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.     

成矿流体对德兴斑岩铜矿床中伊利石结晶度的制约

伊利石广泛存在于铜厂大型斑岩铜矿床内,是钾化的特征热液蚀变矿物,其结晶度(IC)和膨胀层含量受携带矿质的热液流体量制约.以浸染状强矿化为特征的斑岩体中上部,特别是接触带附近,伊利石结晶度较小,主要是高水/岩比作用的结果.同时指示了,伊利石结晶度小的部位,矿化品位高,蚀变程度也强.在低水/岩比、流体量小的深部斑岩体内,伊利石结晶度则主要受温度、时间控制.     

二氧化硅对橄榄石热液蚀变反应速率和氢气形成的影响

橄榄石热液蚀变影响地球动力学和俯冲带挥发分(如水和碳)的再循环.二氧化硅是地质流体的重要成分之一.已有实验研究主要采用H₂O或者盐溶液作为初始物与橄榄石反应,而对二氧化硅对橄榄石热液蚀变反应和氢气形成的影响缺乏认识.本文在300～515℃和3.0kbar条件下开展水热实验(1bar=10⁵Pa),考察均匀混合的橄榄石和二氧化硅粉末与盐溶液(0.5mol L^-1的NaCl)反应产物和过程.使用傅里叶红外光谱分析建立标准曲线,测定了实验产物中蛇纹石和滑石的比例.结果显示,二氧化硅可以显著影响橄榄石的热液蚀变反应路径、反应速率和氢气的形成.在300℃、SiO₂含量为10wt%时,7天后橄榄石热液蚀变形成蛇纹石(占6.5%)和滑石(占12%).延长反应时间,蛇纹石和滑石并没有明显增加.形成蛇纹石的反应方程式为:4.5橄榄石+5.5SiO₂+4H₂O=蛇纹石.当初始物中SiO₂增加至20wt%以上时,橄榄石热液蚀变形成滑石.当SiO_2...     

斑岩铜矿热液流体的K-Mg同位素示踪

文章系统分析了德兴斑岩铜矿热液蚀变岩的K-Mg同位素组成,发现蚀变斑岩和围岩的K-Mg同位素组成变化显著,其中δ41K值为-1.02～0.38‰,δ26Mg值为-0.49～0.32‰.除少量蚀变岩具有异常低的K-Mg同位素值外,大多数蚀变岩的K-Mg同位素值都高于相应的上陆壳基线值.这指示了在热液蚀变过程中,蚀变产物尤其是层状硅酸盐矿物优先富集重的K-Mg同位素.德兴斑岩铜矿蚀变岩的K-Mg同位素值与其K-Mg含量以及矿物学特征之间无相关性,可能指示了具有不同物理化学性质或同位素组成的流体作用.基于蚀变岩的K-Mg同位素特征,在德兴斑岩矿床中识别出了至少三种不同的热液流体.研究显示K-Mg同位素可用于示踪复杂热液体系中的不同地质流体.     

秦岭黑河镁铁质枕状熔岩年龄和地球化学特征

报道了丹凤镁铁质火山岩黑河枕状熔岩的年龄和地球化学的研究结果. 13个枕状熔岩全岩样品的Sm-Nd年龄为963±130 (2σ) Ma, INd=0.51173±16(2sσ), eNd(t)=+6.6, MSWD0.57. 全岩样品Rb-Sr同位素分析结果分散, 无等时线. 枕状熔岩矿物斑晶Sm-Nd同位素系统在后期地质作用中被扰动, 由全岩(WR)、角闪石(Hb)、斜长石(Plag)所获得的年龄不确定性很大, 但由WR-Plag, WR-Hb分别计算的年龄是930 Ma和437 Ma. 矿物斑晶Rb-Sr年龄268±47(2σ) Ma, ISr=0.70475±11(2σ ), MSWD0.96. 主、微量元素显示, 岩石形成于类似N-MORB环境.     

广西来宾中上二叠统硅质岩海底热液成因的地球化学证据

广西来宾中上二叠统（茅口组和吴家坪组）硅质岩可按岩性分为两类,第一类为钙质硅岩,主要发育在茅口组,第二类为硅岩,主要发育在吴家坪组.地球化学分析表明,这两类硅质岩具有极低的Al2O3与TiO2含量（分别为0～0.23%和0.001%～0.024%）和ΣREE（0.55～9.94ppm）,较高Fe2O3/TiO2比值（17～443,平均为111）,低Al2O3/（Al2O3＋Fe2O3）比值（0～0.26,平均为0.09）且Ce负异常（0.24～0.46,平均为0.35）显著,接近大洋中脊附近硅质岩的平均值0.29,而小于远洋盆地的平均值0.60,表明它们形成于远离陆源物质干扰而受热液作用影响的海盆环境,其硅质主要来源于海底热液.通过讨论本区的地层中硅质含量高低与海底热液活动强弱相应的对应关系,并结合Eu异常和ΣREE/Fe比值变化,认为本地区中晚二叠世可能一直存在着热液活动,且吴家坪期比茅口期更为强烈,并推测与峨眉山玄武岩喷发事件有成因联系.     

黑龙江省饶河枕状玄武岩古地磁学研究及其构造意义

蛇绿岩中枕状玄武岩的古地磁学研究可为古海洋的恢复与演化提供定量化依据.黑龙江省饶河地区中侏罗世枕状玄武岩的岩石学、岩石磁学研究表明,该岩石具备水下喷出特点,发育辉长结构,载磁矿物为磁铁矿.17个采点181块样品的热退磁实验表明,中侏罗世枕状玄武岩记录了高温分量和中温分量,前者为熔岩喷发记录的原生剩磁方向,平均方向D/I=59.4°/46.3°,α95=6.8°,对应的极位置为40.3°N,224.6°E,A95=7°;后者可能为晚侏罗世—早白垩世岩浆热事件的叠加,平均方向D/I=55.4°/60.6°,α95=3.9°,对应的极位置为50.8°N,210.6°E,A95=5.2°.综合考虑区域地质背景,将这一结果与邻区同时代的古地磁数据对比,推测在中侏罗世之前,在饶河杂岩与佳木斯地体之间存在一定规模的海域,与现今日本海相似;早白垩世时期,该海域封闭,饶河杂岩与华北、西伯利亚板块在动力学上已成为整体.     

塔里木盆地下寒武统底部富有机质层段地球化学特征及成因探讨

塔里木盆地下寒武统底部玉尔吐斯组富有机质沉积层段分布广泛, 层位稳定, 其中的硅质岩发育, 并伴有磷矿产出. 硅质岩的Al/(Al + Fe + Mn)和Si/(Si + Al + Fe)比值分别在0.0023 ~ 0.0046和0.965 ~ 0.98之间, 表明其形成于海底热水沉积环境, 且远离陆源区. 富有机质沉积层段明显富集As, Hg, Pb, Zn, Cu, Co, P, V, Ba等微量元素, Ba/Sr比值分布在21.2 ~ 158.1之间, 与现代海底热水沉积物中的Ba/Sr比值相似, 具有明显的海底热水沉积特征; 硅质岩的稀土元素总量SREE从8.81 ~ 56.682 mg/g, 平均值为31.414 mg/g, 介于大陆边缘硅质岩与深海硅质岩稀土总量之间; 硅质岩的LREE/HREE比值为1.01 ~ 3.56, 显示出海底热水沉积的特征. 该组中有机质丰度(TOC)与表征海底热水活动的地球化学参数Ba/Sr值等具有正相关趋势, 这表明海底热水活动对有机质的富集有明显的影响.     

我国在南大西洋中脊发现两个海底热液活动区

近年来,中国大洋矿产资源研究开发协会组织了多个针对大洋中脊海底热液活动的航次调查.自从2007年在西南印度洋中脊49.6°E发现了第一个海底热液活动区以来,已经在西南印度洋中脊和东太平洋海隆赤道地区发现了十几个海底热液区[1~4].2009年11~12月,大洋21航次在南大西洋中脊13°~14°S段发现了两个新的海底热液活动区,这是我国第一次在大西洋中脊发现海底热液活动区,也是当时发现的位于大西洋中脊最南端的两个热液活动区.     

中国东部大陆岩石圈地幔及幔源岩浆岩水含量和氢同位素组成

中国东部华北陆块和华南陆块的地幔包体单矿物和全岩水含量变化很大,总体低于全球其他克拉通和非克拉通岩石圈地幔包体单矿物和全岩水含量.然而,具有新生岩石圈地幔来源的莒南橄榄岩包体单矿物和全岩水含量总体高于其他中国东部岩石圈地幔包体,指示中国东部新生岩石圈地幔的初始水含量并不低.地幔包体中单矿物水含量与Mg~#之间无明显相关关系,其中的辉石缺乏水扩散环带,因此地幔包体的低水含量与包体随玄武岩岩浆上升过程的水扩散丢失无关.大陆岩石圈地幔底部受到热软流圈地幔烘烤有可能会造成水的扩散丢失,但是熔体提取也可能是引起低水含量的原因之一.通过斑晶水含量计算得到的中国东部中生代和新生代玄武岩初始熔体水含量均高于正常洋中脊玄武岩.中生代玄武岩初始熔体水含量与岛弧玄武岩类似,而新生代玄武岩初始熔体水含量则与洋岛玄武岩和弧后盆地玄武岩类似(部分地区与岛弧玄武岩类似).这些结果表明,大陆玄武岩地幔源区相对富水,指示其地幔源区曾经受到深俯冲地壳脱水所形成的富水流体/含水熔体的交代,使其水含量升高.中国东部新生代幔源巨晶、包体矿物和玄武岩斑晶的氢同位素组成变化也很大,反映中国东部新生代岩石圈地幔氢同位素组成高度不均一.新生代岩石圈地幔具有高于亏损地幔的水含量和偏离亏损地幔值的氢同位素组成,反映其受到过俯冲太平洋板片部分熔融所产生熔体的交代.俯冲大洋板片脱水熔融产生的富水流体和含水熔体对大陆岩石圈地幔底部的交代导致其水含量增加,引起底部岩石黏滞度降低,进而导致岩石强度的降低,使其容易被构造侵蚀乃至拆沉.因此,大洋俯冲隧道中的壳幔相互作用是克拉通岩石圈减薄的重要诱因.     

北祁连玉石沟蛇绿岩印度洋MORB型同位素组成特征及其地质意义

系统研究了北祁连山玉石沟蛇绿岩单元内枕状玄武岩的元素与Sr, Nd, Pb 同位素地球化学特征. 玉石沟蛇绿岩单元内枕状玄武岩属于拉斑玄武岩系列, 球粒陨石标准化稀土元素分配模式为近平坦型, (La/Yb)_N介于0.98~1.27 之间; Nb, Ta, Zr和Hf 无亏损, 显示出MORB 型玄武岩的特征; 经构造环境图解判别, 样品落入了MORB 区域内, 表明其形成于洋中脊环境或者成熟弧后盆地环境. Sr, Nd和Pb同位素组成特征表明其地幔源区主要存在DMM (亏损地幔)和EMII (II型富集地幔)两类地幔组分端元. 枕状玄武岩具有印度洋MORB型同位素组成特征, 与特提斯洋域地幔的同位素组成类似; 微量元素比值也与中国境内特提斯构造域内已知蛇绿岩的N-MORB 型玄武岩的特征微量元素比值相一致. 北祁连山其他蛇绿岩单元内枕状玄武岩也表现出印度洋MORB型同位素组成特征, 从而初步表明北祁连古洋曾是特提斯构造域的一部分. 这对于研究北祁连的大地构造演化和归属有着重要的意义.     

海底冷泉的地震海洋学初探

海底冷泉活动在全球大陆边缘海域广泛分布.与传统利用高频声学方法探测海底冷泉羽状流不同,本文利用常规多道反射地震(地震海洋学)方法对海底边界附近水体进行成像,结合盆地流体逸散结构特征,圈定活动冷泉流体活动发育位置,分析其地震反射特征和流体活动特征.研究表明,活动冷泉流体渗漏、逸散活动在多道反射地震剖面上一般呈羽状、扫帚状和不规则状几何形态,内部反射杂乱,反射振幅偏弱,但也有振幅增强的情况出现,这可能是由于含有较多泥质和细粒颗粒物悬浮.所造成的.冷泉活动一般与盆地内部泥底辟、流体管道、断层和裂隙、气烟囱、海底麻坑和泥火山等流体逸散结构相关,反映了地层内部流体自深部向浅部运移,在海底渗漏、逸散形成了活动冷泉.但分析结果仍需要进一步实地观测和理论模拟等相关研究确认.     

汶川地震断裂带水岩相互作用及其对断裂带演化影响

汶川地震断层岩的矿物学和地球化学特征揭示出地震断层经历了漫长时间演化和复杂的水岩相互作用.间震期水岩相互作用导致断层岩中的破碎矿物蚀变,尤其是长石等矿物含量渐渐减少甚至消失,而黏土矿物（蒙脱石、伊利石、伊/蒙混层、绿泥石等）含量逐渐增高,以及如黄铁矿、石膏、重晶石、坡缕石等热液系统中常见的矿物大量出现;Mg、P、Ti、Mn、Fe等元素倾向富集在断层带中,而Si、K和Na等出现明显的亏损;元素的大量迁移导致断层带的体积巨量亏损.实验结果表明,黏土矿物的亲水性引起水渗透率比干燥气体渗透率明显偏低,并且二者偏差无法通过Klinkenberg校正消除.蒙脱石吸水膨胀和黏土矿物颗粒表面吸附孔隙流体造成孔隙度降低是导致水渗透率偏低的重要原因.断层岩碎屑结构使得其中的孔隙可能在600 MPa围压下得以保存,从而有助于流体沿断层带下渗,并在断层带深部形成高流体孔隙压.地震断层的主要矿物学及粒度分布特征并非在地震破裂过程中形成,因此利用断层岩粒度分布资料估算地震破裂能并不合适.     

大洋中脊玄武岩磁性特征

大洋中脊玄武岩磁性研究是了解洋脊磁异常机理和洋壳圈层结构等基础科学问题的重要手段,但由于深海样品采集难度较大,岩浆后期氧化和热液蚀变如何改变岩石磁性至今仍然是研究的瓶颈.本文从磁性矿物类型、岩石磁性能和磁性颗粒特征等方面概述了大洋中脊玄武岩的岩石磁性特征,其主要的磁性矿物是钛磁铁矿,平均居里温度274℃,具有较高的Q比.这表明在磁法勘探正演与资料解释过程中,不能忽视岩石剩余磁化和感应磁化的共同作用,通过重点对比分析超慢速扩张西南印度洋中脊的玄武岩磁性特征,认为该区的岩石磁性研究将为磁法勘探提供约束务件,同时有望基于岩石磁性研究,在热液蚀变过程定量化研究,与超慢速扩张洋中脊下地壳演化模型等研究方面取得突破.     

西藏雅鲁藏布江缝合带中段中生代放射虫硅质岩成因及其大地构造意义

雅鲁藏布江缝合带中段硅质岩中发现三个放射虫动物群组合, 其地质时代分别为中、晚三叠世, 晚侏罗世-早白垩世和早白垩世. 硅质岩为生物成因. 中、晚三叠世硅质岩和晚侏罗世-早白垩世硅质岩SiO₂平均含量分别为90.24%和92.58%, Al/(Al+Fe+Mn)平均值分别为0.75和0.74, MnO/TiO₂平均值分别为0.36和1.24, Ce/ Ce*平均值分别为1.15和1.03, LaN/ CeN平均值均为0.85和0.93, 为生物成因大陆边缘型硅质岩. 早白垩世硅质岩SiO2含量为94.12 %, Al/(Al+Fe+Mn)比值0.59, MnO/TiO₂比值4.30, Ce/ Ce*为0.60, LaN/ CeN平均值1.59, 为生物成因远洋型硅质岩. 中、晚三叠世放射虫硅质岩、浊积岩组合及硅质岩地球化学特征, 表明雅鲁藏布江地区中、晚三叠世存在强烈裂陷海盆构造环境; 晚侏罗世-早白垩世放射虫硅质岩和层状玄武岩组合代表藏南特提斯初始洋盆环境; 早白垩世放射虫硅质岩及共生的枕状玄武岩代表藏南特提斯成熟洋盆.     

胡安·德富卡洋脊的热液活动演化:观察结果、矿物年龄和镭同位素比值

本文讨论了沿胡安·德富卡洋脊对几个地点的热液活动的观察结果,并报道了1988年9月Alvin潜水器11次收集的8个地点样品的年龄和镭同位素比值.这是一次实验性计划,旨在评价铀和钍系列同位素能否提供活动火山喷发时期的年龄信息.由重晶石、硬石膏、黄铜矿、纤锌矿和黄铁矿组成的活动和不活动火山通道和火山通道岩屑锥中,228Ra(镭)的内生228Th(牡)为年龄依据.样品(从北至南)来自费里卡斯特点(北部因代沃洋脊)、因代沃(Endcavour)热液点和南部胡安·德富卡点(命名为火山通道3、火山通道1和地慢柱区).活动火山通道样品的’ZsTh/228Ra年龄在。,2一1 .2年之间.我们没有记录到不活动火山通道或角砾1.2一12年间年龄值、暂时的结论是:个别火山通道形成较快,现代火山通道构造年龄都不到2年.在费里卡斯特点.至少在20年前的角砾中记载着一次热液活动享件.因代沃热液点大型硫化物建造可能指示每个专门构造的排出物最少为20年.南胡安·德富卡洋脊的火山通道建造可能更老,表明除了富重晶石的地层外没有明显的近期生长证据.本研究指出,矿物学种类不同的热液火山通道的年代可通过侧定228Ra衰变产生22STb来确定.这种方法对大于10年的火山通道最精确.该方法结合岩石学分析可以评价个别火山通道壁的生长速率.三个地区’28 Ra/226Ra活动比的变化反映了流体停留时间、热液流体生成深度或较低温度下早期蚀变玄武岩相互作用的差异.     

中国东北饶河杂岩中的侏罗纪玄武质凝灰岩及枕状玄武岩:对古太平洋水下火山活动的启示

保存在陆地上的水下火山爆炸式喷发的地质记录非常少见,为揭示这一现象并探讨其全球意义,本文对中国东北饶河杂岩中的玄武质凝灰岩及枕状玄武岩进行了岩石学、地球化学以及年代学研究.玄武质凝灰岩由分选良好的晶屑(主要为单斜辉石)、玻屑和少量岩屑组成,具有较高的Mg O含量(15.7~15.9%),没有Eu的异常(Eu/Eu*=99~102).凝灰岩的锆石SHRIMP定年结果为(172±1)Ma,与前人报道的枕状玄武岩年龄接近.枕状玄武岩具有演化的Mg O含量以及弱的Eu负异常(Eu/Eu*=90~99).依据不活动微量元素判别,凝灰岩和玄武岩均属于碱性玄武岩,具洋岛型玄武岩配分特征以及一致的Nd同位素特征ε_(Nd)(t)=4.4~6.2,可能源自同一地幔源区.玄武岩的Sr同位素与Nd同位素耦合,而凝灰岩的~(87)Sr/~(86)Sr比值显著偏高并与同期海水相近,暗示地幔物质与海水之间的元素交换更可能发生于火山爆炸式喷发而非溢流式喷发.进一步计算表明,水下火山爆炸式喷发引起的高效率海水-地幔物质之间的Sr同位素交换可能是历史上全球海水Sr同位素比值快速下降的原因之一.     

滇西南澜沧江构造带大新山组放射虫、硅质岩和玄武岩研究

野外调查在景洪曼别和思茅大新山地区大新山组发现放射虫硅质岩、玄武岩地层层序. 放射虫动物群包括Follicucullus和Pseudoalbaillella等, 地质时代为中二叠世晚期至晚二叠世早期. 景洪曼别地区硅质岩SiO₂含量均在92%以上, MnO/TiO₂平均比值为2.15, Al/(Al+Fe+Mn)比值小于或约等于0.1, Ce/Ce^*平均值为0.4, 为远洋型硅质岩; 而大新山地区的硅质岩SiO₂含量相对较低, MnO/TiO2比值为0.27, Al/(Al+Fe+Mn)比值为0.49, Ce/Ce*比值为0.88, 为大陆边缘型硅质岩. 两地玄武岩均为拉斑玄武岩, 其主元素、稀土和微量元素均显示洋脊玄武岩特征, 说明澜沧江构造带大新山组除包含岛弧火山岩外, 还存在洋壳型火山岩和硅质岩, 代表了活动大陆边缘沉积组合.     

海底流体逃逸活动的地球物理响应特征

海底流体逃逸活动对海洋油气勘探、天然气水合物勘查和试采、海底固体矿产勘探与全球气候变化研究等方面具有重要意义.理解海底流体逃逸活动规律,研究流体逃逸活动演化过程,并建立综合探测体系显得尤为重要.本文系统梳理了海底流体逃逸活动在海底可视技术、综合声学水体成像技术、"磁亮点"技术以及卫星遥感技术等相关探测方法下的不同地球物理响应.分析认为,海底流体逃逸活动容易改变海底地层的物理性质和形态,在地震剖面和声学图像上表现为独特的流体异常反射特征和声学响应;烃渗漏形成烃蚀变带,在航磁图像上表现为弱磁异常;渗漏油膜在SAR卫星图像上表现为黑色斑块;天然地震控制下的断裂带流体逃逸活动在临震时震中附近在热红外图像上表现为亮温异常.结合不同探测方法的探测效率和优势特征,提出了利用卫星遥感和"磁亮点"等方法进行平面约束预测,用剖面或立体声学水体成像数据进行海底流体活动确认,再通过海底可视数据进行精细探测的综合地球物理探测方法,为深入研究海底流体活动系统理论提供参考,同时指出流体逃逸活动研究的相关方向.     

东太平洋海隆13°N附近岩浆周期性混合作用：模拟计算和环带斜长石证据

测试了东太平洋海隆13°N附近36个玄武岩样品的常量和微量元素组成,并对其中不同类型的环带斜长石进行了背散射图像、元素线扫描及常量元素分析．采自很小空间范围内的玄武岩演化程度差异较大（MgO=9．38wt％～6．76wt％）,对富MgO玄武岩通过COMAGMAT程序进行分离结晶计算,结果显示富MgO玄武质岩浆结晶至低MgO（7wt％）时,其Ni含量（～28×10^-6 g／g）普遍低于实际观测的低MgO玄武岩（〉60×10^-6 g／g）,说明低MgO玄武岩可能经历了更多次的岩浆混合作用．模拟了高MgO（9．38wt％）玄武质岩浆自身的“混合-结晶”作用,观测到的低MgO玄武岩中高的Ni含量可以通过新岩浆少量多次地自身混合作用获得．低MgO岩浆经历的多次“混合-结晶”过程与近年来^226Ra/^230Th不平衡对岩浆滞留时间的研究相符合,即低MgO岩浆在更长的滞留时间内经历了更多次的“混合-结晶”过程．岩浆房内的岩浆混合具有局部均匀性,但低MgO岩浆更接近于周期性混合形成的稳定成分,这也是导致东太平洋海隆岩浆多样性重要原因．另外,薄片微区分析将斜长石环带可分为具高An^#核部和无高An^#核部两类,两种类型斜长石均有多个反环带,指示寄主岩浆经历了多次混合作用．低MgO（7．45wt％）玄武岩中斜长石核部与其中部的An^#具明显差异,而与高MgO（9．38wt％）玄武岩中微粒斜长石中心An^#（平衡结晶产物）相当,进一步说明低MgO玄武岩中斜长石的核部可能形成于周期性侵入岩浆房之前的母岩浆．