中太平洋YJA海山富钴结壳矿物组成与元素地球化学

研究样品采自马尔库斯（MARCUS）海脊YJA海山。利用等离子光谱、等离子质谱、X-射线衍射、红外光谱、场发射电镜等分析测试方法,对富钴结壳中不同构造层的矿物组成和元素地球化学进行了研究。该结壳为一大型板状新结壳,矿石矿物是水羟锰矿,脉石矿物是石英、斜长石、磷灰石等,微量矿物有蒙脱石、高岭石、钠沸石、水黑云母、片沸石等。从结壳的底部构造层到顶部构造层,TMn,Ni,Cu, Ba,Zn等元素的质量分数逐渐减少,TFe逐渐增加,Co变化不大;在相对疏松的构造层中,Si,Al,K,Na,Ca,Mg,Ti,P,Li,Rb等元素相对富集;结壳的稀土元素总量是1 982.27×10^-6,Ce具明显的正异常。不同构造层稀土元素的演化趋势是：Ce与Mn等元素相同,其他稀土元素（Y除外）与Fe等相似。     

中太平洋YJB海山富钴结核矿物组成与元素地球化学

研究样品采自马尔库斯（MARCUS）海脊YJB海山。利用等离子光谱、等离子质谱、X射线衍射、红外光谱、场发射电镜等分析测试方法,对其富钴结核中不同构造层的矿物组成和元素地球化学研究表明： 该球状结核核部是玄武岩,向外具四层构造。矿石矿物为水羟锰矿和少量的钙锰矿,脉石矿物为磷灰石、石英、斜长石等,微量矿物有蒙脱石、高岭石、钠沸石、方英石、辉石、束沸石等。老结核相对富TMn、Cu、Ca、P等元素,新结核相对富集TFe、Co、Ni、Si、Al等元素。在老、新结核中,从下部构造层到上部构造层,TMn、Co、Ni、Cu、Ba、Zn、Pb、Mo等的质量分数逐渐减少,TFe逐渐增加。核内玄武岩属大洋板内玄武岩,其成因可能与地幔柱有关。结核的稀土元素总量是1 924.07×10^-6,Ce具明显的正异常。在老、新结核不同构造层中,Ce的演化趋势同TMn等元素,其他稀土元素与Fe等相似。     

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。     

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     

西太平洋海底海山富钴结壳惰性气体同位素组成及其来源

采用高真空气体质谱系统测定了西太平洋麦哲伦海山富钴结壳不同层圈及其基岩的惰性气体丰度和同位素组成,结果显示:(1)西太平洋富钴结壳主要是水成成因,其中惰性气体来源不同,He 绝大多数来自宇宙尘(IDPs),少量来自陆源风成微粒;Ar 主要来自海水溶解的大气,少量来自陆源风成微粒或沉积岩建造水;Ne 和 Xe 主要来自海水中溶解大气, 少量来自宇宙尘;(2)在具三层结构的结壳中,亮煤层(致密层)的惰性气体同位素相对外层和疏松层有较大的不同,显示大洋磷酸岩化对早期沉积的结壳惰性气体组成有较大的影响,如导致~4He 的升高和~3He/~4He 的显著降低;(3)太平洋富钴结壳玄武岩基岩的~3He/~4He 非常低,为0.0095～0.074Ra,与本区磷块岩基岩(0.087Ra)相似,而远低于正常海底玄武岩的~3He/~4He 比值,显示这些基岩曾与富含放射性成因~4He 和 P 的上升洋流或沉积物中建造水发生过水/岩反应,这个过程将释放出较多的成矿元素,有利于富钴结壳的形成,海底海山玄武岩中较低的 He 同位素组成可作为富钴结壳的找矿标志之一。     

中太平洋海山富钴结壳主要成壳元素特征

通过大洋一号船DY105--12 /14 航次采集的结壳样品,对中太平洋CL、CM2、CM3、CX、CQ、 CA、CB 海山结壳的主要成壳元素Mn、Fe、Co、Ni、Cu 的含量进行了测试统计,并与邻区的麦哲伦海山、马绍尔群岛、夏威夷群岛和莱恩群岛进行了对比,中太平洋各海山以及不同区域海山结壳的主成分之间存在一些差异,这主要与各海山结壳的物质来源、成壳环境和成壳时代的差异有关。不同形态类型的结壳主成分具有一定的差别,其主要原因可能是生长机制和形成环境不同造成的。     

太平洋莱恩海山富钴结壳剖面的锶同位素地球化学

对中太平洋莱恩海山富钴结壳MP5D17的各壳层样品进行了系统的锶同位素组成测定.结果表明,结壳具有很低的Rb/Sr值,结壳中87Sr/86Sr值变化较大,范围在0.7084～0.7092.从底部到顶部,结壳不同壳层的锶同位素组成在剖面上具有明显的变化规律,并与其结构构造的变化相对应,但其演化曲线与海水的锶同位素演化曲线变化趋势差异较大,以斑杂状构造为主的疏松层的87Sr/86Sr值明显偏高.由于铁锰结壳中元素锶的扩散速率较高,以斑杂状构造为主的高孔隙率的疏松层难以保存其生长时海水的锶同位素组成,因此锶同位素地层学不适合作为结壳的定年工具.     

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.     

中太平洋海山富钴结壳中水羟锰矿的超结构

采自中太平洋海山富钴结壳主要由水羟锰矿组成,在XRD衍射图谱上,该矿物缺少(001)和(002)底面衍射,其原因是水羟锰矿包含了两种对称型的八面体层,即三斜对称和六方对称的八面体层,它们沿c轴方向无序排列。部分样品中的水羟锰矿在低角度区具有d>2.0nm的超结构衍射峰,它在实质上反映了矿物结构层的长程有序性,即两种层片的排列具有某种周期性或规律性。部分样品原先没有,但在加热后出现超结构衍射峰,可能是因为样品在空气中加热,使三斜层片中的Mn(III)被氧化成Mn(IV),从而转变为六方层片,继而改变了水羟锰矿的有序性。富钴结壳中水羟锰矿的超结构,在一定程度上反映了矿物形成环境的变化。     

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。     

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。     

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。     

中太平洋(CP)区全新世沉积环境探讨

笔者利用在中太平洋(CP)区采取的CP9和CP25钻孔柱状样及19个站位的表层沉积物样品,通过对沉积物的成分、类型、古生物化石、常微量元素含量等鉴定测试,从地球化学特征对该区全新世以来沉积物中元素在垂向变化特点及相互之间的亲疏关系进行了详细分析和研究。通过R型因子分析与物源的研究,认为该区沉积物主要受陆源碎屑及生物碎屑沉积的影响较大,晚期火山物质供应比早期要充足,全新世的沉积环境趋于比较稳定。     

中太平洋多金属结壳的地球化学特征

采用XRF和ICP AES法对中太平洋CA等6座海山的4 0多个站位的多金属结壳中化学元素进行测试与分析, 并结合其他资料对调查区结壳主要成矿元素的含量组成、特征变化、元素间的相关关系以及结壳与水深、地形等重要环境因子进行探讨.研究表明太平洋海山结壳中元素丰度特征具有多种变化类型, 中太平洋结壳主成分和成矿元素丰度明显高于马绍尔群岛, 而与西北太平洋、麦哲伦海山相近; 中太平洋结壳化学元素相关关系分析表明: Ca与P、Al与K呈显著正相关性; Mn与Al呈显著负相关性.研究还发现中太平洋结壳富Co(0.6 3%)而贫Cu(0.1 1 %)及高Fe(1 6.9%)低Mn(2 1.3%)的分布特征, 与深海多金属结核在含量分布特征上存在较大差异.与多金属结核相比: 结壳中Mn组元素含量显著降低, Fe组元素含量和稀土总量明显增大, 尤其是Co和REEs的变化最为突出。      

中国富钴结壳合同区维嘉海山漂移历史和沉降过程

应用全球板块构造-水深模型,对西太平洋中国富钴结壳合同区海山——维嘉海山的水平漂移轨迹和垂向沉降过程进行反演,获取海山各个历史时期的水深和古纬度信息,探讨海山演化过程中热点作用的影响。结果表明,维嘉海山最初形成于南太平洋同位素和热异常区,之后向NW向漂移约7500 km至现今位置。维嘉海山初始位置与其附近热点尚有一定的距离（约为200 km）,随板块漂移过程中也未经过热点,与热点最近距离为150 km,结合海山现今的构造特征分析,推测热点作用并非形成海山的唯一成因,但在海山形成及漂移过程中为其打上"热点"烙印。     

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。