我国学者探索太平洋富钴结壳中碲元素富集机制

　　近日,中国地质科学院地质研究所游国庆博士研究团队通过对采自太平洋海域不同海山上结壳样品中碲(Te)元素地球化学特征的研究,探索了富钴结壳中控制碲元素富集的古海洋氧化还原环境及其富集机制。最新研究成果发表在新近出版的《矿床地质》上。
　　富钴结壳广泛分布于太平洋水下海山,是一种富含钴、镍、铜、锰、铁、铂、碲及稀土元素等元素的铁锰质岩石。自上世纪80年代开展海上调查和系统研究以来,结壳中主要元素的地球化学特征一直受到世界各国海洋地质学家的密切关注。近年来,受稀缺资源需求的增加及国际市场金属价格变动等因素的影响,对结壳中碲元素地球化学特征及其富集机制的研究逐渐引起海洋地质学家们的高度重视。
　　中国是一个碲资源相对匮乏的国家。以往,在研究太平洋多金属结核和结壳的元素地球化学特征时,主要针对的是铜、钴、镍、锰、铁、铂和稀土元素等成矿元素的丰度、特征和富集机制,而对结壳中富集系数较高的碲元素研究不足。
　　为促进中国结壳资源综合评价水平的提高,为“结壳专属开发区”资源开发和综合利用奠定一定的基础,研究团队在国家科技重大专项大型油气田开发研究项目、中国大洋矿产资源研究和开发协会研究项目的联合资助下,对取自太平洋中国调查区范围内的68个结壳样品进行了分析。样品取自16个不同基底包括玄武岩、火山角砾岩及磷酸盐化灰岩等的海山上、来自于不同水深(1500～3000米)环境。科研人员分析了碲、锰、铁、钴、镍、铜、铝、磷、铈、钡等元素,探讨了富钴结壳中控制碲元素富集的古海洋氧化还原环境及其富集机制。此外,还对调查区内部分结壳和分层结壳的50个样品进行了稀土元素分析。
　　第一,分析表明,调查区绝大多数结壳的w(Te)变化于1.34×10-5～1.158×10-4,平均5×10-5。该特征与中西太平洋地区结壳特征相似,也与中太平洋北赤道带、西太平洋麦哲伦海山区结壳特征几乎一致,显示太平洋区域结壳中w(Te)相差不大,但高出北美大陆边缘结壳及热液锰氧化物样品数十倍之多。
　　若与海水中平均w(Te)(2×10-14～5×10-14)相比,调查区结壳中平均w(Te)相当于海水的109倍;为地壳平均w(Te)(1×10-9或最高10×10-9)的5000～50000倍;远高于中国陆地上一般铜、镍矿石(Te工业品位为2×10-6～6×10-6)及铜、铅、锌矿石(碲工业品位为10×10-6)中的w(Te)。调查区结壳中碲元素的高度富集,反映其在结壳中的重要性,也显示了其巨大的潜在资源前景及未来对结壳资源开采所具有的重要经济意义。
　　第二,结壳中Te与Mn/Fe比值呈正相关,相关系数为0.51,与Fe呈负相关,相关系数为-0.61。结壳中Co与Mn/Fe比值也呈正相关,相关系数为0.71,与Fe亦呈负相关,相关系数为-0.51,显示结壳中碲与钴一样,有类似的地球化学特征,其富集与锰也有密切关系。
　　第三,太平洋古海水氧化还原环境的变化是控制结壳中碲元素含量变化的重要因素,氧化环境有利于碲元素的富集。在结壳生长过程中,随古海水氧化程度的逐渐减弱,其碲元素含量也随之降低,两者基本呈同步变化趋势。研究还发现,古海水氧化还原环境的铈异常与结壳中碲含量基本呈同步变化趋势。
　　第四,结壳中碲元素的富集主要受控于Mn/Fe比值。碲在海水中除被带微弱正电荷的FeOOH 胶体以库伦静电吸附外, 还可能与δ-MnO2表面上以一种表面络合物方式的富集机制有关。由于结壳中Mn/Fe比值与古海洋环境关系密切,碲 进入结壳的形式及其在不同古海洋环境中的富集机制还有待进一步研究和探讨。