中太平洋地区两个铁锰结壳的生长幕研究

通过对3块中太平洋铁锰结壳样品进行的生物地层学及其结构构造、元素地球化学剖面的综合研究发现,铁锰结壳的生长主要集中于两个形成环境存在差异分别由不同因素控制的形成阶段,一个是约25Ma以来其形成环境氧化程度由南极底层流(AABW)控制的对应于结壳新壳层的生长幕,另一个是渐新世之前其形成环境氧化程度由环赤道表中层洋流和高密度温盐表层水下沉控制的对应于结壳老壳层的生长幕,而在早、中渐新世处于两种环境的转换期,也正好是海退期、大洋低生产力期、低CCD和生物碳酸盐低产率期,形成结壳生长的主要生长间断。该研究成果对于进一步了解太平洋的古海洋、古环境演变有一定意义。     

东菲律宾海新型铁锰结壳中元素的赋存状态

为了解东菲律宾海新型铁锰结壳中元素的赋存状态, 采用化学提取方法对3个结壳样品进行了物相分析.不同类型结壳中成矿和稀土元素的赋存状态总体一致, 表明它们形成于相近的地质和海洋环境中.成矿元素中的Fe和Cu绝大部分赋存在残渣态中, Mn、Co和Ni则主要赋存在锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态中, 并且埋藏型结壳样品锰氧化物结合态中赋存了相对更高比例的成矿元素.三价稀土元素主要集中在锰氧化物结合态中.两个沉积物表层结壳样品中的Ce主要集中在残渣态中.而埋藏型结壳样品中的Ce则主要赋存在锰氧化物结合态中, 这可能与该样品此相态中赋存了相对较多的Mn有关.呈碳酸盐结合态和有机结合态的稀土元素含量仅各占稀土总量的1%左右, 表明两者对结壳中稀土元素的富集作用很小.      

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。     

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。      

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     

70 Ma以来风尘活动在太平洋铁锰结壳中的记录

开展风尘沉积研究对于了解源区气候变化和大气循环过程具有重要意义。利用高分辨率电子探针技术,通过对铁锰结壳中风尘指示因子（Al沉积通量）的年际变化研究,探讨低纬度铁锰结壳中风尘沉积特征。结果显示：在过去近70 Ma中,低纬度铁锰结壳Al沉积通量平均值为300.5  μg/(cm^2·ka),并且记录了南、北半球的不完整风尘史。在晚白垩世－晚中新世期间,M06铁锰结壳位于热带辐合带之南,受南半球风系影响,其Al沉积通量大小反映了环太平洋区域火山活动强度;晚中新世后,受北半球风系控制,M06铁锰结壳Al通量的变化反映了亚洲风尘源区构造和气候的变化。     

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。     

太平洋海山地形与钴结壳资源分布的分形研究

通过海山地形与钴结壳资源量的分形研究表明,海山地形与钴结壳资源量间呈多重分形分布。海山坡度与资源量分形呈三段式,引起海山坡度与资源量分段分形的原因是不同类型结壳分布叠加的结果。水深—资源量分形呈三到四段式,引起水深—资源量复杂分形的原因可能与海山基底洋壳有关,海山基底洋壳年龄老于165 M a的海山呈四段式分布,而小于165 M a的海山呈三段式分布。同一区域或不同区域内海山地形与资源分布各不相同。      

中太平洋铁锰结壳灰度序列中米兰柯维奇周期的识别及结壳生长速率的演化

利用数字图像处理方法提取中太平洋海山铁锰结壳（CB14）生长剖面的灰度序列,运用功率谱分析方法揭示出结壳由表及里5个亚层中分别存在多级序的显著周期,它们均能够分别与地球轨道周期（偏心率周期、黄赤交角周期和岁差周期）的级序很好匹配,根据匹配结果获得CB14第1至第5亚层的生长速率分别为2.15、2.70、2.43、2.75、2.67 mm/Ma,各亚层的界面年龄分别为1.3、2.5、5.9、6.7、7.5 Ma。表明晚中新世以来,结壳的生长速率呈现波动变化,最近1.3 Ma以来,结壳的生长速率明显减慢。认为通过识别结壳灰度序列中存在的米兰柯维奇周期可以有效获得结壳各生长阶段的高分辨率生长速率,可以为研究中新世以来古海洋环境的演化提供重要信息。     

大洋锰结核(壳)中南极底流活动的矿物学与地球化学记录

总结了大洋锰结核(壳)的形态、构造、矿物组合、元素富集特点,以及区域分布和南极底流活动的关系,采用ICP-MS测试手段对中太平洋海山区17个锰结壳样品和1个基岩样品的稀土元素进行测试,结果表明,富钴结壳的REE含量很高,平均为1716.66×10-6,轻稀土明显富集,LREE/HREE平均为4.82,锰结壳样品中除MID06样品有轻微的Ce负异常外,其余样品均具明显的Ce正异常,基岩MKD01呈明显的Ce负异常。不同区域锰结核(壳)中稀土元素的对比研究表明,南极底流活动区和非活动区Ce/La值有显著差异,但不能通过Ce/La值确定底流的迁移路径。这一成果将有助于全面认识大洋成矿作用与海洋环境变迁的内在联系。     

Abnormally high mercury contents in hydrogenic ferromanganese crusts from Seth Guyot (Northwestern Pacific)

Variations in mercury contents in marine sediments have implications for hydrothermal activity, paleoclimate, depositional environments, and primary bioproduction. Mercury contents reach 148 ppb in hydrogenic ferromanganese crusts on flat-topped seamounts. Such crusts, with up to 4120 ppb Hg, were dredged from the slopes of Seth Guyot in the western Marcus-Wake Seamounts in 1982, during the 13th cruise of RV Vulkanolog. The Seth Fe-Mn crusts are of the same origin as hydrogenic Co-rich ferromanganese deposits from seamounts in other oceanic regions. Mercury accumulated in the Cenozoic as Fe-Mn oxyhydroxides in the crusts adsorbed Hg from bottom water. The process was especially rapid during the Pliocene volcano-tectonic rejuvenated stage.     

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.     

煤及其燃烧产物飞灰和底灰中稀土元素地球化学特征及集散规律

采用ICP—MS法测试了褐煤、肥煤和无烟煤以及在不同燃烧条件下获取的飞灰、底灰等29个样品的稀土元素含量;分析了稀土元素地球化学特征。结果表明,不同煤种的稀土元素含量不同,相同煤种在不同燃烧条件下获取的飞灰、底灰中的稀土元素含量也不同;褐煤、肥煤、无烟煤及其燃煤产物飞灰、底灰的稀土元素分布模式呈左高右低的宽缓的“V”型曲线;Eu存在明显负异常。研究了燃煤过程中稀土元素的分布及集散规律,稀土元素在飞灰、底灰中的含量比原煤有明显提高,其增加幅度为几倍至20多倍不等,表明煤炭燃烧后稀土元素在飞灰、底灰中进一步聚集;飞灰和底灰中稀土元素含量、飞灰和底灰对煤的稀土元素含量比和富集因子以及飞灰对底灰的稀土元素含量比和富集因子等,不仅与原煤中稀土元素有直接关系,而且还受锅炉燃烧方式、燃烧温度(炉温)等人为因素的影响。     

Platinum group elements and gold in ferromanganese crusts from Afanasiy-Nikitin seamount,equatorial Indian Ocean: Sources and fractionation

The major element relationships in ferromanganese (Fe-Mn) crusts from Afanasiy-Nikitin seamount (ANS), eastern equatorial Indian Ocean, appear to be atypical. High positive correlations (r = 0.99) between Mn/Co and Fe/Co ratios, and lack of correlation of those ratios with Co, Ce, and Ce/Co, indicate that the ANS Fe-Mn crusts are distinct from Pacific seamount Fe-Mn crusts, and reflect region-specific chemical characteristics. The platinum group elements (PGE: Ir, Ru, Rh, Pt, and Pd) and Au in ANS Fe-Mn crusts are derived from seawater and are mainly of terrestrial origin, with a minor cosmogenic component. The Ru/Rh (0.5–2) and Pt/Ru ratios (7–28) are closely comparable to ratios in continental basalts, whereas Pd/Ir ratios exhibit values (<2) similar to CI-chondrite (∼1). The chondrite-normalized PGE patterns are similar to those of igneous rocks, except that Pd is relatively depleted. The water depth of Fe-Mn crust formation appears to have a first-order control on both major element and PGE enrichments. These relationships are defined statistically by significant (r > 0.75) correlations between water depth and Mn/Co, Fe/Co, Ce/Co, Co, and the PGEs. Fractionation of the PGE-Au from seawater during colloidal precipitation of the major-oxide phases is indicated by well-defined linear positive correlations (r > 0.8) of Co and Ce with Ir, Ru, Rh, and Pt; Au/Co with Mn/Co; and by weak or no correlations of Pd with water depth, Co-normalized major-element ratios, and with the other PGE (r < 0.5). The strong enrichment of Pt (up to 1 ppm) relative to the other PGE and its positive correlations with Ce and Co demonstrate a common link for the high concentrations of all three elements, which likely involves an oxidation reaction on the Mn-oxide and Fe-oxyhydroxide surfaces. The documented fractionation of PGE-Au and their positive association with redox sensitive Co and Ce may have applications in reconstructing past-ocean redox conditions and water masses.     

海洋铁锰结壳中碲的富集过程研究进展

碲(Te)元素在工业生产中被广泛应用,但在地壳中含量极低,在海洋铁锰结壳中高度富集。评述了海洋铁锰结壳中Te富集过程的相关研究,结果表明: Te在全球海洋中的分布存在空间差异,其中印度洋东经90°海岭铁锰结壳中的Te含量表现出由南向北逐渐升高的特征; 铁锰结壳中更古老壳层的Te含量更高,结壳中Te的物质通量会随壳层生长速率的变化而改变; Te以多种形式赋存在铁锰结壳中,且来源具有多源性,主要通过物理过程和化学过程进入结壳。研究有助于促进分散元素海底成矿理论的发展。     

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.     

太平洋多金属结核和富钴结壳稀土元素地球化学对比及其地质意义

多金属结核和富钴结壳是大洋两类典型的铁锰产物。为探讨不同海区多金属结核和富钴结壳之间稀土元素特点及其揭示的地质意义,利用近年中国在太平洋获取的样品进行对比,采用ICP-AES对稀土元素测试。结果表明,结壳具有正Ce异常明显、LREE富集、∑REE高的特点,而结核表现为HREE相对富集、∑REE相对较低,因成因类型不同,Ce异常或表现为正异常、负异常或异常不明显。结核形成后受到成岩作用的影响,而结壳则为水成作用形成;结核和结壳中REE的存在形式比较复杂,不同海区各不相同,中太平洋东部产出的结壳和位于东太平洋的结核中REE可能主要赋存于铁矿物相,而西太平洋结壳REE可能主要赋存于锰矿物相;结核和结壳REE可能分别来自海水和海山蚀变玄武岩,热液作用影响有限。     

Fe-Mn crusts from underwater rises of the Kashevarov Trough (Sea of Okhotsk)

Dredging on nonvolcanic underwater rises in the Kashevarov Trough area (Sea of Okhotsk) carried out during Cruise 178 of R/V “Sonne” yielded sedimentary (conglomerates), metamorphic (biotite hornfels, tectonic breccia with inclusions of biotite hornfels), and igneous (granodiorite) rocks as well as Fe-Mn crusts up to 15 cm thick. The study of the structural-textural properties and the thorough analysis of the mineral and chemical compositions of these crusts, including the REE and Y distribution, show that the ore sediments are hydrogenic in nature.