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太平洋CC区（Clarion-Clipperton Zone）是全球多金属结核最富集的海域之一[1]。因多金属结核具有潜在的经济价值[2]，一些国家和企业陆续在CC区内获得勘探合同区。然而深海资源勘探、试采以及即将开始的采矿活动对生态、环境的影响越来越受关注[3-5]。考虑到采矿产生的羽流释放有毒元素到海水中，且其再沉积对底栖生物产生严重影响[6]，国际海底管理局将沉积物地球化学特征作为环境基线研究、勘探开发对生态环境影响评价的内容[7-8]。我国自20世纪80年代起持续对CC区西部开展多金属结核调查，同时开展表层沉积物元素含量及区域变化[9-25]、沉积物与多金属结核资源关系[21-22,26-28]、沉积物稀土等方面的研究[13, 29-34]，对CC区西部沉积物地球化学特征及其成因机制的认识日益加深。国外学者则对CC区中部和东部沉积物地球化学开展较多研究[35-38]。环境基线研究和采矿的生态环境影响评价，需要对采矿影响深度的沉积物进行综合研究，仅对表层沉积物的研究是不足的。国际海底管理局明确要求对采矿活动影响深度以内的沉积物按一定间隔分层测试[7-8]。根据CC区沉积物土力学特征，多金属结核采矿的影响深度不超过30 cm[39]。这就需要开展沉积物短柱样的地球化学研究。本文对CC区西部中国大洋协会勘探合同区及其邻域采集的沉积物短柱样进行地球化学分析，研究该区浅表层沉积物元素时空变化特征及其控制因素。
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CC区是指位于东太平洋克拉里昂、克里帕顿两条近东西向转换断层之间的区域，西临莱恩海山链，东临东太平洋海隆（图1）。因板块扩张，CC区洋壳年龄自东太平洋海隆向西逐渐变老，西侧最老洋壳年龄达90 Ma[40]。海底地形也向西逐渐加深，CC区西部平均水深大于5 000 m，局部达5 300~5 400 m，为深海丘陵地形。海底沉积速率为0.5 mm/ka至几毫米每千年[41]。因CC区南部生产力较高，加之西部接收沉积的时间长于东部，导致CC区内沉积物厚度南部比北部厚，西部比东部厚。CC区内沉积物类型呈南北分带，自北向南依次为红黏土、硅质软泥、钙质—硅质软泥和钙质软泥[42]。现今，CC区表层海水受向西的北太平洋流控制，底层受富氧的南极底流（AABW）影响[42]。
图 1 研究区域图及站位分布图
Figure 1. Study area and location of 7 cores
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本文研究样品为2017年“向阳红03”科考船执行大洋45航次期间在太平洋CC区西部采集的7根多管样和箱式插管样，样长35~55 cm。7根短柱样大约沿经度154.5° W南北向分布，所跨纬度为8.5°~13.0° N，取样站位水深4 971~5 424 m（图1、表1）。现场对表层沉积物涂片鉴定，显示研究区沉积物碎屑组分有微铁锰结核、石英、钠长石、火山玻璃、有机质团块、生物磷灰石等，生源组分以放射虫、硅藻及海绵骨针等为主。
表 1 沉积物柱样站位信息
Table 1.
Information for sediment cores 站位名 柱样名 经度/°W 纬度/°N 水深/m 样长/cm 样品数/个 45Ⅱ-CC-S09-MC41 MC41 154.251 09 13.001 91 5 424 58 14 45Ⅱ-CC-S10-MC40 MC40 154.250 13 12.000 08 4 971 44 11 45Ⅱ-KW1-S01-MC29 MC29 154.249 88 10.999 93 5 237 48 12 45Ⅱ-KW1-S40-MC34 MC34 154.594 15 10.192 09 5 145 41 11 45Ⅱ-KW1-S05-MC13 MC13 154.333 44 10.083 29 5 167 48 12 45Ⅱ-KW1-S37-BC29 BC29 154.249 85 9.499 878 5 135 39 10 45Ⅱ-CC-S01-BC08 BC08 154.232 62 8.506 603 5 176 36 10 各柱样15 cm以上层段，按照国际海底管理局规定[8]以1、3、5、8、12 cm间隔进行样品分析，15 cm以下层段以5 cm为间隔进行样品分析，共计分析80个样品。沉积物样品烘干后，用玛瑙研钵研磨至200目粉末。称取约30 mg样品放入Teflon杯，加入1∶1硝酸和氢氟酸溶液2 mL，超声波振荡20 min后放置在150 ℃电热板上加热至近干。再次加入1∶1硝酸和氢氟酸溶液2 mL，超声波振荡20 min、静置48 h后，用电热板加热至近干。然后反复2次加入1 mL硝酸，加热至近干。最后加入2 mL硝酸和3 mL超纯水，静置48 h后，用容量瓶定容至60 g用于上机测试。常微量元素测量在兰州大学地质科学与矿产资源学院超净实验室完成，其中常量元素使用VISTA-MPX型等离子光谱仪，微量元素分析仪器为Skyray Instrument USA Inc.生产的ICP-MS—2 000型等离子质谱仪。测试过程中使用美国地质调查局的BHVO-2和BCR-2标准物质进行质量控制，其中常量元素的测量误差低于1.36%，微量元素的测量误差低于1.42%。
粒度分析取适量样品放入烧杯中，加入10 mL 30%的H2O2，室温反应24 h以去除有机质。加入10 mL 0.5 N 的六偏磷酸钠（[NaPO3]6），超声振荡分散10 min后，在自然资源部第三海洋研究所利用MasterSizer—2 000型激光粒度仪进行粒度测试，测量误差<3%。
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7根柱样沉积物常微量元素含量统计结果见表2。因等离子光谱法无法准确测量SiO2含量，本论文常量元素及后续的讨论中不包括SiO2。研究区常量元素平均含量由大到小为Al2O3>Fe2O3>Na2O>MgO>K2O>CaO>TiO2>MnO>P2O5，位于研究区北部的MC41、MC40、MC29和偏西的MC34柱样沉积物中Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、TiO2等元素平均含量较南部的三根柱样高；微量元素中，Ba含量最高（1 830.73~4 474.61 μg/g），Cu、Sr含量次之（约200~530 μg/g），其次为Ni、Zr、Zn、V、B、Co、Rb、Cr、Pb（约20~200 μg/g），而大部分样品的Mo、Cs、Hf、Ta、Th、U、Nb含量小于10 μg/g。
表 2 7根柱样沉积物常微量元素含量统计表
Table 2.
Major and trace element content of 7 cores MC41 MC40 MC29 MC13 MC34 BC29 BC08 Al2O3 最小值 11.48 10.88 10.99 11.42 11.83 4.76 8.77 最大值 15.90 14.28 13.35 13.26 14.06 11.40 13.51 平均值 13.29 12.75 12.23 12.39 12.85 7.77 12.22 CaO 最小值 1.31 1.79 1.53 1.33 1.31 1.50 0.89 最大值 2.41 6.68 1.81 1.48 1.43 1.89 1.42 平均值 1.76 3.51 1.66 1.42 1.36 1.72 1.29 Fe2O3 最小值 6.16 3.87 5.94 5.89 6.14 3.89 3.03 最大值 8.97 7.53 7.07 6.80 7.10 6.20 6.80 平均值 7.36 6.65 6.57 6.39 6.62 4.95 6.06 K2O 最小值 2.13 0.87 2.14 2.17 2.22 0.88 0.95 最大值 2.72 2.49 2.38 2.42 2.60 2.18 2.51 平均值 2.41 2.24 2.27 2.31 2.43 1.42 2.22 MgO 最小值 2.79 2.93 2.80 2.84 2.87 2.29 2.11 最大值 4.09 3.42 3.19 3.05 3.18 3.00 3.12 平均值 3.32 3.20 3.04 2.96 3.07 2.68 2.89 MnO 最小值 0.56 0.32 0.62 0.56 0.48 0.70 0.21 最大值 0.70 0.74 0.76 0.83 0.65 1.38 0.46 平均值 0.65 0.65 0.68 0.67 0.58 0.90 0.32 Na2O 最小值 3.96 2.05 3.84 3.64 4.25 4.29 2.52 最大值 4.90 4.52 6.15 4.73 5.33 5.56 4.89 平均值 4.46 3.79 4.60 4.41 4.71 4.89 4.39 TiO2 最小值 0.72 0.27 0.66 0.66 0.66 0.22 0.36 最大值 1.11 0.86 0.74 0.72 0.72 0.60 0.68 平均值 0.89 0.76 0.72 0.69 0.69 0.38 0.62 P2O5 最小值 0.13 0.09 0.32 0.25 0.13 0.36 0.22 最大值 0.20 0.33 0.37 0.31 0.21 0.70 0.33 平均值 0.16 0.28 0.34 0.27 0.16 0.55 0.29 B 最小值 64.39 10.14 105.87 93.06 54.65 90.77 48.18 最大值 112.18 143.78 156.90 132.22 89.79 143.17 134.02 平均值 86.53 114.22 125.94 117.97 70.91 115.11 111.00 Co 最小值 75.05 37.31 96.38 87.84 58.47 45.40 38.59 最大值 105.66 134.41 108.56 114.73 83.70 131.92 124.58 平均值 92.61 105.42 104.84 99.61 69.99 73.15 84.39 Ni 最小值 123.78 71.54 188.17 154.07 67.67 163.88 66.32 最大值 183.80 251.51 249.95 229.99 141.62 540.93 153.97 平均值 155.63 201.22 210.76 191.24 116.94 280.46 115.79 Cu 最小值 230.55 118.33 393.34 381.47 212.94 398.30 165.44 最大值 354.11 485.13 532.14 501.67 350.81 760.77 496.50 平均值 296.55 407.47 445.43 429.15 281.56 535.10 415.20 Zn 最小值 104.34 60.74 134.85 139.23 82.60 132.25 67.95 最大值 148.33 165.47 169.59 174.90 121.53 187.70 154.32 平均值 126.42 147.05 149.42 150.32 101.42 158.55 138.30 Mo 最小值 4.91 2.21 4.32 4.62 3.24 7.17 1.39 最大值 9.03 6.47 15.42 16.13 13.51 35.06 3.54 平均值 5.99 4.72 8.89 8.90 5.59 20.74 2.31 Ba 最小值 1 613.20 2 311.49 2 462.30 3 249.65 2 117.53 3 815.20 3 180.59 最大值 2 383.67 3 876.00 2 874.20 3 971.25 3 206.37 5 363.32 4 957.21 平均值 1 830.73 3 287.65 2 753.35 3 600.76 2 743.49 4 474.61 4 146.45 Sr 最小值 145.62 237.59 203.18 214.16 132.86 214.92 156.41 最大值 209.41 367.79 223.35 262.12 179.96 275.24 252.22 平均值 177.45 279.83 216.69 229.08 155.85 239.17 224.43 V 最小值 104.68 45.43 116.69 115.77 75.57 47.37 48.17 最大值 160.56 153.54 136.17 144.23 103.38 115.22 126.85 平均值 131.51 134.84 128.52 124.88 86.27 78.32 110.79 Cr 最小值 71.94 55.50 75.34 69.57 40.78 16.46 30.12 最大值 132.06 111.59 89.53 86.04 61.92 91.88 75.56 平均值 98.69 97.75 81.96 75.12 52.44 43.45 64.96 Rb 最小值 70.17 55.08 80.13 85.62 49.59 26.32 45.96 最大值 96.93 104.45 94.49 107.22 77.88 82.79 100.94 平均值 84.89 94.96 89.82 93.18 62.04 50.21 87.98 Zr 最小值 106.31 55.61 143.84 143.44 91.83 93.73 65.63 最大值 167.59 176.70 166.39 176.94 129.56 152.57 173.59 平均值 135.93 154.05 158.20 155.93 106.04 121.95 151.45 Nb 最小值 8.72 4.05 10.16 10.24 6.22 3.91 6.73 最大值 13.42 13.12 11.88 12.73 9.44 10.00 11.90 平均值 11.05 11.74 11.30 11.01 7.54 6.72 10.41 Cs 最小值 6.32 6.35 6.93 7.35 4.32 1.60 5.15 最大值 8.81 9.09 8.28 9.26 7.06 7.15 8.82 平均值 7.71 8.41 7.82 8.05 5.58 3.93 7.73 Hf 最小值 2.69 1.26 3.42 3.26 2.31 1.97 1.65 最大值 4.23 4.24 4.01 4.02 3.28 3.53 4.13 平均值 3.48 3.66 3.74 3.59 2.67 2.70 3.60 Ta 最小值 0.53 0.22 0.57 0.56 0.37 0.17 0.40 最大值 0.80 0.74 0.67 0.66 0.56 0.57 0.67 平均值 0.66 0.66 0.63 0.60 0.45 0.35 0.59 Pb 最小值 22.75 10.30 27.08 24.42 16.17 15.80 13.44 最大值 31.39 33.34 30.42 29.45 24.49 32.20 29.94 平均值 27.64 28.08 28.90 26.31 20.05 21.74 25.15 Th 最小值 7.48 9.06 10.62 9.23 6.44 2.78 7.11 最大值 10.63 11.38 12.18 11.30 9.70 10.15 12.45 平均值 9.12 10.47 11.61 10.14 7.77 6.04 11.17 U 最小值 1.44 0.58 1.62 1.48 1.07 1.27 0.74 最大值 2.04 1.96 1.90 1.78 1.53 1.68 1.82 平均值 1.77 1.67 1.79 1.60 1.27 1.47 1.60 7根柱样沉积物常量元素含量有差异（图2）。其中，位于最南部的BC08柱样，沉积物中MnO含量明显低于其它柱样；BC29柱样沉积物中Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O等含量整体较低，而Na2O、P2O5、MnO等常量元素含量较其它柱样的高；研究区北部的MC40柱样5~25 cm层段沉积物中CaO和Sr含量明显高于其它柱样。
图 2 7根柱样沉积物常量元素随深度变化
Figure 2. Major element content vs. depth of sediments of 7 cores
7根柱沉积物常量元素随深度变化分为2类，其中位于研究区南部的BC29柱样，沉积物中的Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O、MnO等元素含量呈向上增高的变化趋势，而P2O5含量向上降低；其余6根柱样Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O等向上略微降低，MnO、P2O5、Na2O等波动变化。
选取微量元素中代表性元素作其随深度变化图，根据其含量和随深度变化情况同样分为明显的2类（图3），其中位于研究区南部的BC29柱样，沉积物中Zr、Cr、Pb等元素含量较其它柱样低，Ni、Cu、Mo等元素含量较其它柱样高，且Zr、Cr、Pb、Ni、Cu等元素含量呈明显的向上增高的变化趋势，Mo向上先增高后降低；其余6根柱样沉积物中除Ni、Cu变化不明显外，Zr、Cr、Pb、Mo等元素含量向上略有降低。
图 3 7根柱样沉积物微量元素随深度变化
Figure 3. Trace element content vs. depth of sediments of 7 cores
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用各元素与其上地壳中平均含量（UCC）的比值[43]来表征研究区沉积物常微量元素的富集与亏损（图4）。结果显示，研究区沉积物中Na2O、MgO、MnO、P2O5、Fe2O3等常量元素相对UCC富集，其中MnO和P2O5的富集尤为明显，其含量分别是UCC含量的3.22~8.98倍和1.04~3.64倍；Al2O3、K2O、CaO等常量元素相对亏损，其与UCC比值分别为0.50~0.86，0.51~0.83，0.36~0.98（图4a）。微量元素中Co、Ni、Cu、Zn、Pb、B、Mo、Ba等相对富集，其与UCC的比值分别为4.05~6.09，2.46~5.97，10.59~19.11，1.51~2.37，1.18~1.70，4.17~7.41，2.10~18.86，2.92~7.13；而Nb、Ta、Zr、Hf、U等高场强元素和Sr相对亏损，其与UCC的比值分别为0.56~0.98，0.39~0.74，0.55~0.82，0.50~0.71，0.47~0.66，0.49~0.87；V、Cr、Th、Rb、Cs等元素相对于UCC值略有亏损或富集，其与UCC的比值分别为0.81~1.39，0.47~1.07，0.58~1.11，0.60~1.11，0.80~1.72（图4b）。
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对7根柱样80个沉积物样品的常微量元素进行R型聚类分析。结果显示在距离等于15时，研究区沉积物中的元素分为四类（图5）。其中，第一类包括Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、TiO2等常量元素和V、Cr、Co、Rb、Zr、Nb、Cs、Hf、Ta、Pb、Th、U等微量元素；第二类包括MnO、P2O5、B、Ni、Cu、Zn、Mo、Ba；第三类包括CaO和Sr；第四类只有Na2O。
图 5 沉积物化学组分聚类分析树状图
Figure 5. Cluster analysis for elements in sediments from 7 cores
对80个样品的常微量元素进行R型因子分析，根据方差特征值大于1的原则，用最大方差法进行旋转后，前4个因子的方差贡献率分别为：51.2%、24.2%、7.9%和 6.2%，累积方差贡献率为89.5%。本次因子分析的KMO值为0.82，Bartlett球形度检验的近似卡方值为5 928，显著性<0.05，说明样本适合因子分析，分析结果可接受。因子载荷和因子得分图显示（图6），主因子F1上载荷值较大的元素包括：Al、Fe、K、Ti、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、Pb、Th、Cs、Rb、V、Cr等；主因子F2上载荷值较大的元素包括：P、B、Ba、Sr、Cu、Zn等；主因子F3上载荷值较大的元素包括：Mn、Mo、Ni；主因子F4上正载荷值较大的元素有：Ca、Sr，负载荷值较大的元素为Na。由于F2与F3中的某些元素具有较高的相关性（如P与Mo、Ni与Zn、Mn与Cu），可将F2与F3归为一类。
图 6 因子载荷（a，b）和因子得分（c，d）散点图
Figure 6. Scatter plots: (a,b) factor load, and (c,d) factor score
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以上聚类分析和因子分析结果基本一致，CC区西部沉积物常微量元素分为4种元素组合，并受4个因子控制。其中，第一类元素组合中的Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、TiO2等常量元素，均为主因子F1上载荷值较大的元素。主因子F1的方差贡献率高达51.2%，是研究区沉积物元素变化的最主要地质因素。Al2O3、TiO2主要存在于铝硅酸盐矿物中，因不参与生物过程[23]，其它元素与Al2O3、TiO2的比值常作为判断非陆源元素成因或来源的依据。第一类元素组合中的Fe2O3、K2O、MgO等常量元素也是铝硅酸盐矿物中的常见元素。而深海中铝硅酸盐以陆源供应为主。在东太平洋，铝硅酸盐多以亚洲或美洲大陆粉尘成因的黏土矿物形式存在[44]。第一类元素组合中的V、Cr、Pb、Rb、Hf、Zr、Ta等微量元素与陆源成因的常量元素强相关，表明这些元素也是陆源成因的。
第二类元素组合中的MnO、Ni、Cu、Zn、Mo等元素，是铁锰结核中的高含量元素。这些元素来自海水[2]。海水中的Mn2+在海底低氧环境下被氧化成不溶的MnO2胶体或颗粒，MnO2可吸附Cu2+、Zn2+、Ni2+等二价金属离子，而MoO4 2-则被Fe(OOH)-吸附[2]。P2O5也来自海水。海洋生物自海水中摄取磷，当生物碎屑在深水中分解后，难容的磷酸盐可在沉积物中保存下来。此外，磷可在铁锰结核中富集，其含量是深海沉积物的3倍[23]。研究区第二类组合中的相关元素与沉积物中常见的微铁锰颗粒有关。
第三类元素组合仅包括CaO和Sr。这两种元素的强相关表明其与钙质生物有关。在CC区西部，碳酸钙补偿深度（CCD）为5 000 m[45]，研究区北部的MC40柱样水深略浅于CCD深度，该柱样5~25 cm层段CaO、Sr含量异常高，是未溶的钙质生物碎屑导致的。其它6根柱样中的CaO含量基本一致，多低于2%。需要说明的是：除CaO和Sr为生物成因外，研究区沉积物中还含有大量的硅质生物碎屑。毋庸置疑，沉积物中部分Si也是生物成因的。因本研究没有进行SiO2含量的分析，故不做进一步讨论。
聚类分析和因子分析结果显示，研究区沉积物中Na2O既非陆源成因的、也非海水自生或生物成因的。涂片发现沉积物中含石英、火山玻璃、钠长石等颗粒。火山玻璃中通常具有较高的Na2O含量[46]。与火山相关的热液活动，可形成钠长石，成为沉积物中Na2O的来源[16,24]。此外，热液活动可形成板条状或柱状单晶体重晶石，周怀阳等[24]认为受热液活动影响的沉积物中Ba/Ti比值具大幅度跃升的特征，使其有别于海洋化学和生物生产力变化导致的Ba异常。7根柱样的Ba/Ti比值显示，位于南部的BC29柱样沉积物的Ba/Ti比值异常高，并呈向上减小的变化趋势（图7）。位于其南部的BC08柱样Ba/Ti值仅次于BC29柱样的，其比值整体大于1，高于其它柱样的，且3 cm以下层段也有向上减小的趋势。而MC29以北的其它柱样，除了MC40柱样因15 cm处碳酸钙含量异常高而导致生物Ba含量增加外，其余柱样沉积物中Ba/Ti比值均<1，各柱样中Ba/Ti比值呈自南向北减少的趋势。BC29和BC08柱样的Ba/Ti比值及其随深度的变化，表明研究区南部沉积物中有火山—热液来源的物质，而且火山—热液作用逐渐减弱。值得注意的是，因子分析显示Ba为海水来源的，这是由于热液成因的重晶石中Ba并非直接来源于火山或热液物质，而是生物吸附海水中的Ba沉积后受热水淋滤作用局部富集[24,47]。
图 7 各沉积物柱样中Ba/Ti随深度变化
Figure 7. Ba/Ti ratio vs. depth of sediments from 7 cores
值得注意的是，BC29柱样沉积物主微量元素含量显示出与其它柱样明显不同的纵向变化趋势（图2，3），即陆源成因元素（Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O、Zr、Cr、Pb）含量很低且向上增高，与微铁锰颗粒相关的元素（MnO、Cu、Ni）含量较其它柱样高且向上增高，而其余柱样陆源成因元素含量高且向上略微降低，表明该柱样与其余柱样沉积物具有明显不同的主导元素，推测该柱样沉积物中SiO2含量可能比较高且向上降低，因本研究未进行SiO2含量分析，故不做进一步讨论。
各柱样因子得分结果显示研究区沉积物元素来源存在空间上的差异（图6c，d）。位于研究区北部（10.2° N以北）的MC41、MC40、和MC29沉积物元素为陆源、海水自生来源和钙质生物来源的；而研究区南部（10.2° N以南）的MC34、MC13、BC29和BC08柱样，沉积物元素除陆源、海水自生来源外，还有火山—热液来源的，而钙质生物的来源则不明显。
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沉积物中元素含量常受沉积物颗粒的影响。研究区表层沉积物自北向南变粗[13]，本文研究的7根柱样中，除BC29柱样的沉积物呈向上变细外，其余6根柱样的沉积物均向上变粗（图8）。BC29柱样陆源的Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2等元素含量呈向上波动增加的变化趋势，而MC34、MC41等柱样的陆源常量元素则呈向上波动降低的变化趋势（图2），研究区沉积物粒度与元素含量之间似乎存在关系。然而，全部7根柱样代表不同来源和成因的Al2O3、MnO、CaO和Na2O等四种常量元素含量与平均粒径的散点图则显示元素与粒度的相关性不明显（图9），但就每一根柱样的元素与其粒径进行分析显示，个别柱样的部分元素与其平均粒径具较好的相关性。例如BC29、MC29和MC41柱样的平均粒径与陆源成因的Al2O3含量相关性较好；钙质生物成因的CaO仅在MC41柱样中与平均粒径呈强相关；海水自生成因的MnO含量仅在MC34和MC29柱样中与平均粒径具有相关性。火山—热液成因的Na2O含量仅在MC34柱样中具有较好的相关性。由此可见，尽管研究区沉积物粒度与部分元素含量之间存在相关性，但远不如近岸和陆架海域粒度对元素含量的影响那么明显。这是由于研究区沉积物以陆源粉尘来源的为主，陆源黏土颗粒较细且粒径基本一致，不如近岸或陆架区沉积物粒度变化明显。此外，研究区沉积物元素来源较近岸和陆架区的复杂，沉积物中钙质生物成因、海水自生成因、火山—热液成因的生物碎屑、微铁锰结核、火山玻璃、石英和钠长石等矿物虽然含量较少，且其颗粒大多较细（细粉砂粒级），对平均粒径的影响较小，但却足以引起某些元素含量的变化，使得研究区粒度与元素含量的相关性整体不强。
图 8 7根柱样沉积物平均粒径随深度变化图
Figure 8. Mean grain size vs. depth of sediments of 7 cores
图 9 7根柱样沉积物元素与平均粒径散点图及其线性回归系数
Figure 9. Scatter plot of element and mean grain size of sediments from 7 cores with correlation coefficients of the linear regressions
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大气环流和河流是陆源物质向海洋搬运的两条途径。研究区远离大陆，深海沉积物中的陆源物质来源主要受大气环流的控制。北太平洋大气环流受季节影响：冬季盛行东北信风，夏季受中亚、南亚西风带的影响[48-49]。太平洋CC区位于信风、西风带和高空气流复合作用区，信风来自北美，北美气候相对温湿，可提供的陆源物质比较少；西风带来自中亚和南亚；高空气流来自亚洲，主要在10~12 km的高空运动，无论冬季、夏季都存在，可向太平洋搬运地表风化颗粒、尤其是中亚沙漠的石英砂粒和黏土物质，是CC区风成沉积的主要动力[48,50]。如前所述，研究区西部和北部柱样沉积物中陆源元素含量高于南部（表2），说明陆源物质可能主要来自西北方向的亚洲风尘沉积。
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大洋沉积物中钙质生物碎屑含量是钙质生物遗体输入和CCD深度以下碳酸钙溶解的动态平衡。研究区柱样中钙质生源元素含量与CCD深度和生产力变化有关。MC40柱样5~25 cm层段CaO含量明显高于其它柱样，其CaO含量最大达6%，平均值3%，而其它柱样CaO含量整体低于2%（图2）。考虑到最上部沉积物未压实，沉积速率按5 mm/ka计算[41]，则MC40柱样5~25 cm高CaO含量层段沉积年代为末次冰期。该时期随着海平面下降，加之生产力的变化[51]，使得MC40柱样海底位于CCD深度以上[45]，钙质生物碎屑得以保存。而其它柱样中的CaO含量仍整体较低，说明CCD深度的变化没有影响到其它柱样。末次冰期结束后，MC40柱样CaO含量急剧降低，但由于其水深接近5 000 m的CCD深度[45]，碳酸钙溶解速率较其它柱样的低，使得MC40柱样最顶部CaO含量仍高于其它柱样的。尽管其它柱样在末次冰期时水深仍大于CCD深度，但由于末次冰期海平面下降和生产力的变化，其CaO含量仍相对较高。例如MC41柱样CaO含量呈明显的向下增加的变化趋势；BC08、BC29柱样最上部5 cm（相当于末次冰期之后沉积的）层段中CaO有明显的降低。这种柱样顶部CaO含量降低的现象在研究区常见[18]，应为海平面和生产力变化导致的。
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研究表明，南极底流（AABW）对太平洋沉积具有两方面的作用：一方面使生物碳酸盐溶解，使已经形成的结核、沉积物被冲刷、侵蚀，另一方面可以促进成矿物质的富集和多金属结核的形成[48]。研究区MnO、Co、Ni、Cu、Zn、Mo等元素含量与上地壳元素平均含量相比显著富集。这些元素是从海水中被吸附到沉积物中，并以微铁锰结核的形式存在，其富集常与南极底流输入的富氧海水有关。沿南极陆坡下沉形成的南极底流，流经汤加和萨摩亚海盆后进入西太平洋，而后经莱恩群岛进入东太平洋海盆[52]。富氧的海底环境有利于Mn的氧化物和铁的氢氧化物的沉淀，而Mn的氧化物和铁的氢氧化物可吸附其它二价金属离子[53]。正是由于南极底流形成的海底富氧环境，使得CC区成为全球铁锰结核最富集的海区之一。沉积物中也因微铁锰结核的存在而富集与CC区铁锰结核相同的二价金属元素[54-56]。
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沉积物中极少量的火山玻璃、钠长石指示研究区可能有火山—热液来源的物质。因子分析显示研究区南部柱样沉积物受火山—热液物质的影响。位于研究区南部的BC29柱样显著升高的Ba/Ti比值及其向北的递减，也说明南部受火山—热液物质的影响。然而，由于火山—热液作用对沉积物元素的影响处于次要地位，其因子载荷仅为6.2%；另一方面，与火山—热液活动可能有关的Fe2O3、Cr、Pb[23]等元素与Al2O3、TiO2等陆源成因的元素正相关，并且从BC29柱样的Ba/Ti比值可以看出，火山—热液作用在地质时期的影响逐渐减弱。因此，与以上四种地质环境对沉积物元素的影响而言，火山—热液作用对沉积物元素的影响最小。
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（1） 太平洋CC区西部7根沉积物短柱样的沉积物元素含量与大陆上地壳平均值相比，沉积物具有显著的MnO、P2O5、Co、Ni、Cu、Zn、Mo等元素富集的特征。
（2） 研究区沉积物元素分为四种成因组合，其中Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、TiO2、V、Cr、Co、Rb、Zr、Nb、Cs、Hf、Ta、Pb、Th、U等为陆源粉尘黏土成因，受大气环流的影响，陆源物质主要来自亚洲高空气流携带的粉尘物质；CaO和Sr为钙质生物成因，其含量变化与柱样所处水深、冰期海平面下降和生产力变化导致的CCD深度变化有关；MnO、P2O5、Ni、Cu、Zn、Mo等为海水自生成因，其富集受富氧的南极底流活动的影响；Na2O为火山—热液成因，Ba/Ti比值指示火山—热液作用在地质历史时期逐渐减弱，且对沉积物的影响向北减弱。
（3） 以10.2° N为界，以北沉积物元素为陆源、海水自生源和钙质生物来源；以南沉积物元素为陆源、海水自生源和火山—热液来源。
Geochemical Characteristics and Genetic Mechanisms of Sediments from Western Clarion-Clipperton Zone, Pacific Ocean
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摘要:
对太平洋CC区西部7根沉积物短柱样的常微量元素进行浓度测试，以了解沉积物元素时空分布特征及其来源和控制因素。与上地壳元素平均值（UCC）相比，研究区沉积物中MnO、P2O5、Co、Ni、Cu、Mo、Ba明显富集，Al2O3、K2O、Fe2O3、CaO、Sr等亏损。聚类和因子分析表明研究区沉积物元素有4种来源，其中Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、TiO2、V、Cr、Co、Rb、Zr、Nb、Cs、Hf、Ta、Pb、Th、U为陆源黏土成因；CaO和Sr为钙质生物成因；MnO、P2O5、B、Ni、Cu、Zn、Mo、Ba为海水自生成因；Na2O为火山—热液成因。10.2° N以北沉积物元素为陆源黏土、海水自生和钙质生物成因，而10.2° N以南沉积物元素为陆源黏土、海水自生和火山—热液成因。沉积物中陆源物质主要来自亚洲高空气流携带的风尘物质。沉积物中海水自生成因的金属元素富集，与富氧的南极底流有关。柱样中CaO、Sr含量的时空变化，与柱样所处水深、冰期生产力和碳酸钙补偿深度变化有关。柱样中Ba/Ti指示的火山—热液活动在地质时期呈减弱的趋势，其对沉积物的影响也向北减弱。 Abstract:The major and trace elements of sediments in seven short cores collected from the western Clarion-Clipperton Zone in the Pacific Ocean were measured， with an attempt to understand their spatial and temporal distributions and genetic mechanism. Compared to the Upper Continental Crust （UCC）， the sediments in the study area are significantly enriched in MnO， P2O5， Co， Ni， Cu and Mo. They are depleted in Al2O3， K2O， Fe2O3， CaO and Sr. Cluster and factor analysis show that the elements of the sediments are derived from four sources： 1） Al2O3， Fe2O3， K2O， MgO， TiO2， V， Cr， Co， Rb， Zr， Nb， Cs， Hf， Ta， Pb， Th and U from terrestrial clay； 2） CaO and Sr from calcareous biogenous sediments； 3） MnO， P2O5， B， Ni， Cu， Zn， Mo， Ba are hydrogenous； and 4） Na2O is of volcanic-hydrothermal origin. Sediments sampled to the north of latitude 10.2° N were terrigenous， hydrogenous and calcareous biogenous； sediments to the south were terrigenous， hydrogenous and volcano-hydrothermal genesis. The terrestrial material mainly comes from aeolian material carried by upper air currents from Asia. Hydrogenous enrichment of metal elements in the sediments is related to oxygen-rich Antarctic Bottom Water （AABW）. The spatial and temporal variation of biogenous CaO and Sr is related to the ocean depths of the cores， and the changes of carbonate compensation depth （CCD） responding to falling sea levels and productivity change during the glacial period. The volcanic-hydrothermal activity indicated by the Ba/Ti ratio in the cores weakened over geological time， and its impact on the sediments also weakened northward. -
Key words:
- Pacific Ocean /
- Clarion-Clipperton Zone /
- sediments /
- geochemistry /
- genetic mechanism
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图 2 7根柱样沉积物常量元素随深度变化
Figure 2. Major element content vs. depth of sediments of 7 cores
图 3 7根柱样沉积物微量元素随深度变化
Figure 3. Trace element content vs. depth of sediments of 7 cores
图 6 因子载荷（a，b）和因子得分（c，d）散点图
Figure 6. Scatter plots: (a,b) factor load, and (c,d) factor score
图 9 7根柱样沉积物元素与平均粒径散点图及其线性回归系数
Figure 9. Scatter plot of element and mean grain size of sediments from 7 cores with correlation coefficients of the linear regressions
表 1 沉积物柱样站位信息
注： MC为多管样，BC为箱式插管样。Table 1.
Information for sediment cores 站位名 柱样名 经度/°W 纬度/°N 水深/m 样长/cm 样品数/个 45Ⅱ-CC-S09-MC41 MC41 154.251 09 13.001 91 5 424 58 14 45Ⅱ-CC-S10-MC40 MC40 154.250 13 12.000 08 4 971 44 11 45Ⅱ-KW1-S01-MC29 MC29 154.249 88 10.999 93 5 237 48 12 45Ⅱ-KW1-S40-MC34 MC34 154.594 15 10.192 09 5 145 41 11 45Ⅱ-KW1-S05-MC13 MC13 154.333 44 10.083 29 5 167 48 12 45Ⅱ-KW1-S37-BC29 BC29 154.249 85 9.499 878 5 135 39 10 45Ⅱ-CC-S01-BC08 BC08 154.232 62 8.506 603 5 176 36 10 
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表 2 7根柱样沉积物常微量元素含量统计表
注： 常量元素含量单位为%；微量元素含量单位为μg/g。Table 2.
Major and trace element content of 7 cores MC41 MC40 MC29 MC13 MC34 BC29 BC08 Al2O3 最小值 11.48 10.88 10.99 11.42 11.83 4.76 8.77 最大值 15.90 14.28 13.35 13.26 14.06 11.40 13.51 平均值 13.29 12.75 12.23 12.39 12.85 7.77 12.22 CaO 最小值 1.31 1.79 1.53 1.33 1.31 1.50 0.89 最大值 2.41 6.68 1.81 1.48 1.43 1.89 1.42 平均值 1.76 3.51 1.66 1.42 1.36 1.72 1.29 Fe2O3 最小值 6.16 3.87 5.94 5.89 6.14 3.89 3.03 最大值 8.97 7.53 7.07 6.80 7.10 6.20 6.80 平均值 7.36 6.65 6.57 6.39 6.62 4.95 6.06 K2O 最小值 2.13 0.87 2.14 2.17 2.22 0.88 0.95 最大值 2.72 2.49 2.38 2.42 2.60 2.18 2.51 平均值 2.41 2.24 2.27 2.31 2.43 1.42 2.22 MgO 最小值 2.79 2.93 2.80 2.84 2.87 2.29 2.11 最大值 4.09 3.42 3.19 3.05 3.18 3.00 3.12 平均值 3.32 3.20 3.04 2.96 3.07 2.68 2.89 MnO 最小值 0.56 0.32 0.62 0.56 0.48 0.70 0.21 最大值 0.70 0.74 0.76 0.83 0.65 1.38 0.46 平均值 0.65 0.65 0.68 0.67 0.58 0.90 0.32 Na2O 最小值 3.96 2.05 3.84 3.64 4.25 4.29 2.52 最大值 4.90 4.52 6.15 4.73 5.33 5.56 4.89 平均值 4.46 3.79 4.60 4.41 4.71 4.89 4.39 TiO2 最小值 0.72 0.27 0.66 0.66 0.66 0.22 0.36 最大值 1.11 0.86 0.74 0.72 0.72 0.60 0.68 平均值 0.89 0.76 0.72 0.69 0.69 0.38 0.62 P2O5 最小值 0.13 0.09 0.32 0.25 0.13 0.36 0.22 最大值 0.20 0.33 0.37 0.31 0.21 0.70 0.33 平均值 0.16 0.28 0.34 0.27 0.16 0.55 0.29 B 最小值 64.39 10.14 105.87 93.06 54.65 90.77 48.18 最大值 112.18 143.78 156.90 132.22 89.79 143.17 134.02 平均值 86.53 114.22 125.94 117.97 70.91 115.11 111.00 Co 最小值 75.05 37.31 96.38 87.84 58.47 45.40 38.59 最大值 105.66 134.41 108.56 114.73 83.70 131.92 124.58 平均值 92.61 105.42 104.84 99.61 69.99 73.15 84.39 Ni 最小值 123.78 71.54 188.17 154.07 67.67 163.88 66.32 最大值 183.80 251.51 249.95 229.99 141.62 540.93 153.97 平均值 155.63 201.22 210.76 191.24 116.94 280.46 115.79 Cu 最小值 230.55 118.33 393.34 381.47 212.94 398.30 165.44 最大值 354.11 485.13 532.14 501.67 350.81 760.77 496.50 平均值 296.55 407.47 445.43 429.15 281.56 535.10 415.20 Zn 最小值 104.34 60.74 134.85 139.23 82.60 132.25 67.95 最大值 148.33 165.47 169.59 174.90 121.53 187.70 154.32 平均值 126.42 147.05 149.42 150.32 101.42 158.55 138.30 Mo 最小值 4.91 2.21 4.32 4.62 3.24 7.17 1.39 最大值 9.03 6.47 15.42 16.13 13.51 35.06 3.54 平均值 5.99 4.72 8.89 8.90 5.59 20.74 2.31 Ba 最小值 1 613.20 2 311.49 2 462.30 3 249.65 2 117.53 3 815.20 3 180.59 最大值 2 383.67 3 876.00 2 874.20 3 971.25 3 206.37 5 363.32 4 957.21 平均值 1 830.73 3 287.65 2 753.35 3 600.76 2 743.49 4 474.61 4 146.45 Sr 最小值 145.62 237.59 203.18 214.16 132.86 214.92 156.41 最大值 209.41 367.79 223.35 262.12 179.96 275.24 252.22 平均值 177.45 279.83 216.69 229.08 155.85 239.17 224.43 V 最小值 104.68 45.43 116.69 115.77 75.57 47.37 48.17 最大值 160.56 153.54 136.17 144.23 103.38 115.22 126.85 平均值 131.51 134.84 128.52 124.88 86.27 78.32 110.79 Cr 最小值 71.94 55.50 75.34 69.57 40.78 16.46 30.12 最大值 132.06 111.59 89.53 86.04 61.92 91.88 75.56 平均值 98.69 97.75 81.96 75.12 52.44 43.45 64.96 Rb 最小值 70.17 55.08 80.13 85.62 49.59 26.32 45.96 最大值 96.93 104.45 94.49 107.22 77.88 82.79 100.94 平均值 84.89 94.96 89.82 93.18 62.04 50.21 87.98 Zr 最小值 106.31 55.61 143.84 143.44 91.83 93.73 65.63 最大值 167.59 176.70 166.39 176.94 129.56 152.57 173.59 平均值 135.93 154.05 158.20 155.93 106.04 121.95 151.45 Nb 最小值 8.72 4.05 10.16 10.24 6.22 3.91 6.73 最大值 13.42 13.12 11.88 12.73 9.44 10.00 11.90 平均值 11.05 11.74 11.30 11.01 7.54 6.72 10.41 Cs 最小值 6.32 6.35 6.93 7.35 4.32 1.60 5.15 最大值 8.81 9.09 8.28 9.26 7.06 7.15 8.82 平均值 7.71 8.41 7.82 8.05 5.58 3.93 7.73 Hf 最小值 2.69 1.26 3.42 3.26 2.31 1.97 1.65 最大值 4.23 4.24 4.01 4.02 3.28 3.53 4.13 平均值 3.48 3.66 3.74 3.59 2.67 2.70 3.60 Ta 最小值 0.53 0.22 0.57 0.56 0.37 0.17 0.40 最大值 0.80 0.74 0.67 0.66 0.56 0.57 0.67 平均值 0.66 0.66 0.63 0.60 0.45 0.35 0.59 Pb 最小值 22.75 10.30 27.08 24.42 16.17 15.80 13.44 最大值 31.39 33.34 30.42 29.45 24.49 32.20 29.94 平均值 27.64 28.08 28.90 26.31 20.05 21.74 25.15 Th 最小值 7.48 9.06 10.62 9.23 6.44 2.78 7.11 最大值 10.63 11.38 12.18 11.30 9.70 10.15 12.45 平均值 9.12 10.47 11.61 10.14 7.77 6.04 11.17 U 最小值 1.44 0.58 1.62 1.48 1.07 1.27 0.74 最大值 2.04 1.96 1.90 1.78 1.53 1.68 1.82 平均值 1.77 1.67 1.79 1.60 1.27 1.47 1.60
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[1] Hein J R， Koschinsky A. Deep-ocean ferromanganese crusts and nodules［J］. Treatise on Geochemistry， 2014， 13： 273-291. [2] Hein J R， Mizell K， Koschinsky A， et al. Deep-ocean mineral deposits as a source of critical metals for high-and green-technology applications： Comparison with land-based resources［J］. Ore Geology Reviews， 2013， 51： 1-14. [3] Cormier R， Londsdale J. Risk assessment for deep sea mining： An overview of risk［J］. Marine Policy， 2020， 114： 103485. [4] Cuyvers L， Berry W， Kristina G， et al. Deep seabed mining： A rising environmental challenge［M］. Gland， Switzerland： IUCN and Gallifrey Foundation， 2018： 74. [5] Vanreusel A， Hilario A， Ribeiro P A， et al. Threatened by mining， polymetallic nodules are required to preserve abyssal epifauna［J］. Scientific Reports， 2016， 6： 26808. [6] Gillard B， Purkiani K， Chatzievangelou D， et al. Physical and hydrodynamic properties of deep sea mining-generated， abyssal sediment plumes in the Clarion Clipperton Fracture Zone （Eastern-central Pacific）［J］. Elements Science of the Anthropocene， 2019， 7（1）： 5. [7] ISA. Standardization of environmental data and information–development of guidelines［EB/OL］. Kingston， Jamaica： International Seabed Authority. （2001-06-25）. https：//www.isa.org.jm/documents/standardization-environmental-data-and-information-development-guidelines. [8] ISA. Recommendations for the guidance of contractors for the assessment of the possible environmental impacts arising from exploration for marine minerals in the area［Z］. Kingston， Jamaica： International Seabed Authority， 2013. https：//www.isa.org.jm/documents/isba19ltc8. [9] 鲍根德. 太平洋北部铁锰结核富集区沉积物的元素地球化学特征［J］. 沉积学报，1990，8（1）：45-55. Bao Gende. Geochemistry of elements in sediments of the enrichment area of ferromanganese nodules from the Pacific［J］. Acta Sedimentologica Sinica， 1990， 8（1）： 45-55. [10] 陈圣源. 东太平洋多金属结核矿床地质［M］. 北京：地质出版社，1997：1-220. Chen Shengyuan. The ore geology of polymetallic nodule in the East Pacific Ocean［M］. Beijing： Geological Publishing House， 1997： 1-220. [11] 金翔龙. 东太平洋多金属结核矿带海洋地质与矿床特征［M］. 北京：海洋出版社，1997：1-473. Jin Xianglong. Marine geology and deposit characteristics of the polymetallic nodule ore belt in the eastern Pacific［M］.Beijing： Ocean Press，1997： 1-473. [12] 高素兰. 东太平洋深海沉积物元素地球化学特征及影响因素［J］. 黄渤海海洋，1997，15（4）：23-30. Gao Sulan. Elementary geochemical characters of deep-sea sediments and influencing factors in the East Pacific Ocean［J］. Journal of Oceanography of Huanghai & Bohai Seas， 1997， 15（4）： 23-30. [13] 付锋，郑洋，姚旭莹，等. 东太平洋CC区西区表层沉积物黏土矿物和地球化学特征［J］. 海洋学研究，2017，35（1）：55-65. Fu Feng， Zheng Yang， Yao Xuying， et al. Clay mineral and geochemical analysis of surface sediments in the western region of CC zone in the East Pacific Ocean［J］. Journal of Marine Sciences， 2017， 35（1）： 55-65. [14] 匡耀求，黄永样，钟和贤. 东太平洋海盆CC区沉积物因子分析揭示的沉积环境地球化学演化信息［J］. 中国地质，2004，31（3）：325-331. Kuang Yaoqiu， Huang Yongyang， Zhong Hexian. Clues to the geochemical evolution of the sedimentary environment as revealed by factor analysis of sediments in area CC of the East Pacific Oceanic Basin［J］. Geology in China， 2004， 31（3）： 325-331. [15] 刘彬昌，张守法，王永吉. 中太平洋北部沉积物中微量元素的地球化学［J］. 黄渤海海洋，1990，8（3）：29-35. Liu Binchang， Zhang Shoufa， Wang Yongji. Cepchemistry of minor elements in sediments from the north Mid-Pacific Ocean［J］. Journal of Oceanography of Huanghai & Bohai Seas， 1990， 8（3）： 29-35. [16] 刘季花，梁宏锋. 东太平洋表层沉积物中热液作用存在的记录［J］. 海洋地质动态，1996（9）：4-6. Liu Jihua， Liang Hongfeng. A record of the existence of hydrothermal action in the surface sediments of the East Pacific［J］.Marine Geology Dynamics，1996（9）：4-6. [17] 孟宪伟，杜德文，孟毅. 东北太平洋东部CCB53孔沉积物Mn元素活化、迁移和沉淀与沉积环境演化的统一［J］. 矿物学报，1998，18（3）：363-369. Meng Xianwei， Du Dewen， Meng Yi. The unity between the remobilization， migration， deposition of Mn and the evaluation of sedimentary environment recorded by the CCB53 sediment core in northeastern Pacific Ocean［J］. Acta Mineralogica Sinica， 1998， 18（3）： 363-369. [18] 倪建宇，周怀阳，潘建明，等. 中国多金属结核开辟区沉积物中微量元素地球化学特征［J］. 地球化学，2002，31（1）：71-77. Ni Jianyu， Zhou Huaiyang， Pan Jianming， et al. Geochemistry of trace elements in sediments from the China Pioneer area， Northeast Equatorial Pacific Ocean［J］. Geochimica， 2002， 31（1）： 71-77. [19] 沈华悌. 中太平洋表层沉积物类型及其主要受控因素［J］. 东海海洋，1994， 12（4）： 9-17. Shen Huati. Types of surface sediments and its control factors in the Mid-Pacific Ocean basin［J］. Donghai Marine Science， 1994， 12（4）： 9-17. [20] 王汾连，何高文，王海峰，等. 中太平洋深海沉积物中元素组合特征及地质意义［J］. 海洋地质前沿，2016，32（7）：11-18. Wang Fenlian， He Gaowen， Wang Haifeng， et al. The element association characteristics and geological significance of deep-sea sediments in the central Pacific Ocean［J］. Marine Geology Frontiers， 2016， 32（7）： 11-18. [21] 王湘芹. 太平洋CC区多金属结核成矿元素迁移规律的界面地球化学研究［J］. 黄渤海海洋，1999，17（3）：57-63. Wang Xiangqin. Study on the geochemical migration laws of metallogenic elements at water-sediment interfaces during the metallogenic process of polymetallic nodules， in the CC area， Pacific Ocean［J］. Journal of Oceanography of Huanghai & Bohai Seas， 1999， 17（3）： 57-63. [22] 杨慧宁，沈桂海，陈永志. 多金属结核的沉积物地球化学场［J］. 岩石矿物学杂志，1996，15（4）：307-315. Yang Huining， Shen Guihai， Chen Yongzhi. Sediment geochemical field of polymetallic nodules［J］. Acta Petrologica et Mineralogica， 1996， 15（4）： 307-315. [23] 杨锐，李国胜，张洪瑞. 中太平洋CC区表层沉积物的地球化学［J］. 地质与资源，2007，16（3）：200-208. Yang Rui， Li Guosheng， Zhang Hongrui. Analysis on the geochemical characteristics and material origin of the surface sediments in the Mid-Pacific Ocean［J］. Geology and Resources， 2007， 16（3）： 200-208. [24] 周怀阳，叶瑛，沈忠悦，等. 东太平洋中国开辟区沉积物中热水活动的矿物学及地球化学证据［J］. 地球化学，2001，30（4）：299-304. Zhou Huaiyang， Ye Ying， Shen Zhongyue， et al. Mineralogical and geochemical evidences for hydrothermal activity found in surface sediments in the Chinese Pioneer area in the East Pacific［J］. Geochimica， 2001， 30（4）： 299-304. [25] Ni J Y， Zhou H Y， Pan J M， et al. Geochemical characteristics of sediments from the COMRA registered pioneer area （CRPA）， equatorial northeastern Pacific Ocean［J］. Acta Oceanologica Sinica， 2001， 20（4）： 553-561. [26] 沈华悌. 中太平洋海盆表层沉积物及其与锰结核的关系［J］. 沉积学报，1986， 7（3）：129-136. Shen Huati. Surface sediments and relationship between it and manganese nodules in central Pacific Ocean basin［J］. Acta Sedimentologica Sinica， 1986， 7（3）： 129-136. [27] 黄永样，杨慧宁，匡耀求，等. 海底沉积物类型及其地球化学环境对多金属结核形成与分布的控制作用［M］. 武汉：中国地质大学出版社，1997：1-140. Huang Yongyang， Yang Huining， Kuang Yaoqiu， et al. Controlling of the formation and ditribution for polymetallic nodules by the seafloor sediment type and its geochemical environment［M］. Wuhan： China University of Geosciences Press， 1997： 1-140. [28] Chen S， Xu A Y. Geochemistry of manganese nodules in the northern Central Pacific［J］. Acta Oceanologica Sinica， 1986， 5（4）： 543-551. [29] 黄牧，刘季花，石学法，等. 东太平洋CC区沉积物稀土元素特征及物源［J］. 海洋科学进展，2014，32（2）：175-187. Huang Mu， Liu Jihua， Shi Xuefa， et al. Geochemical characteristics and material sources of rare earth elements in sediments from the CC area in the eastern Pacific Ocean［J］. Advances in Marine Science， 2014， 32（2）： 175-187. [30] 刘季花. 太平洋东部深海沉积物稀土元素地球化学［J］. 海洋地质与第四纪地质，1992，12（2）：33-42. Liu Jihua. Geochemistry of REE of deep sea sediments in the East Pacific Ocean［J］. Marine Geology & Quaternary Geology， 1992， 12（2）： 33-42. [31] 任江波，姚会强，朱克超，等. 稀土元素及钇在东太平洋CC区深海泥中的富集特征与机制［J］. 地学前缘，2015，22（4）：200-211. Ren Jiangbo， Yao Huiqiang， Zhu Kechao， et al. Enrichment mechanism of rare earth elements and yttrium in deep-sea mud of Clarion-Clipperton region［J］. Earth Science Frontiers， 2015， 22（4）： 200-211. [32] 王汾连，何高文，孙晓明，等. 太平洋富稀土深海沉积物中稀土元素赋存载体研究［J］. 岩石学报，2016，32（7）：2057-2068. Wang Fenlian， He Gaowen， Sun Xiaoming， et al. The host of REE + Y elements in deep-sea sediments from the Pacific Ocean［J］. Acta Petrologica Sinica， 2016， 32（7）： 2057-2068. [33] 周世光. 中太平洋（CC区）海底沉积物中稀土元素的测试及其分布模式研究［J］. 海洋学报，1993，15（6）：55-59. Zhou Shiguang. The test of rare earth elements in submarine sediments in the central Pacific Ocean （CC Area） and research on their distribution models［J］.Acta Oceanologica Sinica，1993，15（6）：55-59. [34] 朱克超，任江波，王海峰，等. 太平洋中部富REY深海粘土的地球化学特征及REY富集机制［J］. 地球科学，2015，40（6）：1052-1060. Zhu Kechao， Ren Jiangbo， Wang Haifeng， et al. Enrichment mechanism of REY and geochemical characteristics of REY-Rich pelagic clay from the central Pacific［J］. Earth Science， 2015， 40（6）： 1052-1060. [35] Maciag Ł， Zawadzki D. Spatial variability and resources estimation of selected critical metals and rare earth elements in surface sediments from the Clarion-Clipperton Fracture Zone， Equatorial Pacific Ocean， Interoceanmetal Claim area［C］//Proceedings of the 20th annual conference of the international association for mathematical geosciences. State College， Pennsylvania， USA， 2019： 174-178. [36] Volz J B， Mogollon J M， Geibert W， et al. Natural spatial variability of depositional conditions， biogeochemical processes and element fluxes in sediments of the eastern Clarion-Clipperton Zone， Pacific Ocean［J］. Deep Sea Research Part I： Oceanographic Research Papers， 2018， 140： 159-172. [37] Paul S A L， Volz J B， Bau M， et al. Calcium phosphate control of REY patterns of siliceous-ooze-rich deep-sea sediments from the Central Equatorial Pacific［J］. Geochimica et Cosmochimica Acta， 2019， 251： 56-72. [38] Zawadzki D， Maciag Ł， Abramowski T， et al. Fractionation trends and variability of rare earth elements and selected critical metals in pelagic sediment from abyssal basin of NE Pacific （Clarion-Clipperton Fracture Zone）［J］. Minerals， 2020， 10（4）： 320. [39] Choi J S， Hong S， Chi S B， et al. Probability distribution for the shear strength of seafloor sediment in the KR5 area for the development of manganese nodule miner［J］. Ocean Engineering， 2011， 38（17/18）： 2033-2041. [40] Müller R D， Sdrolias M， Gaina C， et al. Age， spreading rates， and spreading asymmetry of the world's ocean crust［J］. Geochemistry， Geophysics， Geosystems， 2008， 9（4）： Q04006， doi： 10.1029/2007GC001743. [41] Jeong K S， Kang J K， Chough S K. Sedimentary processes and manganese nodule formation in the Korea Deep Ocean Study （KODOS） area， western part of Clarion-Clipperton fracture zones， northeast equatorial Pacific［J］. Marine Geology， 1994， 122（1/2）： 125-150. [42] ISA. A Geological model of polymetallic nodule deposits in the Clarion-Clipperton Fracture Zone［Z］. Kingston， Jamaica： International Seabed Authority， 2010. https：//www.isa.org.jm/documents/geological-model-polymetallic-nodule-deposits-clarion-clipperton-fracture-zone. [43] Rudnick R L， Gao S. Composition of the continental crust［M］//Rudnick R L. The crust. Oxford： Elsevier， 2003， 3： 1-64. [44] Hyeong K， Park S H， Yoo C M， et al. Mineralogical and geochemical compositions of the eolian dust from the northeast Equatorial Pacific and their implications on paleolocation of the Intertropical Convergence Zone［J］. Paleoceanography， 2005， 20（1）： PA1010， doi： 10.1029/2004PA001053. [45] Radziejewska T. Characteristics of the Sub-equatorial North-eastern Pacific Ocean’s abyss， with a particular reference to the Clarion-Clipperton Fracture Zone［M］//Radziejewska T. Meiobenthos in the sub-equatorial Pacific abyss： A proxy in anthropogenic impact evaluation. Berlin， Heidelberg： Springer， 2014： 13-28. [46] 蔡观强，李顺，赵利，等. 南海海盆中部表层沉积物地球化学特征［J］. 海洋地质与第四纪地质，2018，38（5）：90-101. Cai Guanqiang， Li Shun， Zhao Li， et al. Geochemical characteristics of surface sediments from the middle deep-sea basin of South China Sea［J］. Marine Geology & Quaternary Geology， 2018， 38（5）： 90-101. [47] Sternberg E， Tang D G， Ho T Y， et al. Barium uptake and adsorption in diatoms［J］. Geochimica et Cosmochimica Acta， 2005， 69（11）： 2745-2752. [48] 吴必豪. 太平洋中部沉积物的矿物组成与沉积作用的研究［M］. 北京：地质出版社，1993：1-115. Wu Bihao. Mineral composition of sediments and sedimentation in the central Pacific［M］. Beijing： Geological Publishing House， 1993： 1-115. [49] 吕华华. 赤道北太平洋粘土沉积物的标型特征及其应用研究［D］. 青岛：中国科学院海洋研究所，2005. Huahua Lü. Study on the typical characteristics and application of clay sediments from the northern Equatorial Pacific［D］. Qingdao： The Institute of Oceanology， Chinese Academy of Sciences， 2005. [50] 孟宪伟，吴世迎，王湘芹. 太平洋CC区沉积物陆源物质时空分布与大气环流的关系［J］. 海洋科学，1998（1）：37-40. Meng Xianwei， Wu Shiying， Wang Xiangqin. Relationship between the temporal-spatial distribution of terrigenous sediments and atomspheric circulation in the Pacific CC area［J］. Marine Sciences， 1998（1）： 37-40. [51] Pennington J T， Mahoney K L， Kuwahara V S， et al. Primary production in the eastern Tropical Pacific： A review［J］. Progress in Oceanography， 2006， 69（2/3/4）： 285-317. [52] Kawabe M， Fujio S， Yanagimoto D. Deep-water circulation at low latitudes in the Western North Pacific［J］. Deep Sea Research Part I： Oceanographic Research Papers， 2003， 50（5）： 631-656. [53] Hein J R， Koschinsky A， Kuhn T. Deep-ocean polymetallic nodules as a resource for critical materials［J］. Nature Reviews Earth & Environment， 2020， 1（3）： 158-169. [54] 袁良榕，张恩. 大洋多金属结核的矿物学特征与南极底流（AABW）活动［J］. 矿物学报，2018，38（5）：481-489. Yuan Liangrong， Zhang En. Mineralogical characteristics of oceanic polymetallic nodules and the activities of the Antarctic Bottom Water （AABW）［J］. Acta Mineralogica Sinica， 2018， 38（5）： 481-489. [55] 韩杰，叶瑛，张维睿. 大洋锰结核（壳）中南极底流活动的矿物学与地球化学记录［J］. 矿物岩石地球化学通报，2006，25（2）：154-159. Han Jie， Ye Ying， Zhang Weirui. Mineralogical and geochemical features of the AABW activity recorded in manganese nodules （crusts） from the central Pacific Seamounts［J］. Bulletin of Mineralogy， Petrology and Geochemistry， 2006， 25（2）： 154-159. [56] Hollister C D， Johnson D A， Lonsdale P F. Current-controlled abyssal sedimentation： Samoan Passage， Equatorial West Pacific［J］. The Journal of Geology， 1974， 82（3）： 275-300. -
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