现代海底热液沉积物的硫同位素组成及其地质意义

共收集到现代海底热液沉积物的1264个硫同位素数据,结合我们对冲绳海槽Jade热液区和大西洋中脊TAG热液区中表层热液沉积物的硫同位素研究成果,对比分析了不同地质-构造环境中海底热液沉积物的硫同位素组成特征及其硫源问题.结果表明:(1)现代海底热液沉积物中硫化物的硫同位素组成集中分布在1‰～9‰之间,均值为4.5‰(n=1042),而硫酸盐矿物的硫同位素组成主要分布在19‰～24‰之间,均值为21.3‰(n=217);(2)无论在洋中脊还是在弧后盆地扩张中心,无沉积物覆盖热液活动区中热液沉积物与有沉积物覆盖热液活动区相比,其硫同位素组成的分布范围相对狭窄;(3)各热液活动区中硫化物硫同位素组成的不同,反映出各自硫源的差异性.无沉积物覆盖洋中脊中热液成因硫化物的硫主要来自玄武岩,部分来自海水,是玄武岩和海水硫酸盐中硫不同比例混合的结果,而在弧后盆地和有沉积物覆盖的洋中脊,除了火山岩以外,沉积物和有机质均可能为热液硫化物的形成提供硫;(4)现代海底热液沉积物硫同位素组成的变化和硫源的不同可能归因于海底热液体系中流体物理化学性质的变化、岩浆演化和构造-地质背景的不同.     

大西洋中脊TAG热液活动区海底热液沉积物的硫同位素组成及其地质意义

对1988年取自大西洋中脊TAG热液活动区的海底表层热液沉积物中36件硫化物样品进行了硫同位素组成分析.结合ODP Leg158的近期成果,对TAG区热液沉积物的硫同位素组成及其时空演变、硫源、硫同位素偏重的原因和硫的演化进行了探讨,得出如下结论:(1)TAG区表层热液沉积物的δ34S值从3.9‰-7.6‰变化,均值为5.98‰,与其它洋中脊热液活动区相比明显偏重.(2)从海底表层区到蚀变玄武岩区,热液沉积物的硫同位素组成有增大的趋势,而时间对热液沉积物的硫同位素组成则没有明显的控制.(3)热液沉积物中硫主要来自玄武岩,部分来自海水硫酸盐,是海水硫酸盐和玄武岩中硫不同程度混合的结果,且各硫源在不同阶段提供硫的比例分配和方式明显不同.(4)与其它无沉积物覆盖洋中脊中热液活动区相比,相对较大比例海水来源硫的加入是导致TAG区硫同位素组成偏重的一个重要原因,而TAG区具备有利海水硫酸盐还原作用进行的温度和水/岩比值条件则是促使该区热液沉积物中海水来源硫相对较多的主要原因.(5)海水的直接混入、流体-玄武岩相互作用、先期形成硫化物的重溶作用和硫酸盐矿物的还原作用是海水和玄武岩直接或间接提供硫的主要方式,也是导致本区硫同位素演化复杂化的主要原因,且硫的演化与海底岩浆作用和构造运动紧密相关.     

大西洋中脊TAG热液活动区海底热液沉积物的硫同位素组成及其？…

对１９８８年取自大西洋中脊ＴＡＧ热液活动区的海底表层热液沉积物中３６件硫化物样品进行了硫同位素组成分析。结合ＯＤＰＬｅｇ１５８的近期成果,对ＴＡＧ区热液沉积物的硫同位素组成及其时空演变、硫源、硫同位素偏重的原因和硫的演化进行了探讨,得出如下结论：（１）ＴＡＧ区表层热液喾物的δ＾３４Ｓ值从２．９‰－７．６‰变化,均值为５．９８‰,与其它洋中论脊热液合活动区相比明显偏重,（２）从海底表层区到蚀变玄武岩     

锂同位素地球化学及其在热液活动研究中的应用

在前人研究资料及成果的基础上,探讨了海底热液活动区锂和锂同位素地球化学组成及应用前景。与海底热液活动相伴的锂元素是海洋锂库的重要来源。海底热液系统中各部分锂及其同位素组成具有显著差异,热液流体中锂含量为20~1 421μmol/kg,δ7Li值为 2.6‰~ 11.6‰;孔隙水中锂含量为9.0~5 720μmol/kg,δ7Li值为 4.5‰~ 43.7‰;热液活动区沉积物中锂含量为(4.8~76)×10-6,δ7Li值为-4.31‰~ 9.36‰;风化玄武岩中锂含量为(6.97~75.5)×10-6,δ7Li值为 7.5‰~ 13.7‰;高温变质玄武岩中锂含量为(0.60~4.61)×10-6,δ7Li值为-2.1‰~ 4.8‰。因此,锂及其同位素组成能提供热液系统中有关水-岩反应、水-沉积物反应、物质来源及流体循环的信息,是洋壳岩石蚀变及海底热液循环非常有效的指示剂。热液系统锂及其同位素组成能预测海底水岩比率,是海底热液矿床规模预测的有效参数。     

冲绳海槽中部Jade热液活动区中海底热液沉积物的硫同位素组成及其地质意义

测定了冲绳海槽中部Jade热液活动区中18个热液沉积物样品的硫同位素组式,其中10个硫化物样品的δ34S值为5.2×10-3～7.2×10-3,7个硫酸盐样品的34S值为16.3×10-3～22.3×10-3,1个自然硫样品的δ34S值为8.2×10-3热液沉积物的硫主要来自中、酸性火山岩和海水,并且在流体与沉积物相互作用过程中海底沉积物也可能为热液沉积物的形成提供部分的硫.导致本区热液沉积物中硫化物与其他热液活动区的硫同位素组成不同的原因,主要是各热液活动区的硫源以及有关岩浆活动和构造演变的不同.海底热液体系中硫的演化是一个复杂的过程,涉及被加热海水的上升、流体与火山岩的相互作用、海水硫酸盐和中、酸性火山岩中流的混合作用以及流体与沉积物相互作周等一系列海底热液活动,其中海水和中、酸性火山岩的相互作用是本区硫演化的一个重要机制.     

西太平洋弧后盆地的热液系统及其岩浆环境研究

研究海底热液系统及其岩浆环境,可为了解西太平洋流固界面跨圈层物质与热交换过程,揭示板块俯冲过程的岩浆活动和资源环境效应提供研究支撑。为此,研究了冲绳海槽热液活动的岩浆环境、马努斯海盆的热液柱以及弧后盆地和洋中脊背景下的硫化物与玄武岩的同位素组成,对冲绳海槽热液区附近玄武岩、安山岩、粗安岩、英安岩、流纹岩及其基性岩浆包体进行了岩相学、矿物学以及主量元素、微量元素和同位素组成分析,对马努斯海盆PACMANUS和Desmos热液区的热液柱及海水进行了测量,在海底热液区岩浆混合过程及时间尺度、透视冲绳海槽深部岩浆房及岩浆演化过程和岩浆对热液系统物质贡献研究方面获新进展,揭示了俯冲蛇纹岩对琉球构造带南部岩浆活动的影响,论证了熔体包裹体对弧后盆地岩浆演化的指示,获得了冲绳海槽玄武质岩浆来源新证据,揭示了弧后盆地与洋中脊硫化物和玄武岩中铁、铜、锌的来源及其同位素在硫化物形成和岩浆活动过程中的分馏情况,明确了热液柱的物理、化学空间结构与物质组成特征,以及热液柱的扩散受深度和底流流速的影响,且热液柱扩散过程中溶解铁浓度异常比溶解锰的维持时间更长。未来,发展非传统稳定同位素和挥发份测试技术,进一步了解西太平洋板块俯冲环境下热液活动与岩浆作用的关系,将有助于海底热液系统及其成矿过程研究获得新进展。     

大西洋洋中脊海底表层热液沉积物的铅同位素组成及其地质意义

新测得 TAG热液区中 6件海底表层热液沉积物样品的铅同位素组成 ,其变化范围不大 ,具有均一性的特征。在 Pb- Pb图解上 ,热液沉积物的铅同位素数据大多落在 MARB的铅同位素组成范围内 ,与大西洋沉积物和 Fe- Mn结核相比明显具较少的放射成因铅 ,反映其上部洋壳岩石为该区热液沉积物的形成提供了铅。对比研究表明 ,因不同地质 -构造环境中的海底热液区为热液沉积物形成提供物源的情况不同 ,是导致有沉积物覆盖洋中脊中热液沉积物的铅同位素组成与无沉积物覆盖洋中脊不同的主要原因。海底扩张中心的扩张速率与热液沉积物的铅同位素组成有一定的对应关系 ,但其并不是热液沉积物铅同位素组成的唯一控制因素     

龟山岛附近海域热液活动流体的来源

台湾东北部龟山岛附近热液活动区流体的来源较为复杂,判断流体来源同时探讨该地区岩浆活动的程度对于龟山岛热液活动研究具有至关重要的意义。通过测定热液流体中的元素浓度和氢氧同位素特征显示:热液流体的微量元素浓度总体上接近海水值,但是通过Mg浓度为0回推得出热液流体的端员组分较为简单,而且有低Cl-浓度的组分(如地下水)加入,所测定热液流体中海水特征是由于取样过程中海水混入所致,氢氧同位素的对应曲线表明热液流体与该地区海水的同位素特征值不一致,并且不是单一龟山岛上地下淡水来源。龟山岛附近热液流体在氢氧同位素值分布特征上与南胡安得富卡洋脊的深水热液活动流体较为一致。可以初步判断龟山岛附近热液活动流体来源主要由两部分组成:深部物质和龟山岛上的大气降水,深部的岩浆物质在上升过程中,发生相分离,分离相在继续上升的过程中遇到下渗的淡水,两者混合构成了热液流体的端员组分。因此龟山岛热液活动的出现是由于深部物质活动造成的,表明目前该地区地壳活动较为活跃。     

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.     

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。     

海底热液活动的环境与产物

近23年的调查研究，使我们认识到分布于洋中脊、弧后盆地、岛弧和热点等环境的海底热液活动发育在多种围岩类型之上，包括超基性岩石、基性岩石、中性岩石、酸性岩石和沉积物。海底热液活动经历了岩浆去气作用、流体-岩石/沉积物相互作用和流体-海水混合，获取了岩浆、岩石、海水和沉积物的物质，构成了热液循环，产生了高温、低氧、高或低pH值、富含Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Hg、As等元素以及气体组分（甲烷、氢等）的喷口流体，影响了海水、沉积、岩石和生物环境，形成了热液柱、硫化物、含金属沉积物和蚀变岩石等热液产物，组成了海底热液系统。未来，促进海底热液活动探测技术和热液产物测试方法的发展，对海底热液区的岩石、喷口流体、热液柱、硫化物、含金属沉积物以及热液循环、生物活动的持续观测与研究，无疑将为人类探知海底地质过程及生命活动、保护海底热液环境和合理开发利用海底资源提供有力的工作支撑。     

Sulfur isotopic composition of modern seafloor hydrothermal sediment and its geological significance

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＤｕｒｉｎｇｔｈｅｐｅｒｉｏｄｏｆｅａｒｌｙ 1 980ｓｔｏｍｉｄ 1 990ｓ ,ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｔｏｔｈｅｓｅａｆｌｏｏｒｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ,ｔｈｅｓｕｌｆｕｒｉｓｏｔｏｐｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｓｅｄｉｍｅｎｔｓａｒｏｕｎｄｔｈｅｗｏｒｌｄｈａｄｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｓｏｍｅｅｘｔｅｎｔ (ＺｉｅｒｅｎｂｅｒｇａｎｄＳｈａｎｋｓ ,1 988;ＢｌｕｍａｎｄＰｕｃｈｅｌ…     

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。     

Helium, neon and argon isotope compositions of fluid inclusions in massive sulfides from the Jade hydrothermal field, the Okinawa Trough

Helium, neon and argon isotope compositions of fluid inclusions have been measured in massive sulfide samples from the Jade hydrothermal field in the central Okinawa Trough. Fluid-inclusion 3He/4He ratios are between 6.2 and 10. l times the air value (Ra), and with a mean of 7.8Ra, which are consistent with the mid-ocean ridge basalt values [3He/^4He≈(6Ra- 11Ra)]. Values for ^20Ne/^22Ne are from 10.7 to 11.3, which are significantly higher than the atmospheric ratio (9.8). And the fluid-inclusion ^40Ar/^36Ar ratios range from 287 to 334, which are close to the atmosperic values (295.5). These results indicate that the noble gases of trapped hydrothermal fluids in massive sulfides are a mixture of mantle- and seawater-derived components, and the helium of fluid inclusions is mainly from mantle, the nelium and argon isotope compositions are mainly from seawater.     

基于PXRF的西南印度洋脊硫化物表层沉积物地球化学找矿研究

海底热液喷发形成的热液羽状流中富含成矿物质,并沉淀在距离热液喷口不等的范围内。对西南印度洋中脊热液喷口附近、距离喷口中等距离、远离喷口的六个表层沉积物样品开展了不同粒度沉积物的便携式XRF（PXRF）分析。结果表明,PXRF可以有效获得的洋中脊钙质沉积物中成矿元素的富集特征。>40目的沉积物样品具有较高的Cu、Zn、Fe、Mn等元素含量,40目以下沉积物中则相对稳定,可能与粗粒沉积物中玄武岩碎屑/玻璃含量较高有关,与镜下鉴定结果一致。以热液喷口为中心,表层沉积物中表现出Cu、Zn、As、Fe、Mn的元素分带,靠近喷口的沉积物中具有较高的成矿元素的含量,并具有较高的Cu/Fe、Zn/Fe比值或者Cu/Mn与Zn/Mn比值。上述结论表明,洋中脊沉积物中成矿元素的含量主要受与喷口的距离的影响,而与粒度的关系不大,洋中脊沉积物地球化学找矿应采用40目以下粒径沉积物作为分析样品。通过PXRF获得的Cu、Zn、As、Fe、Mn等元素含量及其比值特征可以作为海底多金属硫化物沉积物地球化学找矿的指标,该方法满足快速有效识别洋中脊沉积物中地球化学异常的要求。     

白垩纪以来太平洋上地幔组成和温度变化

The geological evolution of the Earth during the mid-Cretaceous were shown to be anomalous, e.g., the pause of the geomagnetic field, the global sea level rise, and increased intra-plate volcanic activities, which could be attributed to deep mantle processes. As the anomalous volcanic activities occurred mainly in the Cretaceous Pacific, here we use basalt chemical compositions from the oceanic drilling(DSDP/ODP/IODP) sites to investigate their mantle sources and melting conditions. Based on locations relative to the Pacific plateaus, we classified these sites as oceanic plateau basalts, normal mid-ocean ridge basalts, and near-plateau seafloor basalts. This study shows that those normal mid-ocean ridge basalts formed during mid-Cretaceous are broadly similar in average Na8, La/Sm and Sm/Yb ratios and Sr-Nd isotopic compositions to modern Pacific spreading ridge(the East Pacific Rise). The Ontong Java plateau(125–90 Ma) basalts have distinctly lower Na8 and143Nd/144 Nd, and higher La/Sm and 87Sr/86 Sr than normal seafloor basalts, whereas those for the near-plateau seafloor basalts are similar to the plateau basalts, indicating influences from the Ontong Java mantle source. The super mantle plume activity that might have formed the Ontong Java plateau influenced the mantle source of the simultaneously formed large areas of seafloor basalts. Based on the chemical data from normal seafloor basalts, I propose that the mantle compositions and melting conditions of the normal mid-ocean ridges during the Cretaceous are similar to the fast spreading East Pacific Rise. Slight variations of mid-Cretaceous normal seafloor basalts in melting conditions could be related to the local mantle source and spreading rate.     

Pb and other ore metals in modern seafloor tectonic environments: Evidence from melt inclusions

Many modern seafloor tectonic environments are host to hydrothermal systems and associated polymetallic sulfide deposits. Metal transport and precipitation are controlled by magmatic processes such as pre-eruptive degassing and the hydrothermal cycle. The original availability of Pb and other ore metals in a given setting is dependent on concentrations in the original magmatic source or additional enrichment processes. We have examined the Pb budget of melt inclusions from nine modern seafloor settings representing back-arcs, mid-ocean ridges and seamounts. Melt inclusions provide information on the characteristics of parental magmas, including insights into metal budgets. Trace element data in melt inclusions hosted in plagioclase, olivine and pyroxene were obtained by laser-ablation inductively-coupled mass-spectrometry.Results from back-arcs emphasize the impact of slab-subduction and dehydration processes on the chemical characteristics of generated magmas. Volatile- and fluid-mobile element-rich melt inclusions at Manus basin and Okinawa trough reflect a robust contribution of elements from the subducting slab as evidenced by relatively low Ce/Pb ratios. At Bransfield strait, on the other hand, melt inclusions are volatile poor, and fluid-mobile element ratios are similar to mid-ocean ridge values indicating little or no contribution from the slab. High Cu concentrations at Manus basin and Okinawa trough can be explained by fluxing of ferric iron from the subducting slab benefiting the production of sulfate over sulfide.Metal budgets for seamounts located on and nearby the axis of mid-ocean ridge segments appear to be independent of any input of mantle plume material. Results from the southern Explorer ridge (strong lower mantle influence, transitional- and enriched-MORBs), Pito and Axial seamounts (moderate lower mantle influence, transitional-MORBs) and a Foundation near-ridge seamount (little to no mantle influence, normal-MORB) show that, despite similar tectonic environments and varying contributions of mantle plume material, Cu, Zn and Pb values do not vary significantly between the enriched and non-enriched magma components of a given setting.