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中、西太平洋多金属结壳成矿元素的时空富集规律及其古海洋学意义

王洋  
【摘要】:多金属结壳是一种在海底成层生长的水成成因矿产资源,其生长过程记录了构造尺度的古海洋学环境演化史,同时古海洋环境的变迁也控制着其生长条件。本文以区域性适用的Co经验公式结合Os同位素地层学法为基础,参考构造特征、磷酸盐化期次和超微化石年代学等证据,得到了中、西太平洋结壳样品的区域年代框架。综合板块回路模型、板块运移几何法、视极漂移法和热点追踪法的结果,恢复了结壳所在海山的古经纬度,应用板块热沉降曲线模型,恢复了结壳成矿过程中所处的古水深,得到中、西太平洋结壳的运移沉降史。利用年代框架和运移沉降史结果,研究记录在结壳中的主要成矿元素的地球化学时空变化特征,探讨其古海洋学意义,取得了如下几点认识。1)找到了分别适用于研究区各海山区结壳的经验公式,造成经验公式区域性适用的原因与Co元素入海通量的不均一性有关。总结了中、西太平洋多金属结壳普遍具有的生长期和间断期,其中生长期对应地质历史时期的强化学风化、高碳酸盐溶解率和高陆源风尘通量期,而间断期对应太平洋大规模磷酸盐化事件时代。2)发现了记录在结壳中的Os同位素组成演化的4个精细特征。他们可以作为Os同位素地层法定年工作中的时代锚点,从而可以提高该方法定年的精确程度。马尔库斯威克和莱恩海山区结壳的Os同位素组成曲线分别在7Ma以来和33Ma以前相对海水曲线偏高,这与结壳跟随太平洋板块漂移出入赤道信风带和盛行西风带的过程有关。3)结壳在历史上的高碳酸钙溶解率和高陆源风尘通量时期具有较高的生长速率,此时结壳可接受充分的成矿物质。莱恩海山区结壳具有相对较高的生长速率,这是由于该海区样品所处位置偏东从而可以直面太平洋东部洋流并接收美洲大陆的陆源成矿物质以及所处水深较深从而处于最低含氧带之下较好的成矿环境中。4)不同区域的结壳各层位的发育程度不同,其生长时间和厚度取决于其间亚层的数量。研究区西部的海山区以及研究区东部水深较大的样品构造层对应时代相对提前于研究区东北部的样品,说明该海区的结壳率先在经纬度和深度上达到发育对应层位的适宜条件。5)赋存于结壳中的主要成矿元素含量具一定的时代或区域性规律。受控于成矿时代的元素及其影响因素包括:P、Ca受控于磷酸盐化作用,Co等和Ba等分别与海水氧化性和累积吸附效应有关。受控于成矿区域的元素及其影响因素包括:K等和Cu等分别受控于结壳运移过程中接受陆源风尘通量的变化以及所处区域海水的古生产力变化。


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