洋壳蚀变过程中锂同位素行为研究进展

洋壳自洋中脊形成到俯冲进入地幔之前,与流体（如海水和热液流体）在海底表面及洋壳内部可以发生广泛的水-岩相互作用,通过对洋壳蚀变过程中元素迁移和同位素分馏行为的研究,可以帮助我们认识海底热液循环系统,探究地球表层和深部的物质及能量流通。锂（Li）元素对流体活动敏感,在很多地质过程中（如风化作用、海水及热液蚀变等）同位素分馏显著,因此其含量和同位素比值变化可以记录洋壳蚀变过程中的重要信息。但由于蚀变洋壳的直接测试数据仍很匮乏,已有的Li元素和同位素数据解释存在较大争议,导致关于洋壳蚀变过程中Li元素迁移和同位素分馏的机制尚未达成共识。本文主要汇总了近年来针对大洋钻探获取的基岩岩芯Li同位素行为研究资料,探讨了在玄武岩蚀变和深海橄榄岩蛇纹石化过程中影响Li元素迁移和同位素分馏的主要因素（如蚀变温度、蚀变流体的化学组成、水-岩比值、次生矿物沉淀等）,并进一步提出近期工作可以在以下方面加强：(1)继续完善Li储库和提高分析测试精度;(2)进行不同空间尺度下的Li同位素研究;(3)关注动力学分馏对高温蚀变过程中Li同位素行为的影响;(4)开展Li同位素与其他同位素体系的联用。     

洋中脊和弧后盆地热液区热液流体B同位素组成的系统性差异

硼(B)是流体迁移元素,趋向于在热液流体中富集而成为常量元素。不同来源的B其同位素组成有着明显的区别。因此,B的含量及其同位素组成可标识热液流体(元素)的物质来源、水–岩反应程度及沉积物(元素)混入等重要过程,对海底热液活动及其成矿作用过程具有重要的示踪意义。迄今,对全球主要热液活动区热液流体中B的含量及同位素组成特征已做了大量的测试分析及研究工作,积累了丰富的资料和重要研究成果。但是,对不同地质背景(构造环境)条件下热液流体中B的含量及同位素组成特征尚缺乏系统性的对比分析,进而对造成不同环境热液流体中元素及其同位素组成的系统性差异的原因或机制尚缺乏深入的认识。本文在获取了洋中脊和弧后盆地主要热液活动区热液端元流体中B的含量及其同位素组成数据的基础上,定量估算了热液流体中B的主要来源,并对洋中脊和弧后盆地热液端元流体中B同位素组成的系统性差异进行了分析及成因探讨。结果表明,不同热液活动区热液端元流体的δ11B值都具有较大的变化范围,水–岩反应过程中不同来源B的混合是热液流体B同位素组成变化的主要原因。无沉积物覆盖的洋中脊和弧后盆地热液区热液流体中的B主要为海水与基底岩石来源B的混合,弧后盆地岩浆挥发性组分对热液系统的直接贡献及两种不同地质背景下基底岩石地球化学组成与水–岩反应程度的差异是其热液端元流体B同位素组成差异的主要原因。在有沉积物覆盖的弧后盆地热液区,热液流体中B的同位素组成与前两者之间存在显著差异,具有异常低的δ11B值,水–岩反应过程中沉积物来源B的加入是导致热液流体中δ11B值系统性降低的主要原因,沉积物的吸附作用也在一定程度上影响了热液流体的B同位素组成。有沉积物覆盖的洋中脊热液区热液流体同样受到了沉积物来源B加入的影响,具有较低的δ11B值,且相对于冲绳海槽受到了更强烈的沉积物吸附作用的影响。基于以上分析,并结合热液流体的Sr同位素组成特征,本文提出了洋中脊和弧后盆地这两大构造环境中热液流体B同位素组成系统性差异的成因模式。     

Fe同位素研究现状及其在西沙群岛铁白云岩研究中的应用

铁是地球中含量最多分布最广的过渡金属元素之一,但针对Fe同位素的研究滞后。介绍了开始于TIMS,到MC-ICP-MS的Fe同位素测试技术,其重要研究进展与现状。指出Fe元素及Fe同位素在自然界中的组成、分布及在生物、非生物有机作用过程中分馏的特征;Fe同位素地球化学及在古海洋学、矿床学等地球科学领域的广泛应用,涉及铁硫化物、铁氧化物和铁碳酸盐矿物-菱铁矿成矿作用。后者目前被认为是碳酸盐岩铁白云岩成因研究的关键,通过铁白云岩中大量铁和重金属来源示踪研究,揭示西沙群岛孤立岛屿环境铁白云岩的成因特征和机制,属于白云岩问题研究重要内容,具有重要的意义。     

东马努斯弧后盆地中酸性火山岩岩浆演化中的锂同位素特征

通过分析东马努斯海盆中酸性火山岩的全岩主量、微量元素以及锂同位素组成,并结合前人数据,讨论盆地岩浆体系的演化过程.分析数据显示,东马努斯海盆主、微量元素与SiO2含量之间呈线性变化关系,表明岩浆结晶分异过程控制东马努斯海盆岩浆演化过程.东马努斯弧后盆地火山岩富集流体相关元素,指示东马努斯弧后盆地岩浆源区可能经历了俯冲流...     

过渡族金属元素同位素在海底热液活动研究中的应用

过渡族金属元素(Fe、Cu、Zn等)同位素的地球化学特征研究是近年来新兴起的研究方向,在沉积地球化学、宇宙化学、成矿过程、岩浆作用和生物科学等多个领域都取得了重要进展。主要介绍了过渡族金属元素同位素在现代海底热液活动研究中的应用以及取得的重要成果,指出利用过渡族金属元素同位素研究现代海底热液活动具有广阔的发展前景。在分析总结已有研究工作的基础上,探讨了该领域的研究发展方向,包括:(1)丰富过渡族金属元素同位素组成的分析数据;(2)加强模拟实验工作;(3)探讨海底热液活动对过渡族金属元素在大洋内循环和平衡的作用。     

东马努斯盆地高镁安山岩物质来源及演化过程——基于全岩主微量和同位素分析

对东马努斯盆地高镁安山岩做了全岩主微量和Sr-Nd-Pb同位素分析,并结合前人测试数据,探究了岩浆物质来源及演化过程。由主量元素[MgO、CaO、FeOT(全铁)、Al_2O_3、TiO_2和P_2O_5]含量随着硅含量的升高而降低和La/Sm随着La含量的升高而保持不变可知,岩浆在演化过程中只发生了矿物的分离结晶,分离的矿物可能为橄榄石、辉石、斜长石、钛铁矿和磷灰石。东马努斯盆地高镁安山岩的Pb和大离子亲石元素(K,Rb,Sr,Ba和U)的富集、高场强元素(Nb,Th,Ta和Ti)的亏损说明岩浆受到了俯冲板块脱水作用的影响。推测该区高镁安山岩是流体交代的地幔楔部分熔融形成的。由Sr-Nd同位素混合模拟结果可知东马努斯盆地高镁安山岩主要来源于马努斯MORB(洋中脊玄武岩),少量来自于太平洋蚀变洋壳和海底沉积物。根据Sr-Nd-Pb同位素特征推测岩浆混合作用发生在地幔源区,属于源区混染,岩浆在喷发的过程中没有发生同化混染作用,也没有加入其他体系的物质。     

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.     

二端员自然混合过程的Sr,Nd同位素体系与端员贡献的定量分离

二端员物质的混合过程在自然界普遍发生。放射性成因的Ｓｒ、Ｎｄ同位素体系因其具有源区示踪和长周期时标特性,在混合物组成端员定量分离和混合机制研究中具有特殊意义。本文较详细地介绍了二端员混合过程形成的混合体中元素组成,Ｓｒ,Ｎｄ同位素组成之间的相互关系。在此基础上,介绍了二端员混合过程的Ｓｒ,Ｎｄ同位素鉴别准则和混合体中混合比ｆ的确定方法。     

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     

二端员自然混合过程的Sr,Nd同位素体系与端员贡献的定量分离

二端员物质的混合过程在自然界普遍发生。放射性成因的 Ｓｒ, Ｎｄ 同位素体系因其具有源区示踪和长周期时标特性,在混合物组成端员定量分离和混合机制研究中具有特殊意义。本文较详细地介绍了二端员混合过程形成的混合体中元素组成、 Ｓｒ, Ｎｄ 同位素组成之间的相互关系。在此基础上,介绍了二端员混合过程的 Ｓｒ, Ｎｄ 同位素鉴别准则和混合体中混合比 ｆ 的确定方法。     

印度洋Carlsberg洋脊玄武岩岩石地球化学特征及其地质意义

本文对采自印度洋Carlsberg脊14个站位的新鲜玄武岩样品进行了常量和微量元素组成分析,旨在研究岩浆源区地幔的性质以及岩浆作用过程。研究结果表明:该区玄武岩为典型的源于亏损型地幔的大洋中脊玄武岩,不同样品经历了不同程度的结晶分异作用,演化过程主要受控于橄榄石的结晶分异作用,部分样品中有单斜辉石结晶分异作用的影响,斜长石的结晶分异作用不显著;玄武岩岩浆来源于亏损型尖晶石二辉橄榄岩地幔的熔融,主微量元素组成中尚未见到富集型组分混入的证据;源区地幔不同比例的熔融作用及其后岩浆演化过程的差异是造成不同样品间地球化学性质差异的主要原因,彼此独立的局部岩浆作用过程是岩浆作用差异的主控制因素。Carlsberg脊玄武岩整体与全球标准大洋中脊玄武岩(N-MORB)平均组分相近,不同脊段间岩浆源区地幔的组成、熔融程度(比例)和熔融深度等无明显差异,这种特征向南直到CIR的北段。     

Glass inclusions in volcanic rocks in the Okinawa Trough back-arc basin:constraints on magma genesis and evolution

INTROOUcr1ONThe Okinawa Trough is a typical marginal back-arc basin, where its oPening began in rela-tively recent years* There is a great controversy about the origin of its initial magYna. haltand acid volcanic pumice make up the bimedal volcanism in the Okinawa Trough. MOSt of geol-ogists believed that the acid pumice was the preduct of extremely crystal fractionation of baseltInagTna, but the others argued that it should com from the melting of lower-crust. Som de-tailed petrolOgic…     

冲绳海槽浮岩中岩浆包裹体岩石化学成分特征

系统地分析了冲绳海槽酸性浮岸中玻璃质岩浆包裹体的岩石化学成分，探讨了包裹体的岩石化学成分特征及其在岩浆起源及结晶演化过程中的指示意义，并结合前期及前人工作讨论了冲绳海槽不同岩石类型之间的成因联系及演化关系。结果表明，斑晶结晶时岩浆熔体为钙碱性英安质或流纹质岩浆，是来自地幔的拉斑玄武质岩浆充分结晶分异作用的产物。尽管各斑晶矿物中玻璃质岩浆包裹体的化学成分有所差异，但根据包裹体的岩石化学成分特征可以断定包裹体所代表的岩浆具有同源性，其差异只是反映了岩浆结晶演化的不同阶段或不同矿物结晶期，为进一步详细研究浮岩岩浆的结晶演化过程提供了最直接的资料。对比冲绳海槽酸性浮岩与玄武岩等不同岩石类型的岩石化学特征，可以证明这些岩石类型之间存在着密切的成因联系，包括同源性与继承性，它们分别是岩浆作用不同阶段的产物。另外，包裹体的成分主要取决于包裹体所在斑晶矿物的种类与成分，分析中未发现岩石化学性质明显不同的岩浆包裹体共存的现象，也没有在中酸性矿物中发现基性玻璃质岩浆包裹体，因此可以推断基本不存在不同性质的岩浆之间的直接混合作用。     

Cenozoic magmatism in the northern continental margin of the South China Sea: evidence from seismic profiles

Igneous rocks in the northern margin of the South China Sea (SCS) have been identified via high resolution multi-channel seismic data in addition to other geophysical and drilling well data. This study identified intrusive and extrusive structures including seamounts and buried volcanoes, and their seismic characteristics. Intrusive features consist of piercement and implicit-piercement type structures, indicating different energy input associated with diapir formation. Extrusive structures are divided into flat-topped and conical-topped seamounts. Three main criteria (the overlying strata, the contact relationship and sills) were used to distinguish between intrusive rocks and buried volcanos. Three criteria are also used to estimate the timing of igneous rock formation: the contact relationship, the overlying sedimentary thickness and seismic reflection characteristics. These criteria are applied to recognize and distinguish between three periods of Cenozoic magmatism in the northern margin of the SCS: before seafloor spreading (Paleocene and Eocene), during seafloor spreading (Early Oligocene–Mid Miocene) and after cessation of seafloor spreading (Mid Miocene–Recent). Among them, greater attention is given to the extensive magmatism since 5.5 Ma, which is present throughout nearly all of the study area, making it a significant event in the SCS. Almost all of the Cenozoic igneous rocks were located below the 1500 m bathymetric contour. In contrast with the wide distribution of igneous rocks in the volcanic rifted margin, igneous rocks in the syn-rift stage of the northern margin of the SCS are extremely sporadic, and they could only be found in the southern Pearl River Mouth basin and NW sub-sea basin. The ocean–continent transition of the northern SCS exhibits high-angle listric faults, concentrated on the seaward side of the magmatic zone, and a sharply decreased crust, with little influence from a mantle plume. These observations provide further evidence to suggest that the northern margin of the SCS is a magma-poor rifted margin.     

Hydrothermal mineralization along submarine rift zones,Hawaii

This is the first article to describe mineralization of midplate submarine rift zones and hydrothermal manganese oxide mineralization of midplate volcanic edifices. Hydrothermal Mn oxides were recovered from submarine extensions of two Hawaiian rift zones, along Haleakala and Puna Ridges. These Mn oxides form two types of deposits, metallic stratiform layers in volcaniclastic rocks and cement for clastic rocks; both deposit types are composed of todorokite and bimessite. Thin Fe‐Mn crusts that coat some rocks formed by a combination of hydrogenetic and hydrothermal processes and are composed of δ‐MnO₂. The stratiform layers have high Mn contents (mean 40%) and a large fractionation between Mn and Fe (Fe/Mn = 0.04). Unlike most other hydrothermal Mn oxide deposits, those from Hawaiian rift zones are enriched in the trace metals Zn, Co, Ba, Mo, Sr, V, and especially Ni (mean 0.16%). Metals are derived from three sources: mafic and ultramafic rocks leached by circulating hydrothermal fluids, clastic material (in Mn‐cemented sandstone), and seawater that mixed with the hydrothermal fluids. Mineralization on Haleakala Ridge occurred sometime during the past 200 to 400 ka, when the summit was at a water depth of more than 1,000 m. Hydrothermal circulation was probably driven by heat produced by intrusion of dikces, magma reservoirs, and flow of magma through axial and lateral conduits. The supply of seawater to ridge interiors must be extensive because of their high porosity and permeability. Precipitation of Mn oxide below the seafloor is indicated by its occurrence as cement, growth textures that show mineralizing fluids were introduced from below, and pervasive replacement of original matrix of clastic rocks.     

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。     

Pb and other ore metals in modern seafloor tectonic environments: Evidence from melt inclusions

Many modern seafloor tectonic environments are host to hydrothermal systems and associated polymetallic sulfide deposits. Metal transport and precipitation are controlled by magmatic processes such as pre-eruptive degassing and the hydrothermal cycle. The original availability of Pb and other ore metals in a given setting is dependent on concentrations in the original magmatic source or additional enrichment processes. We have examined the Pb budget of melt inclusions from nine modern seafloor settings representing back-arcs, mid-ocean ridges and seamounts. Melt inclusions provide information on the characteristics of parental magmas, including insights into metal budgets. Trace element data in melt inclusions hosted in plagioclase, olivine and pyroxene were obtained by laser-ablation inductively-coupled mass-spectrometry.Results from back-arcs emphasize the impact of slab-subduction and dehydration processes on the chemical characteristics of generated magmas. Volatile- and fluid-mobile element-rich melt inclusions at Manus basin and Okinawa trough reflect a robust contribution of elements from the subducting slab as evidenced by relatively low Ce/Pb ratios. At Bransfield strait, on the other hand, melt inclusions are volatile poor, and fluid-mobile element ratios are similar to mid-ocean ridge values indicating little or no contribution from the slab. High Cu concentrations at Manus basin and Okinawa trough can be explained by fluxing of ferric iron from the subducting slab benefiting the production of sulfate over sulfide.Metal budgets for seamounts located on and nearby the axis of mid-ocean ridge segments appear to be independent of any input of mantle plume material. Results from the southern Explorer ridge (strong lower mantle influence, transitional- and enriched-MORBs), Pito and Axial seamounts (moderate lower mantle influence, transitional-MORBs) and a Foundation near-ridge seamount (little to no mantle influence, normal-MORB) show that, despite similar tectonic environments and varying contributions of mantle plume material, Cu, Zn and Pb values do not vary significantly between the enriched and non-enriched magma components of a given setting.     

东马努斯海盆PACMANUS热液区Cu的物质来源：质量守恒模拟证据

东马努斯海盆位于巴布亚新几内亚的俾斯麦海域,是一个正在扩张的弧后盆地,与其活动热液喷口相关的热液产物,是现代海底系统中富含铜最丰富的矿产资源之一。火山岩与这种成矿作用有着密切的关系,然而通过海水对火山岩的淋滤作用是否可以为富含Cu的硫化物提供充足的Cu元素。PACMANUS热液区位于东马努斯海盆,质量守恒模拟在该热液系统的应用表明,由于水岩反应中较低的淋滤、转移和沉淀效率,通过热液流体对稳定反应区（0.144 km³）的简单淋滤无法满足硫化物矿床中Cu的需求。即使在100%的淋滤、转移和沉淀效率条件下,为了满足PACMANUS热液区硫化物中Cu的总量,仍需要0.166 km³体积的火山岩参与淋滤作用。
形成富含金属元素的岩浆流体的关键在于金属元素可以在挥发分中富集。首先,俯冲物质对地幔楔的交代作用,导致了东马努斯海盆地区生成的岩浆具有较高的氧逸度,进而使其岩浆房中富集Cu元素。其次,Pual Ridge的安山岩包裹体的气泡中富含Cu元素,进一步证实了在东马努斯海盆,Cu元素通过岩浆脱气作用向挥发分中运移。数值模拟结果显示,每1 km³体积的岩浆就可能向热液系统中运移0.236 Mt Cu。因此,岩浆脱气作用可能比淋滤作用更显著。     

科科斯脊玄武岩斜长石矿物化学及地质意义

综合大洋钻探计划(IODP) 334和344航次在U1381站位处的两个钻孔(A孔和C孔)获得了中美洲西海岸外科科斯脊基底拉斑玄武岩,对其岩浆过程开展研究可为理解其岩石成因提供重要依据。本文对科科斯脊玄武岩中斜长石斑晶和微晶进行了详细的原位主微量元素分析,结果表明,斜长石种属为培长石、拉长石及少量中长石。部分斜长石斑晶具有正环带结构;但多数斜长石斑晶不具有明显环带,仅从核部到边部存在微弱的成分变化。斜长石斑晶与微晶的微量元素差别较大:斜长石斑晶富集轻稀土和大离子亲石元素、亏损高场强元素,且具有明显的Eu正异常;斜长石微晶不相容元素含量通常高于斜长石斑晶。根据斜长石温度计计算获得斜长石斑晶结晶温度为1 050～1 253℃,斜长石微晶结晶温度为866～1 033℃。基于以上特征,推测斜长石斑晶核部是相对原始岩浆的产物,而斑晶边部以及微晶是演化岩浆的结晶产物。斜长石斑晶的成分变化及熔蚀麻点结构是由于岩浆补给及岩浆减压上升造成的。最后,本研究推测科科斯脊基底玄武岩来自于开放的岩浆房,且岩浆房内可能存在原始岩浆的不断注入及岩浆对流。