大洋铁锰矿物成矿后期的元素迁移规律及其控制因素研究

申请人在对大洋铁锰矿物结构、成份与成因特征的研究工作中发现：其主要元素除Fe、Mn外的Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Ti等元素存在着层状分布的情况，但这种"层"并没有按照偏光显微镜下观察到的构造生长层进行分布，而是跨越了2-3个构造生长层，甚至是呈发散状分布。由此可推断：大洋铁锰矿物的组成元素在其成矿后期仍存在相当明显的迁移作用。本项目拟对大洋铁锰矿物成矿后，其主要元素（Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Ti以及Be、U、Th、 Sr、Os等同位素）的迁移规律进行研究，运用分形理论定量描述其控制因素，为研究古海洋环境演化找到新的突破口；运用数学统计的方法，重新评价元素的化学迁移和交换作用对同位素测年的干扰程度，并提出一个较为合理的修正方案。

本项目通过对大洋铁锰矿物（结核与结壳）微观结构中各常量元素的分布特征及其相关性分析，找到了大洋铁锰矿物在成矿期后仍存在元素迁移现象的相关证据。提出了在运用大洋铁锰矿物壳层各元素组成变化特征解释古海洋环境变化的工作中，首先对各元素指示古海洋环境变化的“表述能力”进行评价的观点。以中太平洋砾状结壳为例，运用分形理论和混沌动力学的方法，对影响结壳壳层各元素富集的控制因素数量进行了定量计算，将“控制因素种类等于5”作为选取表征古海洋变化指标的界限，把结壳中富集控制因素种类小于等于5的元素（Fe、Si、Al、Co、Ba、Cu、Nb、Mo及Pb元素），划分为优先选取表征古海洋变化的指标元素；以Fe同位素组成特征为研究目标，对砾状结壳18个层位样品分别进行了精确的Fe同位素测试分析，根据结壳各层位形成年龄的计算结果绘制出中太平洋砾状结壳35Ma以来δ57Fe的变化曲线，并与同时期全球δ18O的变化曲线（Zachos J.，2001）进行对比可知：两条曲线变化趋势非常相似，且δ57Fe曲线的7个变化拐点与35Ma以来的7个著名的全球古气候事件一一对应；结合现有研究成果，对影响结壳Fe同位素分馏的控制因素进行分析后，认为海水温度是影响结壳中Fe同位素分馏的主控因素，提出了结壳中Fe同位素的组成特征可以作为反映古海洋环境中古水温变化新指标的观点。