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太平洋富钴结壳矿物地球化学及古海洋与古环境重建

作　者: 佟景贵
导　师: 叶大年；李胜荣
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 矿物学、岩石学、矿床学
关键词: 富钴结壳矿物学地球化学古海洋古环境
分类号: P744
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

能源、资源和环境问题是当今地球科学的三大前缘领域,特别是古海洋环境问题,由于我国海洋地质调查起步较晚,古海洋的研究远远落后于发达国家,在古海洋研究中,最关键的问题之一是如何确定大洋沉积物的时间坐标,并将大洋沉积物的组合特征于全球变化联系起来。富钴结壳记载了晚白垩纪以来的古环境和构造活动信息,具有高密度压缩信息的优点,利用富钴结壳进行古海洋、古环境及全球变化的研究具有重要意义。文中结合超低Sr本底流程,实现了单颗有孔虫化石87Sr/86Sr比值高精度测定,对今后有孔虫Sr同位素研究与应用具有重要意义。利用所获得的有孔虫化石87Sr/86Sr比值确定了西太平洋富钴结壳碳酸盐基岩中有孔虫化石的年龄为0.91 +0.33/-0.39Ma,解决了海山富钴结壳碳酸盐基岩中有孔虫化石定年的难题。利用有孔虫化石Mg/Ca值的激光剥蚀等离子质谱测定结果,获得0.91Ma±西太平洋麦哲伦海山区海表温度为24.9+1.1/-1.0℃。在矿物学基本特征分析的基础上,对中太平洋WM1和WX海山富钴结壳中的主量元素、微量元素、稀土元素和铂族元素的含量、层间变化及其相关性进行了研究,得出:青藏高原的隆升以及亚洲季风演化可能是造成结壳中的粘土矿物和石英等碎屑矿物从下层到上层增多的重要原因;结壳的氧化性由下层到上层增高,海山的沉降可能是造成结壳生长后期环境氧化性增强的重要原因;磷酸盐化的过程对铁锰结壳吸附Co的能力起到抑制作用;结壳的磷酸盐化过程对Pt和∑REE的富集起到了重要作用。结合Co定年、10Be定年和磷酸盐Sr同位素定年等定年方法,对中太平洋富钴结壳WXD27的年代学进行了研究。上部铁锰结壳与上层白色磷酸盐化层接触部位的年龄为14.9Ma,14.9Ma以来,结壳的生长是连续的,沉积间断发生的可能性非常小。白色磷酸盐化层与其上部的富钴结壳之间存在4Ma的沉积间断;19-22.7Ma BP左右,在该区发生过大规模的磷酸盐化作用,磷酸盐化作用可能造成磷酸盐化时期和之后4Ma的铁锰结壳的沉积间断;结壳的初始生长年龄在75Ma左右;老结壳的生长速度远低于新结壳的生长速度,这可能与老结壳形成于相对还原性更强的环境有关。通过化学方法提取中太平洋富钴结壳中的粉尘,经微量Nd同位素测试得到,富钴结壳WXD27上部粉尘(0-6.9Ma)的εNd落在中国黄土范围内,中部粉尘(14.9-10.8Ma)的εNd较高。结合Al电子探针的线扫描分析及X射线粉晶衍射分析,可得出上部结壳提取物与中国黄土同源,为亚洲季风作用结果;中部结壳提取物中除亚洲季风携带粉尘贡献外还有火山灰的贡献,说明在8.8Ma BP、10Ma BP尤其是11.8Ma BP中太平洋火山活动强烈。结壳中风成粉尘沉积速率分别在8Ma BP、4-2.5Ma BP、2.5Ma BP三个阶段迅速增加,8Ma BP粉尘沉积速率的高值为青藏高原隆升的环境响应;4-2.5Ma BP的高值代表冬季风的加强(这个时期夏季风也加强),同样为青藏高原迅速隆升的响应;2.5Ma BP以来粉尘增加有利于全球变冷,导致并且不断地发展或加强。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-28
  1.1 富钴结壳研究现状  11-25
    1.1.1 铁锰结壳的分类  11-12
    1.1.2 铁锰结壳的分布  12-13
    1.1.3 结壳调查的历史背景  13-15
    1.1.4 结构和物理特征  15-16
    1.1.5 结壳的矿物学  16-17
    1.1.6 结壳的年龄和生长速率  17
    1.1.7 化学成分  17-19
    1.1.8 铁锰结壳的磷酸盐化  19-20
    1.1.9 结壳化学成分在区域上的变化  20-22
    1.1.10 铁锰结壳的形成  22-23
    1.1.11 生物群落和海山洋流  23-25
  1.2 富钴结壳在古海洋学和全球变化中的研究  25
  1.3 富钴结壳研究需要进一步解决的问题  25-26
  1.4 研究意义及方法  26-28
    1.4.1 研究意义  26
    1.4.2 研究方法  26-27
    1.4.3 完成的主要工作量  27-28
2 区域地质背景与环境  28-43
  2.1 中太平洋海山区  28-40
    2.1.1 地质背景  28-29
    2.1.2 海山特征  29-34
      2.1.2.1 WM 海山区的地形特征  30-32
      2.1.2.2 WL 海山区地形特征  32-33
      2.1.2.3 WX 海山区地形特征  33-34
      2.1.2.4 海山形态对比  34
    2.1.3 海山的演化历史  34-37
      2.1.3.1 中太平洋海山漂移的证据及其历史  34-35
      2.1.3.2 中太平洋海山的升降证据及其历史  35-37
    2.1.4 海山上的沉积层序与结壳的关系  37-38
    2.1.5 富钴结壳的基岩  38-40
      2.1.5.1 基岩类型  38-39
      2.1.5.2 基岩的分布特征  39
      2.1.5.3 基岩与结壳的关系  39-40
  2.2 西太平洋海山区  40-43
    2.2.1 地质背景  40
    2.2.2 海山地形地貌  40-41
    2.2.3 海山表层沉积  41-42
      2.2.3.l 海山表层沉积物  41-42
      2.2.3.2 浅地层特征  42
    2.2.4 海山岩石  42-43
3 西太平洋海山富钴结壳M19D-1-26 的扫描电镜研究  43-57
  3.1 样品描述  43-45
  3.2 扫描电镜观察及能谱分析  45-55
    3.2.1 样品M19D-1-26-A 的扫描电镜观察  45-46
    3.2.2 样品M19D-1-26-B 的扫描电镜观察  46-48
    3.2.3 样品 M19D-1-26-C 的扫描电镜观察  48
    3.2.4 样品 M19D-1-26-D 的扫描电镜观察及 X 射线粉晶衍射测试  48-52
    3.2.5 样品 M19D-1-26-F 的扫描电镜观察  52-55
  3.3 讨论  55-57
4 单颗有孔虫化石SR 同位素测定及定年  57-63
  4.1 样品和处理过程描述  58-59
  4.2 化学处理及测试  59
  4.3 结果和讨论  59-63
5 利用富钴结壳碳酸盐基岩有孔虫矿物标型重建古海洋海表温度  63-68
  5.1 样品和处理过程描述  63-64
  5.2 LA-ICP-MS 测试  64-65
  5.3 结果与讨论  65-68
6 中太平洋WM1 和WX 海山富钴结壳元素相关性及其层间变化研究  68-81
  6.1 样品的采集位置及其地质背景  68-69
  6.2 结壳的形态、结构和矿物成分  69-71
  6.3 化学组成的测试及结果  71-72
  6.4 讨论  72-80
  6.5 结论  80-81
7 中太平洋富钴结壳WXD27 的年代学研究  81-89
  7.1 样品描述和准备  81-83
    7.1.1 Co 定年样品准备  82
    7.1.2 ~(10)Be 定年样品准备  82
    7.1.3 磷酸盐样品准备  82-83
  7.2 磷酸盐样品的化学处理及测试  83
  7.3 结果与讨论  83-88
  7.4 结论  88-89
8 富钴结壳风成粉尘对青藏高原隆升及亚洲季风演化的标识  89-97
  8.1 样品及准备  90-91
  8.2 化学提取过程  91
  8.3 测试及结果  91-93
    8.3.1 XRD 测试  91-92
    8.3.2 Nd 同位素测试  92
    8.3.3 电子探针测试  92-93
  8.4 讨论  93-97
9 结论  97-99
致谢  99-100
参考文献  100-110
附：个人简历  110
附：博士研究生期间已发表的论文  110-111

太平洋富钴结壳矿物地球化学及古海洋与古环境重建

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