abundance and the slope of the seamount, 75 kg/m^2 and 50 kg/mz at the slopes of 0°-20° and 20°-34° respectively. Cobalt crusts are mainly distributed in the parts whose slopes are less than 20°. It is consistent with the fractal result that the slope threshold of cobalt crust distribution is 19°, and slopes over 20° are not conducive to the crust growth. The cobalt crusts of high grade are mainly enriched in the region within 150°E-140°W and 30°S-30°N in the Pacific, where there are about 587 seamounts at the depth of 3500- 6000 m and over 30 Ma of the oceanic crusts. The perspective area rich in cobalt crust resources is about 41×104 km^2 and the resource quantity is approximately 27 billion tons.