麦哲伦海山群富钴结壳元素地球化学特征及赋存状态

为探究大洋富钴结壳的元素地球化学特征和赋存状态,以西太平洋麦哲伦海山群5个富钴结壳样品为研究对象,通过X射线衍射法、等离子体发射光谱法、等离子体质谱法及相态分析手段,分析了富钴结壳的矿物组成、主量元素和稀土元素含量。结果表明,富钴结壳样品主要结晶矿物为水羟锰矿,次要矿物包括石英、斜长石和钾长石,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物。富钴结壳样品中Mn和Fe含量最高,Mn为16.87%~26.55%,Fe为14.34%~18.08%。富钴结壳明显富集稀土元素,其稀土总量为1287~2000μg/g,Ce含量为632~946μg/g,约占稀土总量的50%;轻稀土含量为1037~1604μg/g,重稀土含量为249~395μg/g,轻稀土元素明显高于重稀土元素。稀土元素配分模式呈现Ce正异常而Eu无异常,具有Ce富集特征。麦哲伦海山群富钴结壳是水成沉积成因,基本没有受到海底热液活动和成岩作用的影响。元素赋存状态与其矿物相密切相关,Na、K、Ca、Mg和Sr主要赋存于碳酸盐相,Mn、Ba、Co和Ni主要赋存于锰氧化物相,Fe、Al、P、Ti、Cu、Pb、V、Zn、Zr和REE主要赋存于铁氧化物相,部分Al和K赋存于残渣态。该研究对于西太平洋麦哲伦海山群富钴结壳的成矿理论研究提供了科学依据。

中国东部近海沉积有机碳的分布、埋藏及碳汇效应

海洋是地球上最大的活性碳库.有机碳作为海洋固碳的主要形态,其沉积和埋藏在全球碳循环中扮演着重要的角色.本文利用采自渤海、黄海和东海海域的5796个站的沉积有机碳含量及相关地球化学和沉积学参数,编制了系列图件,总结阐述了中国东部近海沉积有机碳分布和埋藏规律;基于获得的现代沉积物收支数据,系统估算了渤海、黄海和东海有机碳埋藏通量;在此基础上综合评估了中国东部近海沉积碳汇效应强度,基本摸清了渤海、黄海和东海沉积有机碳“家底”.研究结果表明,渤海、黄海和东海沉积有机碳含量介于0.00%~2.12%之间,平均含量为0.47%±0.26%.有机碳含量主要受细粒沉积物组分控制,泥质区有机碳含量平均值比非泥质区高39%.渤海、黄海和东海现代沉积有机碳主要埋藏在七大泥质区,其沉积有机碳埋藏通量合计约为8.20Mt C a^(–1).其中,生源有机碳埋藏通量为6.92Mt C a^(–1),与我国东部九大水系流域硅酸盐风化强度相当.在自然状态下,中国东部近海沉积物中每年固定的有机碳相当于25.37Mt大气CO_(2),具有非常可观的碳汇效应.渤海、黄海和东海陆源有机碳的分布和埋藏主要受大河输入和海区复杂水动力环境的影响,但筑坝等人类活动已显著改变了近海泥质区有机碳的埋藏.

西太平洋麦哲伦海山群Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩的成因及其形成的深部动力学机制

经典的“地幔柱假说”能够很好解释年龄随空间位置线性变化的大洋板内火山链的成因.而位于西太平洋的众多海山群,空间分布广、年龄-位置关系杂乱,很难用经典的“地幔柱假说”来解释,其成因存在争议.本研究选择西太平洋麦哲伦海山群Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩,对其进行40Ar-39Ar年代学、主量和微量元素以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析,来揭示其岩石成因和形成的深部动力学机制. Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩属于碱性玄武岩、碧玄岩/霞石岩和粗面岩, MgO>8wt.%的熔岩具有较高的CaO、FeOT和TiO2含量,是碳酸盐化榴辉岩熔融的熔体与橄榄岩反应的产物.这些熔岩具有较高的Zr/Hf比值(40.6~45.2)和Zr-Hf负异常,指示它们的地幔源区存在碳酸盐组分. Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩富集不相容元素,其Sr-Nd-Pb-Hf同位素显示EM1(1型富集地幔)特征,与Rarotonga和Samoa热点相似.虽然产出于同一个海山, Il’ichev碱性玄武岩与Il’ichev碧玄岩的同位素组成明显不同:前者具有更为亏损的Sr-Nd-Hf同位素特征.结合板块构造恢复结果, Hemler(100.1Ma)、Vlinder造盾前(100.2Ma)和造盾期后((87.5±0.4)Ma)以及Il’ichev((56.4±1.2)Ma)海山熔岩的形成时间明显偏离了南太平洋Macdonald、Arago、Rarotonga和Samoa热点的运移轨迹,因此它们并非来源于深部地幔柱的直接熔融,更可能是浅部过程的产物.麦哲伦海山群所在的大洋板块的一个典型特征是:岩石圈断裂带在该区域广泛分布.我们提出,在中白垩世当麦哲伦海山群所在的太平洋板块经过Rarotonga地幔柱上方时, Rarotonga地幔柱直接熔融形成Vlinder(造盾期)、Pako和Ioah海山.随着地幔对流分散在周围软流圈中的Rarotonga和Samoa地幔柱物质,在岩石圈裂隙处发生减压熔融,形成Hemler和Vlinder造盾前和造盾期后熔岩;Il’ichev海山碱性玄武岩和碧玄岩是岩石圈裂隙诱发的软流圈中不均一富集组分熔融的产物.这种不均一组分最可能是滞留在软流圈中的不同地幔柱的物质,也有可能是残留在软流圈中的再循环的地球表层物质.

海底高原与俯冲带相互作用的地质效应的研究进展

全球俯冲汇聚系统中,俯冲输入组分包括正常大洋板块以及具浮力的海底高原等正地形,二者对俯冲带会产生迥异的地质效应,因此,深入开展海底高原与俯冲带相互作用研究对理解俯冲带地球动力学过程和陆壳侧向增生等地质过程具有重要意义。系统总结了一些目前正处于关键俯冲带处的典型海底高原的地质与地球物理特征,结合俯冲带特征及数值模拟成果,深入探讨海底高原与俯冲带相互作用的地质效应。在俯冲带运动学和几何学方面,位于俯冲前缘的具浮力的海底高原等正地形通常会抵制俯冲,并可能造成俯冲带后撤和俯冲极性反转并形成新的俯冲带,甚至可能会终止俯冲并增生于成熟岛弧/陆壳边缘。然而,近年来的研究显示,部分海底高原的俯冲行为并没有终止,而是俯冲角度变缓呈现平板俯冲的样式,从而造成俯冲带地区上覆板块的构造缩短与增厚以及岩浆活动逐渐向板内迁移。在岩石地球化学方面,具富集地球化学特征的海底高原的俯冲消减不仅影响着壳幔圈层相互作用过程、岛弧—弧后熔岩的地球化学组分以及俯冲带地区热液矿床的形成,而且这些地质体的深俯冲也将对地幔不均一性的形成作出重要贡献。最后,指出未来会在海底高原深部精细结构及演化,岛弧及弧后盆地对“海底高原—海沟”新俯冲构造格局的地质响应,以及控制海底高原发生俯冲/增生的因素及其之间的定量关系等方面有较大的发展潜力。