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...     

西太平洋维嘉平顶山沉积特征及富钴结壳资源意义

基于中国大洋36和41航次浅地层剖面数据,结合DSDP钻井及国内外相关研究,对西太平洋维嘉平顶山顶部沉积物的浅地层剖面特征、沉积环境、沉积时代、沉积物厚度分布特征等进行了研究,发现3种主要的地层反射特征,分别代表3个沉积单元;山顶沉积物的厚度分布呈现出3个沉积中心区和4个基岩裸露/沉积物稀薄区的特点;平顶山东部的沉积异常可能与始新世的第二次火山活动有关。根据富钴结壳的生长和发育特点,结合维嘉平顶山的沉积物分布特征,圈定了结壳资源潜力分布区。维嘉平顶山作为中国重要的富钴结壳合同区块,本次研究对其富钴结壳资源进一步的勘探工作具有指导意义。     

维嘉海山沉积过程及其对西太平洋海山演化的意义

海山沉积过程与全球气候变化和古海洋演化有着紧密联系,维嘉海山保留了西太平洋晚中生代以来的完整沉积记录,是探索西太平洋海山构造演化的理想场所.基于浅地层剖面、大洋钻探和最新相关研究成果,通过研究海山的沉积特征、火山活动和沉降速率等,探索西太平洋维嘉海山晚中生代以来的沉积过程.结果显示维嘉海山顶部发育3个沉积单元,并发现了...     

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。     

西太平洋富钴结壳元素组合特征及其地质意义

海山富钴结壳是一种重要的海底固体矿产。对西太平洋海山的56个结壳样品进行了23种化学组分分析,并利用R型聚类分析和R型因子分析,分别提取四组元素组合和四个主因子。综合特征表明．富钴结壳在形成过程中,经历了一次强度较大的锰矿物相成矿作用,Co、Ni等元素的富集与此有关;铁矿物相的成矿作用强度较小,但表现出多期次的特点;锰、铁矿物是不同成矿作用的产物;结壳形成过程中,可能遭受了二次磷酸盐化作用,结壳中磷酸盐矿物的形成对铁矿物相的形成可能有抑制作用。     

西太平洋海山玄武岩的岩石学特征及与上覆富钴结壳的关系

通过对西太平洋海山玄武岩和玄武质火山角砾岩的岩石学特征及其气孔充填物成分变化的研究,讨论了海山玄武岩与上覆富钴结壳的关系。富钴结壳的基岩火山岩主要为碱性玄武岩和玄武质火山角砾岩。碱性玄武岩中气孔充填物为S型和C型,S型和C型气孔充填物不共存在同一个气孔中。S型气孔充填物的物质成分富Si、Fe、K、Mg、Al,Co含量一般为0.17%~0.46%,其成分与碱性玄武岩的组成类似,其物质来源可能与碱性玄武岩有关。C型气孔充填物为O、Ca、C及少量Si、Al、Mg、Fe、K等元素,C型气孔充填物可能与海水中物质的沉积有关。由Si、Al、Fe、Mg、K等元素变化曲线反映出的S型气孔充填物沉积过程与富钴结壳早期的沉积过程具有相似的趋势,说明富钴结壳早期沉积物的物质来源可能与碱性玄武岩有关,富钴结壳物质来源可能是碱性玄武岩和海水共同作用的结果。     

太平洋海山钴结壳资源量估算

为合理地估算出太平洋海山钴结壳资源量, 基于我国西太平洋海山钴结壳拖网采样调查资料以及对太平洋海山钴结壳资源分布规律和钴结壳矿区圈定参数指标的深入研究, 创造性地按海山不同高度、不同洋壳年龄赋予不同结壳厚度, 进而首次计算出太平洋海山干结壳资源量为(507.06~1 014.11)×108 t, 锰为(111.15~222.29)×108 t, 钴为(3.04~6.08)×108 t, 镍为(2.23~4.46)×108 t, 铜为(0.66~1.32)×108 t, 结壳分布面积为2 062 862 km2.通过Co通量与结壳Co沉积量、结壳厚度的相关分析表明, 赋予不同洋壳年龄段的结壳厚度是理论厚度的6.10%~12.20%, 这与Ku et al.得出"结壳生长时间只占其整个生命史4%"的认识非常相近, 说明所赋结壳厚度基本合理, 得出的结壳资源量基本正确.为整个大洋海盆内海山钴结壳资源量的估算提供了新方法.      

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。     

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.     

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。     

维嘉平顶海山富钴铁锰结壳空间分布特征:基于“蛟龙号”载人潜水器近海底观测资料的分析

基于对具有高精度水下定位功能的载人潜水器“蛟龙号”近海底观测视像资料数据的分析研究,本文首次报道了维嘉平顶海山山顶平台凸起区域、顶坡过渡带以及斜坡上部地形单元内的富钴结壳分布特征,对我国富钴结壳资源勘查评价具有重要意义。研究表明:(1)不同地形单元发育的富钴结壳具有明显不同的分布特征;(2)山顶平台凸起区发育有连续分布的富钴结壳,可作为我国富钴结壳资源勘查工作的关注区;(3)顶坡过渡带—斜坡上部区域发育有连续分布的富钴结壳,然而往往被白色波纹状沉积物隔成数段;(4)顶坡过渡带钴结核发育较少,与马尔库斯—威克海山群平顶海山存在明显的不同。     

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.     

Assessment of acoustic backscatter intensity surveying on deep-sea ferromanganese crust: Constraints from Weijia Guyot,western Pacific Ocean

Near-bottom observation data from the manned deep submersible Jiaolong with high-precision underwater positioning data from Weijia Guyot, Magellan Seamounts in the Western Pacific Ocean are reported. Three substrate types were identified: Sediment, ferromanganese crust, and ferromanganese crust with a thin cover of sediment. The ferromanganese crusts show clear zoning and their continuity is usually disturbed by sediments on areas of the mountainside with relatively gentle slope gradients. The identified substrate spatial distributions correspond to acoustic backscatter intensity data, with regions of high intensity always including crust development and regions of low intensity always having sediment. Therefore, acoustic backscatter intensity surveying appears useful in the delineation and evaluation of crust resources, although further more work is needed to develop a practicable methodology.     

Noble Gas Isotopic Compositions of Cobalt-rich Ferromanganese Crusts from the Western Pacific Ocean and Their Geological Implications

1 Introduction Submarine metallic mineral resources consist mainly of polymetallic nodules and cobalt-rich ferromanganese crusts. Despite being discovered much later than the former, the latter are becoming one of the most important submarine polymetallic ore resources, because they containmany valuable metallic elements such as Co, platinum group elements (PGE), rare earth elements (REE), Ni and Cu, besides high contents of Fe and Mn (He et al., 2001). The Co-rich crusts are widely distr…