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。     

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.     

夏威夷群岛东南海域多金属结核的物源特征及其对古海水、亚洲季风信息的记录

为深入探讨夏威夷群岛东南海域结核的物源特征及其所记录的古海水、亚洲季风信息,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、X射线荧光光谱仪(XRF)、电子探针(EPMA)方法,对来源于原地质矿产部和国家海洋局"海洋四号"科考船DY85-1航次采集的研究区的4块多金属结核样品进行了详细的元素地球化学分析测试,并对分析结果进行了Fe-Mn-[(Cu+Ni)×10]、Fe-Mn-[(Cu+Co+Ni)×10]图解与元素间相关性分析。结果表明,结核中的成矿元素直接来源于海水;应用Co含量经验公式、结合Mn/Fe值计算方法对其生长速率进行验证,得到结核的Fe/Mn、Al/(Fe+Mn)值变化曲线与太平洋底栖有孔虫的δ18O曲线、亚洲内陆粉尘通量曲线呈现出相似的变化趋势,表明多金属结核可作为古海水氧化程度及亚洲季风演化研究的新载体。     

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。     

手持式X射线荧光光谱仪测定富钴结壳样品中锰铁钴镍铜锌

便携式X射线荧光光谱仪可以快速进行多元素实时分析,在富钴结壳资源勘查中有广阔的应用前景,但是现有仪器的分辨率和稳定性有待进一步提高,特别是现场原位分析法的应用有待研究。本文针对富钴结壳中目标元素含量相对较高的特点,采用松散粉末法制样,建立了手持式X射线荧光光谱仪快速测定太平洋富钴结壳样品中Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn的分析方法。该方法用多金属结核和富钴结壳国家标准物质进行验证,测定值的相对标准偏差(RSD)在0.2%~3.0%之间,测定值与标准值的相对误差为92.9%~107.6%。样品现场分析和实验室分析的数据对比表明,除了低含量Cu略有超差外,Mn、Fe、Co、Ni、Zn和品位均无超差,完全满足该类矿产资源勘查规程的要求。本法简单、高效,适用于对野外富钴结壳资源作出快速的初步评价。     

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。     

南海西北陆缘多金属结核地球化学特征及成因

对取自南海西北陆缘海域的大型多金属结核进行了电子探针、X射线粉晶衍射(XRD)、等离子质谱仪(ICP-MS) 和等离子光谱仪(ICP-AES) 等方面的分析.结核核心部位的主要矿物组成为石英、伊利石、钠长石和绿泥石, 壳层的主要矿物为δMnO₂等.铁、锰组分呈现Fe含量高、Mn含量低和Mn/Fe低的特征.Si含量高, Cu、Co、Ni含量低; 稀土元素(REE) 含量高, 平均为1472.30×10-6, 轻稀土与重稀土的比值(LREE/HREE) 达19.54, 并且存在较强的Ce正异常.元素含量的变化显示: 从结核内壳层到外壳层, Fe、Mn、Cu、Co等元素含量呈不规律变化, 具有典型的边缘海特征, 该特征反映结核在形成过程中受到边缘海沉积环境波动变化的影响, 陆源物质供应量的增加对Fe、REE、Si等元素的富集起到了促进作用, 而对Mn、Ca等元素的富集则产生明显的稀释作用.多金属结核Mn/Fe比及Mn-Fe- (Cu+Ni) ×10三组分图解显示, 南海北部陆缘多金属结核为水成成因, 该成因与结核所赋存的边缘海环境密切相关, 反映了结核成长发育的过程中, 南海典型的边缘海沉积条件和多变的古海洋环境因素对其产生了重要影响.      

深海多金属结核分布与有价元素提取工艺进展

深海多金属结核主要分布在CP区和CC区等不同海域,表层沉积物均以硅质粘土为主,CP区多金属结核丰度一般大于15 kg/m~2,Cu+Co+Ni品位较低,一般小于1.8%;CC区区内丰度大于5 kg/m~2的占45%,主要集中在本区的中部和南部,其对应的品位高于2.5%,基本呈纬向带状分布。外部结核层、内部结核层与核心层w(Fe_2O_3)、w(MnO)分别为9.4%～12.8%、39.7%～46.5%,不同结核层中钠水锰矿、钡镁锰矿、δ-Mn_2等主要矿物的XRD衍射峰强度呈现一定差异。外部结核层较薄,内部结核层较厚表面布满规则裂纹,核心层至少具有一个形核核心。多金属结核中所含金属元素种类丰富、多矿物紧密混杂,难以提取其中的Mn、Fe、Cu、Co和Ni等有价金属元素。火法冶炼有熔炼法与直接还原法,其产品一般为富锰渣与合金,酸/碱法浸出可得到Mn、Fe、Cu、Co和Ni等的金属,其浸出率基本能达到85%以上,甚至可以达到95%以上。生物法可通过微生物浸出多金属结核的Mn、Fe、Cu、Co和Ni等元素。此外,熔炼-锈蚀法、电解法等处理多金属结核同样效果显著。     

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。     

东太平洋CC区多金属结核物质来源和分布规律

对东太平洋CC区(Clarion-Clipperton Zone)多金属结核丰度、品位、多波束地形测量、深拖光学覆盖率探测、地震勘探等一系列调查资料综合研究表明:①东区和西区结核在其化学成分和形态上有差异,但是聚类分析结果表明不能按区域断然分开;②因子分析得出东、西两区结核4种主因子是Mn组元素Mn、Cu、Ni、Zn,Fe组元素Fe、Co、Ti、Sr,岩源组元素Si、Al、K,生物元素Ca、P;③西区结核成矿物质主要来源于上覆海水中金属元素的化学沉淀,火山成矿作用使结核富集和丰度增加,趋势面和人工神经网络分析表明结核主要分布在海底坡度≤5°地区,该地区的结核量占总结核量的89.62％,坡度>5°地区结核量占10.38％;④东区结核丰度、覆盖率、地形三者变化一致,重大相变距离为10～15km,来自地幔成矿物质通过玄武质洋壳裂隙和断层,为多金属结核的形成和生长提供了丰富的物质来源,地球深部地质作用过程如基底岩浆房活动可能对结核分布产生重要影响;⑤东太平洋CC区多金属结核矿带的形成应归于海底板块扩张活动的一种资源效应和经后期表生地质作用改造的结果。     

Provenance and accumulation rates of opaline silica,Al, Ti,Fe, Mn,Cu, Ni and Co in Pacific pelagic sediments

Accumulation rates and chemical compositions have been obtained for pelagic sediments for 73 locations in the Pacific and for 11 in the Indian Ocean. The data for the Pacific show that many elements accumulate rapidly close to the continents and slowly in the central part of the ocean. This pattern is interrupted by two major zones of relatively high accumulation rates, one along the Equator and one along the East Pacific Rise. Deposition of opaline silica is almost completely restricted to areas of known high biological productivities at the Equator and at very high latitudes. Cu and Ni show stronger tendencies than Fe and Mn to precipitate with opaline silica. The highest accumulation rates of Fe and Mn in the open Pacific occur along the East Pacific Rise, to some extent also Cu and Ni are enriched there due to volcanic processes. Al and Ti show high accumulation rates only close to the continents; these elements appear to be almost completely terrigenous.Provenance studies of minerogen fractions, using the relations between Fe, Ti, Al and Mn, show that significant quantities of basaltic matter (oceanic crust) are incorporated into the sediments only in areas of very low total sedimentation rates in the vicinity of oceanic island groups such as Polynesia and Hawaii, whereas hydrothermal processes act as a major sediment source only on the East Pacific Rise. Sediments in the north as well as in the southernmost part of the Pacific are nearly entirely terrigenous. A balance estimate of the minerogen fraction of the deep-sea sediments from the open Pacific suggests that between 75 and 95% of all sediments in the Pacific are terrigenous and that submarine weathering (and release of basaltic debris in general) and submarine exhalations each account for only a small fraction of the sediments.     

太平洋中部多金属结核中锰矿物的电镜研究

利用电子显微术,研究太平洋中部多金属结核中的锰矿物。主要锰矿物为水羟锰矿和钡镁锰矿,它们显示不同的电子衍射花样特征和形貌特征。钡镁锰矿根据形态特征分为三个相:纤维状、片状和板条状。水羟锰矿和钡镁锰矿都是自生矿物,水羟锰矿主要是通过微生物氧化直接从溶液中沉淀生成。而钡镁锰矿则是在没有微生物参加下由溶液中分离出来的。两种矿物之间有着密切的生长关系。     

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…     

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。     

全球超大型斑岩铜矿浅析

燕山-喜马拉雅期构造运动,引起印度板块与欧亚板块剧烈碰撞、太平洋板块向东俯冲与美洲大陆向西漂移,产生了"加厚旋涌"效应,即下地壳的加厚并深插上地幔软流圈,改变了软流圈运动方式而上涌,伴随强烈的岩浆活动和成矿物质上涌,完成了大规模成矿作用,在特提斯-喜马拉雅地区和太平洋东部边缘产出世界级超大型斑岩铜矿系列.初步提出太平洋东部边缘成矿作用明显超过特提斯-喜马拉雅地区原因.     

全球超大型斑岩铜矿浅析

燕山-喜马拉雅期构造运动，引起印度板块与欧亚板块剧烈碰撞、太平洋板块向东俯冲与美洲大陆向西漂移，产生了"加厚旋涌"效应，即下地壳的加厚并深插上地幔软流圈，改变了软流圈运动方式而上涌，伴随强烈的岩浆活动和成矿物质上涌，完成了大规模成矿作用，在特提斯-喜马拉雅地区和太平洋东部边缘产出世界级超大型斑岩铜矿系列.初步提出太平洋东部边缘成矿作用明显超过特提斯-喜马拉雅地区原因.     

Paleomagnetic study of ferromanganese crusts recovered from the northwest Pacific — Testing the applicability of the magnetostratigraphic method to estimate growth rate

Previous studies have shown that ferromanganese crusts in the Pacific Ocean commonly record paleomagnetic reversals and that the reversal patterns can be used to estimate growth rates. In order to investigate the applicability of the magnetostratigraphic method, we conducted paleomagnetic measurements of crust samples recovered from five locations in the northwest Pacific. A series of thin slices, with thicknesses of 0.5–1.0 mm, was prepared for each sample, and a paleomagnetic polarity was determined for each slice. In all five samples, we found a consistent reversal pattern of N1–R1–N2–R2–N3 from the surface to the inner part of the crust. In three samples, another polarity interval (R3) was recognized below the N3 section of the crust. These data suggest that ferromanganese crusts in the northwest Pacific recorded paleomagnetic reversals and that reversal patterns can be used for ocean-scale correlations. The magnetostratigraphic method suggests constant growth rates of 1.49, 2.54, 3.56 and 3.67 mm/Ma for four samples, three of which are consistent with those estimated using ¹⁰Be/⁹Be dating at the 2σ (standard deviation) level.     

等离子体发射光谱法同时测定大洋富钴结壳中硅锰铁钙镁铝钛

大洋富钴结壳试样经ＨＣｌ＋ＨＮＯ３＋ＨＦ溶解,在０．２ｍｏｌ／ＬＨＦ和０．１３ｍｏｌ／ＬＨ３ＢＯ３介质中,用感耦等离子发射光谱法同时测定Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ元素的含量。方法经国家标准物质ＧＢＷ０７２４９大洋多金属结核验证,其结果与标准值相符,精密度ＲＳＤ〈３．２％（ｎ＝６）;已应用于太平洋富钴结壳中多元素分析。