西北太平洋采薇海山富钴结壳矿物学和地球化学特征

富钴结壳是一种富含Mn、Co、Ni和稀土元素(镧系元素加钇,简称REY)等元素的海底矿产资源。本文研究的富钴结壳样品是“科学”号在2018年HOBAB5航次于西北太平洋采薇海山的山顶边缘上通过电视抓斗获得的。利用扫描电镜、X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了富钴结壳的显微构造、矿物学特征和地球化学特征,并探讨了其成因类型和形成机制。富钴结壳的结构从内到外可分为土黄色的疏松层(C8-5)、黑色铁锰致密层(C8-2、C8-3和C8-4)和发育葡萄状球体的粗糙表面(C8-1)。土黄色疏松层孔隙度较高,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石、钠长石、钙十字沸石和钡镁锰矿,Mn的含量较低,Al的含量较高。黑色的铁锰致密层孔隙度较低,呈柱状构造,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石和钠长石,Al含量有所下降,Mn含量升高,说明陆源物质的供应逐渐变少。在富钴结壳的生长后期,其主要显微构造由柱状构造向斑杂构造转变,二者的过渡区域为铁锰氧化物与富Si碎屑物质组成的层状构造。富钴结壳各层位的Mn/Fe比值为1.16~1.85,且各层位Ce呈正异常,Y呈负异常,以上特征表明富钴结壳为水成成因型,其金属元素来源于氧化性海水,未受到热液活动的影响。依据富钴结壳的年代学数据,可知从渐新世末期到上新世中期,富钴结壳的生长过程一直受控于太平洋深层水。Co/(Fe+Mn)和Co/(Ni+Cu)的不断升高表明富钴结壳一直在氧化性较高的海水环境中生长。相较于其他大洋和海区,采薇海山富钴结壳具有高含量的Co、Ni和REY,具有极高的经济价值和开采价值。

西太平洋采薇海山群富钴结壳铂族元素地球化学特征与来源

为探讨富钴结壳铂族元素的来源,以西太平洋采薇海山群富钴结壳样品为研究对象,利用X射线衍射法、等离子体发射光谱法和质谱法,对富钴结壳样品进行了矿物组成、主量元素和铂族元素含量分析。研究表明,富钴结壳的主要结晶矿物为水羟锰矿,次要矿物有石英、斜长石、钾长石和碳氟磷灰石,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物。富钴结壳中Mn和Fe含量最高,且明显富集铂族元素,铂族总量为142~1352ng/g,其中Pt为114~1268ng/g,占铂族总量的80%以上。老壳层的铂族元素含量高于新壳层,老壳层发生了磷酸盐化作用。富钴结壳的铂族元素之间发生了分异作用,Pd组(PPGE)含量高于Ir组(IPGE)。铂族元素配分模式显示Pt正异常和Pd负异常,具有Pt富集而Pd亏损特征,推测富钴结壳的铂族元素来源于洋壳蚀变过程中海山玄武岩和海水之间的水−岩反应。富钴结壳的铂族元素与CaO、P_(2)O_(5)、Ba和Cu正相关,推测铂族元素赋存于磷酸盐矿物相中。富钴结壳生长剖面从上到下,由新到老,铂族元素含量呈逐渐增加趋势,海水氧化性环境和高海洋生产力可增进磷酸盐化作用,从而进一步促进了铂族元素的富集。该研究对于揭示富钴结壳铂族元素的来源具有一定的参考价值。

麦哲伦海山区采薇海山富钴结壳伴生有用元素含量变化及空间分布特征

对采薇海山富钴结壳样品中的伴生有用元素(REE、PGE、W、Mo、Au、Te)的含量变化特征和空间分布特征进行了研究。结果表明:随着水深增加,伴生有用元素REE含量有升高的趋势,Te含量则呈现逐渐降低趋势,PGE、W、Mo和Au与水深、地形之间未能发现明显的相关性;采薇海山伴生有用元素在平面上的分布极不均匀,但多以条带状平行水深等深线分布,也有少数区域表现为斑块状分布,且不同的伴生有用元素的富集区域有所差别。

西太平洋采薇海山群基岩特征

对西太平洋采薇海山群基岩的类型、分布及岩石学特征进行了研究,同时对该海山群玄武岩主量元素和微量元素地球化学特征进行了初步分析。研究结果表明,采薇海山群的基岩类型主要为火山碎屑岩、灰岩、玄武岩和磷块岩;海山群的基岩以火山碎屑岩为主,其次为灰岩和玄武岩,磷块岩相对不发育。镜下鉴定结果显示,火山碎屑岩以玄武质火山角砾岩为主,灰岩主要为泥晶生屑灰岩或亮晶生屑灰岩,磷块岩多由生物碎屑灰岩或火山碎屑岩发生磷酸盐化而形成。采薇海山群玄武岩主量元素特征与夏威夷岛碱性玄武岩类似,属碱性玄武岩;微量元素分析结果显示其具有洋岛和碱性玄武岩特征,反映其形成于碱性洋岛构造环境。

西北太平洋采薇海山表层沉积的岩石磁学特征及其对深海环境过程的指示

采薇海山位于西北太平洋麦哲伦海山区,是由中国发现、命名并负责资源勘探的重点调查区之一.本文利用大洋27航次在采薇海山北坡MABC-05站获得的箱式沉积物样品,开展了详细的岩石磁学研究.结果显示表层沉积物中的磁性矿物以颗粒较细的、矫顽力较低的磁铁矿为主;利用对数正态分布函数可以区分三个具有不同矫顽力值的磁性颗粒组分,并发现磁性颗粒的矫顽力值变化可以有效指示沉积物埋藏后的早期成岩特征.在参考现代物理海洋过程的基础上,我们推测南极底层水团的演化和太阳辐射的变化可能共同影响了采薇海山区海洋底层环境过程.这一结果为探讨南极气候状况对北太平洋的可能影响,评估海洋上层与底层的相互作用等重要科学问题提供了新途径.