大洋富钴结壳成因机制的探讨——水成因证据

根据对大洋富钴结壳的分层与年龄、分层与生长速率、生长间断等观测事实,以及大洋富钴结壳主量元素锰、铁元素及钴元素、铂元素、稀土元素、氦同位素、锇同位素等的水成富集,指出大洋富钴结壳是水成因的,进而指出富钴结壳的形成与基岩无关,水动力条件、最低含氧带、生物作用等可能对富钴结壳的形成有控制作用。同时,富钴结壳不一定只生长在岩石裸露的海山上,在沉积物覆盖的海山区也有可能找到富钴结壳。     

浅论富钴结壳柱状构造的成因机制

柱状构造为富钴结壳中多种微观构造类型之一。为探讨富钴结壳柱状构造的形成机制,利用高分辨率电子探针技术分析了位于中太平洋某海山的富钴结壳中柱状构造的微观形态和微区元素化学特征,结果表明,柱状构造是由围绕核心的微层呈弓形外延辐射生长逐渐分枝而成。壳层由亮色、暗色微层交替叠置而成,其中亮色微层富锰、钴、镍和氧,而暗色微层富铁和硅;同一微层各部分的生长速率不同,介于0.27~0.92 mm/Ma。柱状构造壳层亮色、暗色微层交替变化以及相应成分的不同是微观氧化还原环境变化的结果,而柱状构造的分枝和同一微层生长速率的差异则与富钴结壳生长界面有界面双电层有关。     

富钴结壳分布的分形特征

利用我国在西太平洋国际海底两个海山获得的富钴结壳资料进行分形研究后发现，富钴结壳的分布具有变维分形分布的特点，结壳丰度呈二阶累计和分形分布，结壳厚度呈多阶不定累计和分形分布，通过计算得到了它们各自的分维数，进而对两个海山的结壳资源进行了初步评价。     

浅谈大洋富钴铁锰结壳拖网作业

富钴铁锰结壳富舍重要金属元素铜、钴、镍等，是海洋最重要的金属矿产资源之一，已引起世界各国尤其是发达国家的日益关注。结壳拖网是目前调查富钴结壳最主要的手段，但调查难度大，危险系数高。本文对结壳拖网作业需要考虑的几个因素进行探讨，并结合实际作业的典型例子进行说明。     

富钴结壳资源量评估方法

富钴结壳是一种重要的海底矿产资源,对其进行资源量评估有着十分重要的意义。主要探讨了当前富钴结壳资源量评估的几种主要方法,并对其进行了分析比较。     

富钴结壳定年简介

富钴结壳生长通常十分缓慢,其速率一般为几mm/Ma。因此这些结壳提供了成矿环境(海水、沉积物等)的长期历史记录。然而,富钴结壳完整、精细定年的可靠性仍然是一个问题。为此,国外学者采用了多种方法对结壳进行定年,井得到其生长速率。以下分别介绍这些方法的原理、应用及其优、缺     

海山富钴结壳的圈矿方法

对海山富钴结壳的圈矿方法进行了分析和探讨,指出海山富钴结壳圈矿的主要方法和步骤为:(1)挑选富钴结壳发育良好的海山。除大片连续厚层板状分布的结壳发育良好的大型平顶海山是重点调查的目标海山外,规模较小的尖顶海山是近年来新的圈矿目标海山。(2)确定矿块的边界位置。对选定的海山进行深海摄像、电视抓斗、拖网和浅钻等多种手段的调查,通过所取得的综合结果对矿块边界进行判断,确定准确的矿块边界。(3)计算结壳的覆盖率。利用调查所获得的矿块相关的数据和信息对矿块内结壳厚度和结壳覆盖率以及矿区资源量进行评估。     

中太平洋富钴结壳稀土元素的地球化学特征

利用"大洋一号"调查船在中太平洋不同海区调查时获取的18个富钴结壳样品,采用化学分析及ICP-AES分析法,对中太平洋海区富钴结壳稀土元素的含量、分布特征、配分模式以及来源进行了分析和研究,结果表明:(1)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素含量异常高,总量为1703×10-6～2879×10-6,约为正常深海沉积物、有孔虫核壳和海水中稀土元素含量的10～100倍,与莱恩群岛和夏威夷群岛海区结壳中稀土元素的含量接近,且明显高于约翰斯顿岛、马绍尔群岛和南中国海等海区结壳中稀土元素的含量;(2)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素的配分模式基本相同,轻稀土元素富集,尤其是Ce元素相当富集,呈较为明显的正异常,而重稀土元素则普遍亏损;(3)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素与海水中稀土元素的配分模式为明显的镜像关系;(4)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素总量与Mn呈显著正相关,与Mn/Fe相关不明显,反映出研究区结壳中的稀土元素主要来自于海水和上覆水的缓慢沉积以及火山喷发、洋底玄武岩风化淋漓和生物化学沉积。     

基于 GIS 的富钴结壳资源量计算系统开发

富钴结壳资源量计算和资源评价是大洋富钴结壳矿区圈定工作的重要内容之一。阐述了基于GIS组件MO构建富钴结壳资源量计算系统的主要功能模块组成和设计思路。该系统利用VC采取面向对象的方法编程,设计开发了富钴结壳资源量计算评价程序,实现了地质块段法等多种计算方法。该系统吸纳了资源评价和矿区圈定中水深、丰度、品位和坡度等几个重要评价指标,可方便地实现钴结壳资源量计算,为大洋富钴结壳矿区圈定和矿产资源开发提供依据和参考。     

富钴结壳资源评价和圈矿方法探讨

分析和讨论了我国现行富钴结壳资源评价所用的算术平均法在基础数据获取方面存在的问题,给出了相应的改进方案,并提出和引入了见矿率、成矿系数等新的评价参数,改进了现有方法的不足.围绕目前迫切需要解决的结壳圈矿工作中的界线问题,从调查方法、资料处理和界线确定等三方面进行了相应的理论探讨.这些工作将为当前我国富钴结壳申请矿区的选择、圈定以及资源评价提供技术支撑,也是后续矿区加密调查和钴结壳储量精细计算的重要依据.     

西太平洋拉蒙特平顶海山富钴结壳矿区圈定与资源量估算

为能科学合理、快速量化地圈定出大洋海山钴结壳优质矿区,本文基于国际海底管理局提出的矿区选取模型,利用我国西太平洋海山钴结壳资源调查的拖网采样资料,结合西太平洋海山钴结壳分布特征,提出人机交互式的矿区圈定方法,对西太平洋马尔库斯-威克海山区拉蒙特平顶海山圈定出钴结壳资源远景区和符合国际海底管理局规章要求的51个钴结壳矿块,估算出拉蒙特平顶海山和51个矿块的钴结壳资源量及金属量,同时通过对拉蒙特平顶海山日本申请矿区的结壳资源分布特征分析,表明采用人机交互式的矿区圈定方法得出的结果,不仅能快速定量地圈定出钴结壳资源前景较好的矿区,也为大洋海山钴结壳矿区圈定和资源量估算提供了新方法。     

中太平洋富钴结壳Co元素地球化学特征

对在中太平洋研究区5座海山调查时获取的38个富钴结壳样品中主要金属元素的含量进行了化学分析,探讨了不同海山富钴结壳中Co元素含量的变化规律及结壳中元素间的相关关系,结果表明:(1)5座海山富钴结壳中的各主要金属元素含量相近,38个富钴结壳样品中Co元素的平均含量为0.67%,具有一定的开发前景。(2)不同海山富钴结壳中Co元素含量有一定变化,其变化与富钴结壳的类型、海水水深、地形地貌以及成矿作用等有密切的关系。Co元素在板状结壳中的含量为最高,在钴结核中的含量次之,而在砾状结壳中的含量为最低;富钴结壳中Co元素含量与海水水深呈负相关,浅水区富钴结壳中Co元素的含量明显高于深水区;海山地形地貌对Co元素的含量及富钴结壳的发育有一定影响,海山的椭圆状分支、支脉及边缘部分,Co元素的含量相对较高,富钴结壳发育得较好;Co元素富集成矿作用还主要受锰、铁水成成矿作用的控制。(3)富钴结壳中金属元素之间存在不同程度的相关性。Mn元素分别与Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Na、Ba、Ti等元素呈强烈的正相关,而分别与Al、Si、Ca、P、Fe、Sr等元素呈负相关;Co元素分别与Cu、Al、P、Ca等元素呈负相关;Ca元素与P元素呈强烈正相关。     

富钴结壳中成矿元素的微区分布特征及其地质意义

采用X射线荧光光谱仪,对CCLLD27站位富钴结壳中8个主要成矿元素(Mn、Fe、Co、Cu、Si、Al、Ca和Ti元素)含量的分布特征进行了微区扫描和人工分层样品方法的分析,结果表明:(1) 成矿元素Mn、Fe、Co和Cu的微区变化很大:Mn与Co元素的微区分布特征相似,而Fe和Cu元素的微区分布特征则相反.主要造岩元素Si和Al的微区分布特征基本类似;Ca元素的微区变化较大,在近底部的基岩层其含量达到最高峰值.Ti元素的微区分布特征与Mn、Co元素微区分布特征接近.(2) 微区扫描与人工分层样品两种不同测试方法所得的结果基本一致,说明微区扫描方法具有一定的可靠性,能反映富钴结壳在不同生长时代各成矿元素含量的变化特征.(3) 富钴结壳微区元素分布特征的研究,有助于对结壳不同成矿阶段各种不同成矿作用的定性评估.     

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。     

西太平洋富钴结壳中钙质超微化石和分子化石研究

本文对西太平洋麦哲伦海山CM3D06富钴结壳进行了钙质超微化石生物地层学研究,发现结壳中有代表白垩纪(晚期)、古新世(晚期)、始新世(早、中、晚期)、中新世(中期)、上新世(晚期)和更新世等各时代的标准钙质超微化石,表明结壳的形成始于白垩纪(晚期);在富钴结壳中检出正构烷烃、类异戊二烯烃、甾烷类等众多分子化石,分子化石组合特征指数、主峰碳、ΣC-23/C+24、CPI、Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18和nC31/nC17显示有机质生物母源主要为海洋浮游植物、浮游动物和底栖非光合作用的菌类,而甾烷类的C29、C28和C27含量分布的变化则说明生物种群具有快速演变的特征。此外,还探讨了CM3D06结壳中Pr/Ph和有机碳同位素组成变化与结壳生长过程中的海洋环境演化的关联程度。     

Fine-scale compositional variations in a Co-rich Mn crust from the Marcus-Wake Seamount cluster in the western Pacific based on electron microprobe analysis (EMPA)

The internal structure and composition of a 37-mm-thick Co-rich Mn crust from the Lamont Guyot in the Marcus-Wake Seamount cluster have been studied in detail by means of electron-probe microanalysis (EPMA). 184 point analyses for 16 elements were carried out at an average spacing of 0.20 mm and each point was dated using the Co-geochronometer method. Two types of variation in composition were observed in the crust: long-term trends and short-term erratic variations. The long-term trends were identified using the fifth order polynomial. Mn and Ni were shown to increase in concentration from 23.3 Ma to a maximum at about 20 Ma and then decline steadily to the Present, whereas Fe, P and Si showed the opposite trend. By contrast, Co displayed a double humped pattern with maxima at about 19 Ma and 3.5 Ma and minima at 23.3 Ma, about 11 Ma and at Present. The long-term trends in element concentrations in the crust lead us to suggest that much of the Fe in western Pacific Ocean ferromanganese crusts is aeolian in origin and derived from the deserts of central Asia. Cooling of the Asian mainland at about 20 Ma led to an increase in the flux of Fe to the oceans. This was supplemented by an additional input of Fe into the crusts as a consequence of the dissolution of biogenic CaCO₃ tests at 4.5−10.5 Ma. For the short-term erratic variations, three periods of 0.61, 0.96 and 1.65 m.y. were identified by spectral analysis. The second harmonics of these periods are 1.22, 1.92 and 3.30 m.y., which may correspond to the highest-order periods for eccentricity of 1.31, 2.04 and 3.47 m.y. This suggests the possibility that the high-frequency oscillations of the time series data are linked to climatic changes controlled by the highest-order periods of the Milankovitch cycles.     

Advances in the Study of Geochemistry and Paleo-oceanography of the Co-rich Crust

The current advances in the study of geochemistry and paleo-oceanography of the Co-rich crust are reviewed in this paper. We summarize the study of geochemistry of the Co-rich crust, discuss the diffusion of elements in the Co-rich crust and the exchange with ambient seawater. Besides, we discuss the effect of phosphatization and substrate rocks on the composition of the Co-rich crust. We also introduce the application of stable isotopes (including the stable isotopes of Pb, Nd, and Hf), radioactive isotopes (including the radioactive isotopes of Be, U and Th), and elements (including the major elements, minor elements and rare earth elements) to the study of paleo-oceanography of the Co-rich crust.     

中太平洋海山区富钴结壳地质特征

应用 X射线衍射分析、穆斯堡尔谱分析、X荧光光谱分析以及超微生物化石定年等方法对 1 998年和 1 999年“大洋一号”调查船 DY95 - 8和 DY95 - 1 0航次采集的富钴结壳样品进行了地质特征综合研究与分析 ,结果表明 :( 1 )该区富钴结壳可划分为板状结壳、砾状结壳和钴结核三类 ,均具有微晶质结构。 ( 2 )该区富钴结壳宏观构造主要呈板层状和圈层状构造 ;显微构造在形态上可大体分为柱状构造、平行纹理状构造和致密块状构造三种基本类型。 ( 3)该区富钴结壳主要由三类矿物组成 :锰矿物、铁矿物和杂质矿物。其中锰矿物为水羟锰矿和少量的钡镁锰矿 ,铁矿物主要为 β-羟铁矿 ,偶见赤铁矿和磁铁矿等 ,杂质矿物有石英、斜长石等。( 4 )该区富钴结壳主要成矿元素含量 :Fe为 1 6.86% ,Mn为 2 1 .2 6% ,Cu为 1 1 0 2 .0 9× 1 0 - 6 ,Co为 62 5 2 .72× 1 0 - 6 ,Ni为 40 64.62× 1 0 - 6 。 ( 5 )该区东部海山 ( N1～ N4海山 )比西部海山( N5、 N6海山 ) Fe元素含量高 ,Mn、 Cu、 Co、 Ni元素含量则低 ,这一差异源于海水中 Fe、 Mn等成矿元素的分离作用 ,其分离程度与海底火山作用时代以及相应的玄武岩海解风化时间长短有密切关系。 ( 6)结壳形成于第三纪古新世至第四纪更新世 :第一阶段从第三纪古新世到中新世 ,