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《中国海洋大学》 2015年
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西太平洋富钴结壳矿物学地球化学特征及古环境记录

龙晓军  
【摘要】:富钻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且。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钻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。铁相矿物主要为隐品质,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,本区两块富钻结壳由十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口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)非品质铁相态: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1.87 mm/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。
【关键词】:西太平洋海山 富钴结壳 矿物学 地球化学 成因 古环境记录
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P736
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-12
  • 0 前言12-28
  • 0.1 研究背景及意义12-13
  • 0.2 国内外富钴结壳调查研究现状13-23
  • 0.2.1 国内外富钴结壳研究简史13-14
  • 0.2.2 国内外富钴结壳研究现状14-23
  • 0.3 本论文研究工作23-28
  • 0.3.1 课题来源23
  • 0.3.2 研究目的23-24
  • 0.3.3 研究内容24-25
  • 0.3.4 技术路线25
  • 0.3.5 完成工作量25-28
  • 1 西太平洋区域地质概况28-34
  • 1.1 地形地貌28-30
  • (一) 麦哲伦海山区28-29
  • (二) 马尔库斯-威克海山区29-30
  • 1.2 构造特征30-31
  • 1.3 岩浆热液活动31
  • 1.4 水环境特征31-34
  • 2 材料与方法34-39
  • 2.1 样品采集34
  • 2.2 分析方法34-39
  • 2.2.1 矿物相分析35
  • 2.2.2 元素分析35-38
  • 2.2.3 电子探针微区分析38-39
  • 3 富钴结壳结构特征及物相组成39-45
  • 3.1 样品描述39-40
  • 3.2 显微构造特征40-42
  • 3.3 矿物学特征42-45
  • 4 富钻结壳元素地球化学45-88
  • 4.1 主量元素地球化学45-57
  • 4.1.1 主量元素总量组成45-46
  • 4.1.2 主量元素相态分析46-57
  • 4.2 微量元素地球化学57-72
  • 4.2.1 微量元素总量组成57-72
  • 4.3 稀土元素地球化学72-88
  • 4.3.1 稀土元素总量组成72-75
  • 4.3.2 稀土元素相态分析75-88
  • 5 元素地球化学对富钴结壳成因的指示88-96
  • 5.1 地球化学特征对结壳成因类型的指示88-91
  • 5.1.1 富钻结壳的成因类型划分88-89
  • 5.1.2 西太平洋富钻结壳成因类型89-91
  • 5.2 地球化学特征对富钻结壳物源的指示91-96
  • 5.2.1 元素间相关性91-96
  • 6 结壳地球化学的古海洋学应用96-102
  • 6.1 富钻结壳生长速率和年龄99-102
  • 6.1.1 结壳生长年龄99-100
  • 6.1.2 年龄校正100-102
  • 7 元素地球化学记录对古海洋学过程的响应102-106
  • 7.1 结壳对亚洲季风的演变记录102-103
  • 7.2 结壳对冰室期—间冰期的演变记录103-106
  • 8 结论106-108
  • 参考文献108-115
  • 致谢115-116
  • 个人简历116
  • 发表的学术论文116

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