西沙群岛中新世藻礁白云岩植物格架、储层特征和成礁模式

传统生物礁成因理论质疑钙藻形成坚固生物礁抗浪结构的能力,将钙藻归类于附礁生物群落。文章利用微焦X射线扫描成像技术(X-CT),研究“西科1井”、“西永2井”中新世红藻珊瑚藻科南海奇石藻(新种)格架岩和绿藻仙掌藻节片岩岩芯。通过三维层析成像直观透视图像,发现钙藻生物营造的藻礁抗浪结构,包括典型红藻柱状格架结构、障积结构和绿藻仙掌藻节片结构,证实钙藻植物是主要的造礁造岩生物。通过三维孔隙重构,获得总孔隙体积、面孔率、孔隙度的物性参数,验证了藻礁是南海沉积盆地中新世重要的油气储集层。提出了藻礁成因模式:造礁钙藻适应海面升降逐步演替–取代,经过钙化–埋藏化石化–白云石化,沉积生成藻礁云岩,造成中新世西沙礁纵向序列的增长。

高温高压实验揭示俯冲带蛇纹岩熔融行为与高镁岩浆成因

近年来一些研究在岛弧岩浆中发现了蛇纹岩组分,这表明俯冲至弧下的蛇纹岩不仅为地幔楔提供流体,而且可以通过部分熔融参与岛弧岩浆形成。然而,蛇纹岩在地幔楔中的熔融行为及其在俯冲带物质循环中的作用仍未进行深入研究。因此,本研究选择3种蛇纹岩样品:蚀变原岩分别为二辉橄榄岩(SE2)和方辉橄榄岩(SE3)的天然蛇纹岩,以及模拟含有大量滑石的合成蛇纹岩样品(SEQ),在700~1300℃和4 GPa的温度压力条件下进行了模拟实验,限定了蛇纹岩的熔融温度,分析了实验产生的熔体成分。研究发现,不同类型蛇纹岩的固相线存在显著差异,SE3、SEQ和SE2蛇纹岩的固相线分别为900~960℃、960~1100℃以及1150~1200℃。这3种蛇纹岩的固相线均高于俯冲板片上表面的温度,要求蛇纹岩通过底辟作用进入地幔楔以发生部分熔融。根据实验结果,本研究认为SE2和SEQ蛇纹岩可以在地幔楔底部相对较低的温度条件下(960~1100℃)即发生熔融,产生科马提质岩浆;而在上覆地幔楔更高温度条件下(>1200℃),SE2蛇纹岩可以发生更广泛、更高程度的部分熔融,产生玻安质岩浆。

基于高斯混合模型的太平洋深海盆地多金属结核成因分类

多金属结核类型成因分类是海底矿产资源关注的重要地质问题,诸多学者一直探索利用多金属结核地球化学特征进行多金属结核成因判别。近年来,随着大数据分析方法的应用,为探索利用机器学习技术进行多金属结核地球化学特征进行成因分类提供了很好的思路和方法。本文基于多年调查研究获取的太平洋多金属结核地球化学数据,利用高斯混合模型聚类分析技术,实现了太平洋深海盆地多金属结核成因分类,并对水成型结核进行了进一步判别分析,共划分出成岩型、混合型、水成Ⅰ型和水成Ⅱ型四类成因多金属结核,为太平洋深海找矿突破和资源评价提供重要依据。同时,不同成因类型结核空间预测结果显示,西北太平洋海域是水成Ⅰ型富钴多金属结核的主要分布区域之一,主要分布在马尔库斯—威克海山群、麦哲伦海山群北部、马绍尔海山群和中太平洋海山群西南部的山间盆地,以及附近的皮嘉费他海盆和中太平洋海盆西北部,是未来西太平洋富钴多金属结核资源找矿突破需要关注的关键海域。

九州-帕劳海脊13°20′N海山铁锰结壳生长过程中Si、Al、Ca的含量变化及对碎屑物质供给的指示

作为深海铁锰结壳的重要组成部分,碎屑物质类型多样,不仅影响关键金属富集成矿,而且还可以指示结壳形成过程中的古海洋环境和重大地质历史事件。本文对九州-帕劳海脊13°20′N海山铁锰结壳样品进行了扫描电镜和激光剥蚀微区分析,并结合前期研究工作,发现大颗粒的碎屑物质主要由亚洲大陆风尘来源的石英、长石或两者的聚集体,以及主要分布在结壳外层的有孔虫壳体所组成,而细颗粒的碎屑物质包括陆源风尘沉降和周边岛弧物质风化搬运共同带入的黏土矿物,以及各种形态的生物体及其残片。结壳形成的早期其碎屑物质的供给量处于高峰阶段,晚期则降低到谷底,该趋势与Si、Al在结壳各层位中的含量分布特征一致,且可能有相当数量的细颗粒生物硅进入了铁锰氧化物纹层。结壳内早期被动增生的钙质生物体在中后期会遭受破碎和溶解,但其中的Ca并没有完全从结壳内迁移出去,而是大量被铁锰氧化物所吸附。结壳中的Ca主要赋存在细颗粒碎屑物质中,使得Ca在各层位全样样品和铁锰氧化物微区纹层中的含量极为相近,这与Si、Al的特征完全不同。研究区结壳样品属于典型开阔大洋海山型结壳,但因为受亚洲大陆风尘物质和硅藻供给的影响,其内部关键金属的富集在一定程度上受到了制约。

东南太平洋秘鲁海盆DEA区浅层埋藏型铁锰结核的矿物学和地球化学特征及成因类型

本文通过对秘鲁海盆DEA区浅层埋藏型铁锰结核开展地球化学和矿物学研究,探讨了埋藏型大洋锰结核的有用组分的富集、清扫机制及成因类型。该区铁锰结核致密层和疏松层互层具有明显的多孔树状微结构,结核主要由10锰矿相、7锰矿相(水钠锰矿)和δ-MnO_(2)(水羟锰矿)等锰相矿物组成,成分上具有高Mn、低Fe和中等Ni+Cu、Mo(分别为44.79%、0.55%、0.46%、0.05%)的亚氧化成岩型特征和低的Co、Ti、Zn和REY元素(REY_(SN)均小于1)含量。铁锰结核中低含量的Mo和大部分的Ni与Mn氧化物清扫有关,其中Mo与Mn相关系数R=0.65,高Mn/Fe(>300)中Ni含量同样很高(0.34%),其他元素如Cu、Ti和REY均与Fe的羟基氧化物及铝硅酸盐相关性较高(R>0.8)。铁锰结核Fe、Ni+Cu、Mo、REY元素含量和Mn/Fe比值在分层上呈现规律性变化,致密层的Ce_(SN)负异常和疏松层的Ce_(SN)正异常进一步表明,铁锰结核的生长过程经历亚氧化-氧化成岩作用的环境条件变化,该变化致使疏松层部分组分的微弱增加和Ce富集机制的改变,而亚氧化条件下Mn氧化物的解吸附作用导致致密层中Mo含量的减少而出现与水成成因相关元素和Ce含量的协同变化。因此,研究区铁锰结核的岩石学和成分特征与表层沉积环境的特殊氧化条件具有较好的耦合关系。

马努斯海盆东部裂谷岩浆演化过程——火山岩中斜长石斑晶的启示

岩浆岩中斜长石矿物的结构、成分特征记录了岩浆演化过程的重要信息。本文对马努斯海盆东部裂谷(East Rift,ER)火山岩中的斜长石斑晶进行了详细的矿物学研究,结果表明:在玄武质安山岩中,斜长石斑晶具正环带结构,核-幔部属高An值(斜长石中钙长石分子百分数)斜长石(An值大于80,最大为87),而边缘的An值骤降(最小为63);而在英安岩中,大多数斜长石斑晶的成分从核部到边部变化较小,An值逐渐缓慢降低,呈现正环带结构,少量为韵律环带。结合火山岩斑晶矿物形成的温压条件计算结果,ER地区岩浆演化过程为:地幔源区发生部分熔融产生玄武质岩浆(温度~1300℃);在岩浆活动早期,由于岩浆供应充足,岩浆上升过程中速度较快,仅发生很小程度的分离结晶,形成少量斑晶矿物,并以较高的速度、温度(~1100℃)直接喷出海底后形成玄武岩-玄武质安山岩;至岩浆活动晚期,岩浆供应量减少,岩浆在岩浆房(3~10km)停留较长时间,岩浆温度已经明显下降(960~1020℃),发生强烈的分离结晶作用,岩浆喷出海底形成酸性火山岩;而在整个岩浆演化过程中,未有明显的岩浆混合作用发生。

Mineralogical and Geochemical Constraints on the Mantle Source Characteristics of Basaltic Lavas from the Central Mariana Trough

The composition of mantle-derived basalts reflects the nature of their mantle source regions,which constrain magma generation and composition.Here we present a new whole rock major and trace elements and phenocryst composition of the basaltic lava in the central Mariana Trough.These data provide insights into the mantle source characteristics affected by subduction components.The rocks range from basalts to basaltic andesites,which have high subduction-mobile element contents(e.g.,K,U,Th,LREE)related to N-MORB.The calculated temperature and depth of magma generation are about 1300℃and 30 km,respectively.Although the results above suggest that the addition of hydrous fluid and/or a melt derived from a slab decreases the temperature of mantle partial melting and mildly modifies the composition of a mantle source,the mantle source lithology from which primary magma is generated remains to be peridotite.

中印度洋Edmond热液区黄铁矿中银的赋存状态和富集机制研究:来自矿物学的证据

随着对海底热液多金属硫化物矿床的研究越来越深入,贵金属金(Au)和银(Ag)的赋存形式和沉淀机制被科学家广泛关注。相比于Au,前人对大洋中脊热液区中Ag的产出状态和富集机制研究相对较少。中印度洋Edmond热液区Ag平均含量为47×10^(-6),明显高于洋中脊环境产出的多金属硫化物中的平均Ag含量(2.78×10^(-6))。通过光学显微镜和扫描电镜对Edmond热液区硫化物样品进行了详细的观察,确定了该热液区矿物组合、分期以及自然银的赋存形式,并初步探讨了自然银的沉淀机制。Edmond热液区硫化物主要为闪锌矿,其次是黄铁矿、黄铜矿和白铁矿,此外还观察到针钠铁矾、重晶石、硬石膏以及自然银等矿物。根据矿物结构和共生组合,Edmond热液区硫化物成矿过程大致可以分为3个阶段:阶段Ⅰ的主要矿物组合为一期黄铁矿(Py1)、重晶石、硬石膏等;阶段Ⅱ主要矿物为白铁矿;阶段Ⅲ则有二期黄铁矿(Py2)、黄铜矿、粗粒闪锌矿、等轴古巴矿等矿物结晶。自然银主要以细小颗粒的形式存在于Py1的边缘或者内部包体之中。Ag在Edmond热液区的主要迁移形式为AgCl_(2)^(-),高温热液与海水混合作用导致的温度和Cl^(-)浓度降低以及pH值的升高是导致自然银沉淀的主要影响因素。

西太平洋海山盆地沉积物黏土矿物特征及其指示意义

深海沉积物中的黏土矿物组合特征能反映物源区古气候与古环境的变化。前人已有较多关于马里亚纳海沟以西太平洋沉积物黏土矿物组合特征方面的研究,但对马里亚纳海沟以东黏土矿物组合特征的研究较少,从而限制了对亚洲大陆风尘输入与太平洋深海沉积环境之间关系的深入认识。本文以2019年大洋54航次在西太平洋马尔库斯-威克海山区采集到的31个表层样和1个柱状样为研究对象,结合收集到的西太平洋海域及附近地区的数据,开展了黏土矿物组成与分布特征、物质来源等研究。结果表明,研究区表层沉积物中的黏土矿物类型以伊利石为主,含量平均值为69%;绿泥石和高岭石次之,含量平均值分别为16%与11%;蒙脱石最少,含量平均值为3%。柱状样黏土矿物组合与表层沉积物基本一致,但在250 cm深度以下,蒙脱石含量明显增高,伊利石含量相对减少。物源分析表明,亚洲风尘是研究区伊利石的主要物源,高岭石和绿泥石的主要物源可能也是亚洲风尘,东亚冬季风是这些风尘物质的主要搬运营力。沉积物中的蒙脱石则主要由海底火山物质风化形成。P04柱上部伊利石含量增加而蒙脱石含量降低的变化响应了中更新世以来亚洲风尘输入量增加的过程。

东沙海域浅层沉积物硫化物分布特征及其与天然气水合物的关系

对南海东沙海域浅层沉积物中硫化物的含量进行了分析,结果表明,沉积物中硫化物的含量与沉积物顶空气甲烷含量有密切的关系,在存在顶空气甲烷高异常的沉积物岩心中,沉积物中硫化物含量明显高于无甲烷异常的沉积物岩心,且随层位深度的增加,其含量明显增大,存在显著的变化梯度带。碎屑矿物鉴定结果表明,沉积物中硫化物主要以黄铁矿的形式存在。浅层沉积物中高含量的硫化物与天然气水合物分解形成的甲烷流有直接的关系,反映了下部沉积物中可能存在天然气水合物。

南海ODP1148站深海相渐新统硅质成岩作用

南海 ODP114 8站分析结果显示 ,井深 4 75～ 6 0 0 m的硅质化石主要表现为蛋白石 - CT。随着深度增加 ,硅质化石破壳率增大 ,蛋白石 - CT的 X射线衍射峰强度减弱 ,自生石英的衍射峰则相应增强 ,反应了蛋白石 - CT向石英的转变。井深 6 2 0 m附近 ,硅质化石完全溶解 ,蛋白石 - CT衍射峰消失 ,蛋白石 - CT全部转变为石英。样品取心率从 4 70 m处的近 10 0 %降到 4 85 m处的 8% ,可能是硅质成岩作用 ,尤其是蛋白石 - A向蛋白石 - CT的转变影响所致。而取心率的降低 ,则是此井未能观察到蛋白石 - A /蛋白石 -

南海北部神狐海区的自生碳酸盐岩烟囱——海底富烃流体活动的记录

大陆边缘海的流体喷流活动或水合物分解都会导致自生碳酸盐岩的形成。南海北部神狐海区出现的自生碳酸盐岩主要为烟囱状,以铁白云石、文石、方解石碳酸盐矿物为主;稳定同位素研究显示,烟囱的δ13CPDB值在-40.18‰^-38.69‰、δ18OPDB值在3.75‰~4.31‰之间变化,显示了导源于甲烷厌氧氧化作用的特征,是海底富含甲烷的流体活动的最终产物。持续或间断的流体喷流活动,使神狐海区碳酸盐岩烟囱发生单阶段或多阶段沉淀。

南海西沙海槽的碳酸盐结壳及其对甲烷冷泉活动的指示意义

冷泉碳酸盐岩是指示南海北部可能发育天然气水合物的重要证据之一。对在西沙海槽采集到的冷泉碳酸盐结壳颗粒进行了形貌、稳定同位素等的研究,讨论和揭示了冷泉碳酸盐结壳的形成机理及其与甲烷冷泉活动的关系。结果表明,碳酸盐结壳具有多孔结构,冷泉矿物为文石和重晶石,文石呈针状,含量为39.5%—46.6%,重晶石呈矮柱状,含量为15.6%—21.2%,它们均是从流体中沉淀出来的。重晶石的δ34S值为23.47‰—26.32‰,表明硫同位素发生正漂移,属于与冷泉流体有关的成岩成因重晶石。文石的碳同位素轻度亏损,δ13C值为-13.30‰—-29.59‰,主要来源于热解成因气,但结合了少量正常海水的溶解碳,δ18O值为2.32‰—3.74‰,指示碳酸盐结壳形成时的温度为3.5—9.7℃。研究表明,碳酸盐结壳形成于流体活动缓慢的环境,是深部富含Ba2+的甲烷冷泉流体向上排放和喷溢,在近海底遇到向下渗漏的富含SO42-海水,发生缺氧甲烷氧化反应沉淀出文石,流体中剩余的重34S的SO42-与Ba2+形成重晶石,因此,碳酸盐结壳是西沙海槽存在甲烷冷泉活动的证据。研究结果为进一步开展该海域潜在天然气水合物的调查和研究提供了新证据。

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。

“海底黑烟囱”与生命起源述评

海底黑烟囱及相关生物群体的发现是近 2 0年来全球海洋科学取得的最重要的科学成就之一。在海底黑烟囱周围高温、高压、黑暗、缺氧、含硫等极端环境中 ,生活着特殊的深海生物群落 ,它们的初级生产者嗜热细菌和古细菌 ,在基因组序列上最接近地球上原始的祖先 ,生活环境也与生命起源时地球上的高温、缺氧环境非常类似。地球历史早期热液系统曾经在地球表面广泛分布 ,因而嗜热微生物有着广泛的生存空间。通过对生命起源必须具备的物质条件、环境条件、能量条件、安全条件等方面考虑 。

海洋沉积环境和物源的元素地球化学记录释读

在海洋沉积环境和物源示踪研究中,元素地球化学方法起着非常重要的作用。保存在沉积物(岩)中的环境和物源信息,可以用多种元素地球化学方法进行释读,如研究元素的组成、相对含量和元素分布,元素间的比值关系,元素的组合、多元图解和配分模式以及研究元素与同位素关系等。充分研究元素在表生环境下的地球化学行为,其多种指标可作为古环境的替代性指标,在示踪古气候、沉积物来源、沉积环境和古海洋学事件等领域显示出有效的指示作用。冲绳海槽沉积物元素地球化学研究表明,冲绳海槽元素地球化学分区与沉积环境和物质来源是紧密对应的,由化学组分判识的物源在该区有陆源、生物源、火山热液源和自生源,第四纪以来冲绳海槽的沉积环境曾发生过很大的变化,是火山活动的高发区。

东菲律宾海表层沉积物常量元素组成及地质意义

为系统了解东菲律宾海表层黏土沉积物的常量元素组成特征与地质意义,对其在53个样品中的含量及在3个典型样品中的赋存状态进行了综合性分析。结果表明:沉积物中的主要常量元素组分包括SiO2、Al2O3和Fe2O3,它们绝大部分赋存于碎屑成因的残渣态中;沉积物中金属元素锰含量相对附近边缘海为高,且主要赋存于水成成因的铁锰氧化物态中。所研究海区表现出接近于大洋属性的深海沉积环境特点,其物质来源主要为附近火山碎屑物质及火山热液活动,而陆源黏土矿物及生物作用的影响较小。

大连湾近海表层沉积物矿物组合分布特征及其物源环境

对大连湾、大窑湾外近海表层沉积物进行了黏土矿物X射线衍射分析以及轻矿物的分离和鉴定,根据其组合分布特征,探讨了该区沉积物中黏土矿物和轻矿物的来源,并对沉积环境及其主控因素进行了初步分析。结果表明:研究区黏土矿物主要由伊利石(59%)、蒙皂石(20%)、绿泥石(16%)和高岭石(5%)组成,研究区西部伊利石较高,而东部绿泥石较高,蒙皂石有向湾内富集的趋势。轻矿物由斜长石(45%)、石英(34%)、钾长石(10%)、绿泥石(8%)、白云母(2%)和方解石(0.4%)组成,呈东西向条带状分布,与沉积物粒度分布特征较为一致。矿物分布受潮流、地形影响明显,研究区北部近岸水下岸坡区,水动力条件较强,沉积物粒度较粗,矿物组合以长石、石英富集为特征;向南水深增加,东部为一水下台地,矿物组合以白云母、绿泥石含量高为特征;研究区南部水深增加,又出现一水下岸坡,其下地形趋于平坦,因受出入渤海的潮流和进入渤海的黄海暖流的影响,水动力条件最强,沉积物粒度较粗,长石含量最高,轻矿物含量高。研究区潮流、地形对矿物组成、组合和含量具有控制作用。北部水下岸坡及以内近岸浅水区沉积物粒度较粗,轻矿物含量低,石英、长石含量高,物质主要来自沿岸侵蚀及周边河流注入。其外侧的水下台地上沉积物粒度较细,白云母、绿泥石含量高,主要为通过东部海域自西向东进入研究区的远源物质;离岸较远的深水岸坡之下,沉积物粒度最粗,轻矿物含量高,石英、长石含量富集,可能在潮流作用下接纳了较多的近岸和邻近区域的物质。

世界海底多金属结核调查与研究进展

随着全球经济的发展,世界各国都面临着严峻的资源危机,而开发利用深海固体矿产资源已成为许多国家的重要选择。人们越来越意识到,海洋已经成为实现新世纪人类社会经济可持续发展的重要空间。随着中国大洋调查的进展,有必要系统梳理世界国际海域深海多金属结核资源调查历程、研究现状及进展。深海多金属结核资源作为可能是海底分布最广、储量最大的金属资源,历来得到国际和国内学者的广泛关注。近几十年的调查和估算表明,全球海洋中大约覆盖了54×106km2的多金属结核,有商业开采潜力的资源量达75×109t。但是很多海域涉及到具体区域性的资源调查工作还有待开展,同时在新的理论认识如热液成因和生物化学作用在多金属结核形成过程中的影响以及如何使金属提取过程更加绿色环保和科学高效等学科已经逐渐成为各国学者关注的新方向。中国应该合理有效开展具有针对性的多金属结核调查,争取使中国在深海海域矿产资源的调查和开发工作中走在国际前列。

东海DGKS9617岩心重矿物及自生黄铁矿记录

对东海DGKS9617岩心重矿物进行了详细研究.结果表明闪石类、帘石类、片状矿物、自生黄铁矿和金属矿物为优势重矿物.根据重矿物的稳定性,将该岩心的重矿物划分为4种组合类型,并在极稳定矿物组合、自生黄铁矿和榍石含量的时间序列分析基础上,将岩心自下而上划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4个重矿物韵律层,各韵律层的优势矿物和特征矿物存在着明显的差异.根据矿物韵律曲线的变化与孢粉组合及竺可桢温度曲线的对比可推断出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ层的底部年龄分别为6 000、5 000、2 800和1 300 aBP左右,各韵律层平均沉积速率分别为0.1、0.11、0.27和0.08 cm/a.自生黄铁矿含量变化指示出在2 900～1 800 aBP和1 300～850 aBP存在两个快速沉积期,其平均沉积速率分别约为0.14和0.13 cm/a,反映了当时河流物质输入量增大,为温暖湿润的气候期.