2018, Vol. 42
文章信息
- 荣坤波, 曾志刚, 武力, 李康. 2018.
- RONG Kun-bo, ZENG Zhi-gang, WU Li, LI Kang. 2018.
- 东太平洋海隆13°N表层含金属沉积物物质组成与元素赋存状态
- Composition and element occurrence states of recent metalliferous sediments from the East Pacific Rise at 13°N
- 海洋科学, 42(7): 70-79
- Marina Sciences, 42(7): 70-79.
- http://dx.doi.org/10.11759/hykx20170925002
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文章历史
- 收稿日期：2017-09-25
- 修回日期：2018-01-20
2. 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室, 山东 青岛 266071;
3. 中国科学院大学, 北京 100039;
4. 同济大学, 海洋地质国家重点实验室, 上海 200000
2. Laboratory for Marine Mineral Resources, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
4. State Key Laboratory of Marine Geology, Tongji University, Shanghai 200000, China
含金属沉积物是未固结的深海沉积物, 受海底热液活动影响而形成, 分布于海底热液活动活跃的地区, 含金属沉积物中富集Fe, Mn, Cu, Zn, Pb和As等元素, 而亏损Al和Ti等元素[1]。海底含金属沉积物是热液活动在海底形成的地球化学分散晕[1]。含金属沉积物具有重要的研究价值, 其与海底多金属硫化物矿床的形成有关, 可用来寻找和发现海底硫化物矿床[2]。通常将含金属沉积物分为两类, (1)近喷口含金属沉积物, 堆积在热液喷口或者多金属硫化物矿床周围, 是黑烟囱或热液丘状体崩塌和侵蚀, 以及热液浮力羽状流中铁锰氧化物和硫化物快速沉淀堆积形成的; (2)远端含金属沉积物, 分布在热液活动区周围, 是非浮力羽状流中颗粒物在海底沉降而形成的[2-4]。前人对两种含金属沉积物的矿物组成和化学组成研究较多, 但是对其元素赋存状态的对比研究很少。
本研究通过对东太平洋海隆13°N洋中脊两侧的表层含金属沉积物进行矿物组成, 常量和微量元素分析, 以及顺序提取实验, 进一步分析含金属沉积物中的物质组成和来源, 以及元素在不同相中的分布特征, 并与前人在洋中脊轴部地区的热液沉积物研究结果对比, 以此探究相同热液区远端含金属沉积物和近喷口含金属沉积物在矿物组成, 地球化学组成和元素赋存状态的异同。
1 地质背景东太平洋海隆(East Pacific Rise, EPR)13°N位于Orozco断裂带(15°N)与Clipperton断裂带(10°N)之间(图 1), 属快速扩张中心, 全扩张速度为100~ 110 mm/a[5-6]。洋中脊轴部区域大约1 500 m宽[7], 具有轴向地堑结构, 地堑宽度200~600 m, 深度20~50 m[8-9], 地堑水深2 500~2 700 m[7]。EPR13°N扩张中心海底热液活动和火山活动强烈[8, 10]。金属硫化物堆积体主要分布在轴部地堑, 地堑断层, 离轴区的边缘高地和海山[9, 11]。含金属沉积物分布在EPR9°~14°N洋中脊东西两侧~200×103 km2的范围内[1]。
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| 图 1 研究区构造及取样位置 Fig. 1 The tectonic map of study area and the bathymetric chart of sample locations near the East Pacific Rise at 13°N |
2003年9—11月, 中国大洋协会DY105-14航次东太平洋海隆热液硫化物调查航段, 在E271站位(12°39′52″N, 104°08′12″W)和E53站位(12°46′18″N, 103°36′14″W)采用箱式取样法取得沉积物样品, E271站位水深3 085 m, 位于洋中脊轴部以西25 km处, E53站位水深3 119 m, 位于洋中脊轴部以东33 km处。分别在E271和E53箱式样中取得插管样, 样长均为46 cm, 上部0~9 cm为红褐色层, 往下逐渐过渡到灰绿色层, 为对比研究洋中脊轴部和侧翼沉积物受热液活动的影响, 取全部层位沉积物进行以下测试分析。
在60℃条件下, 将E271和E53表层沉积物烘干, 研磨至200目以下, 在中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室使用D8 Advance衍射仪进行X射线衍射分析(XRD)测定矿物组分。仪器参数如下:电压和电流: 40 kV和40 mA; 扫描范围: 5°~65°; 扫描步长: 0.02;扫描速度: 0.8 s/步。
使用HNO3–HF溶液和HClO4溶液逐次消解E271和E53沉积物样品[12], 其中常量元素(Al, Ti, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P)含量的测试在青岛海洋地质研究所使用ICP-AES完成, 相对标准偏差 < 3%;微量元素含量的测试在中国科学院海洋研究所使用ICP-MS完成, 相对标准偏差 < 5%。测试过程中采用GBW07315, GBW07316, BCR-2和BHVO-2 (国际标样)作为标准样品。
E271和E53沉积物顺序提取实验方法修改自Bayon等[13]和Yu等[14], 采用李康等[15]的方法, 分别用体积分数为10%醋酸溶液, 1 mol/L盐酸羟胺和25%醋酸混合液体, 5%双氧水, 提取碳酸盐相, 铁锰氧化物相, 有机结合相和残留相。这三相溶液加入HClO4蒸干, 然后转移到HNO3介质, 稀释至40 g待测。残留相消解步骤同沉积物全样。各相常量元素和微量元素测定方法同沉积物全样。
3 结果 3.1 矿物组成E271和E53站位沉积物粒度较细, 显红褐色。通过X射线衍射分析, 两站位沉积物矿物组成基本相同, 主要含有方解石, 黏土矿物, 石英, 长石, 以及少量的重晶石(图 2)。沉积物中还含有大量非晶质Fe-Mn氧化物。方解石来自钙质生物碎屑。本文还与取自洋中脊边缘高地(Marginal High)上热液硫化物丘的东部斜坡17A-EPR-TVG1沉积物的测试结果进行了对比。该沉积物显棕红色, 矿物组成与前两者明显不同, 主要由结晶良好的黄铁矿, 黏土和非晶质Fe-Mn氧化物组成, 不含方解石[15]。
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| 图 2 东太平洋海隆13°N地区E271和E53沉积物样品X射线衍射图 Fig. 2 The XRD patterns of E271 and E53 sediment samples from the EPR at 13°N |
E271和E53站位沉积物地球化学组成见表 1。E271和E53沉积物中Ca的含量主要受钙质生物碎屑控制, 假如Ca都存在于碳酸盐中, 那么沉积物中CaCO3质量分数分别为~25%和~20%, 而17A-EPR- TVG1沉积物不含CaCO3[15]。E271和E53站位沉积物中均含有高含量的Fe, 质量分数分别为11.79%和17.38%, 高于这一地区正常深海沉积物去碳酸盐组分中Fe含量(质量分数为5.06%)[1], 但是明显低于17A-EPR- TVG1热液沉积物的(质量分数为32.54%)[15]。E271和E53沉积物中Mn的质量分数分别为2.49%和1.25%, Cu, Pb, Zn的质量比分别为229.00和244.00 μg/g, 43.40和54.30 μg/g, 230.00和318.00 μg/g, 均高于这一区域正常深海沉积物去碳酸盐组分中的含量(分别为0.41%, 136.00, 34.00, 159.00 μg/g)[1], 而Al和Ti的含量则与此相反。E271和E53中稀土元素(REE)页岩标准化配分模式图(图 3)表现出明显的Ce负异常和重稀土元素(HREE)相对于轻稀土元素(LREE)富集的特征。E271和E53中沉积物中REE质量比分别为155.60和165.60 μg/g, 远高于17A-EPR-TVG1沉积物的(18.70 μg/g)[15]。
| 元素 | 元素含量 | 相对百分含量 | |||||||||||
| E271 | E53 | 17A-EPR-TVG1* | E271 | E53 | |||||||||
| 全岩 | 全岩 | 全岩 | F1 | F2 | F3 | F4 | F1 | F2 | F3 | F4 | |||
| Al | 4.25 | 6.01 | 1.69 | 6.1 | 15.7 | 7.8 | 70.0 | 5.5 | 12.9 | 7.3 | 74.4 | ||
| Ti | 0.22 | 0.27 | 0.26 | n.d. | n.d. | 2.4 | 95.0 | 0.2 | 3.9 | 1.0 | 94.9 | ||
| Fe | 11.79 | 17.38 | 32.54 | 3.7 | 69.2 | 5.9 | 21.0 | 3.3 | 66.5 | 3.0 | 27.3 | ||
| Mn | 2.49 | 1.25 | 0.01 | 5.7 | 88.3 | 4.7 | 1.0 | 14.4 | 82.3 | 1.6 | 1.8 | ||
| Mg | 1.44 | 2.40 | - | 57.4 | 13.9 | 5.0 | 24.0 | 62.4 | 14.4 | 4.5 | 18.7 | ||
| Ca | 10.25 | 8.10 | 0.27 | 81.9 | 10.6 | 1.8 | 6.0 | 91.2 | 6.8 | 0.6 | 1.5 | ||
| Na | 4.33 | 4.08 | - | 88.5 | 6.6 | 0.4 | 4.0 | 95.6 | 2.2 | 0.2 | 2.1 | ||
| K | 1.27 | 1.31 | - | 36.1 | 18.7 | 2.5 | 43.0 | 60.7 | 11.6 | 1.1 | 26.5 | ||
| P | 0.31 | 0.55 | - | 8.5 | 54.0 | 17.8 | 20.0 | 15.5 | 48.3 | 8.8 | 27.4 | ||
| Li | 25.20 | 28.60 | - | 13.6 | 12.0 | 6.3 | 68.1 | 19.4 | 7.8 | 14.9 | 57.9 | ||
| V | 225.00 | 278.00 | 191.00 | n.d. | 80.1 | 9.4 | 10.5 | 5.8 | 72.9 | 8.8 | 12.5 | ||
| Cr | 94.80 | 77.20 | - | 20.3 | 57.8 | 8.4 | 13.5 | 11.5 | 48.5 | 14.0 | 26.0 | ||
| Co | 26.20 | 29.40 | - | 2.5 | 86.3 | 5.2 | 6.0 | 8.4 | 66.5 | 10.6 | 14.5 | ||
| Ni | 131.00 | 206.00 | - | 19.3 | 68.9 | 5.4 | 6.4 | 26.9 | 52.1 | 10.4 | 10.6 | ||
| Cu | 229.00 | 244.00 | 8137.00 | 13.8 | 61.7 | 16.1 | 8.5 | 21.4 | 48.2 | 19.6 | 10.8 | ||
| Pb | 43.40 | 54.30 | - | n.d. | 83.4 | 7.3 | 9.3 | 7.6 | 80.2 | 4.7 | 7.5 | ||
| Zn | 230.00 | 318.00 | 2332.00 | 17.6 | 62.8 | 6.8 | 12.7 | 26.0 | 53.5 | 8.5 | 11.9 | ||
| Ga | 9.28 | 9.62 | - | 2.2 | 61.1 | 4.7 | 32.0 | 3.6 | 22.5 | 2.7 | 71.2 | ||
| Rb | 33.70 | 38.30 | - | 2.3 | 14.8 | 2.1 | 80.8 | 7.3 | 13.0 | 7.1 | 72.6 | ||
| Sr | 632.00 | 460.00 | 161.00 | 60.5 | 27.8 | 3.8 | 7.9 | 81.1 | 10.4 | 2.7 | 5.8 | ||
| Y | 60.20 | 65.60 | 5.82 | 25.2 | 61.7 | 9.6 | 3.5 | 31.9 | 55.1 | 8.5 | 4.6 | ||
| Zr | 88.50 | 103.00 | - | 0.3 | 19.4 | 2.8 | 77.5 | 1.4 | 27.2 | 0.8 | 70.6 | ||
| Nb | 4.24 | 8.40 | - | n.d. | 20.2 | 16.6 | 63.2 | 0.9 | 12.9 | 1.8 | 84.4 | ||
| Mo | 1.90 | 4.08 | 107.60 | 0.5 | 77.3 | 14.0 | 8.2 | 0.6 | 86.0 | 3.4 | 10.0 | ||
| Cd | 0.90 | 0.83 | - | 48.4 | 46.6 | 3.0 | 2.0 | 67.6 | 29.8 | 1.8 | 0.8 | ||
| Cs | 2.31 | 2.39 | - | n.d. | 2.8 | 0.6 | 96.6 | 0.4 | 3.3 | 1.9 | 94.4 | ||
| Ba | 3036.00 | 2596.00 | 81.00 | 1.2 | 17.3 | 12.2 | 69.3 | 1.6 | 23.6 | 5.6 | 69.3 | ||
| La | 38.60 | 41.00 | 2.94 | 15.5 | 68.8 | 8.6 | 7.1 | 25.8 | 60.9 | 5.9 | 7.4 | ||
| Ce | 28.80 | 29.10 | 5.17 | 5.1 | 65.7 | 11.5 | 17.7 | 21.1 | 53.4 | 7.9 | 17.6 | ||
| Pr | 8.41 | 8.75 | 0.90 | 15.2 | 66.1 | 11.3 | 7.4 | 25.9 | 57.1 | 8.5 | 8.5 | ||
| Nd | 36.20 | 38.30 | 4.18 | 17.8 | 64.6 | 11.1 | 6.5 | 27.8 | 56.3 | 8.5 | 7.4 | ||
| Sm | 7.82 | 9.26 | 1.01 | 20.3 | 60.7 | 12.7 | 6.3 | 26.3 | 54.8 | 11.5 | 7.3 | ||
| Eu | 2.09 | 2.44 | 0.52 | 22.3 | 58.8 | 12.9 | 6.0 | 29.2 | 53.2 | 10.3 | 7.2 | ||
| Gd | 8.79 | 9.13 | 0.95 | 22.0 | 60.9 | 11.5 | 5.6 | 30.2 | 53.3 | 9.8 | 6.7 | ||
| Tb | 1.46 | 1.61 | 0.17 | 22.2 | 58.6 | 13.8 | 5.3 | 28.7 | 53.6 | 11.8 | 5.9 | ||
| Dy | 8.58 | 9.41 | 0.99 | 22.1 | 58.9 | 13.9 | 5.2 | 28.4 | 53.5 | 12.2 | 5.8 | ||
| Ho | 2.03 | 2.25 | 0.23 | 22.8 | 59.1 | 13.2 | 4.9 | 29.0 | 53.5 | 11.7 | 5.8 | ||
| Er | 5.56 | 6.21 | 0.67 | 21.8 | 59.6 | 13.5 | 5.1 | 27.9 | 54.2 | 12.2 | 5.7 | ||
| Tm | 0.91 | 1.00 | 0.11 | 20.1 | 59.8 | 14.7 | 5.4 | 27.1 | 53.0 | 13.4 | 6.5 | ||
| Yb | 5.54 | 6.14 | 0.71 | 20.1 | 58.6 | 15.5 | 5.8 | 27.1 | 51.6 | 14.6 | 6.7 | ||
| Lu | 0.86 | 0.97 | 0.11 | 21.5 | 57.6 | 15.2 | 5.7 | 28.7 | 49.9 | 14.4 | 7.0 | ||
| Hf | 1.55 | 1.75 | - | 3.6 | 16.1 | 2.7 | 77.6 | 2.3 | 11.6 | 1.3 | 84.9 | ||
| Ta | 0.28 | 1.44 | - | 4.6 | 18.0 | 2.9 | 74.4 | 3.3 | 6.4 | 1.4 | 88.9 | ||
| Th | 3.34 | 3.40 | - | 1.9 | 3.5 | 7.9 | 86.7 | 4.4 | 2.8 | 5.3 | 87.5 | ||
| U | 5.70 | 2.73 | 22.50 | 48.0 | 19.3 | 9.9 | 22.9 | 56.5 | 16.5 | 17.6 | 9.3 | ||
| 注: Al, Ti, Fe, Mn, Ca, Na, K, P质量分数, 单位为%, 其余元素质量比, 单位为μg/g。F1:碳酸盐相; F2: Fe-Mn氧化物相; F3:有机结合相; F4:残留相。元素在F1、F2、F3、F4中的相对百分含量%。*表示数据引自李康等[15]。n.d.代表低于检测限, -代表无数据。 | |||||||||||||
顺序提取实验是为了通过研究元素在不同相中所占比例, 分析元素赋存状态。盐酸羟胺溶液可以还原非晶质和结晶的Fe-Mn氧羟化物, 但是不能溶解结晶良好的Fe氧化物, 而E271和E53沉积物XRD分析结果表明其中不含有结晶的Fe-Mn氧化物。稀醋酸溶液和盐酸羟胺还原性溶液同样不会破坏硫化物, 因此残留相中硫化物, 硫酸盐, 铝硅酸盐是主要含金属矿物相。从表 1中可见, 各元素在E271和E53沉积物中赋存状态基本相同。Mg, Ca, Na, Sr主要存在于碳酸盐相中, 这主要与沉积物中的方解石和石盐有关, Mg和Ca以碳酸盐的形式保存, 而Sr的离子半径与Ca相似, 易于类质同象替换Ca, 而呈分散状态进入富Ca的矿物中。Fe-Mn氧化物对多种元素具有很强的吸附能力, 如V, Cr, Co, Ni, Cu, Pb, Zn, Ga, Y, Mo和REE主要存在于此相中, 与此相反, 有机结合相则对金属元素的吸附能力极弱。残留相中主要富集Al, Ti, Li, Rb, Cs, Ba, Zr, Nb, Hf, Ta, Th等, 重晶石(BaSO4)是含金属沉积物中Ba的主要载体[1], 而其余元素则应该与硅酸盐和铝硅酸盐有关。
4 讨论 4.1 物质组成和来源图 4对比显示了沉积物中热液来源物质与碎屑来源物质的相对贡献, E271和E53位于东太平洋海隆含金属沉积物[17]的分布范围内, 介于北太平洋深海沉积物[18-19]、墨西哥陆源碎屑沉积物[20]与热液喷口上部热液流体中的颗粒物[21]之间, 并以热液物质来源为主, 沉积物中也含有少量的陆源碎屑物质, 这与E271和E53沉积物中含有少量的石英和长石相符合。而17A-EPR-TVG1沉积物中m(Al)/m(Al+Fe+Mn)为0.05, 在图 4中位于热液流体颗粒物[21]附近, 表明沉积物中几乎不含陆源物质, 而热液物质含量很高。
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| 图 4 不同沉积物及热液流体颗粒物中m(Al)/m(Al+Fe+ Mn)–m(Fe)/m(Ti)图 Fig. 4 Plot to show m(Al)/m(Al+Fe+Mn)–m(Fe)/m(Ti) |
E271和E53沉积物中m(Al)/m(Al+Fe+Mn)分别为0.23和0.24, m(Fe)/m(Al+Fe+Mn)分别为0.64和0.71, m(Fe+Mn)/m(Al)分别为3.36和3.10。Boström[22]认为m(Fe)/m(Al+Fe+Mn) > 0.5, m(Al)/m(Al+Fe+Mn) < 0.3, m(Fe+Mn)/m(Al) > 2.5的沉积物为含金属沉积物, Lisitzin等[23]则将去碳酸盐组分中Fe的质量分数高于10%, 而亏损Al和Ti的沉积物称为含金属沉积物。E271和E53沉积物均富集Fe, Mn, Cu, Zn, Pb等, 而亏损Al和Ti, 表现出典型的含金属沉积物的特征[1, 22-23]。17A-EPR-TVG1沉积物极其富集Fe(质量分数为32.54%), m(Fe)/m(Al+Fe+Mn)为0.95, m(Al)/m(Al+ Fe+Mn)为0.05, m(Fe+Mn)/m(Al)为19.26, 符合Boström[22]和Lisitzin等[23]对含金属沉积物的判别条件, 顺序提取实验结果显示其中1/3的Fe处于Fe-Mn氧化物中[15], 这部分Fe可能是硫化物氧化或者热液流体直接沉降的, 但是沉积物中亏损Mn, 质量分数仅为0.01%, 这表明17A-EPR-TVG1沉积物中黄铁矿发生了严重的氧化侵蚀。根据17A-EPR-TVG1沉积物和E53、E271沉积物的取样位置和地球化学组成, 判断其分别属于不同成因的含金属沉积物。E271和E53沉积物是热液羽状流在扩散过程中, 热液颗粒物沉降在海底逐渐形成的, 是远端含金属沉积物, 而17A-EPR-TVG1沉积物取自洋中脊边缘高地热液硫化物丘的东坡, 靠近热液喷口, 主要由烟囱体和丘状体硫化物崩塌、侵蚀堆积而成, 也有热液颗粒物在此快速沉降堆积, 可称为近喷口含金属沉积物。
E271和E53沉积物中REE页岩标准化配分模式图上表现出明显的Ce负异常, δCe分别为0.39和0.38, 没有Eu异常, HREE相对于LREE发生富集, 其特征与东太平洋深海水的类似[24], 这是由于远端含金属沉积物E271和E53中REE主要来自海水, 是热液流体颗粒物中Fe-Mn氧化物从海水中吸附的, 以及在沉降在海底形成含金属沉积物后继续从海水中吸附所导致的[25-27]。而在近喷口含金属沉积物17A- EPR-TVG1中REE表现出明显的Eu正异常, δEu为2.27, 这一特征与EPR13°N热液流体[28]和块状硫化物[29]的相似(图 3), 表明沉积物中REE主要来自热液流体, 并且与沉积物中含有大量的多金属硫化物有关[29]。同时近喷口含金属沉积物具有轻微的Ce负异常(δCe=0.77), 进一步推断认为近喷口沉积物中有一部分REE是Fe-Mn氧化物从海水吸附的。
4.2 元素的化学赋存状态在顺序提取实验结果中, 远端含金属沉积物E271和E53与近端含金属沉积物17A-EPR-TVG1相似之处是沉积物中Al和Ti都主要存在于残留相中, 尤其是Ti(表 1)。这与残留相中的铝硅酸盐矿物有关。但是在E271和E53中仍有少量的Al(分别是15.7%和12.9%)存在于Fe-Mn氧化物相中。前人调查表明热液流体中通常含有少量的Al, 在EPR13°N两个热液喷口群获取的高温热液流体中, Al的最高含量可达15 μmol/kg[30]。而且Al在热液流体颗粒物中也是主要组分[28, 31-32], 因此热液来源的Al可能被热液颗粒物中的Fe-Mn氧化物吸附, 在随热液羽状流扩散过程中沉降在海底, 并保存在含金属沉积物中, 导致这些沉积物中的Fe-Mn氧化物相中可见少量的Al。而热液流体中几乎不含Ti, 热液流体颗粒物也几乎不为热液沉积物提供Ti[32-33], 在顺序提取实验结果中Ti几乎只存在于残留相中, 因此推断认为沉积物中的Ti完全来自碎屑物质, 而Al不是。
17A-EPR-TVG1近喷口含金属沉积物中富集Cu和Zn, 而在洋中脊两侧的远端含金属沉积物中含量明显降低, 反映了热液羽状流在横向扩散中热液物质逐渐减少。研究表明Cu和Zn在热液喷口上部几米范围内的浮力热液羽状流颗粒物中最富集, 并在喷口周围以富Cu, Zn硫化物的形式沉淀, 从而导致热液流体中的Cu和Zn骤降[32, 34]。对热液丘状体和烟囱体碎屑的调查发现, 热液硫化物如果不被掩埋, 在海底经化学蚀变后会形成硫酸盐, 氯化物以及氧化物等[35]。而对热液流体颗粒物的研究表明其中Cu硫化物氧化过程中释放出大量的Cu进入到海水中[36], 从而进一步降低了沉降到海底并进入到含金属沉积物的Cu和Zn的含量, 因此在近喷口含金属沉积物中更富集Cu和Zn。但是Fe-Mn氧化物对Cu和Zn同样具有吸附能力[37], 因此在顺序提取实验过程中, 远端含金属沉积物中虽然缺乏硫化物, 但是Fe-Mn氧化物相同样含有大量的Cu和Zn。
远端含金属沉积物E271和E53中Sr和Ba含量要高于近喷口含金属沉积物的。E271和E53中Sr主要存在于碳酸盐相中, 这是因为Sr的离子半径与Ca相似, 易于类质同象替换Ca, 而近喷口沉积物中缺乏碳酸盐, 因而缺乏Sr。E271和E53沉积物中Ba主要存在于残留相中, 因为BaSO4是其主要载体, X射线衍射分析表明沉积物中含有少量的自生重晶石, 而在17A-EPR-TVG1沉积物中Ba含量很低, 这与沉积物中缺乏重晶石有关。近喷口沉积物17A-EPR- TVG1中Mo含量远高于E271和E53的, 而且主要存在于残留相中, 这是因为Mo具有强烈的亲硫性, 而残留相中以黄铁矿为主。E271和E53中缺乏硫化物, Mo含量很低, 并主要被Fe-Mn氧化物吸附。
E271和E53站含金属沉积物中REE在四相态中的分布特征相同, REE主要存在于Fe-Mn氧化物相中(分别为~64%和~56%), 然后是碳酸盐相(分别是~16%和~26%), 有机结合相和残留相最少(< 10%)。与其明显不同的是17A-EPR-TVG1沉积物中REE主要存在于残留相中(~81%), Fe-Mn氧化物相次之(~13%)[15], 虽然Fe-Mn氧化物主要来自黄铁矿的氧化, 但是由于与海水接触有限, 因此沉积物中REE含量仍然很低, 并主要表现出热液流体的特征。三站位沉积物中REE在碳酸盐相、Fe-Mn氧化物相、有机结合相中的页岩标准化配分模式相同(图 5), 表现出明显Ce负异常和HREE相对于LREE富集的特征, 这与太平洋深海水的特征相同[24], 表明REE来自于海水。同样是来自海水, Fe-Mn氧化物结核中REE具有明显的Ce正异常[16], 因为海水中Ce容易以CeO2的形式与铁锰氧化物共沉淀, 铁锰氧化物结核中Ce不出现亏损, 而E271和E53沉积物中铁锰氧化物来自热液流体, 在其扩散中逐渐清扫海水中的REE, 而直接显示海水的特征[25-27]。近喷口含金属沉积物中残留相REE页岩标准化配分模式表现出明显的Eu异常, 并与这一站位所在热液丘状体上块状硫化物的特征相同[29], 表明其REE来自热液流体。E271和E53沉积物残留相则无Ce异常和Eu异常, 这与残留相中缺乏硫化物只有硅酸盐矿物和重晶石有关。
1) 东太平洋表层沉积物E271和E53矿物组成和地球化学组成基本相同, 属于典型的远端含金属沉积物, 是非浮力热液羽状流在扩散过程中, 热液颗粒物沉降到海底逐渐形成的。洋中脊轴部17A-EPR- TVG1沉积物比洋中脊两侧的含金属沉积物更富集Fe, Cu, Zn元素, 是黑烟囱或者热液硫化物丘状体崩塌、侵蚀堆积, 以及热液浮力羽状流中Fe-Mn氧化物和硫化物快速沉淀而形成的, 属于近喷口含金属沉积物。
2) E271和E53含金属沉积物中REE配分模式图上表现出明显的Ce负异常和HREE相对于LREE富集的特征, 表明其REE主要来自海水, 是热液流体颗粒物中Fe-Mn氧化物从海水中吸附, 以及沉降在海底后继续从海水中吸附所导致的。而近喷口含金属沉积物中REE具有明显Eu正异常, 类似于高温热液流体[27]和多金属硫化物的特征[28], 虽然一部分硫化物被海水侵蚀, 但是由于接触有限, 其REE主要来自热液流体。
3) E271和E53含金属沉积物中Mg、Ca、Na、Sr主要存在于碳酸盐相中; Fe、Mn、V、Cr、Co、Ni、Cu、Pb、Zn、Ga、Y、Mo和REE主要存在于Fe-Mn氧化物相中; Al、Ti、Li、Rb、Cs、Ba、Zr、Nb、Hf、Ta、Th等主要在残留相中, 其中Ti几乎完全是碎屑物质来源; 而有机结合相则对元素的吸附能力较弱。近喷口含金属沉积物与其明显不同的是Fe、Cu、Zn、Mo和REE主要存在于残留相中, 这与沉积物富含硫化物有关。
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