大西洋中脊TAG热液区硫化物中流体包裹体的He-Ne-Ar同位素组成

对大西洋中脊TAG (Trans-Atlantic Geotraverse)热液区硫化物中流体包裹体的He, Ne和Ar同位素组成进行了测定, 流体包裹体的3He/4He比值为2.2～13.3 Ra, 均值为7.2 Ra, 与该区喷口热液流体(3He/4He=7.5～8.2 Ra)和MORB(3He/4He=6～11 Ra)相比, 其变化范围明显较大. 20Ne/22Ne比值为10.2～11.4, 明显高于大气值(9.8). 而40Ar/36Ar比值的变化范围从287到359, 接近大气值(295.5). 这些结果表明, 热液硫化物中流体包裹体的稀有气体是地幔和海水端员混合的产物, 热液流体捕获的地幔源稀有气体中有部分可能来自下地幔, 且流体包裹体中的He主要来自上地幔, Ne和Ar主要来自海水.     

东太平洋海隆13°N附近热液柱的地球化学异常

2003年11月5日~11月21日DY105-12, 14航次第六航段在东太平洋海隆12~13°N之间进行了海底热液活动调查, 并在EPR12°39′N~12°54′N之间进行了CTD作业. 经过对CTD所采水样的温度和Mg, Cl, Br数据的分析, 发现该调查区有异常的站位显示镁相对于海水亏损9.3%~ 22.4%, Cl和Br相对于正常海水分别富集10.3%~28.7%和10.7%~29.0%, 且温度异常和化学异常出现在同一层位. Mg亏损可能由热液流体和海水混合达到平衡后上浮的一种贫Mg液体引起, Cl和Br富集可能是热液活动引起相分离后后期卤水注入海水的结果. 另外, 调查区内异常层位的Br/Cl比值与海水相似, 说明不仅热液流体喷出时没有发生石盐的溶解(或沉淀)过程, 热液流体携带周围海水上浮形成热液柱的过程中也没有发生此过程. 从E55站位的异常情况来看, 该站位附近可能存在新的热液活动区.     

冲绳海槽现代活动热水区CO_2-烃类流体:流体包裹体证据

冲绳海槽是正在发生着海底热水喷流 (黑烟囱式 )和现代成矿过程的弧后扩张盆地 .JADE热水区热液补给带水 岩反应产物中的流体包裹体研究表明 ,海底深部热流体系极度富气 ,并存在两类相对独立、密切共生的CO2 烃类流体和盐水流体 .CO2 烃类流体包裹体成分总体上与天然气田的流体包裹体成分相当 .盐水流体包裹体以H2 O为主 ,CO2 和CH4呈过饱和状态 .盐水流体在海底呈黑烟囱流体喷射 ,CO2 流体在海底呈CO2 气泡排泄 ,并形成CO2 水合物 ,烃类气体或流体可能被局部封存 .CO2 CH4 H2 S气体或流体的大量存储及其与盐水流体的反应效应导致金属硫化物工业堆积 .     

大西洋中脊TAG热浪区硫化物中流体包裹体的He-Ne-Ar同位素组成

对大西洋中脊ＴＡＧ（Ｔｒａｎｓ－Ａｔｌａｎｔｉｃ Ｇｅｏｔｒａｖｅｒｓｅ）热液区硫化物中流体包裹体的 Ｈｅ, Ｎｅ和 Ａｒ同位素组成进行了测定,流体包裹体的~3Ｈｅ／~4Ｈｅ比值为 ２．２～１３．３ Ｒａ,均值 为７．２Ｒａ,与该区喷口热液流体（~３Ｈｅ／~４Ｈｅ＝７．５～８．２Ｒａ）和ＭＯＲＢ（~３Ｈｅ／~４Ｈｅ＝６～１１Ｒａ）相比, 其变化范围明显较大．~（２０）Ｎｅ／~（２２）Ｎｅ比值为 １０．２～１１．４,明显高于大气值（９．８）．而~（４０）Ａｒ／~（３６）Ａｒ比 值的变化范围从２８７到 ３５９,接近大气值（２９５．５）．这些结果表明,热液硫化物中流体包 裹体的稀有气体是地幔和海水端员混合的产物,热液流体捕获的地慢源稀有气体中有 部分可能来自下地幔,且流体包裹体中的Ｈｅ主要来自上地慢,Ｎｅ和Ａｒ主要来自海水．     

EPR 9-10°N热液烟囱体的结构特征与生长历史

对Alvin深潜器采集的4个EPR9-10°N热液烟囱体样品进行了结构和矿物地球化学研究,建立了不同烟囱体的形成环境和生长历史. EPR9-10°N热液烟囱体在形态、结构和组成上的差异, 反映了不同的两类热液沉积环境: 类型Ⅰ烟囱体形成于高温、较强酸性、强还原性热液集中流环境, 类型Ⅱ烟囱体则形成于相对低温、较弱酸性、富锌的还原性热液环境. 类型Ⅰ烟囱体的生长始于硬石膏的形成, 在此基础上, Cu-Fe-Zn硫化物在烟囱内各方向上的交代和沉淀过程决定了类型Ⅰ烟囱体的最终结构. 早期、中期、晚期硫化物形成阶段的建立恢复了类型Ⅰ烟囱体形成过程中温度变化和化学反应变化的历史. 与类型Ⅰ烟囱体不同, 类型Ⅱ烟囱体早期黄铁矿淬火结晶和闪锌矿结晶为烟囱体的生长提供了基础.     

超基性岩热液硫化物矿床磁性物质来源和磁异常特征

围岩为超基性岩的热液硫化物矿床是一种重要的海底热液硫化物矿床类型,相比围岩为玄武岩的热液硫化物矿床,超基性岩热液硫化物矿床研究相对较少,磁性特征也更为复杂．超基性岩热液硫化物矿床在热液蚀变作用下产生磁铁矿和磁黄铁矿等磁性矿物,从而呈现出与玄武岩型热液矿床相反的强烈的正磁异常．在超基性岩热液硫化物矿床发育的初始阶段,高温热液流体与周围超基性岩作用发生蛇纹石化,开始产生磁铁矿等磁性矿物,呈现出强烈的正磁异常;随着热液系统持续活跃,超基性岩蛇纹石化程度逐渐增加,产生的磁性矿物含量也逐渐增加,呈现的正磁异常达到最强;随着热液活动逐渐停止,热液蚀变伴随的蛇纹石化反应逐渐停止,热液系统温度逐渐降低,无法继续维持还原环境,之前产生的磁黄铁矿和磁铁矿会被氧化成非磁性硫化物或氧化物导致其磁性大大降低形成弱的正磁异常．然而,如Lost City这样的低温活跃的超基性岩热液系统也表现为较弱的正磁异常,原因可能为低温环境下超基性岩的热液蚀变与高温流体不同,低温环境下的蛇纹石化过程中铁元素会转移到所生成的非磁性水镁石等岩石中,导致也形成弱的正磁异常．     

海底热液区的磁性特征

现代海底热液系统广泛分布于全球大洋中脊、海山、弧后盆地等地.根据基岩环境的不同,海底热液系统主要分为玄武岩型热液系统和超基性岩型热液系统两种,这两种不同类型的热液系统呈现出不同的磁异常特征.玄武岩型热液区主要呈现低磁异常特征,超基性岩型热液区则呈现高磁异常.这些热液区所呈现的磁场异常主要都来源于热液流体对基底岩石的蚀变作用.热液过程既可以破坏玄武岩中的磁性矿物,也可以与超基性岩作用产生磁性矿物.然而,即使是同一类型的海底热液系统,在不同的地质环境下其磁异常特征也有些许差异.如在中快速扩张脊、慢速和超慢速扩张脊、弧后盆地、火山海山等不同地质环境下的玄武岩型热液系统中,热源活动程度和流体通道形态的不同会造成弱磁区在形状和范围上的差异.通常情况下,海底热液区的磁异常区只有几百米的范围甚至更小,它所产生的短波长磁异常通常难以在海面上分辨出来,近底高分辨率磁力测量则是探测热液场磁性结构、寻找热液矿床的有效方法.     

深海热液硫化物矿体3D瞬变电磁正演

深海热液硫化物矿体瞬变电磁的正演是考虑深海环境的全空间条件下三维体的涡流电磁响应.采用全空间矢量有限元法模拟计算深海热液硫化物矿的三维瞬变电磁响应,对硫化物矿体采用矩形单元模型剖分,应用Galerkin法推导有限元方程,先计算频率域响应,再通过Fourier反变换将其转换至时间域,得出深海热液硫化物矿矿体的瞬变电磁响应.并用双半空间模型的解析解检验了全空间矢量有限元法模拟计算算法和程序的正确性,最后按照等比例缩小电磁物理实验原则,比对数值计算和物理实验结果论证了全空间3D模型数值的正确性.结果表明:对于海水、矿体以及围岩复杂电磁边界,应用全空间矢量有限元法模拟计算深海热液硫化物矿瞬变电磁响应异常与物理模拟结果一致,而且计算方法简单精确,异常幅值明显,边界清晰.     

地球科学

“大洋一号”环球科考发现16处海底热液区 据报道,我国“大洋一号”科考船圆满完成环球大洋科考,近日返回青岛。此次科考开展了海底多金属硫化物、深海生物基因等多项调查,共发现16处海底热液区,其中在南大西洋发现的一处热液区是目前南大西洋洋中脊发现的最南端热液区。     

论浮力对热液喷发型（SEDEX）矿床成矿的作用：以澳大利亚北部为例

采用有限元法模拟了北澳大利亚Mount Isa盆地古流体迁移及温度场的分布,特别评价了浮力对沉积喷发型SEDEX矿床成矿的作用.数值模拟结果表明浮力驱动的热液循环主要由断层深度及其与含水层的空间关系所控制.海水从一条断层向下迁移,然后沿着主要的含水层横向流动.在此过程中地热导致温度逐渐增高,最后在浮力作用下加热后的富含金属元素的流体从另外一条断层向上运动并喷发到海底.计算表明喷发到海底的热液温度范围在115～160℃之间,并在一百万年的时间内保持了2.6～4.1m·a-1的流速.这些条件在适当的化学圈闭环境下有利于形成Mount Isa规模的SEDEX矿床.因此,浮力是盆地范围热液循环的一个重要驱动机制,其强度之大足以形成类似于北澳大利亚Mount Isa规模的超巨型热液喷发型矿床.     

冲绳海槽Jade热液区热液硫化物的元素富集与铀系同位素组成

测定了冲绳海槽Jade热液区（127°04．5′E,27°15′N,水深1300～1450m）热液硫化物的元素和铀系同位素组成．结果表明,含硫酸盐矿物的热液硫化物（样品HOK1和HOK2）具有LREEs相对富集的特点,所研究的热液硫化物样品（除样品HOK1外）属富Zn型热液硫化物．与其他海区的富Zn热液硫化物相比,具有高Zn,Pb,Ag,Cd,Au和Hg含量,低Fe,Al,Cr,Co,Ni,Sr．Te,Cs,T1和U含量,以及极低的210Pb放射性比度值和210Pb／Pb比值的特点．在以闪锌矿为主的热液硫化物中,稀有元素Hf与U,Mn元素之间以及分散元素Ga与Zn之间均存在显著的正相关关系,且Au,Ag与Fe．硫化物有关,低温阶段有利于Au,Ag的富集．同时,Fe-Bi之间和Zn-Cd之间的正相关关系,不受矿物组合变化的影响．根据热液硫化物中210Pb／Pb比值（3．99×10^-5～5．42×10^-5）,结合其具有U同位素（^238U含量1．15×10^-6～2．53×10^-6。^238U放射性比度值1．07～1．87dpm／g,^234U放射性比度值1．15～2．09dpm／g,234U／^238U比值1．07～1．14）存在,而^232Th和230Th均处于背景水平的事实,得到冲绳海槽Jade热液区热液硫化物样品的形成年龄在0．2～2ka之间．     

冲绳海槽活动热水成矿系统的氦同位素组成:幔源氦证据

冲绳海槽长英质火山岩的3He 4He比值 (R)为 5 3～ 8 7RA(RA 为大气的3He 4He比值 1 4× 10 - 6 ) ,显著不同于壳源花岗岩和壳源长英质火山岩 ,而接近于MORB和弧安山岩 ,揭示长英质岩浆系玄武质岩浆派生产物 ,后者来自受俯冲带组分混染的楔形地幔 .海底下部热水成矿系统具有极高的3He 4He比值 ,最下部浸染 脉状硫化物R RA 变化于 12 3～ 2 9 3之间 ,块状硫化物该比值介于 10 7～ 17 9之间 .3He极大富集可能与地幔热柱作用有关 ,反映了深部地幔氦的贡献 .上部热水成矿系统及其产物的R RA 变化于 2 6～ 8 0之间 ,黑烟囱流体该比值为 6 5 ,CO2 流体该比值为 5 8～ 6 6,重晶石为该比值 4 3～ 6 0 .硫化物烟囱显示R RA 分带 ,自内而外R RA 值降低 ( 8 0→ 6 0→ 2 6) ,证明上部热水成矿系统仍有地幔氦注入 ,但因热水流体与海水的大量混合而被稀释 .     

洋壳渗透率结构对其内部热液对流的影响研究——基于热力学数值模拟

洋底特殊环境的限制使数值模拟成为研究海底热液对流与成矿机制的有效方法.本文通过数值模拟的方法,研究洋壳渗透率单因素变化对热液对流系统的形态和输出参数(热液喷发温度和热流值)进行研究.模拟结果表明,洋壳平均渗透率分别与热液喷发温度和热量输出呈反相关和正相关关系,符合达西流体热对流的基本解析规律.另外,洋壳渗透率的垂向变化不会使洋壳内部的对流系统产生明显的横向偏移,只使热液羽规模在垂向上产生规律性变化,且渗透率越大,热液羽规模越小.渗透率在水平方向的变化则是引发热液羽和热液喷发位置横向偏移的主要因素,且只有在特定的渗透率水平变化率范围内,上涌热液羽才会发生向高渗区的明显偏移,这也从一定程度上解释了现今拆离断层相关的热液系统均未发育于断层终止线上的事实.以大西洋Trans-Atlantic Geotraverse(TAG)热液区为例,断裂带高渗区必然影响相邻洋壳内部热液的上涌路径,但受区内拆离断裂带周缘的渗透率水平变化规律的影响,上涌热液羽不至于完全偏移至断裂带,从而产生拆离断层上盘的热液活动.     

东太平洋海隆13°N附近热液硫化物中的元素、同位素组成及其变化

测定了东太平洋海隆13°N附近1个站位（103°54．48′W,12°42．30′N,水深2655m）热液硫化物的矿物、元素和同位素组成．热液硫化物主要由闪锌矿、黄铜矿和黄铁矿等组成,且在ep—s—1层含有次生氧化形成的针铁矿,为富Zn型硫化物,其稀有元素Li（0．15×10^-6～0．30×10^-6）,Be（0．01×10^-6～0．05×10^-6）,Zr（73．8×10^-9～134.4×10^-9）,Nb（8．14×10^-9～64．7×10^-9）,Hf（2．54×10^-9～28．0×10^-9）和Ta（0．203×10^-9～1．21×10^-9）含量远低于洋壳,具有相对高Au含量,低Co,Ni,Sr,Cs,Ba,Bi和U含量的特点．热液硫化物中Zn．Cr,Cd-Ga,Cu-P和P—In之间均存在显著的正相关关系（R^2〉0.8）,而Zn—Fe和Cu—Ba之间均存在显著的负相关关系（R^2〉0．8）．从低温矿物组合到高温矿物组合,热液硫化物中的分散和稀有元素（In,Li,Cs等）含量在空间上的分布也发生了相应的变化,且热液硫化物中锌、铁和铜硫化物分别控制了Cd,Cs和P等元素含量的变化．由于海底风化作用,使得含次生氧化矿物的红褐色硫化物氧化层中V,Mn和REE等元素相对富集,使ep-s-1层具有与海水一致的REE配分模式,并对热液硫化物中元素比值之间的相关性产生明显的影响．同时,从高温矿物组合到低温矿物组合,热液硫化物中Fe含量和矿δ^34S值逐渐增加,Zn含量和铅同位素比值逐渐减小,反映出海水对热液硫化物形成过程中的元素和硫、铅同位素组成的影响逐渐增加．     

台湾岛东北部龟山岛热液区自然硫烟囱体的成因

用ICP-MS测定了龟山岛热液区自然硫烟囱体的微量和稀土元素组成, 结合其硫同位素组成, 研究了自然硫烟囱体的物质来源和形成条件. 结果表明, 龟山岛热液区自然硫烟囱体, 自然硫的含量极高(达到了99.96%), 与火口湖和其他火山区的自然硫相比, 具有微量和稀土元素含量极低的特点, 且其球粒陨石标准化REE配分模式与龟山岛安山岩类似, 进一步证明了龟山岛热液区海底下流体-安山岩相互作用具有持续时间短的特点. 自然硫样品的硫同位素组成, 反映自然硫烟囱体中的硫来自岩浆去气作用产生的H₂S和SO₂, 微量和稀土元素组成反映出其主要来自龟山岛安山岩, 受到了海水组成的影响, 是安山岩和酸性流体相互作用的结果, 结合热力学分析表明, 在相对低温(<116℃), 有氧和酸性的环境中形成了自然硫烟囱体.     

南海扩张期岩浆流体对洋壳厚度的影响：数值模拟

扩张期洋中脊热液循环系统的热排出与岩浆系统的热注入共同控制着洋壳厚度的生成,而岩浆流体是热液循环系统的流体成分之一,往往与下渗海水混合参与各圈层能量和物质传递,但其能量传递对洋壳厚度的影响机制目前还不清楚.利用有限元的数值模拟手段,对扩张期热液循环系统中岩浆流体与洋壳厚度的关系进行研究.结果表明：(1)相较于只有海水参与的对流循环,含有岩浆流体的热液循环造成的洋壳厚度的减薄量更大、热液喷口温度更高.(2)岩浆流体对洋壳厚度的二次减薄作用随其含量的增大而减弱,热液喷口温度随其含量的增大而升高.(3)南海岩浆水、地幔水含量和洋壳厚度的分布具有非均质性,东部次海盆的地幔水、岩浆水含量高于西南次海盆,前者的平均洋壳厚度也大于后者,并且在海盆残余扩张脊附近存在异常薄洋壳.结合模型结果分析认为,残余扩张脊附近的薄洋壳可能受到扩张期热液循环或后期岩浆流体的影响,而东部、西南次海盆的洋壳厚度差异可能是由于前者的岩浆流体含量高于后者而造成的.     

南海北部深水盆地流体活动系统及其成藏意义

根据高精度的3D和2D地震资料,对南海北部深水盆地的流体活动系统的类型、影响因素和它们之间的演化关系进行了研究.南海北部深水区存在着包括:泥火山、泥底辟、气烟囱、管状通道、多边形断层和构造断层等多种类型的流体活动系统.根据地震反射特征,可以把它们划分为断层有关的流体活动系统和柱状流体活动系统两大类.研究发现研究区内的流体活动系统主要受构造和沉积两方面的影响.并且,气烟囱、泥底辟和泥火山存在着单向演化的关系,可以从是否有沉积物参与运移及是否喷出海底将它们区分开来.最后,本文探讨了流体活动系统对深水油气和天然气水合物成藏的重要影响,建立了南海北部流体活动系统的存在模式.     

冲绳海槽南段与中、北段构造活动性对比的热模拟研究

受新生代太平洋板块弧后扩张剧烈活动的地缘特性影响,冲绳海槽构造特征复杂,南、中、北段在热液活动、断裂性质、火成岩特性、扩张时代等方面存在显著不同,因此认识该区各段构造活动性对查清其复杂地质特征具有重要意义.本文依据前人通过磁异常反演得到的居里面深度资料,利用热模拟的方法,对冲绳海槽各段深、浅构造活动性进行了探讨.模拟结果表明,南段软流层构造活动强度约为中、北段的6倍,而岩石圈浅层构造活动却相对较弱.该结论与前人所得到的地质地球物理资料相符,主要表现为:相对于中、北段,南段在海槽总体演化历程上裂陷较深;海底火成岩岩浆源区较深,结晶分异程度较弱,同化混染程度较强;切穿沉积基底的大型断裂较为发育,而沉积层内部的小型断裂分布相对稀疏;沉积层岩浆侵入活动较弱,海底所呈现出的热液活动区数量较少;现代地震活动较多,震源深度较大.根据模拟结果与实际资料的对比分析我们可以推测:(1)冲绳海槽北段可能还有一些热液区没有被探测到,也可能在历史演化进程中失去活力,或者被第四系沉积物覆盖;(2)南段存在孕育更多热液活动区的潜力.     

深海6000 m拖曳式瞬变电磁系统及其应用

针对我国西南印度洋合同区热液硫化物矿快速、有效以及便捷地质勘探装备的要求,研发了由甲板控制系统、万米光电复合缆、仪器舱拖体和天线拖体组成的深海6000 m拖曳式瞬变电磁系统.为了便于拖体布放和快速发现异常,选择重叠回线收发装置类型;采用理论数值计算确定了在拖曳高度不大于50 m的前提下,观测1～100ms窗范围内的二次场响应,可以发现近海底深海热液硫化物矿堆;另外,通过不同拖延深度海上试验,研究了拖曳深度对瞬变电磁的影响规律及仪器性能.大洋第30航次第二航段在西南印度洋脊热液区,应用该系统发现了明显的瞬变电磁异常.印证了系统的有效性.     

东太平洋海隆13°N附近Fe-氧羟化物的形成: 矿物和地球化学证据

测定了东太平洋海隆13ºN附近1个站位(103º54.48′W, 12º42.30′N, 水深2655m)的Fe-氧羟化物的矿物和化学组成. Fe-氧羟化物为隐晶质, 含少量闪锌矿微晶. 与其他海区的Fe-氧羟化物相比, 其化学组成的变化范围较小, Fe, Si, Mn含量分别达39.90%, 8.92%和1.59%, 具有高Cu(0.88%~1.85%)和Co(66×10^-6~704×10^-6)含量, 以及Co+Cu+Zn+Ni>1.01%的特点, 微量元素As, Co, Ni, Cu, Zn, Ba, Sr和常量元素Fe, Ca, Mg, Al的含量落在东太平洋海隆13ºN附近热液硫化物的变化范围内, 反映出其是热液硫化物经次生氧化作用形成的产物. 东太平洋海隆13ºN附近1个站位Fe-氧羟化物的SREE较低(5.44×10^-6~17.01×10^-6), 具有明显的负Ce异常(0.12~0.28), 与海水具有相似的球粒陨石标准化REE配分模式形态, 明显不同于热液柱中悬浮物和喷口流体的REE组成特征, 表明Fe-氧羟化物形成过程中REE主要来自海水, 可构成海水中REE的一个汇. 热液柱颗粒物的快速沉淀导致了其REE含量较低和Mn含量偏高, Fe-氧羟化物对海水的吸附作用, 使其从海水中捕获了部分V和P等元素. 东太平洋海隆13ºN附近该站位Fe-氧羟化物的形成过程是一个低温、有氧条件下的硫化物次生氧化过程, 所形成的Fe-氧羟化物与东太平洋海隆13°附近的硫化物平均值相比, 具有较高的Fe, Cu, Co含量, 和较低的Zn, Pb, Cd含量.