九州-帕劳海脊南段铁锰结壳物质组成特征及成因机制

铁锰结壳(又称富钴结壳、多金属结壳)富含Co、Cu、Mn、Ni、Ti、V、REE、Y和Zn等人类日常生活和高新技术产业亟需的关键金属,是一种重要的战略性矿产资源。本文对九州-帕劳海脊南段水深1 900~2 600 m处获得的9个站位铁锰结壳样品进行了矿物学和地球化学研究,分析了铁锰结壳的矿物组成、主微量元素和稀土元素含量,并进一步探讨了铁锰结壳的成因类型。结果表明,研究区铁锰结壳的矿物组成以水羟锰矿为主,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物;Mn、Fe、Co、Ni、Cu平均含量分别为16.15%、15.38%、0.32%、0.33%、0.10%;CaO/P_(2)O_(5)均值为5.93,表明九州-帕劳海脊南段铁锰结壳样品均未发生磷酸盐化作用;铁锰结壳明显富集稀土元素(含Y,REYs),平均含量为1 194μg/g,轻稀土显著富集,稀土元素经后太古代澳大利亚页岩(PAAS)标准化后配分模式整体相对平坦,呈现Ce正异常而Eu无异常,与海水呈现镜像关系,说明铁锰结壳稀土元素主要来源于海水。铁锰结壳的矿物组成和元素判别图均表明九州-帕劳海脊南段铁锰结壳属于水成型,未受明显的成岩作用影响。

渤海海峡跨海通道地区海洋地质调查研究进展

通过高分辨率浅地层剖面、小道距高分辨率多道地震、侧扫声呐、表层地质取样、地质钻探等调查手段,查明渤海海峡跨海通道区海底地形地貌、底质类型及分布、地层结构、活动断裂、地震活动性、地应力等基础地质特征,归纳总结海底浅表层地质灾害、第四纪地层格架与古环境演化、阐述渤海海峡跨海通道区地壳稳定性评价的主要进展成果。渤海海峡活动断裂较为发育,新构造运动活跃,地壳稳定性评价属于不稳定区域,东侧北黄海盆地区域地壳稳定性相对较好,西部渤海盆地区域和海峡区南部区域稳定性较差。渤海海峡最新调查成果为跨海通道工程建设提供基础资料和决策依据,为国家重大涉海工程提供防灾减灾服务,为渤海地区古气候与环境演变提供新的认识。

帕里西维拉海盆西缘中段铁锰结核的地球化学特征和成因类型

深海铁锰结核能有效记录海域内重大地质事件和气候环境信息,且富含多种金属物质极具资源潜力,因而广受关注。通过对帕里西维拉海盆西侧边缘中段海域内新发现的12个站位铁锰结核的地球化学特征研究,发现与全球主要成矿区内的铁锰结核相比,Mn及主要赋存在锰氧化物中的Ni、Cu、Mo的含量较低(分别为8.20%~25.24%、0.11%~0.54%、0.08%~0.31%和0.01%~0.03%),主要由铁的羟基氧化物吸附的Ti,以及还会与钙磷酸盐发生耦合置换反应的REY的含量较高(分别为0.45%~1.88%、0.04%~0.19%),含量中等的Co(0.06%~0.27%)在铁锰相物质和硅酸盐相内核中分散分布。样品REY的标准化配分模式显示出明显一致的Ce正异常和Y负异常。铁锰结核从海水中捕获的Ce^3+容易被氧化成难溶且不具有活性的Ce^4+,Y则在结核内存在形式不稳定,容易发生解吸,致使Ce和Y分别呈现出相对于其他REY逐步富集和亏损的特征。研究区形成时间较晚,铁锰结核生长发育的时间不足,且四周地形较高,缺乏与外界连通的水道,阻碍了诸如来自南极的富氧底层流的大规模进入。区域内结核样品主要为水成型,成岩成因组分的供给太低,降低了主要有用组分的含量。以上诸多因素可能会导致区域内的铁锰结核难以富集成矿。

渤海西部表层沉积物中黏土矿物分布特征及物源指示

利用X射线衍射分析得到渤海西部海域45个站位表层沉积物中4种主要黏土矿物分布及组合特征。结果显示:伊利石(43.1%~74.6%)含量最高,蒙脱石(5.2%~48.4%)次之,较低的高岭石含量(2.7%~9.9%)和绿泥石含量(3.0%~12.0%);组合类型以(Ⅰ)型伊利石-蒙脱石-高岭石-绿泥石组合占绝对优势,其次是(Ⅱ)型伊利石-蒙脱石-绿泥石-高岭石组合。渤海西部表层沉积物中黏土矿物成因以陆源物质为主,其供给来源多是黄河、海河、滦河等沿岸河流入海物质。研究区可划分3个不同物源沉积区:西部的海河-黄河型物源沉积区;北部的滦河物源沉积区;中东部和南部的黄河型物源沉积区。渤海西部表层沉积物黏土矿物分布和组合特征受控于沉积物物源和渤海环流影响。

基于便携式X射线荧光光谱法的深海沉积物现场成分快速检测及适用性评估

远洋粘土、硅藻软泥、铁锰结核及结壳是常见的深海沉积成因物质类型,在开展深海地质调查工作时及时获得这些物质的成分信息,对于提升海上地质调查效率和认知能力十分重要。通过便携式X射线荧光光谱法(p XRF)对菲律宾海深水区域60个样品进行分析,并结合实验室测试结果,评估p XRF能测出的24种元素含量数据的稳定性、准确性及相关性,探讨p XRF在海上地质调查工作中对于深海沉积物现场成分快速检测的适用性。通过综合对比研究发现,Ca、Cu、Fe、K、P、Pb、Sr、Zn、Zr九种元素稳定性、准确性和相关性较好,可以直接用于定性乃至定量研究工作。Al、Ba、Mn、Mo、Ni、Rb、Si、Ti、Th、V十种元素的三项指标参数等级略低,可用于含量高低判定和趋势分析等定性研究工作。Bi、Cs、Mg、Sb、Sc五种元素的测试效果较差,本法不建议使用。取样量充足且分布均匀、湿样烘干至恒量后研磨过筛、封装时充分压实平整、测试时间增长、选择合适的标准物质校正和检验、重点和异常样品增加测试次数等措施的执行有利于获得高精度的p XRF海上测试数据。未来对更多类型和数量深海样品开展p XRF现场分析,将有利于建立更精准的测试方法流程,达到现场快速揭示样品成分特征、确定底质类型及圈定矿化异常等目的,为海上关键决策的部署和实施提供参考和借鉴。

渤海海峡表层沉积物常量元素分布特征及其地质意义

对采自渤海海峡北部海域35个站位表层沉积物进行常量元素分析,结果表明,研究区内表层沉积物常量元素主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、K2O、Na2O和MgO组成,约占沉积物总量的94.85%;其中SiO2、Al2O3和CaO的含量最高,平均含量分别达到70.44%、10.03%和3.96%,表明沉积物主要来源于陆源碎屑和黏土组分,其次是生物碎屑组分。SiO2与Mz呈较强负相关关系,在空间上分布与粗粒沉积物分布区相一致;Al2O3、Fe2O3、MgO、P2O5、TiO2在空间上分布相似,与细粒沉积物分布区相一致;此外,Al2O3、Fe2O3、MgO、Na2O、TiO2 5种常量元素之间呈明显的正相关关系,说明其分布受控因素较为相近。常量元素相关性和R型因子分析表明,研究区内常量元素可划分为3类,第1类包含了SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5、TiO2组成,代表了陆源碎屑沉积;第2类主要由CaO、Na2O组成,代表了海洋生物沉积作用;第3类K2O可能代表了海洋化学作用。

九州-帕劳海脊南段共生多金属结核与富钴结壳地球化学特征及其资源意义

深海多金属结核与富钴结壳富含Mn、Co、Ni、Cu及稀土等元素,极具资源潜力,因而广受关注。选择采集自九州-帕劳海脊南段水深约3000 m的6个多金属结核和2个富钴结壳样品进行地球化学特征研究。结果显示本区样品Mn/Fe比值为0.88~1.07,Co及稀土元素含量高,与库克群岛多金属结核元素特征相似,表现出典型的水成成因特征。与其他地区水成结核、结壳相比,样品具有较高的Ca含量,可能和其所在位置海脊部位水深较浅、位于碳酸盐补偿深度(CCD)以上有关。样品表现出Y负异常、Nd含量高等水成结核的特点,但微弱的Ce正异常特征与其他地区水成多金属结核/壳的强烈Ce正异常特征不同,这表明其生长于弱氧化环境。本区结核分布在CCD以上,最小溶氧层(OMZ)以下,是一种水成成因、贫氧生长的新型多金属结核,其物质来源、成矿模式将为揭示多金属结核的形成分布规律提供一条全新的认识途径。同时研究区结核、结壳Co及稀土元素含量较高,且分布位置较浅,易于开采,具有一定的资源潜力。

菲律宾海板块俯冲与岛弧演化的钻探靶区研究

菲律宾海板块因其位于欧亚板块、太平洋板块和印-澳板块交汇处的特殊位置,蕴含丰富的前沿地球科学问题,是构造地质学、沉积学、古海洋学以及全球变化研究的热点地区,已经开展了25个航次、98个站位、218口深海钻探井工作。系统梳理了已有的DSDP-ODP-IODP大洋科学钻探航次目标与初步结果,认为绝大部分钻探航次以“弧前增生楔结构和孕震机理”及“岛弧岩浆作用和大陆边缘陆壳增生机制”为主要科学目标,且集中在以日本南海海槽、伊豆-小笠原-马里亚纳岛弧区域为主的活动大陆边缘,少量钻孔分布在板块内部的海底高原和海脊地区,深海盆区仅有零星钻孔分布。而上述地区同样是制约西太平洋构造沉积演化研究的关键区域,诸如花东海盆的年代属性、俯冲带和岛弧形成过程、菲律宾海板块演化以及风尘沉积等关键科学问题需要在此寻找答案。基于已有研究与实测资料,在九州-帕劳海脊三联点区建设性地提出了5个大洋科学钻探站位,并进行了初步钻探预测,旨在阐述俯冲启动机制和岛弧早期演化、厘定三联点岩浆作用和古环境重建等3个科学目标。菲律宾海钻探井位建议与实施,不仅对解决菲律宾海构造演化与沉积效应的关键科学问题有重要科学意义,而且对支撑未来我国自有大洋钻探船深海科学钻探需求具有现实意义。

孟加拉深海扇大洋钻探研究:科学问题与钻探前景

孟加拉深海扇是连接高原与深海“源-汇”过程的转换带,不仅是板块漂移与碰撞过程的重要产物,而且其巨厚的沉积层是研究构造隆升与沉积演化等相关核心科学问题的天然“档案室”。前人基于钻探样品及地球物理资料,获取了孟加拉扇早渐新世以来沉积演化过程、90°E海岭性质与演化、南亚季风形成与变化等科学问题的重要认识。但埋藏于海底的大型线性基底性质的争议和扇体对隆升过程全时序沉积揭示的不足,直接制约了南亚季风形成时限、板块碰撞过程的构造特征和扇体物源时空转换等关键科学问题的揭示。因此,在存在构造隆升过程完整沉积记录并同时兼顾特殊构造地区开展大洋钻探,有利于上述科学问题的揭示。依据在扇体下游合理位置新近获取的高质量多道地震数据,查明了孟加拉深海扇下游地区的基底起伏、完整沉积层结构和构造发育特征,并在此基础上针对孟加拉深海扇全时序地层层序揭露不完整、玄武岩洋壳年龄和特殊构造性质等钻探科学目标,选取了该地区未来3个科学钻探井位,并分别对其开展了井位标定与岩性预测,钻探实施不仅对解决以青藏高原为核心的地球系统科学前沿具有重要科学意义,而且对服务我国自有大洋钻探船钻探井位储备具有现实意义。