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

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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。
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