论文部分内容阅读
富钴结壳富含锰、钴、铂、铜、镍、稀土元素,对富钴结壳进行研究,具有极高的经济意义。把源于西太平洋海山区麦哲伦海山的一块富钴结壳样品(M38D-14)作为本文研究对象,运用了电子探针、X射线单晶衍射技术、透射电子显微镜、X射线荧光扫描仪、稳定同位素质谱仪等测试手段,对其进行了微观构造、矿物学、地球化学、物质来源、年代学以及成因的研究。富钴结壳M38D-14壳层至新,依次发育斑块状构造、柱状构造和不规则波状纹层构造,其中新壳层有大量的陆源碎屑矿物,判断在其生长过程中,经历了底流活动强度逐渐减弱,沉积碎屑由少变多,氧化环境由强变弱的环境。通过富钻结壳(M38D-14)矿物成分的x射线单晶衍射分析,将其矿物组成可分为三个相：锰矿物相主要是钡镁锰矿和水钠锰矿；无定型铁的氢氧化物相有针铁矿；碎屑组分相有方解石、石英、沸石、利蛇纹石、蒙脱石。根据透射电子显微镜分析,富钴结壳(M38D-14)可见纳米级的纤维状、片状的钡镁锰矿和卷曲叶片状的水钠锰矿。其中,钡镁锰矿的X射线衍射图像为多晶环,化学成分以含Mn、Fe为主,少量的K、Ca、Ti、Co、Si、Al,这是在自然条件下铝硅酸盐矿物经常与锰矿物共生的结果；其一维晶格像中可见(111)、(010)晶格条纹平直且规则分布,说明其结构单元层中的[MnO6]八面体没有发生畸变且理想规则生长,但其(102)晶格条纹弯曲,说明阳离子类质同像替代引起的[Mn06]八面体体积的变化而形成弯曲的单元层。另外,其水钠锰矿可见(200)晶面出现刃型位错,这可能是应力作用引起的。利用电子探针对富钴结壳(M38D-14)的元素地球化学分析,结果表明：样品以Mn、Fe为主,其波状纹层构造的壳层含Si、Al为主,但Mn、Fe含量极低；其微量元素具有K、 P、Ti亏损,Ba、Th、Ce高度富集的特征。通过对其主、微量元素的相关性和聚类分析,其所含元素分为三组,水成组有Mn、Hf、Ba、Mo、S、Ca、Co、Ti、Nb、K、Y、Sr、 Zr、V、Fe,陆源组有Si、Al,生源组有Ni、Cu、P、Zn。根据Co地层学法、Co/(Fe+Mn)和Co/(Ni+Cu)变化曲线与太平洋底栖有孔虫δ18O曲线对比法分析,可知富钴结壳(M38D-14)形成始于晚渐新世(29.29Ma),经历了3个地质事件,即德雷克水道张开(26Ma)、南极大陆东南极冰盖发育(14Ma)和北半球冰盖形成(2Ma)；其成矿时海水的氧化程度显著增大。将富钴结壳(M38D-14)的Al/(Fe+Mn)值作为风尘记录的指标,发现在22Ma±、8Ma、3Ma时,样品生长经历了东北信风增强、亚洲季风增强和东亚冬夏季风加强3个气候事件,季风加强且内陆输送到太平洋的粉尘增多,这与样品中由老到新的沉积碎屑由少变多是一致的。根据Fe-Mn-[(Cu+Ni)×10]、Fe-Mn-[(Cu+Co+Ni)×10]图解和Mn/Fe值,判断富钴结壳(M38D-14)为水成成因。