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太平洋中部多金属结核矿物地球化学研究

刘新波  
【摘要】:本论文以太平洋中部海盆以及东部海盆(CC及CP区)产出的多金属结核为主要研究对象,对其进行了矿物地球化学方面的系统研究。研究中采用了多种先进测试技术,包括红外光谱、电子自旋共振、透射电子显微镜、穆斯堡尔谱、X射线衍射(XRD)技术等。用等离子光谱(ICP-AES)及等离子质谱(ICP-MS)技术测试了结核不同部位的常、微量及稀土元素。 多金属结核中的主要锰矿物为水羟锰矿和钙锰矿。钠水锰矿主要存在于微结核中,在微结核中发现了纤锌锰矿。 建立了用XRD技术半定量估算多金属结核中的主要锰矿物及碎屑矿物百分含量的技术方法,并计算了53个分层取样的结核样品中主要锰矿物以及石英,斜长石和钙十字沸石的百分含量。水羟锰矿的含量变化范围为:29.6~84.6%,平均为59.4%;钙锰矿的含量变化范围为:12.2~52.2%;平均为32.9%;石英的含量变化范围为:1.1~4.9%;平均为2.5%;斜长石的含量变化范围为:0.0~10.7%,平均为2.9%;钙十字沸石的含量变化范围为:0.0~10.9%,平均为2.4%。 用最小二乘法计算了钙锰矿和钠水锰矿的晶胞参数,计算结果表明,钙锰矿属单斜晶系,其晶胞参数的变化范围为:a_o=0.9772~0.9836,bo=0.2835~0.2853,Co=0.9483~0.9578nm,β=93.580~94.775°。多金属结核中钙锰矿的晶胞参数与陆地产出的钙锰矿类似,但总体上具有a_o值稍大,而C_o值偏小的特点。通过比较从同一结核由外向内分层采样而获得的晶胞参数来看,虽然规律性不太明显,但C_o值仍表现为由外向内增大的特点。对钠水锰矿进行了指标化研究。钠水锰矿应属于斜方晶系,但其亚晶胞可能为六方对称。斜方晶系晶胞参数为:a_o=0.8534,b_0=1.5367,c_o=1.4252 nm,V=1.8690 nm~3,六方亚晶胞参数为a_o=0.2844,c_o=0.7122nm,V=0.0499nm~3。 用近似函数法分别计算了钙锰矿和钠水锰矿的晶粒度(L)及晶格畸变量(△)。钙锰矿的L变化范围为:12~320nm,平均81nm。△为0.86~3.12%,平均2.37%。钠水锰矿的L变化范围为:8~68nm,平均24nm。△为0.07~1.62%,平均0.84%。按谢乐方程求出水羟锰矿晶粒度。水羟锰矿的L变化范围为:5~9nm,平均7nm。△值说明锰矿物的晶体结构非常不完善,并有一定的变化范围。水羟锰矿的L值说明其仅达数个晶胞级,主要代表其原子近邻结构特征。 穆斯堡尔谱技术研究结果表明,结核中的铁相应为非晶质的铁胶,在液氮温度下测


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