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 .     

古海洋事件对富钴结壳生长的影响

为审视海洋环境对富钴结壳不同生长阶段物质来源及富集的影响,选取具有多层构造的富钴结壳MHD79进行Os同位素及多种化学元素分析.样品由DY105-15航次取自中太平洋MH海山.结壳厚9.7cm,板状,从内到外分为6层,由下到上取样20个(图1).     

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。     

海洋环境中的锇同位素研究现状

由于锇同位素示踪和定年具有较高的灵敏度，能提供其它同位素无法给出的重要信息，在海洋环境中应用具有独特的优越性，因此锇同位素在海洋环境中的的研究和应用引起了人们的广泛关注。近年来，国内外学者对海洋环境中的锇同位素研究取得了较大的成果，主要体现在以下几个方面：①对富钴结壳、海底铁锰结核、富有机质沉积物、富金属碳酸盐和深海远洋粘土中的锇同位素组成进行了较多研究；②对海水中锇的浓度、滞留时间，以及现代海水的锇同位素组成进行了精确测定；③初步建立了过去80Ma以来海水锇同位素组成的演化曲线；④对深海橄榄岩、大洋玄武岩、俯冲带岩石和大洋中脊喷出的热液流体的锇同位素组成进行了研究；⑤探讨了海洋环境中影响海水锇同位素组成变化的制约因素，初步揭示了海洋环境中的锇同位素组成对古海洋、古气候和古地理的指示意义。较系统地总结近年来锇同位素在海洋环境中的研究现状，对于指导以后的研究工作有着重要的意义。     

相对相容性:富钴结壳微量元素富集规律研究的新指标

产出于海山表面的富钴结壳是水成成因铁锰氧化物、生物成因组分、碎屑组分等组成的复杂混合物~([1,2]).富钴结壳中金属的最终来源有河流和风输入的大陆物质、海底热液活动输入物质、海底玄武岩的风化产物,海底沉积物中释放的金属元素,以及地外物质~([2]),这些金属部分淋滤进入海水,在由海水进入水成成因铁锰氧化物,部分则以生物成因组分、碎屑组分进入结壳.     

西太平洋海山富钴结壳的稀土和铂族元素特征及其意义

为了探讨富钴结壳的稀土和铂族元素是否有相似的形成机制,对西太平洋海山富钴结壳稀土和铂族元素进行了类比研究.结果表明:富钴结壳的∑REY范围为1 433.7×10-6~2 888.0×10-6,其中Ce占到近50%,北美页岩标准化后显示较平坦的稀土模式和显著的Ce正异常特征.根据稀土配分模式及已有的Nd同位素结果,富钴结壳具有亲陆壳属性.富钴结壳具有极高的Pt (115.5×10-9~1 132.0×10-9)、(Pt/Pd)_N和 (Pt/Os)_N值,Ir与Pt及Rh与Pt显示良好相关性.经球粒陨石标准化后显示较一致PGE (platinum-group elements) 配分模式,从Os到Pt逐渐富集,Pd元素强烈亏损.已有的Os同位素研究结果显示物源在地质历史时期从幔源属性向陆源属性变化,但富钴结壳PGE元素内部相对含量仍在一定程度上保持稳定.研究认为:富钴结壳对海水中的稀土清扫具有选择性,Ce的正异常恰恰是结壳对海水稀土中Ce的优先选择造成的,从而导致海水亏损Ce.然而海水中Ce的亏损并未改变新形成富钴结壳的稀土模式,原因是在海洋中存在适量的具有亏损Ce特征的磷酸盐等组分,理论上只需要氧化物类稀土与磷酸盐类稀土消耗的稀土与海水中的补给平衡即可.只是在相关过程中,海洋中氧化物类对稀土的选择更具有主动性,而磷酸盐类表现更多的继承关系.尽管Os同位素显示物源供给发生变化,然而富钴结壳PGE模式相对稳定.因此富钴结壳PGE模式同样可以用富钴结壳对PGE的选择性吸收解释,因富钴结壳优先选择Pt与Ir以及相对排斥Pd和Os,形成了现有独特的PGE模式.      

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。     

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。     

太平洋海山富钴结壳铂族元素（PGE）和Os同位素地球化学及其成因意义

本文分析了中西太平洋海山富钴结壳及其各主要层圈(外层、疏松层、亮煤层)和玄武岩基岩的铂族元素(PGE)和Au含量以及Os同位素组成,发现富钴结壳中PGE和Au含量均较高,且变化很大,∑PGE为(70.09～629.26)×10-9,平均289.48×10-9,Au为(0.60～26900)×10-9.具三层结构的富钴结壳中,疏松层(∑PGE=(339.37～545.82)×10-9)和亮煤层(∑PGE=(280.09～629.26)×10-9)的∑PGE明显高于外层((70.09～133.27)×10-9.单层结壳的∑PGE为(83.94～479.75)×10-9,Au含量普遍高于具三层结构者.结壳的∑PGE和Au含量远高于太平洋多金属结核(分别为(101.57～155.83)×10-9和(1～4)×10.沉积深度和海水氧逸度的不同是导致结壳和结核中PGE含量明显差异的主导因素.富钴结壳∑PGE和Pt与Mn(%)之间呈明显的正相关关系,而与Fe(%)具负相关性,与多金属结核正好相反,显示结壳中的PGE主要赋存在水羟锰矿(8-MnO2)等锰矿物相中,与针铁矿(FeOOH·nH2O)等铁矿物相关系不大,而结核中的PGE主要赋存在铁矿物相中.PGE球粒陨石标准化曲线和各项参数显示富钴结壳的PGE和Au主要来自海底玄武岩的蚀变释放,部分来自铁陨石微粒等地外物质,而与海底热水活动无关.计算显示西太平洋结壳距今42.5 Ma左右开始生长,生长过程中分别在8.OMa和21.8Ma处出现间断,相应形成外层、疏松层和亮煤层,其各自沉积速率为2.64 mm/Ma,1.45 mm/Ma和1.06 mm/Ma,相应海水的187Os/188Os分别为0.948～0.953,0.599～0.673和0.425～0.536,显示外层含有较多的大陆风化尘,而疏松层和亮煤层的沉积物主要来自海底洋壳蚀变和陨石碎屑或宇宙尘等地外物质.     

中太平洋富钴结壳WXD27的年代学研究

通过针对系统取自中太平洋富钴结壳WXD27的顶部至其底部(1 mm～2 mm为间隔取样)样品进行的Co含量(中子活化方法)测试,拟合出不同深度壳层的富钴结壳生长速率曲线,以此推导富钴结壳Co含量的定年积分公式,并利用10Be定年方法,对Co含量定年的准确性进行检验.时超微量Sr同位素测试得到的富钴结壳磷酸盐年龄进行分析认为:(1)上部富钴结壳与上层白色磷酸盐化层接触部位的年龄为14.9 Ma;(2)自14.9 Ma以来,结壳的生长是连续的,沉积间断发生的可能性非常小,该样品可以用来进行14.9 Ma年以来古海洋、全球变化的重建工作;(3)上层白色磷酸盐化层与其上部的富钴结壳之间存在4 Ma的沉积间断;(4)19 Ma～22.7 Ma左右在该区发生过大规模的磷酸盐化作用,磷酸盐化作用可能造成磷酸盐化时期(19 Ma～22.7 Ma)和之后4 Ma(19 Ma～14.9 Ma)富钴结壳的沉积间断;(5)结壳的初始生长年龄在75 Ma左右;(6)老结壳的生长速度要远低于新结壳的生长速度.     

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。     

大洋富钴结壳研究进展及展望

富钴结壳是一种重要的海底矿产资源,具有独特的经济价值和科学意义,其不仅富含Mn、Co、Ni、Cu、PGE和REY等金属,而且在反演新生代以来古海洋环境记录等方面扮演着独特的角色。锰氧化物(MnO₂·xH₂O)和铁羟基氧化物(FeOOH)是构成富钴结壳的主要矿物,矿物颗粒十分微小(纳米级)。水羟锰矿和水钠锰矿具有层状结构且层电荷为负,通过吸附阳离子来补偿。前人通过连续浸出实验、元素相关性统计分析、吸附实验和拓展X射线吸收精细结构(EXAFS)光谱广泛研究了微量元素在矿物中的赋存状态,确定了微量元素在锰氧化物矿物中主要存在三种类型络合物:共六边(edge-sharing)、共双角(double-corner sharing)和共三角(triple-corner sharing)。综合研究表明,在最低含氧带之下铁锰氧化物(氢氧化物)从海水沉淀到周围海山坚硬基岩上形成富钴结壳的机制主要是无机胶体化学反应和矿物表面反应。最后针对已有的相关研究现状以及富钴结壳研究面临的挑战,富钴结壳的成矿物质来源及演化、微量元素富集机制、蕴含的古海洋信息等问题仍需要进一...     

中太平洋海山富Co结壳稀土元素及其对成矿环境的指示意义

稀土元素是富结壳中典型的富集元素(Ap-lin和Cronan,1985;Byrse和Kim,1990;Elderfield和Greaves,1982;Suave等,1989),由于其具有地球化学性质相似而成群存在及其在环境改变情况下发生分馏的双重属性,成为研究富钴结壳成矿和古海洋环境演化的有效参数.本文在中太平洋海山CAD-25-1富Co结壳生长年龄和生长世代确定的基础上,通过其壳层稀土元素含量的变化规律研究,揭示中太平洋海山结壳的生长发育与海洋环境演化的关系.     

控制北太平洋深水中 Pb、Nd 同位素演化的不同因素

近年研究表明，大洋中溶解的 Pb和 Nd 以陆源来源占主导。但对 Pb和Nd 进入大洋的途径存在很大争议。笔者研究了3块中北太平洋铁锰结壳（CJ01，CLD01，CB12）的元素含量和 Pb、Nd 同位素组成。根据 Co 含量经验公式法定年，结合几块结壳的剖面 Pb 同位素演化曲线与 Os 同位素演化曲线，确定所研究的中北太平洋铁锰结壳的底部年龄约为 75Ma。3块结壳不论磷酸盐化与否，其 Pi、Nd 同位素随时间的演变曲线均十分相似，且 Pb 同位素演化趋势与北太平洋岩心（LL44－GPC3）中的风沙的 Pb 同位素演化趋势相似。这些结壳的 Nd 同位素演化趋势也相似，但与岩心 LL44－GPC3 中风沙的 Nd 同位素的演化曲线完全不同。由此得到以下结论:(1)通过研究2块结壳，首次提出太平洋铁锰结壳的年龄超过70Ma，得到了白垩纪末及整个新生代中北太平洋深水 Pb、Nd 同位素的演化。并且揭示磷酸盐化不会明显改变结壳中的 Pb、Nd 同位素组成。（2）风沙是中太平洋深水溶解 Pb 的主要来源。太平洋中的 Pb 由来自大陆风沙富放射成因 Pb 和来自火山弧非放射性成因 Pb 之混合，二者的量随时间变化。60Ma 之前，北美大陆粉尘是太平洋 Pb 的主要来源，而从40 Ma 开始，亚洲大陆粉尘对 Pb 总量的贡献日益重要。在约55 Ma 期间是大陆粉尘对海水 Pb 贡献最小的时期，与温暖气候相吻合。（3）风成粉尘对中北太平洋深水中的 Nd 的贡献可以忽略。新生代太平洋边缘火山岩风化侵蚀作用加强，是中北太平洋ENd值升高的主要原因。     

麦哲伦海山富钴结壳的稀有气体丰度及He、Ar同位素组成

使用MM5400质谱计对麦哲伦海山富钴结壳和结壳基岩进行稀有气体同位素分析,以此示踪结壳形成期间的海洋环境.富钴结壳的He、Ne、Ar、Kr、Xe稀有气体同位素丰度模式与ASW(air-saturated water,馋和空气的海水)的变化趋势一致,说明结壳是在与海水交换平衡的流体环境中形成的.结壳的分馏因子F3比饱和空气的海水的F3高2～3个数量级,表明其相对于海水而言是富集3He的.其相对于空气亏损3He、富集Kr和Xe的模式与高度富集3He、亏损Kr和Xe的星际尘粒的模式完全不同,暗示地球外物质并不是支配富钴结壳稀有气体同位素丰度模式的主要因素.结壳中高的R值甚至超过上地幔代表NORB(大洋中脊玄武岩)的典型值8Ra(Ra为地球大气中3He/4He比值,R为样品中3He/4He比值),揭示了热点型地幔热液对西太平洋海洋环境的局部贡献.圈层结壳的各结壳层之间的R值差异明显,各结壳层之间的R值的变化趋势是"较高→最高→较高",结壳中层具有高达15.60Ra的R值,明显有深部地幔流体的加入,这进一步表明滋养结壳生长的热液环境本质上是源于地幔柱型的热点热液.玄武质基岩具有较低的R值,说明该类基岩在形成时严重混染有地壳物质,也说明结壳的物源并非来自玄武质基岩.结壳的40At/36Ar比值接近于饱和空气的海水值,也表明结壳的成矿流体与周围海水发生了充分的交换.     

多金属结壳Os同位素组成区域性和阶段性偏高异常

Os同位素地层法可以得到包含生长间断期的分辨率较高的结壳年代框架,相对传统定年方法具有更优的发展前景.在比对多金属结壳分层Os同位素组成曲线与大洋海水标准曲线从而为多金属结壳定年的同时,研究标准曲线的区域性特征及其与壳源、幔源物质供应的关系.依据比值和趋势贴合原则,得到的多金属结壳生长期包括80～75 Ma、70～65...     

氧同位素在海洋磷酸盐研究中的应用

海洋中磷酸盐的氧同位素组成不但记录现代海水磷循环的信息(磷酸盐的来源和生物地球化学作用),还记录古环境的信息。因此,利用氧同位素研究海洋磷酸盐正日益受到国内外研究人员的重视。本文综述了利用磷酸盐氧同位素研究方法及其在现代海洋环境与古海洋的应用进展,展示了中国海洋磷酸盐氧同位素研究现状,提出了今后的研究方向。     

黑色页岩与大洋缺氧事件的Re-Os同位素示踪与定年研究

地质历史中发育多次大规模的大洋缺氧事件并伴随有巨量的黑色页岩沉积, 对这些大洋缺氧事件发生时限及成因机制的研究已成为当前国际古海洋学研究的一个前沿领域。开展对大洋缺氧事件的研究,有助于了解古海洋演化、地球系统变化和地球其他圈层对生物圈的影响,以及金属成矿、油气形成及生烃环境。因此近年来人们从古海洋、古气候、古地理、古生物、大地构造和地质地球化学等学科,积极开展对大洋缺氧事件的研究。对大洋缺氧事件进行准确定年则是研究工作开展的首要任务之一;而如果用于定年的同位素体系能同时提供相关的环境变迁信息,则更加有利于我们对缺氧事件成因机制的认识。Re Os同位素作为近年来发展起来的一种新的同位素技术方法,恰好适用于对富有机质沉积岩和黑色页岩的定年,可以获得精确的地层沉积年龄,同时利用这些海洋沉积物的Os同位素比值还可获得古海水的Os同位素组成及随时间的演化规律。在中国华南地区新元古代—早古生代发育有多幕次的大洋缺氧事件和黑色页岩的巨厚沉积和广泛分布,利用Re Os同位素研究,不但可以精确厘定这些事件发生的时限,而且可以有效示踪当时的古海洋环境。     

大洋多金属结核和富钴结壳的年代学研究评述

<正>大洋多金属结核和富钴结壳都是非常重要且极具潜在经济价值的海底矿产资源。多金属结核和富钴结壳长速率一般为几个mm/Ma,在这个缓慢的生长过程中,记录了大洋的沉积环境和海水的变化等大量的信息。大洋多金属结核和富钴结壳的年代学研究可以作为以下科学问题研究的重要理论依据:(1)古海洋学的环境气候研究;