太平洋近海富鈷結(jié)殼成礦系統(tǒng)的控礦要素

太平洋近海富鈷結(jié)殼成礦系統(tǒng)的控礦要素

成礦系統(tǒng)是現(xiàn)代礦床科學(xué)的先驅(qū)。它促進(jìn)了礦石成因研究從靜態(tài)上升到動(dòng)態(tài)，從定性到定量，更深入地理解了過(guò)程中的成礦功能機(jī)制，逐步打破了傳統(tǒng)的礦床理論，發(fā)展了新的礦產(chǎn)資源調(diào)查方法。成礦系統(tǒng)在陸地礦床(特別是內(nèi)生礦床)研究中取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,建立起了基本的方法學(xué)體系,但海底成礦系統(tǒng)的研究卻是相當(dāng)薄弱,剛剛開(kāi)始。按照系統(tǒng)分類(lèi)原則考查,現(xiàn)在海底礦床的總體屬于復(fù)雜的巨系統(tǒng)。從目前認(rèn)識(shí)的情況來(lái)看,現(xiàn)在海底發(fā)育的金屬成礦作用主要有鐵錳成礦作用(形成鐵錳結(jié)核和富鈷結(jié)殼)和海底熱液成礦作用(形成海底硫化物和多金屬軟泥),這些成礦作用及其產(chǎn)物構(gòu)成了巨型海底成礦系統(tǒng)。由于目前對(duì)海底成礦系統(tǒng)缺乏研究,尚沒(méi)有提出明確的分類(lèi),本文暫且把在海底形成富鈷結(jié)殼的成礦系統(tǒng)稱(chēng)為“海山Fe-Mn成礦系統(tǒng)”,簡(jiǎn)稱(chēng)海山成礦系統(tǒng),在翟裕生的分類(lèi)中屬于沉積成礦系統(tǒng)。富鈷鐵錳結(jié)殼(簡(jiǎn)稱(chēng)“富鈷結(jié)殼”或“結(jié)殼”)是產(chǎn)出在海山、島嶼斜坡及海底高地上的一種潛在海底礦產(chǎn)資源,主要由鐵錳氧化物和氫氧化物組成,富含Co、Ni、Zn、Pb、REEs、Pt等金屬元素,其中Co的平均含量較陸地原生鈷礦高幾十倍。由于富鈷結(jié)殼所具有的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值及其在國(guó)際海底區(qū)域的特殊法律地位,從20世紀(jì)80年代初,世界許多國(guó)家掀起了對(duì)海山富鈷結(jié)殼勘探、研究的熱潮,一直持續(xù)到今天。對(duì)富鈷結(jié)殼的調(diào)查研究已經(jīng)開(kāi)展了近30年,積累了豐富的數(shù)據(jù)和資料,對(duì)其特征、分布規(guī)律和成因機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。但是由于富鈷結(jié)殼生長(zhǎng)緩慢,成礦期長(zhǎng),最老世代的結(jié)殼年齡可達(dá)晚白堊世,在其漫長(zhǎng)的成礦過(guò)程中,制約富鈷結(jié)殼成礦的要素都會(huì)發(fā)生顯著的變化。本文將從成礦系統(tǒng)的角度初步探討富鈷結(jié)殼的成礦作用過(guò)程。1采用先進(jìn)的成礦系統(tǒng)控制礦元素和結(jié)構(gòu)1.1富聯(lián)亞氧結(jié)殼形成的地質(zhì)意義海山成礦系統(tǒng)的控礦要素是指制約和影響富鈷結(jié)殼成礦的各種因素,從成礦背景的角度考慮,主要包括地質(zhì)要素、海洋要素和天文要素(圖1)?？刂聘烩捊Y(jié)殼成礦的地質(zhì)要素主要包括海山的形成、遷移、沉降和水道的開(kāi)合等;海洋要素主要包括溫鹽環(huán)流、最低含氧帶(OMZ)、文石溶躍面、碳酸鹽補(bǔ)償深度和海山周?chē)Ｋ膭?dòng)力情況等。另外,以米蘭柯維奇旋回為主要因素的天文要素對(duì)富鈷結(jié)殼的成礦也有一定影響。上述因素綜合控制著富鈷結(jié)殼的集礦過(guò)程和儲(chǔ)礦作用。海洋要素中的最低含氧帶是制約富鈷結(jié)殼成礦的核心控礦要素,其他控礦要素,諸如地質(zhì)要素中的海山遷移、沉降、水道的開(kāi)合等,主要是通過(guò)影響最低含氧帶與海山之間的空間位置進(jìn)而影響富鈷結(jié)殼成礦的。最低含氧帶及其下界面附近的水深范圍最有利于富鈷結(jié)殼富集成礦,在這一水深范圍內(nèi)發(fā)育的富鈷結(jié)殼的厚度和生長(zhǎng)速度是其相鄰水層內(nèi)富鈷結(jié)殼的兩倍,其Mn、Co含量和Mn/Fe比值也出現(xiàn)極大值。隨水深增加,Mn、Co含量和Mn/Fe比值逐漸降低。雖然天文要素的影響在富鈷結(jié)殼中有一定的記錄,但是其作用周期時(shí)間尺度較短,對(duì)成礦作用的影響比較間接。富鈷結(jié)殼在太平洋廣泛分布,在大西洋和印度洋則少得多。太平洋北到阿留申海溝,南到環(huán)南極洋脊的區(qū)域范圍內(nèi),都發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)出在海山上的Fe-Mn結(jié)殼,但主要分布在赤道太平洋。據(jù)對(duì)已有富鈷結(jié)殼產(chǎn)區(qū)的研究,富鈷結(jié)殼成礦區(qū)的形成需要下列條件:(1)大型海底火山或高地的存在,水深最好淺于1500m,火山基巖較老,至少老于20Ma;(2)存在強(qiáng)烈持久的海流運(yùn)動(dòng);(3)火山建造沒(méi)有被巨厚的珊瑚礁所覆蓋;(4)較淺的發(fā)育良好的OMZ;(5)火山斜坡穩(wěn)定;(6)火山活動(dòng)不發(fā)育;(7)區(qū)域上沒(méi)有河流和風(fēng)化搬運(yùn)的大量碎屑的輸入。赤道太平洋地區(qū)符合這些條件,因此是富鈷結(jié)殼的主要產(chǎn)區(qū)。下面以西太平洋海山為例,說(shuō)明富鈷結(jié)殼控礦要素對(duì)海山成礦系統(tǒng)的制約。1.2西太平洋海山區(qū)的進(jìn)入構(gòu)造背景西太平洋海區(qū)由于基底洋殼年齡較老,構(gòu)造歷史復(fù)雜,是太平洋海山集中發(fā)育的海區(qū),也是富鈷結(jié)殼重要的成礦區(qū)。西太平洋富鈷結(jié)殼成礦區(qū)范圍主要包括西北太平洋海盆以南、馬里亞那海溝以東、中太平洋海盆以西和卡羅林海山以北的海域,該區(qū)域主要地貌單元包括麥哲倫海山群、馬爾庫(kù)斯-威克海山群和東馬里亞那海盆以及皮嘉費(fèi)他海盆,該區(qū)域富鈷結(jié)殼發(fā)育在這些海山之上。西太平洋海山區(qū)的洋底是太平洋年齡最老的洋殼,是現(xiàn)代大洋中最早開(kāi)始擴(kuò)張的洋殼之一。西太平洋海山區(qū)洋底年齡圖顯示,該海區(qū)的洋底年齡為145～175Ma,海山主要形成于侏羅紀(jì)—早白堊世,其中麥哲倫海山群形成于118.6～74Ma,馬爾庫(kù)斯-威克海山群形成于103.45～81.5Ma。麥哲倫海山群和馬爾庫(kù)斯-威克海山群形成于太平洋板塊沒(méi)有主要線性應(yīng)力方向的構(gòu)造背景下,是多熱點(diǎn)成因的板內(nèi)巖漿作用的產(chǎn)物,具有相似的形成和演化史。海山形成之后,隨著太平洋板塊的飄移,逐漸向西北方向移動(dòng),同時(shí),隨著巖漿活動(dòng)的停止,逐漸下沉到海面以下,形成平頂海山?！捌巾敗笔俏魈窖蠛Ｉ降闹饕攸c(diǎn)。在西太平洋,平頂海山可占海山總數(shù)的95%。每座平頂海山可劃分出臺(tái)地、陡坡帶和緩坡帶3個(gè)地貌單元。海山的山頂圈閉水深集中在約1500m水深和1900～2000m水深左右。海山在富鈷結(jié)殼成礦過(guò)程中的作用主要是提供了一個(gè)容礦空間,隨著海山的飄移和沉降,其周?chē)Ｋ某傻V條件也發(fā)生變化,主要表現(xiàn)為與最小含氧帶相對(duì)空間位置的變化。此外,海山可改變局部海水的水動(dòng)力條件,形成利于富鈷結(jié)殼成礦的海水混合效應(yīng)。2太平洋海山區(qū)我國(guó)富鈷結(jié)殼調(diào)查區(qū)主要分布于西北太平洋海盆以南、馬里亞納海溝以東、東太平洋盆地以西和卡羅林海山以北,水深1300～4000m的廣大太平洋海山區(qū)。該區(qū)包括麥哲倫海山群、馬爾庫(kù)斯-威克海山群、馬紹爾群島海山鏈、中太平洋海山群和萊恩群島海山鏈等5個(gè)海山群/鏈。2.1太平洋海洋構(gòu)造演化海山在富鈷結(jié)殼成礦過(guò)程中的主要作用是提供了一個(gè)容礦空間,一個(gè)供海水中金屬離子沉淀、吸附和就位的“基體”。海山邊坡的上部是富鈷結(jié)殼成礦的有利部位;穩(wěn)定的基巖即長(zhǎng)期穩(wěn)定的容礦空間是富鈷結(jié)殼成礦的基本條件。海山的形成是海山成礦系統(tǒng)形成的第一條件,它與洋底構(gòu)造演化息息相關(guān)。太平洋是世界上現(xiàn)存最古老的大洋盆地,在其長(zhǎng)期的形成演化歷史進(jìn)程中,經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化過(guò)程。Natland和Winterer從太平洋板塊的應(yīng)力機(jī)制的角度,闡述了太平洋海山的成因,按照應(yīng)力機(jī)制,將太平洋海山的形成劃分為3個(gè)階段:(1)侏羅紀(jì)—早白堊世,太平洋板塊由洋脊圍限,沒(méi)有主要的線性應(yīng)力方向,火山散亂分布于其中,這一階段形成了麥哲倫海山群和馬爾庫(kù)斯-威克海山群;(2)大約到了90Ma時(shí),太平洋西邊界或西北邊界的俯沖作用使板塊內(nèi)部產(chǎn)生了持續(xù)的應(yīng)力機(jī)制,板塊開(kāi)始相對(duì)軟流圈漂移,這一時(shí)期產(chǎn)生了NNW向的吉爾伯特—馬紹爾海山鏈、音樂(lè)家海山群、萊恩群島海山鏈、天皇海嶺;(3)到了約47Ma時(shí),太平洋板塊半數(shù)的板塊邊界(從阿留申到新西蘭)發(fā)育了海溝,板塊內(nèi)部的應(yīng)力方向也發(fā)生了改變,這一時(shí)期發(fā)育了WNW向的薩摩亞島和夏威夷海山鏈。這些海山一般認(rèn)為是地幔柱成因的。2.2世界的洋底年齡發(fā)育在我國(guó)調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)的這些海山主要形成于白堊紀(jì)巴列姆階之后,古新世塔內(nèi)提階之前。麥哲倫海山群形成于118.6～74Ma,馬爾庫(kù)斯-威克海山群形成于103.45～90.5Ma,馬紹爾海山形成于138.93～75.5Ma,中太平洋海山形成于127.6～74.8Ma,萊恩海山形成于127.5～55.57Ma。,編制了世界大洋洋底年齡圖(圖2)。該圖顯示,中國(guó)富鈷結(jié)殼調(diào)查區(qū)是世界上年齡最老的洋殼區(qū),并且老洋殼的面積最大。此外,洋殼的年齡與洋殼的水深的空間分布存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系,洋殼的年齡越老,其水深越大。另外,圖2還顯示了不同地質(zhì)時(shí)代中國(guó)富鈷結(jié)殼調(diào)查區(qū)與東太平洋海隆的相對(duì)位置,白堊紀(jì)以來(lái),中國(guó)富鈷結(jié)殼調(diào)查區(qū)逐漸遠(yuǎn)離擴(kuò)張脊,因此也逐漸遠(yuǎn)離了洋中脊熱液活動(dòng)的影響。2.3太平洋麻黃成礦區(qū)的位置Heezen等人通過(guò)研究DSDP鉆孔的沉積層序,建立了西太平洋大洋洋底沉積的動(dòng)力學(xué)模型,并得出太平洋板塊向北運(yùn)移的分量在0～30Ma期間為2cm/a,在30～100Ma期間為4.4cm/a。本文根據(jù)Heezen等人研究得出的參數(shù),換算得出了西太平洋板塊在過(guò)去100Ma間向北運(yùn)移的公式:0Ma<T<30Ma,Lat.(T)=T×10.8′/Ma100Ma>T≥30Ma,Lat.(T)=5°24′+(T-30Ma)×23.8′/Ma其中,T為時(shí)間,Lat.為緯度。我們根據(jù)此公式計(jì)算了古赤道在中國(guó)富鈷結(jié)殼調(diào)查區(qū)的位置,繪制了太平洋海山富鈷結(jié)殼成礦區(qū)古赤道位置圖(圖3)。該圖顯示,Marcus-Wake海山群的海山、中太平洋海山群的海山、麥哲倫海山群的海山以及馬紹爾海山群的海山在約54Ma時(shí)就越過(guò)了赤道,并在約27Ma時(shí)越過(guò)10°N,即現(xiàn)代赤道無(wú)風(fēng)帶(平均位置在3～10°N)的北界。萊恩海山鏈的海山卻是在約43Ma才跨越赤道的,并且在3Ma時(shí)才越過(guò)10°N。2.4環(huán)新世以來(lái)的環(huán)境效益板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所造成的水道的開(kāi)合和地峽的關(guān)閉是制約大洋深層水和底層水溫鹽環(huán)流模式的重要邊界條件。新生代以來(lái)影響世界大洋環(huán)流變化的重大構(gòu)造事件主要包括:始新世晚期(34～30Ma),德雷克水道向深層水張開(kāi);晚漸新世(約25Ma),南塔斯曼海隆與南極洲最終分裂形成深而窄的通道,環(huán)南極流形成,導(dǎo)致漸新世初期(約34Ma)就已經(jīng)開(kāi)始活動(dòng)了的南極底層水(AABW)的活動(dòng)強(qiáng)度受到一定限制;中中新世早期(約15～16Ma),冰島—法羅海檻下沉,北冰洋高密度海水涌入大西洋,北大西洋深層水(NADW)形成;中中新世早期(約14Ma),印度尼西亞水道閉合,印度洋和太平洋之間的深層水交換終止;上新世末(約3～4Ma),巴拿馬水道閉合,NADW得到加強(qiáng),赤道環(huán)流最終結(jié)束,現(xiàn)代大洋環(huán)流模式從此形成。水道的開(kāi)合可以改變大洋環(huán)流模式,改變海水水化學(xué)結(jié)構(gòu),從而改變富鈷結(jié)殼的成礦條件,特別是AABW和NADW,直接制約太平洋最小含氧帶的下界面的深度。3海洋開(kāi)采系統(tǒng)的地球化學(xué)障礙和成礦動(dòng)力學(xué)過(guò)程3.1最低含氧帶的特征在海水水體中,制約富鈷結(jié)殼成礦的地球化學(xué)障(水化學(xué)障)是最低含氧帶(OMZ),最低含氧帶是最重要的富鈷結(jié)殼控礦要素。在層化結(jié)構(gòu)海水水體中,最低含氧帶是溶解氧含量相對(duì)較小的水層。與相鄰水團(tuán)相比,最低含氧帶中溶解氧含量較低、pH值較低、中型(>2mm)浮游動(dòng)物較多、硝酸鹽和磷酸鹽含量較高、溶解態(tài)的有機(jī)物含量較高、CO2的分壓較高,δ13C出現(xiàn)極小值,δ18O出現(xiàn)極大值。在最低含氧帶中,生物介殼(主要是翼足類(lèi)文石質(zhì)的殼)和生物有機(jī)體被分解,其中的金屬元素被釋放出來(lái),進(jìn)入最低含氧帶中,與生物活動(dòng)密切相關(guān)的金屬元素和營(yíng)養(yǎng)鹽,如Mn、Cd、Co、硝酸鹽、磷酸鹽等在此發(fā)生富集,最低含氧帶中Mn/Fe比值最高,最低含氧帶中的元素是富鈷結(jié)殼成礦物質(zhì)的直接來(lái)源,是直接的礦源層。圖4顯示了在現(xiàn)代大洋環(huán)流模式的背景下太平洋中最低含氧帶的總體形態(tài)特征:東厚西薄,北厚南薄。在東西向剖面上(圖4b),最低含氧帶上界面在東太平洋較淺,在西太平洋較深;下界面則相反,在東太平洋較深,在西太平洋較淺。在南北向的剖面上(圖4c),最低含氧帶的南緣與一富含溶解氧的舌狀水團(tuán)對(duì)峙,上界面在赤道偏北和極地海域較淺,在赤道和極地海域之間,最低含氧帶的上界面下凹;下界面在赤道海域較淺,向極地海域逐漸變深。在600m深的平面上,最低含氧帶主體位于太平洋的東北部,在東太平洋,最低含氧帶較寬,擴(kuò)展至20°S左右;而在西太平洋,最低含氧帶較窄,收縮至赤道以北,西太平洋研究區(qū)內(nèi)最低含氧帶發(fā)育水深為800～1000m。在北太平洋的中西部,最低含氧帶在600m深處發(fā)育了兩個(gè)相連的空洞(圖4a)。圖4b和4c還顯示,最低含氧帶的下界面比上界面溶解氧含量變化的梯度要小。以上分析表明,最低含氧帶的空間分布受大洋表層、中層、深層和底層洋流環(huán)流約束。最低含氧帶的形成是一個(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程,其形成與分布受有機(jī)質(zhì)分解耗氧和洋流輸運(yùn)溶解氧這兩個(gè)過(guò)程制約。最低含氧帶的海水主要為源于北大西洋的貧氧的北太平洋深層水,位于透光層之下,其貧氧特征源于海水中有機(jī)質(zhì)的分解,最低含氧帶的空間分布卻主要受大洋環(huán)流控制,大洋各層水團(tuán)環(huán)流的模式制約了太平洋最低含氧帶的空間分布特征,從而制約了海山富鈷結(jié)殼的成礦作用。3.2明萬(wàn)國(guó)麥哲倫火山的地形渦流海山地形可以在一定程度上促進(jìn)內(nèi)波的加強(qiáng),從而促進(jìn)深海海水的混合。底流在流動(dòng)過(guò)程中,受到海山地形的阻礙后,海水不能從上部越過(guò),而是沿等深線從周邊繞行。結(jié)果,海山平頂上的水流形成了旋渦狀的結(jié)構(gòu)。這種效應(yīng)由Proudman在理論上證明,并由Taylor實(shí)驗(yàn)證明。這種旋渦在均一的流體中呈圓柱形。Hogg考慮了海水分層的特征對(duì)地形旋渦的影響,他首次提出海水中的地形旋渦是圓錐狀的。這種旋渦可以在任何深度發(fā)育,并不需要出露海面。旋渦的底部與海山的頂部吻合,因此,海山頂部閉合流線的存在極其高度的獨(dú)立性使得海山頂部?jī)?nèi)部區(qū)域的海水與周?chē)暮Ｋ指糸_(kāi)來(lái)。這樣的流就是所謂的“Taylor-Hogg地形旋渦”。麥哲倫海山的沉積記錄也反映出Taylor-Hogg地形旋渦的存在。Taylor-Hogg地形旋渦溝通了最低含氧帶與富氧、富鐵的深層和底層水,使得最底含氧帶中的Mn2+、Co2+和Ce3+等金屬離子得到氧化,進(jìn)而發(fā)生膠體凝聚沉淀,形成富鈷結(jié)殼(圖5)。海山特殊的地貌引起的特征海水運(yùn)動(dòng),形成有別于深海平原中錳結(jié)核的海洋金屬礦產(chǎn)——富鈷結(jié)殼。4富聯(lián)合型富聯(lián)邦海上共聚型進(jìn)展隨著海山漂移、水道開(kāi)合和大洋環(huán)流等成礦背景要素的變化,海山成礦系統(tǒng)成礦作用發(fā)生演化。重建了新生代太平洋兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)段(65Ma和23Ma)的古地理圖以說(shuō)明海山成礦系統(tǒng)的演化(圖6)。圖6(a)顯示,65Ma時(shí),環(huán)南極水道尚未打開(kāi),研究區(qū)(以西太平洋MID29和CLD09結(jié)殼樣品為代表)處于古太平洋的中央、赤道偏南海區(qū)。此時(shí)研究區(qū)東距太平洋洋中脊約40～60°,西距陸地約50°,距離洋中脊和俯沖帶都比較遠(yuǎn),因此洋中脊和俯沖帶熱液成因的Fe和Mn難以直接提供給研究區(qū)成礦物質(zhì),所以富鈷結(jié)殼成礦物質(zhì)主要來(lái)源于海山周?chē)暮Ｋ?。赤道海域表層洋流的輻散作用?dǎo)致了研究區(qū)內(nèi)高的表層生物初級(jí)生產(chǎn)力,由于“生物泵”是海水中成礦金屬元素垂向運(yùn)移的主要途徑,在此海域可有相對(duì)較多的成礦元素沉降、聚集在最小含氧帶中,從而為富鈷結(jié)殼成礦提供充足的成礦物質(zhì)。盡管成礦物質(zhì)充足,但是此時(shí)全球氣溫較高,地球處于“溫室期”,兩極無(wú)冰蓋,大洋深層洋流循環(huán)遲緩,深層水溶解氧含量較低,不利于海水中的Mn和Fe發(fā)生氧化,因而不利于積聚在最小含氧帶中的Mn和Fe最終氧化、沉淀,形成富鈷結(jié)殼。23Ma時(shí),南極—塔斯曼水道和德雷克水道已經(jīng)張開(kāi),此時(shí)環(huán)南極流和南極底層水業(yè)已形成。研究區(qū)向北飄移至約15°N附近,遠(yuǎn)離了赤道高生產(chǎn)力海域,進(jìn)入北太平洋渦漩的中心地帶。由于渦漩中心海水發(fā)生輻聚,導(dǎo)致研究區(qū)所處海域初級(jí)生產(chǎn)力降低,進(jìn)而導(dǎo)致“生物泵”垂向輸運(yùn)成礦元素的能力降低,成礦元素下沉通量降低,不利于成礦元素在最小含氧帶中的聚積。盡管成礦物質(zhì)供給較赤道區(qū)弱,但此時(shí)深層水的溶解氧含量較高,最小含氧帶與富氧的深層水間發(fā)育了有利于海水中變價(jià)元素氧化沉淀的水化學(xué)障,這樣的水化學(xué)障有利于積聚在最小含氧帶中的Fe、Mn氧化形成富鈷結(jié)殼。5富鉻結(jié)殼成礦經(jīng)研究,Mn/Fe比值可以作為富鈷結(jié)殼成礦環(huán)境演化的有效替代指標(biāo),高的Mn/Fe比值表征有利于富鈷結(jié)殼成礦。我們將麥哲倫海山的MID29-A-2結(jié)殼樣品和馬爾庫(kù)斯-威克海山的CLD09-A-1結(jié)殼樣品的Mn/Fe比值曲線與δ18O標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行了對(duì)比,并分析了構(gòu)造和氣候演化事件對(duì)富鈷結(jié)殼成礦作用的影響,在此基礎(chǔ)上將西太平洋海山富鈷結(jié)殼的成礦系統(tǒng)的發(fā)育過(guò)程概括為5個(gè)階段(圖7)。(1)白堊世—白堊紀(jì)—始新世:麥哲倫海山群和馬爾庫(kù)斯-威克海山群形成,到早白堊世末,形成海山群的主要巖漿作用結(jié)束,隨后海山逐漸下沉;同時(shí)由于早白堊世—古新世山頂珊瑚礁的不斷生長(zhǎng),逐漸形成平頂山,海山逐漸下沉,到始新世末海山的熱沉降約1250m。這一時(shí)期全球氣溫較高,沒(méi)有南極底流的發(fā)育,大洋深層水溶解氧含量較低,最小含氧帶與深層水間的“貧氧-富氧”水化學(xué)障發(fā)育較差,不利于富鈷結(jié)殼成礦。這期間,后期的火山活動(dòng)誘發(fā)了海山的滑坡作用的發(fā)生,海山邊坡不穩(wěn)定,不利于富鈷結(jié)殼的沉積、成礦。(2)晚漸新世冰流速形成及演化從大約40Ma開(kāi)始,麥哲倫海山群和馬爾庫(kù)斯-威克海山群一直向西北方向漂移。這一時(shí)期,塔斯曼—南極水道張開(kāi),德雷克水道逐漸向深層水開(kāi)放,環(huán)南極流和南極低層水形成,晚漸新世,南極開(kāi)始發(fā)育小規(guī)模短期的冰蓋,始新世末到晚漸新世(26～27Ma),南極持續(xù)發(fā)育了冰蓋。從這一時(shí)期開(kāi)始,地球進(jìn)入“冰室期”,南極底層流開(kāi)始向大洋中的深層水供給溶解氧,最小含氧帶與深層水間的“貧氧-富氧”水化學(xué)障發(fā)育較好,研究區(qū)開(kāi)始發(fā)育Mn/Fe比值較高的富鈷結(jié)殼殼層。(3)富債基類(lèi)型別這一階段全球平均氣溫在地球冰室期內(nèi)是最高的,南極斷斷續(xù)續(xù)發(fā)育了冰蓋。這一時(shí)期研究區(qū)海山可能處于最小含氧帶中或其下限附近的水深處,發(fā)育了Mn/Fe比值較高的富鈷結(jié)殼殼層。在這一階段內(nèi),由于某些時(shí)期最小含氧帶向下擴(kuò)展到了富鈷結(jié)殼生長(zhǎng)的海山之上,導(dǎo)致這一時(shí)期形成和之前形成的富鈷結(jié)殼發(fā)生磷酸鹽化。(4)麥哲倫火山群和馬爾庫(kù)斯-威克火山群形成帶,導(dǎo)致成礦元素mn/fe比值下降這一階段初期,印度尼西亞水道向深層水閉合,促進(jìn)了環(huán)南極流的加強(qiáng),南極出現(xiàn)永久性的冰蓋。在這一時(shí)期內(nèi),全球的氣溫逐漸降低,南極中層水和底層水加強(qiáng),麥哲倫海山群和馬爾庫(kù)斯-威克海山群所在海區(qū)的最小含氧帶逐步向北退縮并