洋中脊热液羽状流的分布特征及其在多金属硫化物找矿中的指示作用

热液羽状流是海底热液活动的重要标志，海底多金属硫化物是热液活动的产物。现阶段洋中脊多金属硫化物勘探工作的第一步是开展热液羽状流的近底探测；综合各类异常信息，实现从发现热液活动喷口到发现矿床的突破。本文以热液羽状流为研究对象，从羽状流的近底探测、扩散机制和分布特征3个方面，概述了最新的研究进展和有待完善的方面，阐述了羽状流在洋中脊多金属硫化物找矿中的指示作用，最后总结性地指出时空连续性、参数多元化将是热液探测的发展趋势，有助于提升对热液羽状流分布特征的认识，将为热液区分布模式的研究提供更加精细的探测资料。     

现代海底超镁铁质岩系热液系统与地质意义

现代海底热液循环与洋中脊地质过程一直是国际洋中脊计划研究的热点.海底热液系统多数都与海底玄武岩及其水-岩反应直接相关,而一类与深海橄榄岩的产出及其蛇纹石化作用有关的海底热液系统——超镁铁质岩系热液系统,以具有高浓度H2和CH4异常而低SiO2浓度为显著特征,主要分布在慢速扩张大西洋中脊和超慢速扩张北冰洋Gakkel洋脊和西南印度洋中脊.超镁铁质岩系热液系统在流体组成、构造背景和硫化物成矿方面与玄武岩热液系统有很大差异,主要表现在地幔来源超镁铁质岩石的普遍出露、喷口流体高的H2和CH4异常以及硫化物中高Co/Ni比值.超镁铁质岩系热液系统的发现丰富了全球洋中脊热液系统的研究内容,对洋中脊地质过程、海底热液活动及其成矿作用研究具有重要意义.     

西南印度洋脊49°39′E热液活动区IODP钻探计划的科学意义

自20世纪70年代以来，现代海底热液活动调查研究一直是地球科学领域研究的热点和焦点。中国大洋19航次第Ⅰ、Ⅱ航段于2007年3月在西南印度洋脊首次发现的海底热液活动区，为IODP在超慢速扩张洋脊热液活动区进一步的调查和研究创造了条件。为了能够更深入地开展该热液区的地质地球物理、矿产资源和生物多样性调查研究，笔者建议应在该区域开展IODP钻探研究，以便对热液活动区硫化物矿体、基岩及深部物质的三维分布和结构物质组成，热液流体与岩石、沉积物相互作用关系，以及热液循环、热及物质通量和成矿机制、成矿物质来源演化关系等方面得到更深入的认识，进而探索地球深部极端环境下的微生物生命现象。     

西南印度洋脊49°39′E热液活动区IODP钻探计划的科学意义

自20世纪70年代以来,现代海底热液活动调查研究一直是地球科学领域研究的热点和焦点.中国大洋19航次第Ⅰ、Ⅱ航段于2007年3月在西南印度洋脊首次发现的海底热液活动区,为IODP在超慢速扩张洋脊热液活动区进一步的调查和研究创造了条件.为了能够更深入地开展该热液区的地质地球物理、矿产资源和生物多样性调查研究,笔者建议应在该区域开展IODP钻探研究,以便对热液活动区硫化物矿体、基岩及深部物质的三维分布和结构物质组成,热液流体与岩石、沉积物相互作用关系,以及热液循环、热及物质通量和成矿机制、成矿物质来源演化关系等方面得到更深入的认识,进而探索地球深部极端环境下的微生物生命现象.     

基于地形的海底热液区沉积物分布趋势预测方法研究

热液区沉积物接受了大量热液物质的输入,其矿物组成及地球化学空间分布特征是多金属硫化物勘探的有效指标。由于重力作用,洋中脊区域沉积物主要分布于低洼和平坦地形区。为了探索地形因素对热液区沉积物分布的影响规律,本文通过ArcGIS提出了一种基于地形数据的海底热液区沉积物分布趋势预测方法,并对西南印度洋中脊龙角区地形数据进行了分析,包括沉积物重力搬运方向提取、沉积物汇集量估算、海底沟谷提取和沉积物源区划分。通过与研究区底质解译结果进行对比验证发现,预测结果与研究区内沉积物的实际分布范围较为吻合,表明本方法在一定程度上可以有效地指示地形影响下海底热液区沉积物的分布情况。本方法对海底硫化物矿产勘探工作具有一定指导意义,可为海底沉积物取样站位设置与海底硫化物成矿远景区圈定提供参考依据。     

大洋中脊热液活动与轴部岩浆房的分布、深度以及熔融程度之间的关系

热液活动，特别是高温流体释放，通常与轴部存在岩浆房（AMC）有关，然而这种关系尚未得到系统的验证。通过对6个区域性较长（长度在170—560km之间）的洋脊段进行连续的AMC以及热液羽流调查，就有可能定量比较热液活动的分布、强度与AMC范围、深度以及在部分站位岩浆熔融程度之间的关系。这六个区域性洋脊的扩张速率在55—145mm／a之间，共包含20个次级的洋脊段。在洋脊段尺度上（除去受到热点影响的加勒帕戈斯扩张中心），热液羽流的发生率随着AMC的发生率（AMCr，r^2=0．64）增加而线性增加。对所研究的6个区域性洋脊段而言，热液羽流的发生率随着AMC的深度减小而增加（AMCZ，r^2=0．66）。在次级洋脊段尺度上，热液羽流的发生率与AMCr（r^2=0．12）以及AMCz（r^2=0．25）相关性很差。最后在亚段尺度上，或者在局部尺度上（0．75km长的区间内），热液羽流的强度随着AMCz的变浅而增强（r^2=0．85）。羽流强度越强的区间也就越接近它们的海底来源，其中68±13％直接位于AMC之上。这种分布与现在已知的40个高温喷口场中至少有37个位于AMC之上的分布相似。现在的数据能够允许我们验证AMC与热液活动相互之间关系的假设。尽管现存的数据很少，不支持如下假设：熔融富集的岩浆透镜体优先发育强烈的、持续周期长的热液喷发。同时，在任何洋脊段也未能为如下提议找到证据：在段尺度上，热液冷却的增加可以在局部亚段上降低AMCz。在慢速洋脊，岩浆房存在的证据相当稀少，然而这些数据却与那些具有更快扩张速率洋脊的数据相一致。对所有扩张速率洋脊的观察结果表明，几乎所有的高温热液场均与岩浆或者推断的岩浆有关；而“热岩”或者非岩浆热源不足以引起高温热液喷发。     

慢速扩张洋中脊热液成矿的典型实例——青藏高原北部德尔尼铜矿地质对比研究

青海德尔尼铜矿是发育在青藏高原北部的块状硫化物矿床,其赋矿围岩为阿尼玛卿蛇绿岩套中的超基性岩,代表了古特提斯洋的残骸。通过对德尔尼铜矿的详细地质解剖,认为其保留了大量海底热液喷流的地质记录,包括:矿体上部普遍发育的薄层喷流岩;多孔状硫化物中保留下来的胶状结构、草莓结构和角砾结构;矿石的主要矿物组成;与黄铁矿碎屑同期形成的方解石、长英质胶结物;与大西洋Rainbow、TAG热液硫化物矿床相似的矿体分带性。根据洋脊玄武岩中TiO2全岩含量估算德尔尼蛇绿岩所代表的这一段古特提斯洋洋中脊为慢速-超慢速扩张洋中脊,半扩张速率为1.1~2.5cm/a。类比现今洋中脊热液硫化物成矿过程,认为德尔尼铜矿经历了海底喷流、冷却保存和俯冲侵位等3个阶段,其中海底喷流阶段可能与洋底核杂岩具有成因联系,俯冲侵位过程中的矿体和超基性岩、玄武岩受逆冲断层控制。与世界上其他陆地上保存的类似矿床相比,德尔尼铜矿时代年轻(石炭纪),矿床结构和构造及其围岩蚀变特征保存完整,是慢速-超慢速洋脊超基性围岩热液成矿作用的典型实例,可以称之为德尔尼型成矿作用,研究其成矿过程,对研究和理解现今洋中脊超基性岩系统热液成矿作用(尤其是深部成矿作用)具有重要的意义。     

金在洋脊超镁铁质与镁铁质热液系统中的差异性聚集

洋脊是地球上规模最大的山脉体系,主要由超镁铁质和镁铁质岩所组成,因构造和岩浆作用,这两类岩层分别孕育了超镁铁质和镁铁质含金热液系统。金首先通过水岩反应从洋脊源区岩层内迁移出来,再经历运移堆积作用汇聚到硫化物堆积体内,最后遭受后期蚀变活化迁移改造。以上过程构成了金在这两类热液系统中的完整演化历程。超镁铁质热液系统内的金在汇源端员间的比值远高于镁铁质热液系统。这种差异性聚集暗示了这两类热液系统分别演化出了独具特色的载金属性特征及富集迁移机制。相比于镁铁质热液系统,超镁铁质热液系统内围岩普遍具有的高金含量和高孔高渗特征、热液流体中溶解态非生物有机质和气态物质含量高、硫化物堆积体所处区域裂隙发育及构造稳定等因素,都是造成两者之间存在显著差异性聚集过程的主要原因。持续性地对洋脊热液系统各深部结构体进行更多更精细有关金的丰度、赋存状态及演化变迁的测试分析及模拟研究工作,是未来量化揭示金在不同类型热液系统内的物源贡献及各演化阶段中富集亏损的关键,也将为未来人工海底干预富集成矿工程累积信息。     

海底热液多金属硫化物分布及控矿因素

基于最新公布的全球热液矿点数据讨论了海底热液多金属硫化物矿体形成的构造环境,探讨了深部岩浆活动、断裂构造以及沉积物盖层等控矿因素对洋中脊多金属硫化物矿体成矿的影响。研究结果表明:海底热液多金属硫化物矿点主要分布于离散型板块边界和汇聚型板块边界;深部岩浆活动和断裂构造是洋中脊热液多金属硫化物成矿最主要的控矿因素;快、慢扩张洋中脊环境深部岩浆活动和断裂构造的差异导致在海底形成了不同规模的多金属硫化物矿体。对认识海底热液多金属硫化物矿床分布与成矿规律、以及开展海底多金属硫化物资源勘查具有一定的指导意义。     

西南印度洋49°～56°E洋脊段的热液羽状流:来自深水中的氦同位素异常证据

海水中的氦同位素能对海底热液活动进行有效示踪。本文对在西南印度洋49°~56°E洋脊段采集的5条CTD拖曳剖面共14件深水样品进行了氦氖同位素分析。通过分析水体中存在的氦同位素异常,探讨调查区热液异常的特征和热液羽状流的分布。分析表明,5条CTD剖面均存在δ3He异常,其中CTD7-2(位置:37.927°S、49.412°E,水深2 140m,离底高度100m)的δ3He值最大,达到49.2%。根据δ3He分布特征,认为调查区内存在至少6处热液羽状流,其中37.927°S、49.412°E以西数千米范围内可能存在海底热液喷口。     

西南印度洋中脊热液区岩石声学特性

西南印度洋中脊(Southwest Indian Ridge, SWIR)热液区具有潜在发育的大规模硫化物矿床,当前正在开展SWIR硫化物矿产资源评价。测量分析硫化物和不同围岩的声速等物性特征是硫化物近底地震勘探资料处理和解释的基础。该文对西南印度洋中脊热液区的硫化物和围岩等样品进行了系统的物性测量,结合岩石物性(包括密度、孔隙度、P波速度)与矿物组成,深入分析了西南印度洋中脊热液区岩石声速变化特性及其影响因素。结果表明,SWIR热液区围岩的P波速度受到岩石骨架矿物、孔隙和围压的影响。由于岩石孔隙度总体偏小,对P波速度的影响并不显著,但围压的增加使岩石微裂缝和孔隙逐渐闭合,P波速度呈非线性指数变化。蚀变作用导致了矿物成分改变,是影响围岩声速的最关键因素。单一物性参数测量结果可能存在多解性,联合波速、密度、磁性和电性等多物性参数测量有利于岩性区分。该研究成果有助于识别硫化物和围岩,为我国西南印度洋合同区多金属硫化物地震勘探工作提供重要支撑。     

西南印度洋中脊岩石地球化学特征及其岩浆作用研究

作为超慢速扩张脊的代表,西南印度洋中脊(SWIR)因其独一无二的地形地貌特征、洋壳结构、洋壳增生机制、岩浆和热液活动以及深部动力学过程,近30年来成为国内外研究的热点区域。基于近年来对SWIR玄武岩、辉长岩及橄榄岩的岩石学和地球化学研究成果总结,重点探讨了沿SWIR轴向(大尺度)以及单个洋脊分段(小尺度)的岩石地球化学变化特征及其影响因素,阐述了SWIR的岩浆供应及洋壳增生模式。其中,在9°～16°E斜向扩张脊,以构造作用为主的洋脊扩张模式导致了更宽的洋壳增生带和显著的地球化学异常;而在50°～51°E脊段,发育了强烈的火山活动,其成因机制包括克洛泽热点与洋中脊相互作用、微热点、古老熔融事件的残留地幔再熔融等几种观点。此外,西南印度洋中脊龙旂热液区(～49.7°E)的最新研究表明,其热液循环路径与拆离断层的发育密不可分,热液流体循环最深可达莫霍面以下6 km。因此,在今后的一段时间,应进一步加强SWIR不同空间尺度地幔源区性质、洋中脊构造与岩浆作用过程、热点-洋中脊相互作用和岩浆-热液活动与成矿等主要科学问题的研究。     

西南印度洋中脊海底热液活动

在超慢速扩张的西南印度洋中脊(SWIR)发现现代海底热液活动改变了人们的传统观点,有助于进一步深化时全球热液活动系统的认识.对西南印度洋中脊地质构造背景、玄武岩和超镁铁质岩的地球化学特征,以及热液活动的特点进行较为系统地分析.指出:独特的地质构造环境使西南印度洋中脊成为研究现代海底热液活动、地球圈层问相互作用所导致的物...     

印度洋中脊多金属硫化物矿产资源定量预测与评价

大洋钻探资料证实,现代海底多金属硫化物分布范围广泛、储量大,是具有巨大开发潜力和远景的海底矿产资源。根据水深、地质构造、扩张速率、地球物理以及火山地震等区域性调查数据,分析了印度洋中脊多金属硫化物成矿地质条件、控矿因素和地球物理异常信息,提取了9项找矿证据因子,建立了区域找矿有利条件组合模型。运用证据权重法,对印度洋中脊多金属硫化物资源进行了基于数据驱动的定量预测与评价。研究认为,最有利区(Ⅰ类)占工区面积的29.77%,比较有利区(Ⅱ类)占18.12%。     

胡安·德富卡洋脊因代沃段热液黑烟囱体成矿物质来源:硫同位素的限制

选取胡安·德富卡洋脊(Juan de Fuca Ridge,JDFR)因代沃(Endeavour)段的17个热液黑烟囱体样品对其中的硫同位素进行分析测定,讨论了因代沃段热液活动区内黑烟囱体成矿的物质来源、将硫同位素数据与已发表的热液流体及硫化物数据耦合,并结合前人的成果得到如下认识:(1)因代沃段硫化物的硫同位素组成与其他无沉积物覆盖的洋脊硫化物硫同位素组成相似,然而其相比于南胡安·德富卡洋脊(South Juan de Fuca Ridge,SJFR)硫化物亏损重同位素;(2)结合前人研究成果,如果SJFR硫化物的硫全部来自基底玄武岩的淋洗与海水中的硫酸盐,那么因代沃段硫化物的硫可能有1%~3%来自沉积物的贡献,故提出因代沃段成矿系统中的硫来源主要来自基底玄武岩,同时伴随有少量海水硫酸盐来源及沉积物来源的硫加入;(3)将硫同位素数据与已发表的热液流体及硫化物数据进行耦合发现热液流体中的沉积物信号与硫化物中的硫可能来自不同的源,并提出沉积物端元可能位于下渗区。     

神秘的海底热液

海底热液喷口主要分布在海底的洋中脊与火山地震带上。和火山一样,海底热液喷口也与地壳活动紧密相连,但它的活动可要比海底火山喷发温和得多了。海底热液周围区域也形成了神秘的生物环境和地质环境。科学家们发现,在这些环境温度高达三四百摄氏度并且遍布剧毒的金属硫化物的区域中,居然并不是一片死寂。在"烟囱"的周围,居然有     

胡安·德富卡洋脊因代沃段热液黑烟囱体成矿物质来源:硫同位素的限制

选取胡安.德富卡洋脊(Juan de Fuca Ridge,JDFR)因代沃(Endeavour)段的17个热液黑烟囱体样品对其中的硫同位素进行分析测定,讨论了因代沃段热液活动区内黑烟囱体成矿的物质来源、将硫同位素数据与已发表的热液流体及硫化物数据耦合,并结合前人的成果得到如下认识:(1)因代沃段硫化物的硫同位素组成与其他无沉积物覆盖的洋脊硫化物硫同位素组成相似,然而其相比于南胡安.德富卡洋脊(South Juan de Fuca Ridge,SJFR)硫化物亏损重同位素;(2)结合前人研究成果,如果SJFR硫化物的硫全部来自基底玄武岩的淋洗与海水中的硫酸盐,那么因代沃段硫化物的硫可能有1%～3%来自沉积物的贡献,故提出因代沃段成矿系统中的硫来源主要来自基底玄武岩,同时伴随有少量海水硫酸盐来源及沉积物来源的硫加入;(3)将硫同位素数据与已发表的热液流体及硫化物数据进行耦合发现热液流体中的沉积物信号与硫化物中的硫可能来自不同的源,并提出沉积物端元可能位于下渗区。     

西南印度洋中脊超慢速扩张的构造和岩浆活动特征

西南印度洋中脊是当前研究超慢速扩张中脊岩石圈增生模式和热液硫化物矿产资源的热点区域.本研究从西南印度洋中脊的扩张速率变化与全球地质历史事件的关系、岩浆活动强度及其不同尺度上的运移规律、热点-中脊交互作用的地质现象和地球物理特征等方面,系统总结了有关西南印度洋中脊的最新认识.针对以上内容,提出了进一步工作建议,如调查航次的区域与方法、岩浆-构造活动与岩石圈状态的相互关系以及热点-中脊交互作用的动力学机制.     

卡尔斯伯格脊 60°~61°E洋脊段多波束后向散射特征及其对构造与岩浆作用强度的指示

多波束声纳数据可以有效记录海底地形地貌和底质特征信息。本文利用船载多波束数据对慢速扩张的卡尔斯伯格脊60°~61°E洋脊段的典型构造地貌单元的后向散射强度特征进行了研究,在此基础上,分析了该洋脊段的构造和岩浆作用强度特征。结果表明,洋脊段I以构造拉张作用占主导,脊轴及附近后向散射强度为-29 dB左右,裂谷壁高差可达1 200 m以上,裂谷内断裂发育,裂谷侧翼高度与裂谷宽度的比值为78.7~126.2,裂谷两侧翼部线性构造较少,但轴向正断层面更宽,倾角更小;与洋脊段裂谷中段相比,末端火山活动频率较低但喷发规模较大,火山机构数量和体积也更大,且可发育深大断裂获取深部热源。洋脊段II以岩浆作用占主导,脊轴及附近后向散射强度达-35 dB,裂谷内轴向火山脊发育,裂谷壁高差小于500 m,裂谷侧翼高度与裂谷宽度的比值为77.6~116.8,裂谷两侧翼部线性构造数量众多、长宽比较大且呈近似对称,相邻线性构造之间沉积物广泛分布。通过提取挖掘与底质属性密切相关的多波束后向散射强度数据,结合海底地形地貌的分析,可以为洋中脊的构造和岩浆作用强度的定量研究提供有效的证据。     

大洋中脊海底热液系统的演化特征及其成矿意义

大洋中脊海底热液系统的演化与成矿是复杂、综合的地质过程.归纳、分析了前人研究的资料认为,热源供给和热液活动构造体系是控制热液系统演化与成矿的关键因素.在快速扩张洋中脊热液系统中,岩浆的供给充裕,构造体系渗透性极好,演化时间较短,海底的热液循环输出过程可分为发生、持续和衰退3个阶段;在慢速扩张洋中脊热液系统中,岩浆的供给...