中太平洋CNW海山玄武岩岩石地球化学特征及对富钴结壳生长的影响

发布时间：2019-08-10 07:12

【摘要】：本文利用DY105-11航次采集的玄武岩及富钴结壳样品，在对CNW海山的玄武岩以及上覆的富钴结壳进行显微镜观察基础上，进行了主量元素、ICP-MS、电子探针、X-ray衍射的测试分析，对不同程度蚀变的玄武岩和富钴结壳的元素地球化学特征、辉石等单矿物成分进行研究，并且探讨了玄武岩与富钴结壳两者之间的关系。获得认识如下：根据玄武岩主量元素测试数据分析：玄武岩为碱玄岩，属于碱性系列，该区SiO2变化规模为43.14～43.56wt%之间，平均值为43.38wt%。P2O5的含量在1.9wt%左右，说明磷酸盐化作用在玄武岩中的影响比较小。微量元素与板内洋岛玄武岩（OIB）的微量元素分布特征是相同的，都是大离子亲石元素(LILE)和不相容高场强元素（HFSE）含量较高；稀土分布曲线是右倾型，LREE/HREE比值变化是在8.93~9.04之间；轻稀土LREE比重稀土富集。轻重稀土的分馏程度很强，说明局部地幔源区几乎不发生熔融。根据TiO2-MnO-P2O5图解，CNW海山的玄武岩是洋岛玄武岩。根据“随机R T F岩浆房”理论可判定，CNW海山玄武岩多是发生了随机RTF演化过程的原始碱性玄武岩浆的产物。依据样本微量元素的不相容元素比值的范畴发现，该区玄武岩的岩浆主要涉及富集地幔EM型和高U/Pb比值地幔(HIMU)型。海山或许是EM和HIMU在上升过程中汇合凝聚为小型的地幔柱从而冲出地表形成的。可以推断CNW海山在形成过程中受到热点作用的影响。通过电子探针数据分析表明，玄武岩的造岩矿物中斜长石主要是拉长石，而辉石主要是普通辉石和透辉石；辉石多蚀变为蒙脱石，蚀变过程中Ca、Mn、Cu带出降低，Fe含量带入增高。 CNW海山玄武岩样品中有两种类型的气孔，一种是边缘被Si、Fe、K、Mg、Al等元素充填,内部被碳酸盐充填，称为S+C型，另一种C型是指含大量碳酸盐的气，C型气孔主要是方解石结晶，可能沉积的是海水中的物质。而S+C型气孔充填物成分与玄武岩的重要元素种类相近，且CNW海山玄武岩中的的K、Fe、Mg等部分元素迁出，可以说明玄武岩溶蚀后迁出的元素可能充填进入到了S+C型气孔中。S+C型气孔中的Si、Al、Fe、Mg、K的含量都高于结壳，以及从SiO2与MgO、K2O之间的关系曲线可以得出： S+C型气孔充填物可能给富钴结壳提供了物质来源，即富钴结壳中的元素有一部分是玄武岩供给的。通过对富钴结壳进行X衍射特征的研究，结壳矿物组分包括羟锰矿，石英，钙长石，磷灰石和方解石。羟锰矿的存在指示了富钴结壳形成过程中主要为还原环境。富钴结壳主量元素中： FeO的含量为14.95~18.05%，磷含量较低，说明该区富钴结壳主要为非磷酸盐化壳型。玄武岩的微量元素原始地幔标准化蛛网图分布规律十分相似；稀土元素含量高，∑REE为1299.65×10-6~1677.00×10-6， Eu具较明显的负异常。具有轻稀土元素富集的特点，∑LREE/∑HREE值在6.71-7.45之间变化。REE与Fe和Mn的正相关关系比较明显，这反映出本区是因为羟锰矿和铁的氢氧化物两者之间相互共同作用，从而富集了较高的稀土元素。富钴结壳中锰、铁、钴和镍等重要金属元素的比值Co/Mn=0.033-0.069，Ni/Mn=0.0180-0.036，Mn/Fe=0.596-1.243，都小于海水中相同元素之间的比值，说明了该区结壳中的成矿元素来源有一部分是海水的供给。上述研究表明，玄武岩为洋岛玄武岩，热点的烘烤及海水的海解作用使玄武岩中锰、铁、钴和镍等成矿元素从辉石等矿物中迁出，通过玄武岩中的气孔等通道进入海水，部分铁等成壳物质在气孔壁沉淀，形成高铁质环，造成蚀变玄武岩中铁的局部富集，而其它元素主要进入海水，其中锰形成锰的氢氧化物，为负胶体；铁、钴、镍等氢氧化物为正胶体。辉石、斜长石等蚀变为蒙脱石、高岭土等粘土矿物，带有负电荷。蒙脱石等粘土矿物首先吸附带有正电荷铁、钴、镍等氢氧化物的正胶体，铁、钴、镍等氢氧化物正胶体再吸附带有锰的氢氧化物的负胶体，并不断地生长，形成铁锰含量韵律性变化的结壳。
【图文】：

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造层数不相同，在物质组成和构造上就有差异性。富钴结壳的生长构造有柱状、叠层构造、指纹状构以及树枝状构造等多种构造类型（夏宁，2001），通过生造可以推测结壳的生长方式与生长环境，对研究结壳富集沉积的生长模式起到键作用。砾状结壳被称为没有“根”的结壳，特点是并不依托于下伏玄武岩之上是以岩石碎块或碎块状物体的表面为核心进一步生长成壳体，粒径大于 10 cm。层状构造，多为单层或双层构造。钴结核的形成与砾状结壳一致，结壳大小小 cm，可以称为钴结核。根据粒径大小，进一步划分，把粒径大于等于 6cm 的称型钴结核；粒径在 3~6cm 是中钴结核；小于 3cm 粒径的称为小钴结核。从地理上，结壳主要分布在低纬度地域, 南北纬 5°到 15°之间。在地形分布知海山、海脊与海台顶部或斜坡之上为结壳的密集部位（图 1.1），水深 400～40最低含氧层和碳酸盐补偿深度间）均有不同程度发现，在水深 800～2500m 为主间(Hein,2002；杜灵通，2003)。

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图 2.1 CNW 海山地形三维立体图地质构造特征区域地质构造背景CN 海山处于夏威夷—天皇海山链之西，，和中太平洋海山南断裂带北部地区，地置座落在中太平洋海隆（米德-帕西菲克）的西北部边缘（其大体走向为近 EW 2.2）。调查海山处于库拉板块、法拉荣板块和太平洋板块连接部位的库拉板块该海域的大洋基底形成 1.3 亿年前（M、L、KRASNly，1974；朱成文，1994）约 1.1 亿年前，菲尼克斯太平洋海岭位于现今的新坎顿海沟处，法拉荣太平洋海于现在的莱恩群岛的位置（R.Livermore 等，2001）。此后，菲尼克斯太平洋海概迁移到了马尼希基海台的位置上（图 2.3(a)），其后三联点进一步向南迁移。，与海岭迁移的同时，在菲尼克斯磁条带与夏威夷磁条带相夹部位发生了大规
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P588.145;P744

【参考文献】