西太平洋铁锰结壳中两类不同成因磷酸盐的元素特征、形成机制及指示意义

摘要

太平洋铁锰结壳在中新世以前大多经历了磷酸盐化,一般认为其形成代表了高生产力时期富磷组分对先期已形成结壳的交代作用,即磷酸盐化事件的产物。然而,前人对铁锰结壳磷酸盐化的机制研究多基于点-线分析元素或同位素,对铁锰结壳生长结构及二维元素分布特征研究较少。本研究以西太平洋水成铁锰结壳MDD53为研究对象,利用电子探针(EPMA)进行高分辨率元素定量分析,并结合微区X射线荧光光谱(μXRF)面扫得到结壳元素二维分布图。电子探针和μXRF结果揭示了该结壳中下部发生了磷酸盐化。μXRF结果显示该结壳存在两种不同类型的磷酸盐富集特征:第一类是结壳顶部中出现零星的Ca、P富集,同时伴随着强烈的后期改造特征,如结壳呈破碎状结构,Fe丢失、Mn相对富集。电子探针数据进一步表明,在成岩改造中,Co、Ni等微量元素发生了相对富集,而Pb则发生了丢失,这一现象反映了这些元素与Fe、Mn不同的亲和力,与大量有机质在结壳海水界面分解导致的成岩扰动特征相符。第二类是结壳底部连续出现的纹层状Ca、P富集特征,且无后期扰动现象,暗示MDD53结壳底部磷酸盐是同沉积/早成岩作用的产物,而不是反映后期磷酸盐化事件成岩改造的影响。这类未报道过的同沉积磷酸盐可能表明结壳形成早期,其水深相对较浅时,海水中大量磷酸盐与铁锰氧化物胶体共沉淀而产生的磷酸盐富集现象,因而为重建晚白垩世-早新生代高时间分辨率古海洋演化提供了可靠载体。