西太平洋富钴结壳矿物学地球化学特征及古环境记录
富钴结壳富集多种战略金属元素，且生长速率缓慢、受外界干扰少，从而成为一种新兴的海底矿产资源而备受瞩目。本文利用XRD矿物衍射、ICP-MS(AES)、电子探针等现代分析测试手段对采自西太平洋麦哲伦及马尔库斯-威克海山区的两块富钴结壳进行了系统的矿物学、地球化学组成分析，测试了结壳的矿物物相组成、主微量元素和REE的组成、元素在各相态的分布及结壳元素微区演变特征，在此基础上分析了结壳的成因类型、物质来源及形成机制，建立了结壳的生长年代框架，并侧重探讨了其所记录的古海洋古环境信息。 麦哲伦海山区结壳呈板状结构，大致分为三层，其显微构造由表及里依次为柱状构造、不规则树枝状及斑杂构造，说明在结壳的不同生长时期其周围水动力作用变化较大。而马尔库斯-威克海山区结壳呈结核状，镜下显微构造观察主要为不规则树枝状。 矿物学分析结果显示，本区结壳中锰相矿物主要为水羟锰矿，此外含有部分钡镁锰矿及钠水锰矿，但后两者主要存在于结壳老壳层中，说明结壳在生长过程中经历了氧化环境的变化。铁相矿物主要为隐晶质，部分为微弱的结晶质矿物针铁矿。此外，本区结壳还包含有石英、方解石等碎屑矿物或生源矿物。 元素地球化学测试结果表明，本区两块结壳的Mn、Fe、Co、Cu、Ni的元素平均值与中、西北太平洋结壳元素平均值相当，分别是20.08％和19.01％、16.28％和16.52、0.68％和0.64％、0.15％和0.09％、0.34％和0.39％，Mn/Fe比值均偏低，变化在0.87～1.68之间，平均值分别为1.27和1.15，为典型的水成成因。在对微量元素的富集方面，本区两块富钴结壳由于受锰相矿物的控制表现出高Pb、Mo的特征。结壳样品中稀土元素明显富集，ΣREE平均值分别为2182.89×10-6和1367.29×10-6; LREE/HREE平均值分别为10.14和7.67，配分模式为右倾型，稳定富集轻稀土，同时具有不同程度的Ce，Gd，Ho正异常和Y的负异常，显示氧化环境，未受明显磷酸盐化作用的影响。 元素分相态提取结果表明，锰相矿物对微量元素的吸附作用整体较铁相矿物强;富钴结壳中稀土元素具有多相组成的特点，但约有90％赋存在铁锰相中，是导致结壳样品中δCe、δGd和δHo正异常以及δY负异常的主因。根据分相态提取结果，可划分出如下5个元素组合: (1)阳离子交换和碳酸盐态:Ca、Mg、Sr、Rb、; (2)锰相态:Mn、Ni、Ba、Co、Cu、Zn、Sr、Ti、REE、Be、Ga、Cd、U; (3)非晶质铁相态:Fe、Mo、Al、Pb、Bi、Th、Rb、Be、U; (4)结晶质铁相态:Fe、Al、Hf、W、 (5)硅酸盐残渣态:Al、Mg、Rb、Cs; 本区富钴结壳为典型水成成因，结壳中的元素组成依次受控于锰相矿物、铁相矿物的成矿吸附作用以及生源碎屑、陆源碎屑等物质的混入等作用。 结壳MKD30和CM2D08的平均生长速率分别为2.55 mm/Ma和1.87mm/Ma，初始生长年龄分别为19.26Ma和7.29Ma。其中，前者在8.05-11.3Ma期间可能存在约3Ma的生长间断。 结壳MKD30的Al/(Fe+Mn)、Co/(Ni+Cu)和Fe/Mn微区记录能分别较好地反映亚洲季风气候演变、海水氧化性演变和冰室期-变暖期的古气候演变及其相互之间的联系。
富钴结壳;矿物学;地球化学;古环境
中国海洋大学
硕士
海洋地球化学
赵广涛
2015
中文
P618.62
115
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）