南海西北陆缘新型多金属结核高分辨率古海洋记录及其对晚新近纪重大地质事件的响应

多金属结核因其漫长的生长过程而蕴含着高密度的古海洋演化信息。南海北部陆缘由于大量陆源砂、泥的堆积，发育完好的大型多金属结核非常罕见，但其形态结构、物质组成更能反映边缘海古海洋环境变化的历史。本项目以南海西北陆缘新型多金属结核为研究对象，应用沉积学、同位素年代学、矿物学、微体古生物学、元素/同位素地球化学等方法，通过采用具有微米级分辨率和ng/g级检出限的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱与电子探针相结合，测定样品剖面中指标性元素、稀土元素的微区分布和变化特征；以铍同位素法、Re-Os法、生物地层法相结合，高精度测年并计算结核生长速率；利用O、C同位素重建古海水温度；Re-Os同位素、He同位素和Sr同位素示踪物质来源等途径。高分辨率地界定结核的元素组成、生长-间断年龄、物质来源、结构-组分特征，从微观尺度上解析南海西北陆缘沉积环境对青藏高原隆升、冰期、东亚季风等重大地质事件的响应。

本课题以南海北部大型多金属结核为研究对象，开展了矿物学、沉积学、同位素年代学、微体古生物学、元素/同位素地球化学等方面的研究，探讨了结核的元素组成、生长-间断年龄、物质来源以及结构-组分特征，从微观尺度上解析新生代晚期南海西北陆缘沉积环境对青藏高原隆升、冰期、东亚季风等重大地质事件的响应。其初始生长时间为3.29Ma、平均生长速率为7.41mm/Ma，是一种发育在高沉积速率背景下能够快速生长的新类型。结核壳层显微结构呈现柱状、纹层状、叠层状、花瓣状、斑杂状等类型；主要矿物为δMnO2。与大洋结核相比，南海样品 Fe、Si、Al、REE含量高，Mn、Cu、Co、Ni含量低，Mn/Fe低；REE平均含量达1370.4×10－6，存在较强的Ce正异常；铍同位素测年证实3.29Ma前后结核开始发育，该时期正是青藏高原快速隆升，亚洲季风强化、巴拿马海道关闭、全球气温降低，北半球冰期开始发生等重大构造、地质、环境事件集中发生的时段。至1.83Ma前后，形成内致密层，纹层状和叠层状构造发育，陆源属性的Fe、Si、REE、Al等含量较低，反映底流活动和氧化条件较弱的古海洋环境，可能对应高原和大陆冰盖面积增加，陆地风化程度降低，陆源剥蚀物质供应量下降。1.83~0.73Ma，其生长速率提高了约3％，叠层状和柱状构造发育，Si、Al等组分含量升高近10％，指示陆源物质向海输入的增加，但Ce含量下降约16％，代表海底氧化程度明显降低。可能对应青藏高原快速隆升后剥蚀程度的加剧、或者间冰期气温回升后陆源输入的增加。0.73~0.69Ma，结核生长速率急剧升高，达平均生长速率的8.27倍，Fe、Al、REE等含量也迅速上升，形成以鲕状、颗粒状、斑杂状、花瓣状为特征的疏松层，指示赋存区沉积速率升高、陆源物质供应充分，而海底氧化条件加剧的古海洋环境，可能对应一次海洋深层水降温的过程；0.69~0.22Ma，结核生长速率骤然减慢，形成外致密层，壳层中Fe、Si、REE、Al及Mn、Cu、Co、Ni等元素含量均明显降低，壳层以纹层状和裂隙充填构造为特征，反映底流活动平稳、环境氧化强度减弱等不利于结核生长的古海洋环境，指示底流活动的减弱和海水温度的上升。总之，南海北部多金属结核发育过程精细地反映了沉积环境的变化及其对青藏高原的隆升、北半球冰期进程的响应，其中诸多科学问题需要今后更为深入的研究。