王洋，方念喬

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083

多金屬結(jié)殼以極慢的生長(zhǎng)速率（mm/Ma級(jí)）在洋底成層生長(zhǎng)[1-2]，十余厘米厚度的樣品生長(zhǎng)年齡即可達(dá)數(shù)十萬(wàn)年[3-4]，使之成為研究構(gòu)造尺度古海洋學(xué)環(huán)境演化的良好載體[5]。

諸多因素可能影響了多金屬結(jié)殼的生長(zhǎng)速率，其中包括結(jié)殼受成巖作用影響程度、結(jié)構(gòu)構(gòu)造差異和古海洋環(huán)境要素演化等。一般而言，水成型結(jié)殼的生長(zhǎng)速率遠(yuǎn)小于成巖型結(jié)核，前者一般為2～4 mm/Ma，而后者可達(dá)10 mm/Ma以上[6]，受到成巖作用影響較大或者混合成因結(jié)殼的生長(zhǎng)速率可能偏大一些[7]。不少學(xué)者還將不同的構(gòu)造特征與結(jié)殼的生長(zhǎng)速率大小聯(lián)系起來(lái)，認(rèn)為含有沉積物雜質(zhì)較多的疏松層具有偏高的生長(zhǎng)速率，因其生長(zhǎng)期間水動(dòng)力較強(qiáng)，有利于水成型礦物的發(fā)育[8]，但實(shí)際情況更為復(fù)雜。很多學(xué)者估算了多金屬結(jié)殼分層生長(zhǎng)速率變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)結(jié)殼表層的生長(zhǎng)速率低于底層[9-10]，但有些研究得到的結(jié)果恰恰相反[11]。到目前為止，生長(zhǎng)速率與結(jié)構(gòu)構(gòu)造層之間的關(guān)系尚沒(méi)有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。古海洋學(xué)環(huán)境方面也有過(guò)不少討論。已有研究指出，第四紀(jì)氣候波動(dòng)[9,12]、深層水循環(huán)[9,13-14]、地球軌道強(qiáng)迫[5]、古最低含氧帶和CCD深度變化[15-16]、陸源風(fēng)化物侵蝕事件[17]可能對(duì)結(jié)殼的生長(zhǎng)造成影響。

現(xiàn)有多種方法可以估算多金屬結(jié)殼的生長(zhǎng)速率，對(duì)于采自太平洋內(nèi)部的樣品，各種方法得到的結(jié)果雖處同一數(shù)量級(jí)，但也存在顯著差距。其中，超微化石年代學(xué)法得到的生長(zhǎng)速率范圍從0.1 mm/Ma[1]到5 mm/Ma以上[18]不等；Be同位素法的結(jié)果范圍為2.56～14.2 mm/Ma[19]；Co經(jīng)驗(yàn)公式法得到的生長(zhǎng)速率則為0.8 mm/Ma[20]至11.64 mm/Ma之間[21]。部分方法得到的結(jié)殼生長(zhǎng)速率過(guò)大，這可能與未識(shí)別的生長(zhǎng)間斷、過(guò)低的定年精度以及方法的適用性不佳有關(guān)?？梢?，多金屬結(jié)殼生長(zhǎng)速率的測(cè)算受制于研究方法的局限性和準(zhǔn)確性。

由于多金屬結(jié)殼生長(zhǎng)速率估算方法的局限性和生長(zhǎng)間斷的普遍性，目前報(bào)道的生長(zhǎng)速率數(shù)據(jù)具有較大不確定性，影響因素也不甚明確。在長(zhǎng)達(dá)幾十萬(wàn)年的生長(zhǎng)過(guò)程中，多金屬結(jié)殼的生長(zhǎng)速率變化幅度很大，同一樣品不同層位生長(zhǎng)率差別可達(dá)幾倍之多[11,20]，且普遍存在多個(gè)生長(zhǎng)間斷期?；诔傻V理論[16]，結(jié)殼生長(zhǎng)速率較低的階段其生長(zhǎng)環(huán)境應(yīng)較為惡劣，容易發(fā)生生長(zhǎng)間斷，而生長(zhǎng)速率較高的階段生長(zhǎng)環(huán)境應(yīng)該較為有利，結(jié)殼連續(xù)生長(zhǎng)且結(jié)構(gòu)構(gòu)造規(guī)則，而實(shí)際情況有待考證。對(duì)于結(jié)殼生長(zhǎng)間斷與生長(zhǎng)速率變化的關(guān)系，目前尚無(wú)相關(guān)研究。

本研究采用區(qū)域性適用的Co經(jīng)驗(yàn)公式法估算了中、西太平洋6塊多金屬結(jié)殼的生長(zhǎng)速率，同時(shí)通過(guò)比對(duì)海水Os同位素曲線對(duì)Co法結(jié)果進(jìn)行限定，研究不同區(qū)域、不同層位和不同年代的生長(zhǎng)速率的變化情況及其與生長(zhǎng)間斷的關(guān)系，從而論證多金屬結(jié)殼生長(zhǎng)的有利/不利條件，為厘定多金屬結(jié)殼的生長(zhǎng)間斷期年代提供幫助，具有重要的古海洋學(xué)和年代學(xué)意義。

1 材料與方法

1.1 樣品信息

本研究選擇采自中、西太平洋4個(gè)海山區(qū)的6塊結(jié)殼樣品（樣品信息和取樣點(diǎn)位如表1和圖1所示）。利用小型手鉆（選用直徑1.00 mm的合金鉆頭）逐層鉆取結(jié)殼粉末樣品，研磨過(guò)篩。每層取樣厚度平均為3 mm，重約2 g。麥哲倫海山區(qū)樣品結(jié)核狀結(jié)殼MS1由外層向內(nèi)層取樣16個(gè)點(diǎn)，可細(xì)分為5個(gè)構(gòu)造層，結(jié)構(gòu)皆較致密，最內(nèi)層與鄰層存在較為明顯的不整合。馬紹爾海山樣品MHD79為上較致密層—中疏松層—下致密層典型3層結(jié)構(gòu)結(jié)殼，由頂?shù)降兹?0個(gè)點(diǎn)。馬爾庫(kù)斯威克海山區(qū)樣品CLD34-2為一單層結(jié)殼，僅存較致密層，取樣14個(gè)點(diǎn)（對(duì)應(yīng)定年點(diǎn)位7個(gè)）。該海山區(qū)另一樣品CLD50為一不規(guī)則3層結(jié)構(gòu)結(jié)殼，殼層環(huán)繞基巖生長(zhǎng)，大致也可分為較致密—疏松—致密3層結(jié)構(gòu)，共取樣20層（對(duì)應(yīng)定年點(diǎn)位9個(gè)）。采自萊恩海山區(qū)的兩塊結(jié)殼樣品MP3D10和MP3D22皆為典型3層結(jié)構(gòu)結(jié)殼，由頂至底分別取樣17層和22層。樣品MHD79的X衍射結(jié)果顯示，結(jié)殼主要結(jié)晶礦物為水羥錳礦，同時(shí)具有磷酸鹽化礦物碳氟磷灰石（CFA）以及方解石等次要礦物[22]。

1.2 Co經(jīng)驗(yàn)公式法

結(jié)殼Co的含量（即質(zhì)量百分?jǐn)?shù)wt%，下文簡(jiǎn)寫為[Co]）與生長(zhǎng)速率之間具一定的反相關(guān)關(guān)系，即生長(zhǎng)速率越快，[Co]越低[6]，據(jù)此很多學(xué)者提出了若干經(jīng)驗(yàn)公式[20,23-25]。在測(cè)得結(jié)殼[Co]的情況下，可依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算其生長(zhǎng)速率，再根據(jù)其生長(zhǎng)厚度（單層取樣厚度）推算年齡。經(jīng)過(guò)對(duì)不同Co經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)用的結(jié)果比對(duì)，選擇區(qū)域性適用的方法對(duì)樣品的生長(zhǎng)速率進(jìn)行了估算。該生長(zhǎng)速率是多金屬結(jié)殼在每個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)連續(xù)生長(zhǎng)時(shí)的生長(zhǎng)速率。其中，麥哲倫海山區(qū)樣品選用Manheim和L-Bostwick[23]的公式（公式1），馬爾庫(kù)斯威克和萊恩海山區(qū)樣品選用McMurtry等[24]的公式（公式2）。對(duì)受磷酸鹽化作用影響較大的殼層進(jìn)行校正，方法如Puteanus和Halbach[20]所述。

式中，Growth Rate為結(jié)殼生長(zhǎng)速率，[Co]為樣品分層鈷質(zhì)量百分含量（wt%）。

表1 結(jié)殼取樣信息和結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)述Table 1 Sampling information and structural description

圖1 殼層劃分與取樣點(diǎn)位示意圖Fig.1 Division of crust layer and sampling points

1.3 Co-Os法定年體系

將經(jīng)驗(yàn)公式法估算的不考慮生長(zhǎng)間斷的最小年齡（Co法年齡）數(shù)據(jù)與測(cè)定的結(jié)殼分層Os同位素組成數(shù)據(jù)結(jié)合，繪制Co-Os曲線，將其與80 Ma以來(lái)海水Os同位素曲線[3]比對(duì)，根據(jù)形態(tài)和取值的貼合程度劃分結(jié)殼的生長(zhǎng)—間斷區(qū)間，厘定其年代框架。其中，結(jié)殼的宏觀生長(zhǎng)期受控于測(cè)定的Os同位素曲線的趨勢(shì)和取值，而Co法則可以估算宏觀框架下更為精細(xì)的年代間隔，從而提高年代框架的分辨率。

1.4 測(cè)試方法

Co等元素百分含量的測(cè)定分別由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地學(xué)實(shí)驗(yàn)中心、國(guó)家地質(zhì)測(cè)試中心和核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究所完成，采用儀器包括Platform電感耦合等離子質(zhì)譜儀、PE8300等離子質(zhì)譜儀和JXA8100電子探針儀。Os同位素測(cè)定由國(guó)家地質(zhì)測(cè)試中心完成，采用儀器包括MAT262負(fù)離子熱表面電離質(zhì)譜儀、Triton-plus熱表面電離質(zhì)譜儀等，測(cè)試過(guò)程和參數(shù)詳見Du等[26]，測(cè)試結(jié)果的平均不確定度為0.003 7。

2 結(jié)果與討論

2.1 生長(zhǎng)速率的區(qū)域性特征

經(jīng)驗(yàn)公式法估算得到的生長(zhǎng)速率結(jié)果如表2所示。其中，麥哲倫海山區(qū)結(jié)殼樣品MS1生長(zhǎng)速率范圍為1.08～3.82 mm/Ma，平均為2.15 mm/Ma。該生長(zhǎng)速率與馬紹爾海山區(qū)樣品MHD79類似，后者生長(zhǎng)速率為1.55～3.32 mm/Ma，平均為2.25 mm/Ma。采自偏西部的這兩個(gè)海山區(qū)的結(jié)殼的平均生長(zhǎng)速率為2.2 mm/Ma。相比之下，采自馬爾庫(kù)斯威克海山樣品雖然現(xiàn)存構(gòu)造層差異很大，但都具有較低的平均生長(zhǎng)速率，CLD34-2為1.85 mm/Ma（范圍為1.67～2.17 mm/Ma），CLD50 為 1.95 mm/Ma（范圍為1.47～2.29 mm/Ma），二者平均為 1.9 mm/Ma。然而，采自萊恩海山區(qū)的多金屬結(jié)殼卻存在普遍較大的生長(zhǎng)速率，平均為3.1 mm/Ma。MP3D10的生長(zhǎng)速率平均為2.75 mm/Ma，范圍為 2.11～3.39 mm/Ma，而MP3D22的平均生長(zhǎng)速率可達(dá)3.38 mm/Ma，范圍為2.46～3.95 mm/Ma。由此可見，中、西太平洋地區(qū)結(jié)殼的生長(zhǎng)速率存在一定的區(qū)域性特征，偏東部的萊恩海山區(qū)的樣品較大，偏北部的馬爾庫(kù)斯威克海山區(qū)的較小，而偏西部的麥哲倫和馬紹爾海山區(qū)的處于二者之間。目前，尚無(wú)明確的生長(zhǎng)速率區(qū)域性分布特征的報(bào)道。在已有研究中，符亞洲[27]報(bào)道的萊恩海山區(qū)結(jié)殼MP5D17的生長(zhǎng)速率范圍為2.1～3.7 mm/Ma，與本研究得到的結(jié)果較為接近。

2.2 生長(zhǎng)速率的剖面變化規(guī)律

如圖2所示，生長(zhǎng)速率在剖面上具有一定幅度的變化。具有典型3層結(jié)構(gòu)且生長(zhǎng)年代跨域較長(zhǎng)的樣品由底至頂，生長(zhǎng)速率整體上逐漸降低，如馬紹爾海山區(qū)樣品MHD79、萊恩海山區(qū)樣品MP3D10和MP3D22。這種情況與Jeong[28]的報(bào)道相似，他發(fā)現(xiàn)馬爾庫(kù)斯威克海山區(qū)結(jié)殼老殼層的生長(zhǎng)速率平均為3 mm/Ma，相對(duì)新殼層的2 mm/Ma較高。同樣地，Halbach和Puteanus[29]的研究顯示，殼層越年輕，[Co]越高，從而具有較低的生長(zhǎng)速率。本研究中，馬爾庫(kù)斯威克海山區(qū)的兩塊樣品年代跨域較短，沒(méi)能顯示出明顯的剖面特征。而采自麥哲倫海山區(qū)的樣品MS則顯得比較特殊，雖然中下部的生長(zhǎng)速率也是逐漸降低的，但在最外層卻具有較高的生長(zhǎng)速率。這可能是因?yàn)樵摌悠繁韺咏Y(jié)殼生長(zhǎng)環(huán)境較好（接收到持續(xù)增加的陸源剝蝕物供應(yīng)），且相對(duì)于萊恩海山區(qū)樣品保留比較完整，取樣較密集。馬紹爾海山區(qū)樣品MHD79和馬爾庫(kù)斯威克海山區(qū)樣品CLD34-2、CLD50也存在類似特征。

2.3 生長(zhǎng)速率變化與結(jié)構(gòu)構(gòu)造的關(guān)系

以肉眼觀察為主，輔以顯微結(jié)構(gòu)照片（如圖3A所示的結(jié)構(gòu)構(gòu)造突變界面和圖3B所示的不整合面）和年代框架數(shù)據(jù)（圖4），來(lái)對(duì)多金屬結(jié)殼進(jìn)行宏觀分層（圖1）。分別整理了6塊樣品較致密上層、疏松中層和致密下層的生長(zhǎng)速率，結(jié)果如表2和圖2所示。麥哲倫海山區(qū)樣品MS1較薄的致密下層生長(zhǎng)速率為1.54 mm/Ma，較致密層的平均生長(zhǎng)速率為2.19 mm/Ma。馬紹爾海山區(qū)樣品MHD79的致密下層平均生長(zhǎng)速率為2.39 mm/Ma，疏松中層為2.69 mm/Ma，較致密上層為1.91 mm/Ma。馬爾庫(kù)斯威克海山區(qū)單較致密層樣品CLD34-2的平均生長(zhǎng)速率為1.85 mm/Ma，另一樣品CLD50的致密層，疏松層，較致密層的平均生長(zhǎng)速率分別為2.15，1.93和1.83 mm/Ma。萊恩海山的兩塊樣品MP3D10和MP3D22致密層，疏松層和較致密層的平均生長(zhǎng)速率分別為 2.83，2.56，2.11 mm/Ma和 3.46，2.66，2.46 mm/Ma。可見，除MS1外，中、西太平洋多金屬結(jié)殼生長(zhǎng)速率與結(jié)構(gòu)構(gòu)造分層存在一定關(guān)系，致密層最高，平均為2.71 mm/Ma，疏松層略低為2.46 mm/Ma，較致密層最低為2.03 mm/Ma，這在一定程度上解釋了生長(zhǎng)速率在剖面上的變化規(guī)律，但接受大量雜質(zhì)混染的疏松層并不具有明顯偏高的生長(zhǎng)速率[18,27]，而是低于致密層。

表2 中、西太平洋多金屬結(jié)殼分層生長(zhǎng)速率Table 2 Growth rate changes within the crust layers in Western-Central Pacific

續(xù)表2

續(xù)表2

圖2 多金屬結(jié)殼的生長(zhǎng)速率年代剖面圖實(shí)心點(diǎn)位為結(jié)殼的分層生長(zhǎng)速率，縱坐標(biāo)為Co-Os法年齡，空心箭頭為生長(zhǎng)間斷（小寫序號(hào)表示）起止的生長(zhǎng)速率高低變化指示（a.由低變高，b.由高轉(zhuǎn)低，c.低值區(qū)間），實(shí)心箭頭指示生長(zhǎng)速率的剖面變化規(guī)律。Fig.2 Comparison of age profiles of polymetallic crusts The solid points are the layered growth rate of the crust,the ordinate is the age by Co-Os method,the hollow arrows indicate the change of the growth rate （a.low to high,b.high to low,c.low value interval） from begining to the end of a hiatus （lower case number）,and the solid arrows indicating the profile change.

圖3 多金屬結(jié)殼生長(zhǎng)間斷的顯微證據(jù)A.MHD79的結(jié)構(gòu)構(gòu)造突變界限[30]，B.MS1掃描電鏡下的生長(zhǎng)不整合[31]。Fig.3 Microscopic records of growth discontinuity of polymetallic crusts A.The sharp structural boundary of MHD79[30],B.Growth disconformity under SEM of MS1[31].

2.4 生長(zhǎng)速率的時(shí)代性特征

根據(jù)1.2、1.3所述的Co-Os法定年體系，得到的中、西太平洋6塊多金屬結(jié)殼年代框架如圖4所示。普遍的生長(zhǎng)期包括晚白堊世的一期（約80～75 Ma）、70～65、60～50、42～40、35～28、15～10、8～0 Ma。整理概括了6塊樣品在每個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)的生長(zhǎng)速率，以分析其與生長(zhǎng)年代的關(guān)系（表3）。結(jié)果顯示，結(jié)殼生長(zhǎng)速率的變化與結(jié)殼生長(zhǎng)年代存在一定關(guān)系。新生代以來(lái)，具有較高生長(zhǎng)速率的年代區(qū)間，包括60～50、42～32 和 15～0 Ma，而在 32～28 Ma的生長(zhǎng)期內(nèi)，存在一極低生長(zhǎng)速率期（圖2）。雖然Segl等[9]和Ling等[10]在研究中也指出結(jié)殼的老殼層相對(duì)新殼層具有較高的生長(zhǎng)速率，但他們并未對(duì)應(yīng)殼層生長(zhǎng)年代區(qū)間且未分析結(jié)殼中下部層位的情況。

2.5 生長(zhǎng)速率與古海洋環(huán)境演化的關(guān)系

多金屬結(jié)殼的主要成礦元素是Fe和Mn，充足的成礦物質(zhì)供應(yīng)固然有利于結(jié)殼生長(zhǎng)[32]。在海水中，F(xiàn)e的來(lái)源是多樣的，包括風(fēng)塵、沉積物（及其再懸?。┮约盁嵋旱萚33]，并隨洋流輸運(yùn)到大洋內(nèi)部[34]。各種來(lái)源的Fe被固結(jié)在浮游生物骨骼中[6]，隨著生物碎屑的降落而溶解進(jìn)入海水，并在一定深度內(nèi)再懸浮混合，從而控制了海洋初級(jí)生產(chǎn)力[35]。而Mn則主要固結(jié)于埋藏于海底的有機(jī)相中[36]，其溶解相通過(guò)再懸浮作用輸入到中層水中，并大量賦存于最低含氧帶（OMZ）[37]。鐵錳的主要沉降物質(zhì)是還原相的，需要被氧化成礦[38]。含氧量較低的OMZ不利于此過(guò)程的發(fā)生，結(jié)殼位于其間時(shí)生長(zhǎng)速率相對(duì)偏低[39]。而當(dāng)結(jié)殼處于OMZ其上或其下時(shí)，往往具有較高的生長(zhǎng)速率[37]。在這個(gè)深度范圍，富Mn的OMZ水團(tuán)與氧化性較強(qiáng)的水體充分混合，從而造就了有利的成礦條件。在本研究中，萊恩海山區(qū)的兩塊樣品都采自相對(duì)較深的位置（表1），其長(zhǎng)時(shí)間處于OMZ深度以下，而不像其他樣品在較早生長(zhǎng)期內(nèi)大多處于OMZ之中，這可能是導(dǎo)致其生長(zhǎng)速率相對(duì)較高的原因之一。然而，隨著兩塊樣品的進(jìn)一步下降，與OMZ距離逐漸增大，可能接收Mn的供給逐漸不足，導(dǎo)致表層的生長(zhǎng)速率有所衰減。另一方面，碳酸鈣的溶解為海水供應(yīng)了大量的Fe，為結(jié)殼成礦提供原料，有利于結(jié)殼的生長(zhǎng)[16]。據(jù)許東禹[40]和Siesser[41]的報(bào)道，太平洋碳酸鈣溶解率在漸新世普遍較低，這可能對(duì)應(yīng)著結(jié)殼32～28 Ma的低生長(zhǎng)速率區(qū)間。多金屬結(jié)殼MS1、MHD79和MP3D22的Fe含量在該時(shí)代都處于較低水平（圖5）。

適當(dāng)?shù)牡琢鳁l件總體上有利于結(jié)殼的發(fā)育（如海山頂部的水流較強(qiáng)從而發(fā)育最厚的結(jié)殼[42]），因?yàn)槠鋽y帶了富氧的水團(tuán)，同時(shí)也可以防止沉積物對(duì)結(jié)殼的覆蓋和混染[43]，但其可導(dǎo)致OMZ縮減從而影響Mn元素的溶解。萊恩海山區(qū)獨(dú)特的地理優(yōu)勢(shì)可能是該地區(qū)結(jié)殼生長(zhǎng)速率較高的原因之一。西太平洋地區(qū)的多金屬結(jié)殼由于被馬里亞納海溝和火山島鏈阻隔，洋流很難深入其間，而萊恩海山區(qū)則可以從東面直接接收洋流的滋養(yǎng)，從而存在相對(duì)有利的水成和氧化環(huán)境。

圖4 多金屬結(jié)殼的Co-Os年代框架曲線框體是Klemm等[3]報(bào)道的海水Os同位素曲線，橫坐標(biāo)的黑色實(shí)線是劃分的生長(zhǎng)期（大寫序號(hào)對(duì)應(yīng)生長(zhǎng)期，小寫序號(hào)對(duì)應(yīng)間斷期），實(shí)心圓為樣品187Os/188Os測(cè)定值。Fig.4 Co-Os age patterns of polymetallic crusts The curvilinear frames are the seawater curve from Klemm et al.[3],and the black solid lines of abscissa are the divided growing periods（capital serial number corresponds to growth periods,while small serial number corresponds to hiatus）.The solid circles are the measured value of the crusts.

表3 結(jié)殼在不同生長(zhǎng)期內(nèi)的生長(zhǎng)速率（單位：mm/Ma）Table 3 Growth rate of crusts during different growing periods（unit:mm/Ma）

多數(shù)報(bào)道顯示，陸源物質(zhì)的供應(yīng)整體上有利于結(jié)殼的生長(zhǎng)。以采自南海和波羅的海的樣品為例，距離大陸較近的地區(qū)可在短時(shí)間內(nèi)發(fā)育厚度極大的結(jié)核、結(jié)殼樣品[44-45]。萊恩海山在隨太平洋板塊運(yùn)移的過(guò)程中距離美洲大陸相對(duì)較近，可能接受了大量源自該地區(qū)的風(fēng)運(yùn)和水運(yùn)而來(lái)陸源物質(zhì)，從而結(jié)殼的生長(zhǎng)速率較高。MP3D10的疏松層斑雜狀雜質(zhì)層的碎屑物質(zhì)相對(duì)MHD79更多（圖6），MP3D22的K和Al含量相對(duì)MS1較高（圖5）（與佟景貴[46]的結(jié)果相似）可以作為證據(jù)。另外，萊恩海山區(qū)和麥哲倫海山區(qū)結(jié)殼生長(zhǎng)速率剖面變化分別與美洲風(fēng)塵和亞洲風(fēng)塵的演化模型[47]對(duì)應(yīng)良好，前者在33 Ma以前的生長(zhǎng)速率由于美洲季風(fēng)的衰落而逐漸降低，而后者在15 Ma以來(lái)的生長(zhǎng)速率隨著東亞季風(fēng)的加劇而逐漸上升（圖2），這種變化與陸源風(fēng)塵指示元素 K，Si，Al的剖面特征也可對(duì)比（圖5），這一定程度上解釋了結(jié)殼生長(zhǎng)速率在剖面上的變化特征（如在32～28 Ma的低值區(qū)間）。

圖5 結(jié)殼樣品Fe、K、Si、Al元素年代剖面A.麥哲倫海山區(qū)樣品MS1， B.萊恩海山區(qū)樣品MP3D22。Fig.5 Age profiles of Fe,K,Si and Al in crust samples A.MS1 from Magellan Seamounts,B.MP3D22 from Line Seamounts.

圖6 結(jié)殼樣品斑雜狀構(gòu)造顯微照片[22]A.馬紹爾海山區(qū)樣品MHD79，B.萊恩海山區(qū)樣品MP3D10。Fig.6 Micrograph of variegated texture of a crust sample[22]A.MHD79 from Marshall Seamounts,B.MP3D10 from Line Seamounts.

結(jié)殼生長(zhǎng)速率的高低與結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征和所處時(shí)代的冷暖并無(wú)明顯聯(lián)系，而真正造成影響的是其背后所代表的具體古海洋學(xué)環(huán)境因素。結(jié)殼處于疏松層的點(diǎn)位并不對(duì)應(yīng)大幅偏高的生長(zhǎng)速率值，個(gè)別點(diǎn)位的高值可能對(duì)應(yīng)了短時(shí)大量的一次雜質(zhì)混染事件，而處于致密層的點(diǎn)位也可以對(duì)應(yīng)很高的生長(zhǎng)速率值。另外，漸新世以來(lái)總體上是一個(gè)逐漸變冷的過(guò)程，而晚白堊世至新生代早期氣候則相對(duì)較暖，結(jié)殼的生長(zhǎng)速率并未展現(xiàn)出在冰期或間冰期內(nèi)普遍較高的特征。在冰期，生物生產(chǎn)力總體較高，F(xiàn)e、Mn固結(jié)相供應(yīng)充足，底層流的發(fā)育帶來(lái)了有利的氧化環(huán)境和水動(dòng)力條件，但同時(shí)也伴隨著Fe、Mn的固結(jié)率上升、OMZ的縮減和沉積物沉積速率的上升等不利條件。在間冰期，化學(xué)風(fēng)化的加強(qiáng)導(dǎo)致海水酸化，有利于Fe的溶解和OMZ的擴(kuò)展，但卻因水動(dòng)力不足導(dǎo)致海水氧化程度不高和磷酸鹽化作用的發(fā)生。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于冰期/間冰期環(huán)境對(duì)結(jié)殼的影響的認(rèn)識(shí)也并不統(tǒng)一，Eisenhauer等[12]發(fā)現(xiàn)結(jié)殼高生長(zhǎng)速率期對(duì)應(yīng)間冰期，而李江山等[30]發(fā)現(xiàn)結(jié)殼的生長(zhǎng)期大多對(duì)應(yīng)于冰期。丁旋等[48]充分論證了冰期和間冰期的古海洋學(xué)環(huán)境特征，指出其對(duì)結(jié)殼生長(zhǎng)的影響是各種有利、不利因素的疊加耦合的結(jié)果，并不是簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這與本研究的認(rèn)識(shí)較為一致。

2.6 生長(zhǎng)速率與生長(zhǎng)間斷的關(guān)系

如2.2所述，結(jié)殼不同層位的生長(zhǎng)速率變化存在一定規(guī)律，整體表現(xiàn)為由底至頂逐漸下降。由于古海洋環(huán)境決定了結(jié)殼發(fā)育的優(yōu)劣，這種變化規(guī)律與結(jié)殼生長(zhǎng)年代區(qū)間的關(guān)系相對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造更大，從而生長(zhǎng)速率的變化與結(jié)殼發(fā)生間斷的時(shí)間可能存在一定對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)綜合對(duì)比6塊結(jié)殼生長(zhǎng)間斷發(fā)生前后生長(zhǎng)速率的變化情況（圖2），得到如下規(guī)律：①多金屬結(jié)殼在生長(zhǎng)速率由低變高的過(guò)程中易發(fā)生間斷（情形a），如MS1的間斷期i、MHD79的間斷期 i、ii、MP3D10 的 i和 MP3D22 的 i、ii、iii，在發(fā)生的全部21次間斷中占33.3%（7次）。②在生長(zhǎng)速率由高轉(zhuǎn)低的過(guò)程中容易發(fā)生間斷（情形b），如MHD79的間斷期iii、iv和MP3D10的間斷期ii、iii，這種情況占到了總間斷次數(shù)的19%。③在生長(zhǎng)速率持續(xù)較低的區(qū)間內(nèi)容易發(fā)生間斷（情形c），如MS1的間斷期 ii，iii和iv、MHD79的v、CLD50的i和ii、MP3D10的iv和 v、MP3D22的 iv和 v，在發(fā)生的間斷中占47.7%。通過(guò)對(duì)上述規(guī)律的整合，我們發(fā)現(xiàn)中、西太平洋多金屬結(jié)殼普遍存在的間斷期分別可以對(duì)應(yīng)上述生長(zhǎng)速率變化情形：間斷期65～60 Ma對(duì)應(yīng)“情形a”，早古新世暖期較溫和的水動(dòng)力條件以及較低的生產(chǎn)力可能造成了此期間斷。間斷期51～42 Ma對(duì)應(yīng)“情形b”，與早始新世氣候最佳期（EECO）對(duì)應(yīng)，這同樣也是一個(gè)暖期。此兩次間斷期之間的生長(zhǎng)期（60～50 Ma）具有較高生長(zhǎng)速率，對(duì)應(yīng)以強(qiáng)化學(xué)風(fēng)化作用著稱的古新世碳同位素最高期（PETM），此時(shí)海水被酸化，CaCO3大量溶解供應(yīng)了大量的溶解Fe，結(jié)殼成礦物質(zhì)充足。間斷期40～35 Ma對(duì)應(yīng)“情形b”，可能反映了美洲風(fēng)塵和亞洲風(fēng)塵通量同時(shí)較低的時(shí)期，同時(shí)隨著CaCO3溶解率的逐漸降低，結(jié)殼復(fù)生長(zhǎng)時(shí)也具有不高的生長(zhǎng)速率。間斷期28～18 Ma則對(duì)應(yīng)“情形c”，可能由于海洋中CaCO3溶解率的長(zhǎng)期不足導(dǎo)致，表現(xiàn)為與此間斷期相鄰的生長(zhǎng)期持續(xù)較低的生長(zhǎng)速率。此后，在15～0 Ma，偏西部的海山區(qū)結(jié)殼生長(zhǎng)速率較高持續(xù)上升，主要是由于該區(qū)域開始不斷接受歐亞大陸的風(fēng)化剝蝕物。Segl等[49]嘗試將結(jié)殼的生長(zhǎng)速率突變點(diǎn)作為生長(zhǎng)間斷的時(shí)代標(biāo)志（time marker），為結(jié)殼定年提供年代控制點(diǎn)。該思路與本文不謀而合，但其研究的局限性是只考慮了生長(zhǎng)速率突變的情況而忽視了在持續(xù)較低的生長(zhǎng)速率區(qū)間，多金屬結(jié)殼也很有可能發(fā)生間斷。

3 結(jié)論

（1）中、西太平洋多金屬結(jié)殼生長(zhǎng)速率變化規(guī)律存在區(qū)域性和剖面特征。偏東部的萊恩海山區(qū)結(jié)殼具有相對(duì)較高的生長(zhǎng)速率（平均3.1 mm/Ma），而偏北部的馬爾庫(kù)斯威克海山區(qū)相對(duì)較低（平均1.9 mm/Ma），偏西部的麥哲倫海山區(qū)和馬紹爾海山區(qū)結(jié)殼的生長(zhǎng)速率（平均2.2 mm/Ma）處于二者之間。萊恩海山區(qū)多金屬結(jié)殼較高的生長(zhǎng)速率與其所處適當(dāng)?shù)某傻V深度、較強(qiáng)的氧化性水流條件和可接受相對(duì)豐富的陸源物質(zhì)供應(yīng)有關(guān)。6塊樣品的生長(zhǎng)速率在剖面上自底至頂（由老至新）總體表現(xiàn)為由高至低的變化，部分樣品在中中新世以來(lái)生長(zhǎng)速率又有所回升。其中，60～50、42～32和15～0 Ma的年代區(qū)為結(jié)殼生長(zhǎng)速率高值期，而在32～28 Ma區(qū)間內(nèi)生長(zhǎng)速率較低。生長(zhǎng)速率在剖面上的變化可能與美洲、亞洲風(fēng)塵輸運(yùn)強(qiáng)度和海水碳酸鈣溶解率的演化有關(guān)。

（2）中、西太平洋多金屬結(jié)殼普遍存在的間斷期分別可以對(duì)應(yīng)以下3種生長(zhǎng)速率變化情形：間斷期65～60 Ma對(duì)應(yīng)“生長(zhǎng)速率由低升高（情形a）”，可能與早古新世暖期較溫和的水動(dòng)力條件以及較低的生產(chǎn)力有關(guān)。間斷期51～42和40～35 Ma對(duì)應(yīng)“生長(zhǎng)速率由高轉(zhuǎn)低（情形b）”，可能與氣候回暖以及風(fēng)塵通量供應(yīng)較低有關(guān)。間斷期28～18 Ma則對(duì)應(yīng)“生長(zhǎng)速率持續(xù)偏低（情形c）”，可能是由海洋中CaCO3溶解率的長(zhǎng)期不足導(dǎo)致的。

致謝：中國(guó)大洋協(xié)會(huì)和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局為本研究提供項(xiàng)目和樣品支持。同時(shí)對(duì)國(guó)家地質(zhì)測(cè)試中心杜安道、屈文俊、李超研究員和其他測(cè)試人員對(duì)本研究提供的高水平測(cè)試數(shù)據(jù)表示感謝！感謝丁旋、李江山、張振國(guó)、高蓮鳳、吳長(zhǎng)航、張艷、張志超、周濤和黃和浪對(duì)本研究和前期研究的貢獻(xiàn)！

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