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.     

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？…

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     

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。     

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。     

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。     

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。     

大西洋中脊TAG热液活动区中热液沉积物的稀土元素地球化学特征

用ＩＣＰ－ＭＳ对ＴＡＧ热液活动区表层热液沉积物中６个块状硫化物样品进行了稀土元素分析。所有样品均表现出正Ｅｕ异常（ＥｕＮ／Ｅｕ＊Ｎ＝１．２７～２．６８）和ＬＲＥＥ相对富集（ＬａＮ／ＹｂＮ＝１５．７９～４７．６２）的球粒陨石标准化配分模式,热液沉积物样品中稀土元素组成的变化是由于海底热液循环体系中热液流体和海水不同程度混合作用的结果,并且,海水与热液流体的混合作用是在热液沉积物形成以前发生的,与黑烟囱流体的稀土元素配分模式对比,表明热液沉积物的ＲＥＥ部分来自下伏的玄武岩基底,在热液沉积物的形成过程中,ＬＲＥＥ得到了较高程度的富集,同时,海底热液沉积物的稀土元素中Ｅｕ的变化可以一定程度的反映出热液流体的演化特征。     

冲绳海槽Jade热液区海底块状硫化物的Os同位素组成

用碱熔法新测得Jade热液区7件海底块状硫化物样品的锇含量及其同位素组成，^187Os／^186Os比值在2．205—6．462之间，均值为4．314，高于地幔端员，而低于海洋沉积物和海水端员，表明该区块状硫化物中锇是深部来源锇与海水和／或沉积物混合的产物。结合该区块状硫化物样品的REE、硫和铅同位素组成特征，进一步揭示出海水、长英质火山岩、沉积物和深部地幔源是形成Jade区块状硫化物的物源。     

大西洋中脊TAG热液活动区中热液沉积物的稀土元素地球？…

用ＩＣＰ－ＭＳ对ＴＡＧ热液活动区表层热液沉积物中６个块状硫化物样品进行了稀土元素分析。所有样品均表现出正Ｅｕ异常和ＬＲＥＥ相对富集的球粒陨石标准化配分模式,热液沉积物样品中稀土元素组成的变化是由于海底热液循环体系中热液流体和涨水不同程度混合作用的结果,     

构造地质过程对冲绳海槽热液活动及成矿作用的控制研究综述

在对冲绳海槽及邻区构造地质学和热液地质学调查研究成果进行全面总结的基础上,将深部地球动力学机制、冲绳海槽形成演化、岩浆作用过程、热液系统结构、流体循环模式和成矿作用特征等多方面的问题,纳入到统一的框架下,探讨了冲绳海槽构造地质过程对热液活动和成矿作用的控制机理。分析认为,区域中尺度地幔流引起了东亚大陆边缘岩石圈向东的蠕散,并驱动了菲律宾海板块沿琉球海沟向欧亚板块之下的俯冲。在弧后小尺度地幔对流、岩石圈减薄、板片反卷和俯冲后退的共同作用下,冲绳海槽发生弧后张裂。张裂作用在岩石圈内形成了网状破裂系统,为岛弧和弧后岩浆上涌提供了通道,并且引起了不同来源岩浆的干扰和混合。侵位到地壳浅部的岩浆为热液活动提供了热源和主要成矿物质来源,是影响热液活动分布的主要因素。沉积层覆盖改变了流体的浅部循环结构和原始流体成分。热液区内普遍存在的流体相分离过程,导致了广域成矿作用的发生。     

海底大型多金属硫化物矿体内的流体过程

海底多金属硫化物矿体内热场和流场分布控制着多金属硫化物矿体的形成过程和成矿机制.在大洋钻探计划(ODP)和已有模拟实验研究的基础上,构建了一个具有三层结构的非均质海底多金属硫化物矿体模型,并利用地下热水系统体系模拟软件(Hydrothermal)模拟了不同渗透率情况下多金属硫化物矿体内部热场和流场的形态特征.模拟结果表...     

冲绳海槽中、南部热液活动区金属硫化物的地球化学特征

对新近(2014年)采自冲绳海槽南部Yonaguni Knoll IV热液活动区和中部伊平屋热液活动区的金属硫化物样品分别进行了X射线荧光光谱(XRF)和等离子体质谱(ICP-MS)分析,旨在通过对比分析两个热液活动区金属硫化物的元素地球化学特征,探讨两个不同热液活动区成矿元素的富集规律、热液成矿的作用过程及其区域差异。研究结果表明:在冲绳海槽中部和南部热液区分布有两种金属硫化物,分别为富Fe-Zn型硫化物和Ba-Zn-Pb型硫化物(+硫酸盐);相较于大洋中脊和其它弧后盆地的热液硫化物,研究区硫化物中Pb的含量明显较高,而Cu和Fe的含量相对较低,这与冲绳海槽存在较厚的沉积盖层有关;无论是常量元素、微量元素、还是稀土元素(REE),其含量和相关的特征值都变化较大,表明研究区热液硫化物形成于不同的热液成矿阶段;富Fe-Zn型硫化物是在高温热液活动阶段形成的,而Ba-Zn-Pb型硫化物(+硫酸盐)则形成于热液喷出海底与海水混合的过程中,成矿温度较低;即使在同一热液活动区,成矿环境也有较大变化,主要表现在成矿温度的波动上;研究区热液硫化物中REE的配分模式特征表明硫化物中REE的物源相同,但经历的过程(REE的迁移和富集)有所不同,反映了热液硫化物形成于不同的热液成矿阶段;热液成矿作用存在区域性差异,海槽南部的成矿温度较中部低,成矿物质来源方面,南部热液区硫化物的Pb含量较中部高,表明其成矿物质可能部分来源于沉积物。     

Two-stage influences of hydrothermal fluids on pumice near the Iheya North hydrothermal field,Okinawa Trough

Hydrothermal precipitates and hydrothermal alteration products could record important information about temporal variations of seafloor hydrothermal systems. Geochemistry, mineralogy, and microscopic features of three pumice samples (T3-1, T3-2, and T3-3) near the Iheya North hydrothermal field were analyzed in this article. The results show that T3-3 sample has undergone at least two-stage influences by hydrothermal fluids. In the first stage, pure amorphous silica from hydrothermal fluid precipitated in the vesicles of all three T3 samples as a result of conductive cooling and fluid–seawater mixing. The precipitation temperatures according to oxygen isotope thermometer are approximately 13–21°C. In the second stage, T3-3 pumice underwent low-temperature hydrothermal alteration, during which the amorphous silica precipitates were redissolved, together resulting in losses of FeO and SiO₂ and gains of MgO, Pb, Zn, and Cu. Furthermore, ferruginous filamentous silica, which might be related to activities of Fe-oxidizing bacteria, was formed in the altered pumice. The transformation from pure amorphous silica precipitation to redissolution of the silica in T3-3 pumice might indicate a rise of temperature and/or decrease in silica concentrations in hydrothermal fluids, implying a changing hydrothermal environment.     

Control of the stress field on shallow seafloor hydrothermal paths: A case study of the TAG hydrothermal field

The stress state and rock mechanical properties govern the growth of faults and fractures, which constitute shallow hydrothermal pathways and control the distribution of seafloor massive sulfide (SMS) mounds in the seafloor hydrothermal field. The stress field has an important influence on the formation and persistence of hydrothermal pathways. Based on multibeam bathymetric data from the Trans-Atlantic Geotraverse (TAG) field, we establish two three-dimensional geological models with different scales to simulate the stress field, which investigate the characteristics of hydrothermal pathways and associated SMS mounds. The simulation results show that oblique faults and fissures form in the tensile stress zone and that mounds, including active and inactive hydrothermal mounds form in the compressive stress zone. Fault activity, which is related to the stress field, affects the opening and closing of hydrothermal channels and changes the permeability structure of subseafloor wall rock. Therefore, the stress field controls the development and persistence of shallow hydrothermal pathways. The features of shallow hydrothermal pathways in the stress field can provide geomechanical information that is useful for identifying favorable zone for SMS deposit formation.     

Sulfur isotopic composition of seafloor hydrothermal sediment from the Jade hydrothermal field in the central Okinawa Trough and its geological significance

Eighteen samples of hydrothermal sediments from the Jade hydrothermal field in the central Okinawa Trough have been analyzed. Sulfur isotopic values for 10 sulfide samples vary from 5.2 × 10~(-3) to 7.2× 10(-3), δ~(34)S values for 7 sulfate samples vary from 16.3 × 10~(-3) to 22.3 × 10~(-3), and 1 native sulphur sample has a δ~(34)S value of 8.2× 10~(-3). The major sources of sulfur for hydrothermal sediment are intermediate to acid volcanic rocks and sea water sulfate, and it is possible that the partial sulfur of hydrothermal sediment is from the pelagic sediment by the interaction between hydrothermal fluid and sediment. The reasons of causing the distinct differences in sulfur isotopic values for sulfide samples from hydrothermal sediment ( compared with other hydrothermal fields), are the differences in the sources of sulfur, the magmatic activity and the tectonic evolution in different hydrothermal fields. The sulfur evolution is a long and complex process in the seafloor hydrothermal system     

Lost City低温热液场——一种新的海底热液活动类型

综述了新近发现的海底热液活动的新类型——Lost C ity低温热液场。该低温热液场坐落于距洋中脊15 km远的轴外洋底上,下伏的橄榄石经蛇纹石化反应所产生的热能是驱动该热液场的热源。低温热液场烟囱结构的矿物组分主要为方解石、文石和水镁石,热液流的温度为40~75℃,并以高pH值以及高氢、高甲烷含量为特征。Lost C ity低温热液场,为研究者们了解早期地球热液过程与它们所支撑的生命系统关系,探讨蛇纹石化、碳酸盐沉淀、微生物活动之间关系提供了天然实验室。     

西南印度洋脊龙旂热液区蚀变岩岩石学特征及对热液流体循环的指示

慢速?超慢速扩张洋脊的海底热液活动区多出露类型多样的蚀变岩石，记录了地壳深部的流体与围岩的相互作用，为研究深部热液流体特征以及循环过程提供了样本。本研究选取了中国大洋第30、34和40航次在超慢速扩张西南印度洋脊龙旂热液区(A区、B区和C区)利用电视抓斗采集的蚀变玄武岩、蚀变辉长岩、蚀变辉石岩和蛇纹岩等蚀变岩样品，利用光学显微镜、电子探针开展了岩相学和矿物化学分析。岩相学结果表明，龙旂热液区蚀变岩石样品约95%发生了地壳浅部的脆性变形作用，靠近龙旂1号热液区(A区)约有5%的蚀变岩石混合发育了脆性变形及脆性?塑性变形特征。研究区岩石蚀变属于中?低温变质作用，变质相近似绿片岩相，变质矿物组合为绿泥石?绿帘石?钠长石?阳起石?榍石。其中，A区的蚀变岩中的绿泥石形成温度(201～341℃)以及蛇纹石、阳起石、绿泥石等蚀变矿物的Fe元素含量(17.5%～27.5%)都高于龙旂3号热液区(B区和C区)的绿泥石形成温度(239～303℃)和Fe元素含量(16.8%～26.5%)，这也与在该区观测到高温的热液喷口相符合。本研究认为龙旂热液区所在洋脊段发育的拆离断层为热液流体的向上运移提供了通道，洋壳扩张后期轴部的岩浆熔体在轴侧区域的岩浆侵入或喷发活动可能为热液循环提供了热源。     

构造-岩浆作用对热液活动的控制机理: 马努斯海盆为例

综述了马努斯海盆热液区构造特征、基底差异, 结合马努斯海盆热液区热液活动与构造-岩浆特征, 探讨了二者的耦合关系, 以及构造-岩浆作用对热液活动的影响和控制。马努斯海盆位于西南太平洋俾斯麦海的东北部, 是世界上扩张速度最快的海盆之一。马努斯海盆西部(马努斯扩张中心, Manus Spreading Center, MSC)主要由海盆扩张成熟期产生的大洋中脊玄武岩组成, 属于成熟弧后扩张中心,发育Vienna Woods热液区; 海盆东部(东南裂谷, Southeast Rift, SER)则是一个拉张裂谷, 处于扩张的早期阶段, 属于不成熟弧后扩张中心, 发育PACMANUS、DESMOS、SuSu Knolls三大热液区。MSC与大洋中脊的热液活动相似, 而SER因受到火山、俯冲作用影响更为显著, 其热液流体具有岩浆流体和俯冲流体的特征。与Vienna Woods热液压相比, PACMANUS、DESMOS以及SuSu Knolls三个热液区的水深相对较浅(1 150～1 740 m), 是地球内部热物质由内向外迁移的结果, 其下部岩浆作用强烈。此外,岩浆脱气作用和数值模拟结果表明, PACMANUS热液系统中具有岩浆流体的输入。与Vienna Woods热液区相比, PACMANUS、DESMOS、SuSu Knolls热液区的热液活动强度及流体组成主要受控于岩浆作用。     

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。