冲绳海槽中部现代海底热液活动在沉积物中的元素地球化学记录

对采自冲绳海槽中部现代海底热液活动区的H9岩心沉积物进行了常量、微量元素分析,结果表明大部分元素含量在岩心75~80 cm处有一个明显的突变,上段中明显富集多种微量元素,这些元素正好对应于海槽中非热液活动区沉积物中相对亏损的元素,是热液活动区沉积物中的富集特征元素.75~80 cm处岩心沉积物中元素含量突变标志着冲绳海槽中部现代海底热液活动的开始或显著加强.除锰外,在其他热液活动区(如洋中脊等)显著富集的铁、铜、钴、镍在该区富集程度不高,但铅、鉮、锑、汞在上段岩心沉积物中的平均含量较下段高3~6倍,较非热液活动区沉积物中含量高3~12倍.这些富集元素与冲绳海槽热液活动成因硫化物中富集元素非常一致,表明该区热液活动对沉积物中锰、铅、鉮、锑、汞具有重要贡献,锰、铅、鉮、锑、汞是海槽中部现代海底热液活动的特征性示踪元素组合.岩心沉积物中很好地记录了热液活动的发展演化,该区海底热液活动从距今5740a开始发生或显著增强,并且一直持续到现在,只是其间活动程度经历了强弱变化,岩心上段锰的平均堆积速率约为40.461μg/(cm2·ka),与其他热液活动区的相当.     

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。     

冲绳海槽中段沉积物物源识别及其热液活动指示

冲绳海槽中段热液活动区表层沉积物的主、微量和稀土元素分析结果表明:区内沉积物主要由陆源物质与热液源物质组分组成,Hg、Au、Sb、Cu、Pb、Zn、Ba、As、Fe和Co等微量元素富集;沉积物的化学风化程度中等,A-CN-K图解表明其暂未受到钾交代影响,且其母岩成分接近花岗闪长岩;北美页岩标准化稀土配分模式曲线整体较为平坦,轻重稀土分馏较弱,部分样品具有与热液流体类似的明显正铕异常.受热液活动影响,部分沉积物中的Fe、Cu、As、Pb和Zn显著富集,结合样品所处站位,整体显示含金属沉积物-过渡沉积物-正常沉积物的空间分配模式.结合(La/Sm)N、(La/Yb)N比值指示区内沉积物的陆源物质主要来自于黄河与台湾岛河流.     

冲绳海槽中南部柱状沉积物氧化还原敏感元素赋存机理与环境指示意义

沉积物中氧化还原敏感元素(Redox Sensitive Element,RSE)含量变化是上覆水体氧化还原环境良好的替代指标。本文通过冲绳海槽中南部两个柱状沉积物(深度：30 cm)粒度、总有机碳、总氮及其同位素含量和氧化还原敏感元素含量等指标,探究复杂环境背景下冲绳海槽柱状沉积物中RSE的赋存机理与环境指示意义。研究发现,柱状沉积物中除了Cr亏损,其他RSE均显示有不同程度的富集。“粒控效应”对冲绳海槽柱状沉积物的RSE含量影响较小;分析可知,海水表层生产力是影响沉积物氧化还原环境的主要因素,通过Mn(氢)氧化物的吸附或解吸附作用实现RSE的富集与亏损。δCe、V/Cr、Ni/Co和V/(V+Ni)等指标指示沉积物整体处于氧化-弱氧化环境。沉积物中Mn元素通过还原作用以Mn²⁺形式向上扩散,在25～30 cm处被含氧间隙水氧化富集形成锰峰,指示柱状沉积物0～25 cm处为氧化环境,25～30 cm处为弱氧化环境。     

冲绳海槽中段近4万年来沉积物属性和来源

对冲绳海槽中段DGKS9603孔134个样品(孔深0~481cm),测试了18种常、微量元素,对该柱样的29个样品(孔深0~488cm)进行了REE测试。对采自长江三角洲的CYm柱样和黄河三角洲的S3柱样中的晚更新统的5个样品进行了常、微量元素和REE测试。分析表明,冲绳海槽中段在全新世、末次盛冰期和末次间冰期的沉积物均以陆源物质为主,生物沉积为次。末次盛冰期以陆源硅质碎屑沉积的大量增加为特征;全新世生物沉积量有较大的增加;末次间冰期介于上述两者之间,但较全新世更富陆源物质。冲绳海槽的物源演化受末次冰期的影响,具有阶段性。对比冲绳海槽与长江和黄河物源的地球化学参数,包括REE、稀有元素、惰性常、微量元素,判识出末次盛冰期冲绳海槽的陆源物质,具有长江源的物质属性,沉积物可能主要来自古长江。     

Abundance of chemical elements in continental shelf sediment of China

For the first time, an element abundance table of China Shelf Sea sediments is published based on 286 samples from the continental shelf of China analyzed for 62 chemical elements. The shelf sediments result from the redistribution of sediments from China over the continental shelf. On the basis of comparison of element abundances among the China shelf samples, hemipelagic Okinawa Trough samples, and pelagic brown clay from the West Pacific, it is clear that each has its own elemental characteristics. Hg anomaly enrichment in Okinawa Trough sediments may be used as an indicator of hydrothermal activity.     

Geochemistry of trace elements and Sr-Nd isotopes of foraminifera shell from the Okinawa Trough

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＰｒｏｖｅｎａｎｃｅｏｆｍａｒｉｎｅｓｅｄｉｍｅｎｔｓｈａｓａｌｗａｙｓｂｅｅｎａｆｏｃｕｓｅｄｐｒｏｂｌｅｍｉｎｍａｒｉｎｅｓｅｄｉｍｅｎｔｇｅ ｏｌｏｇｙ.Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆｅｎｄｍｅｍｂｅｒｓａｎｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｒｒｅｌａｔｉｖｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓｆｒｏｍｍｉｘｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓｈａｖｅｂｅｅｎａｋｅｙｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｐｒｏｖｅｎａｎｃｅ .Ｆｏｒｔｈｉｓａｉｍ ,ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｓｅｌｅｃｔｅｎｄｍｅ…     

西太平洋岛弧-弧后盆地热液活动与硫化物特征

基于国内外研究成果对西太平洋岛弧-弧后盆地热液活动的分布规律、扩张速率、水深以及热液硫化物的矿物组成与金属品位等特征进行探讨。西太平洋岛弧-弧后盆地热液硫化物区以活动型热液区为主,受扩张速率的影响明显主要分布在20～60 mm/a地区;水深分布规律主要受所处构造单元的水深特征控制,而非由热液硫化物区的形成特征所决定;研究区内的热液产物主要为富Zn-Cu、富Ba-Zn以及富Fe-Cu型硫化物;热液硫化物中冲绳海槽具有最高的Ag、Pb含量,劳海盆具有最高的Zn含量,马努斯海盆和伊豆-小笠原-马里亚纳海槽具有较高的Au含量,北斐济海盆具有最高的Cu含量。本研究将进一步为西太平洋岛弧-弧后盆地地区热液硫化物资源的勘探与潜在资源量的估算提供参考。     

冲绳海槽有孔虫壳体的微量元素Sr,Nd同位素地球化学

钙质生物壳的微量元素组合和Sr,Nd同位素组成是识别海底混合源沉积物中生物源物质相对贡献的重要参数.冲绳海槽有孔虫壳体强烈富集Sr,P,Mn和Ba,富集Li,U,Th,Sc,Co,Pb,Zn,Cr,Rb,Y,Sb和轻稀土元素,弱富集V,Ga,Zr,Nb,Cd和中稀土元素,相对贫Ge,Mo,In,Sn,Cs,Hf,Ta,W,Tl,Bi和重稀土元素,海水中微量元素的背景含量和生物活动对微量元素的选择性吸收是有孔虫壳体中微量元素发生富集和贫化的主要机制,冲绳海槽有孔虫壳体的稀土元素配分模式与海水和太平洋有孔虫的有明显差异,表现出中稀土元素相对富集,并具有微弱的负Ce异常.有孔虫壳体的Sr,Nd同位素比值也与大洋海水不同,分别为0.709769和0.512162,前者略高于大洋海水,后者略低于大洋海水,表明冲绳海槽海水明显受大陆河水影响.     

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。     

冲绳海槽中部表层沉积物的地球化学特征和物原判识

研究样品由“向阳红16”号于1992年6～7月间取自冲绳海槽中部.对表层沉积物的地球化学数据的因子分析和典型化学组分的相关分析结果表明,冲绳海槽中部表层沉积物主要包括陆架来源、生物源和火山热液源组分,且以陆源组分为主;运用修正的富集团子(EF)分析结果表明,沉积物中陆源、生物源、火山热液源组分在不同区域的相对分布是显着不同的.     

热液活动区数目和洋脊扩张速率的关系及其在冲绳海槽的应用

根据11段洋脊上已经公布的热液活动区数目和扩张速率,建立了洋脊扩张速率和热液活动区数目之间的关系,发现洋脊的扩张速率越高,其上发育的热液活动区数目就越多。两者之间可用一个线性关系式来描述:Ph=0.000 199 294 89Us-0.000 625 479 19,其中,Us为洋脊的扩张速率(mm/a),Ph为单位洋脊上热液活动区的数目(个/km)。依据上述关系,在已知洋脊扩张速率的情况下可以预测洋脊上热液活动区的数目。冲绳海槽前期的扩张(拉张)速率很低,一般为15 mm/a左右。根据地震剖面计算了冲绳海槽现代扩张速率约为42 mm/a。总体上,冲绳海槽直到目前仍为一个低速扩张(拉张)的孤后盆地,但扩张(拉张)速率有明显加快的趋势,所得到的关系式能够较好地符合冲绳海槽的情况,这一方面验证了给出的热液活动区数目和扩张速率之间关系的合理性,另一方面也说明我们对冲绳海槽近期扩张(拉张)速率讨论的合理性。根据在冲绳海槽的应用结果,我们预测冲绳海槽仍然存在尚未查明的热液活动区。     

冲绳海槽岩浆源的三分量混合模型

综合分析了冲绳海槽玄武岩中微量元素的地球化学特征，发现最少要求三分量混合作用来解释其岩浆源成分，并通过最大方差因子分析估算了3个分量的贡献比例。亏损型地幔是海槽岩浆源的主体，但其中舍有富集型地幔的成分，尤其是海槽中部玄武岩岩浆源中这种富集型地幔成分的特征表现得更为明显。俯冲组分是岩浆源中的另一个主要成分，贡献量为20％左右，是造成海槽区玄武岩中Pb强烈富集的重要原因。     

末次盛冰期以来冲绳海槽中部沉积物有机碳和磷的地球化学研究

利用元素及同位素地球化学方法研究了冲绳海槽中部沉积物岩芯中有机碳及磷的地球化学特征及影响因素。结果表明,冲绳海槽沉积速率(16.5～32.5 cm/ka)变化小,不是沉积物中有机碳埋藏的重要影响因素。相对于全新世氧化性底水环境,末次盛冰期/冰消期冲绳海槽缺氧底水环境提高了沉积物对有机碳的埋藏效率。冲绳海槽沉积物中各形态磷的相对含量与其他边缘海沉积物中的相似。交换态磷(Ex-P)含量低、变化小。末次盛冰期/冰消期缺氧底水环境下铁氧化物的还原溶解导致铁结合磷(Fe-P)释放以及自生磷矿物(Au-P)的形成。全新世氧化性底水条件有利于铁氧化物的有效再生及对磷的再吸附,但不利于Au-P的保存。总有机碳(TOC)和有机磷(Org-P)之间良好的相关性表明TOC埋藏对Org-P含量的重要控制作用。冲绳海槽沉积物中碎屑磷(De-P)含量低于长江口及东海陆架沉积物中的含量,这与陆源碎屑向外海传输减弱有关。在约9.3kaBP(岩芯200cm深度),TOC、Fe-P、Org-P、De-P以及FeHR均出现的极小值可能由物质坡移造成。     

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。     

冲绳海槽中段末次冰消期以来的元素地层

在对冲绳海槽中段180号岩心进行高分辨率取样的基础上,测定了沉积物中的23个地球化学指标,通过对各元素与Al₂O₃含量的比值在岩心中的垂向变化规律的分析,结合氧同位素、黏土矿物、粒度、AMS14C测年和R型因子分析方法,可将岩心从上至下划分为5层:第1,3,5层具有相似的元素组合特征,第2,4层为明显的异常变化层位,将元素的地球化学行为、元素组合与物质来源联系起来,并与碎屑矿物、古生物资料对比,探讨岩心中元素组合垂向变化的制约因素,据此讨论了冲绳海槽中段末次冰消期以来陆源、火山源及生物源物质的分布规律。结果表明,冲绳海槽中段末次冰消期以来的沉积物来源以陆源物质为主,但在局部层位可因生源组分和火山源组分的强烈影响而发生实质性的变化。     

The sedimentation rates in the Okinawa Trough during the Late Quaternary

On the basis of accelerator mass spectrometer radiocarbon （AMS ^14C） dating, sedimentation rates of 11 cores collected from the northern to southern Okinawa Trough are discussed. The sedimentation rates in the Okinawa Trough roughly range from 11 to 39cm/ka, and the average is 23.0cm/ka. China＇s continental matter is the main sediment source of the middle Okinawa Trough and has important contribution to the northern and southern Okinawa Trough. The sedimentation rates during the marine oxygen isotope （MIS） 2 are uniformly higher than those during MIS 1 in the northern and middle Okinawa Trough while they are on the contrary in the southern Okinawa Trough. Sedimentation rates in the Okinawa Trough can be one of the proxies of sediment source and an indicator of cooling events.     

ODP与冲绳海槽海底热水活动研究

本文简要介绍了ＯＤＰ与海底热水活动研究，冲绳海槽中部现代海底热水活动区热水活动研究简况及其热水活动特征；就冲绳海槽中部热水活动研究中存在的问题与ＯＤＰ在冲绳海槽热水区钻探的科学目标进行了讨论。     

冲绳海槽中段表层沉积物物质来源的定量分离:Sr-Nd同位素方法

利用1994年85－904航次获取的冲绳海槽中段表层沉积物样品，测定其硅酸盐相的^87Sr/^86Cr和^143Nd/^144Nd比值，以定量研究冲绳海槽中段表层沉积物硅酸盐物质的来源，结果表明，冲绳海槽中段陆坡区表层沉积物硅酸盐相的^87Sr/^86Sr/^143Nd/^144Nd与东海陆架沉物硅酸盐相的^87Sr/^86Sr和^143Nd/^143Nd相当，槽底和东坡沉积物硅酸盐相的^87Sr/^86Cr和^143Nd/^144Nd值介于中国大陆硅酸盐物质和海槽水山碎屑的^87Sr/^86Sr,^143Nd/^144Nd比值之间，并大致具有两端员混合特征，利用以Sr同位素为参数的二端员混合方程进行物源定量分析的结果表明，冲绳海槽中段的西坡和槽底表层沉积物硅酸盐相以陆源物质为主，最大值为91．07％，由西向东，陆源物逐渐减少，在海槽东坡含量最小，最小值为9．93％，火山源物质在东坡含量最高，量大值为64．92％，由东向西，由北向东，火山源物质逐渐减少为零。     

Comparison of Modern Zn-Ba-Pb Ore Deposits at Convergent Plate Margins and Fe-Cu-Zn Deposits at Divergent Plate Margins

At divergent plate margins, black smoke forms immediately on contact of ascending hydrothermal solutions with sea water. The black smoke, consisting mainly of black ore (BO) and barite ore (BaO), is rapidly dispersed in seawater leaving behind a dominantly yellow ore (YO). At convergent plate margins, on the other hand, zinc sulfides and associated chalcophilic elements start depositing within the hydothermal mound at mesothermal temperatures, and are largely trapped there to form a mixed yellow, black and barite ore (YO-BO-BaO). The abundance of individual chalcophilic elements within the mixed ore varies by more than four orders of magnitude, with Zn-Pb-Ba-Cu-As-Sb-Cd being the elements most enriched in these deposits. The differing patterns of element deposition in these two tectonic settings is related to the temperature of the hydrothermal fluids, which is a function of water depth and therefore of tectonic setting (mid-ocean ridge vs volcanic arc). In highly sedimented basins, such as the JADE hydrothermal field in the Okinawa Trough, Pb and other chalcophilic elements are leached from the sediment by slowly migrating hydrothermal fluids to form a mixed black-yellow-barite ore (BO-YO-BaO). This type of deposit is the most enriched in Zn-Pb-Ba-As-Sb-Ag in decreasing order of element abundance. These results indicate that black ore (sphalerite plus galena) is most enriched in sedimented-hosted deposits such as the JADE deposit, is moderately enriched in submarine hydrothermal mineral deposits from convergent plate margins and is poorly enriched in submarine hydrothermal mineral deposits from divergent plate margins.