海底热液成矿活动研究的进展、热点及展望

海底热液活动研究进展迅速,热液矿化作用已成为当前国际地球科学最为活跃的研究领域之一。本文叙述了:(1)热液调查新技术、新方法、矿床赋存状态、主要类型以及热液矿化作用的研究进展:(2)当前国际研究的热点,包括海底热液矿床和构造岩浆背景、热液流体形成和金属浸析作用、热液沉淀过程中的金属分馏作用、热液排放与大洋的质重平衡等。最后强调加强海洋地球科学国内外合作的必要性。     

现代海底热液活动调查研究技术进展

现代海底热液活动涉及到高温高压环境，异常的热液环境使得传统的深海调查研究方法已远不能满足热液活动研究的需要。直视采样技术、深潜器技术、定点监测技术、保真采样技术及模拟实验技术等成为近年来国内外致力发展的热液活动调查研究技术。在分析了近年来国内外海底热液活动调查研究技术发展的基础上，指出了目前已有技术开发中存在的不足,并且提出了我国在现代海底热液活动技术发展的迫切性和应优先发展的技术。      

大洋钻探对海底热液活动研究的贡献

大洋钻探为海底热液活动研究提供了大量数据资料和样品。在此基础上,通过研究流体-沉积物／岩石相互作用,热、物质通量和流体流动,分析构造对海底热液活动的控制作用,使人们对海底热液循环有所了解,并对深部热液成因石油的特征,海底热液沉积物的空间结构和物质组成,以及深部生物与海底热液活动的关系有了一些认识。未来通过实施IODP,海底热液活动研究将会取得更多新的成果。     

海底热液活动区地微生物学研究中的分子生物学技术

海底热液活动区微生物生态及其相关研究一直是近年来海洋地微生物学研究的热点之一。有关发现不断挑战着人们对微生物的代谢机理、生存极限、元素地球化学循环作用等方面的传统认识。与传统的富集培养方法相比,主要基于16S rRNA基因和特征性功能基因系统的发育分析等技术为研究这一极端环境中栖息的微生物群落提供了更为系统和全面的手段。这些技术包括基因文库构建(16S rRNA和其它功能基因)、变性梯度凝胶电泳(DGGE)、末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)、荧光原位杂交(FISH)以及定量PCR等。目前,上述技术手段广泛应用于全球海底热液活动区地微生物学的研究,在丰富地球物种多样性、调查微生物参与的元素地球化学循环过程、研究微生物与矿物的相互作用以及生命起源与演化等方面取得了大量的研究成果。简要介绍了常规分子生物学技术的基本原理及其在海底热液活动区地微生物学研究中的应用现状。     

现代海底热液多金属硫化物的成矿物源:同位素证据

现代海底热液活动的调查研究已经持续了30多年。尽管提出了多种有关海底热液活动的演化模式,但围绕现代海底热液成矿的物源体系和时空演化问题仍然存在许多谜。因此,从80年代初,人们开始广泛关注现代海底热液沉积物的同位素地球化学研究,解决现代海底热液成矿的物源问题,并揭示热液流体的时空演化规律,进而探索海底热液活动与岩浆．构造活动的关系。     

海底热液作用与极端生态系统--香山科学会议第231次学术会议侧记

海底热液活动的发现是地学领域内继板块构造理论确立之后的又一革命性事件。作为有机世界与无机世界的结合点,海底热液系统与极端生命现象是研究地圈、生物圈、水圈等各圈层相互作用以及地球系统科学的最佳对象,已成为国际科学界和工业界的重要热点之一。     

现代海底热液过程及成矿

原始的海水成分、基岩的组分及结构、热源性质等因素决定着现代海底热液喷口系统的流体成分, 同时, 各种地质构造背景下的岩浆脱气作用也在不同程度上影响热液流体的组成.热液流体一旦喷出海底, 就能形成不同类型的热液沉积体, 包括高温流体形成的金属硫化物或硫酸盐烟囱体、热液丘以及由低温弥散流及非浮力羽流形成的含金属沉积物堆积体.高温烟囱体的形成受控于海水和热液的混合比例, 常常表现为典型的两阶段模式, 即先形成环状硬石膏表层, 然后在其内部发生富Cu硫化物的沉淀.这一模式在更大尺度上也可以观察到, 如TAG热液丘.含金属沉积物遍布海底, 除热液羽流外, 金属硫化物烟囱体在氧化环境中氧化蚀变的产物也是其重要来源.生物的活动贯穿于现代热液过程的始终, 并在烟囱体的形成、分解以及羽流的扩散沉淀过程中起到了重要作用.当前, 热液生物矿化机理、Lost City型热液场以及超慢速扩张洋脊的有关研究是海底这一系统研究的热点, 前两者研究能使人们更好地理解地球早期的演化和生命的起源, 而后者的考察和研究能进一步丰富海底热液成矿理论, 并有助于寻找更大规模的热液矿体.      

海底多金属硫化物矿床的主要特征

海底多金属硫化物由于含有贵金属而具有潜在的经济价值并,受到国际地质学家们的广泛关注。已经发现的矿点和矿床有一百多处,然而规模比较大的不足20处。相对于锰结核,多金属硫化物在海底产出的部位较浅,矿石中含有Cu、Zn、Ag和Au等,具有很高的经济价值。据粗略估计,已发现的大型矿床共含有一百万到五百万吨的块状硫化物。世界海底多金属硫化物矿床主要分布在东太平洋海隆、西太平洋构造活动带、西南太平洋以及大西洋中部的大洋中脊。海底多金属硫化物属于海底热液烟囱物,它是热液活动的产物,其成因机制涉及构造和岩浆活动与热液活动的关系,海水及水深以及沉积物与热液成矿的关系,岩水反应,热液地球化学,生物活动等。     

现代海底热液活动区的分布与构造环境分析

对全球490多个热液活动区的三维空间分布和构造背景进行了研究,对发育热液活动的构造环境进行了分类,并对各种构造环境发育热液活动的频度进行了统计分析。根据已有的统计数据指出了现代海底热液活动的三维空间分布规律,并对此进行了理论分析。指出现代海底热液活动区主要沿大洋中脊、弧后盆地和板内火山分布,并主要限于40°N和40°S中、低纬度带之间,水深集中在 1300～3700 m之间。出现热液活动概率最高的水深为 2600 m,其次为 1700 m、1900 m、 2200 m、3000 m和 3700 m,平均水深为 2532 m。扩张轴的中轴谷、海底火山口及不发 育中轴谷的扩张脊是发育热液活动的主要构造背景。并提出,现代海底热液活动总是出现在构造活动的部位,但并不是构造活跃的部位就发育热液活动。热液活动的发育和构造并不直接相关但却和岩浆发育密切相关。热液活动的发育在位置上受控于岩浆活动,在时间上,它发生在岩浆活动结束后,是强烈的热膨胀、热冷缩后的释热形式。     

现代海底多金属硫化物矿床

海底多金属硫化物矿床是热液活动的产物,主要分布在东太平洋海隆、西太平洋构造活动带、西南太平洋以大西洋中脊,其产出构造背景为洋中脊、弧后扩张中心及地幔热点处。该文系统地总结了现代海底多金属硫化物矿床产出的地质背景特点,对各地质环境中矿化的规律进行对比,并对其形成机制等热点问题作了概述,详细介绍了矿床成因方面的新进展,着重阐述了海底多金属矿床的双扩散对流模式。     

浅海热液活动的地球化学示踪研究进展及展望

海底热液活动是海洋地质的前沿和热点研究领域之一，相比于深海热液活动较高的关注度和取得的较多的研究成 果，浅海热液活动研究一直处于“不温不火”的状态。但浅海热液系统一般靠近人类活动的区域，对人类生活具有一定的 影响，深入开展浅海热液活动的研究有助于深刻理解热液流体循环过程、热液成因机制及相关动力学过程。文章在简要介 绍国内外浅海热液活动地球化学研究的主要成果和最新进展的基础上，提出了今后对浅海热液活动的研究应主要集中于以 下几个方面：浅海热液流体及气体的来源；浅海热液系统模式及与构造环境的关系；浅海热液活动对人类的影响。     

浅海热液活动的地球化学示踪研究进展及展望

海底热液活动是海洋地质的前沿和热点研究领域之一,相比于深海热液活动较高的关注度和取得的较多的研究成 果,浅海热液活动研究一直处于“不温不火”的状态。但浅海热液系统一般靠近人类活动的区域,对人类生活具有一定的 影响,深入开展浅海热液活动的研究有助于深刻理解热液流体循环过程、热液成因机制及相关动力学过程。文章在简要介 绍国内外浅海热液活动地球化学研究的主要成果和最新进展的基础上,提出了今后对浅海热液活动的研究应主要集中于以 下几个方面：浅海热液流体及气体的来源;浅海热液系统模式及与构造环境的关系;浅海热液活动对人类的影响。     

关于现代浅海型海底热液活动的研究进展

浅海型海底热液活动一般出现于海底火山顶部或者翼部,其所处的特殊地理位置是深海热液活动和陆上热泉的过渡地形。研究浅海型海底热液活动使我们更全面了解地球内部热量的缓慢散发形式。目前浅海型热液活动研究多侧重于流体、伴生气体、沉积物等方面：对于流体研究主要通过流体元素特征探讨流体源,虽然浅海热液活动流体在海底喷出,但流体主要组分有时是海水,有时是陆上大气水—海水只是作为少部分加入其中。对于伴生气体的研究表明：热液喷出时伴生气体组分多是火山气来源,火山气的加入导致热液流体酸性增强,使热液流体较容易淅沥出围岩中的元素,因此尽管浅海型热液流体流经路程短,但是流体中依然包含了较多物质,从而在海底表面沉淀沉积物,甚至可以形成烟囱体,由此可见浅海型热液活动与火山活动紧密相关。对于沉积物的研究显示浅海热液活动产生的沉积物组分简单,也有像深海热液活动中烟囱状沉积体的形成。沉积物对周围水域中元素浓度起到积极影响,如Fe、As含量等,这是热液流体与海水相互作用的结果。 现代浅海型热液活动往往出现于近海岸处,距离人类生活较深海热液活动更加接近,所以浅海热液活动对周围环境影响的深度及广度应该成为下一步研究重点。     

现代海底热水活动的系统性研究及其科学意义

现代海底热水活动是当前地球系统科学研究的一个重要组成部分,它是研究海底地质作用体系中的一个关键环节。海底的构造作用、岩浆活动等因素制约了热水循环的发育和活动规律,而热水活动又直接或间接地产生了一些地质效应,如海底的热水喷流成岩成矿效应,此外它还与海底的热能输导与转化、海洋化学组分特征、海洋生命和生命起源等现象有着密切的成因联系。开展现代海底热水活动的系统性研究,应注重将热水循环的内部动力学机制和热水活动所引发的外部环境效应相结合,为此我们把它初步展开为：热水循环的空间组构研究、热量输导作用研究、热水流体的化学成分研究、热水活动与极端生命的关系研究以及热水活动的生命周期研究等5个方面,分别解析其内部特征以及引发的环境效应。最后初步探讨了开展海底热水活动的系统性研究的科学意义。     

现代海底热水活动的系统性研究及其科学意义

现代海底热水活动是当前地球系统科学研究的一个重要组成部分，它是研究海底地质作用体系中的一个关键环节。海底的构造作用、岩浆活动等因素制约了热水循环的发育和活动规律，而热水活动又直接或间接地产生了一些地质效应，如海底的热水喷流成岩成矿效应，此外它还与海底的热能输导与转化、海洋化学组分特征、海洋生命和生命起源等现象有着密切的成因联系。开展现代海底热水活动的系统性研究，应注重将热水循环的内部动力学机制和热水活动所引发的外部环境效应相结合，为此我们把它初步展开为：热水循环的空间组构研究、热量输导作用研究、热水流体的化学成分研究、热水活动与极端生命的关系研究以及热水活动的生命周期研究等 5个方面，分别解析其内部特征以及引发的环境效应。最后初步探讨了开展海底热水活动的系统性研究的科学意义。     

地形环境对海底热液硫化物矿体内部流体循环的影响

在三层结构热液硫化物矿体模型的基础上, 分别构建了具有不同地形环境的海底热液硫化物矿体模型, 利用数值模拟方法, 模拟了具有倾斜海底面和起伏地形特征的硫化物矿体模型内部温度场和流场分布, 并据此探讨了地形环境在大型海底热液硫化物矿体形成过程中的控制作用.模拟结果表明: (1) 倾斜的洋壳层顶面对于矿体内温度场和流场分布的影响程度有限; (2) 矿体地形起伏是控制矿体内流体运移和热场分布的重要因素; (3) 在热液流体喷出区附近硫化物的堆积速度较快, 易于形成矿体的高地形区; 但随着地形的不断升高, 矿体内部的温度场和流场的分布模式会逐渐发生改变, 导致该区域热液喷口逐渐消亡或者改道.      

大西洋洋中脊TAG热液区中块状硫化物的Os同位素研究

新测得TAG热液区中5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2.305～7.879之间,均值为5.986,介于现代海水和上部洋壳岩石的锇同位素组成之间,表明该区海底块状硫化物中锇是海水和上部洋壳来源锇混合的产物.在海底热液循环过程中,海水的混入对该区热液流体的Os浓度及其同位素组成产生了明显的影响。     

热水沉积作用的研究历史、现状及展望

热水沉积作用的研究已经历70余年,目前初步统一了热水沉积及其沉积岩的相关概念。按照形成矿物的温度和颜色特征及类型,将热水沉积作用分为白烟囱型和黑烟囱型,前者主要是在较低温度(100～320℃)下形成硅酸盐、硫酸盐等浅色矿物,后者主要在较高温度(320～400℃)下形成硫化物、氧化物等暗色矿物。大陆的热水沉积热液与海洋热液在温度与物理化学性质方面存在明显差异,大陆热水温度比海洋低,变化范围较海洋大;pH均值比海洋高,变化范围较海洋热水小;Na+K离子浓度与海洋接近,Ca离子与Cl离子浓度比海洋高,但它们的变化范围较海洋大。初步建立了一些关于热水沉积的沉积模式,如海底热液对流模式、盆地压实卤水对流模式、洋中脊岩浆热液—海水混合循环对流模式、热液溢流—喷流—溢流模式。由于热水沉积作用及热水沉积岩的分布具有特殊性和局限性,目前的研究程度较低,对热水沉积的化学过程和热力学过程、热流体成因、物质来源、热水沉积分异、热水沉积机理还不十分清楚,有待于进一步深入系统研究。