大洋铁锰矿床中Mg同位素分馏研究

多金属结核和铁锰结壳是重要的深海铁锰矿床，又是古海洋信息的重要载体。Mg同位素是新兴的非传统同位素，由于其独特的地球化学性质，可能会在一系列地质作用过程中发挥其优势，成为良好的示踪剂。本课题拟以采自大洋中的多金属结核和铁锰结壳为研究对象，开展其Mg同位素地球化学研究，查明不同洋区、不同成因类型及不同生长纹层中Mg同位素的分馏情况，摸清深海铁锰矿床中Mg同位素的分馏机理，探索Mg同位素组成在大洋铁锰矿床形成过程中的潜在古海洋意义。本课题的开展，对于了解Mg同位素在海洋环境中的分布、地球化学行为和循环，揭示Mg同位素分馏机理，深化对海底铁锰矿床形成过程的认识，发展Mg同位素地球化学，增强我国深海基础地质科学领域的研究实力和学术水平，具有重要意义。

大洋铁锰矿床是重要的深海矿产资源，又是古海洋信息的重要载体。Mg同位素是新兴的非传统同位素，由于其独特的地球化学性质，可能会在一系列地质作用过程中发挥其优势，成为良好的示踪剂。本课题对大洋铁锰矿床开展了Mg同位素地球化学研究工作，查明了不同洋区、不同类型及不同生长纹层中Mg同位素的分馏情况，探讨深海铁锰矿床中Mg同位素的分馏机理，探索Mg同位素组成在大洋铁锰矿床形成过程中的潜在古海洋意义。本课题的开展，对于了解Mg同位素在海洋环境中的地球化学行为和循环具有重要意义。实验分别选用1M醋酸铵和数滴10%双氧水、不同浓度的醋酸、0.04M盐酸羟胺的25%醋酸溶液、不同浓度盐酸，对样品进行多步逐级化学淋洗实验，获得样品中离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物/氢氧化物结合态、 剩余铁氢氧化物及磷酸盐混合态、部分铝硅酸盐结合态等相态的Mg，然后进行三阶段色谱柱中Mg同位素分离和纯化，Mg同位素分析测试在MC-ICP-MS上完成。应用年龄模型对铁锰结壳进行了年龄制约，生长起始时间为74Ma。铁锰结壳表层样品不同相态具有不同的δ26Mg比值，离子交换态的δ26Mg为-1.55‰，碳酸盐结合态δ26Mg为-1.12‰，铁锰氧化物态的δ26Mg为1.01‰，剩余铁氢氧化物和磷酸盐混合态的δ26Mg为-0.04‰，部分铝硅酸盐结合态的δ26Mg为-1.11‰。其中铁锰氧化物态的δ26Mg偏重，与现代海水的δ26Mg值具有明显分馏。铁锰结壳中不同相态Mg同位素分馏明显受矿物控制。铁锰结壳中铁锰氧化物态富集重的Mg同位素主要是由于δ-MnO2从海水中吸附重Mg，取代Mn形成较强的Mg-O化学键造成的。铁锰结壳中铁锰氧化物相的δ26Mg值在MP2D06剖面中变化范围在-0.61～1.45‰之间，尽管交换扩散作用和磷酸盐化作用不同程度的影响了铁锰结壳的Mg同位素组成，然而结壳上部较致密层和上部致密层能够较好的保存结壳生长时的Mg同位素组成。铁锰结壳Mg同位素演化主要受控于海水Mg同位素的演化，铁锰结壳与海水之间同位素分馏系数的变化所造成的影响相对较小。