西南印度洋脊49°39′E热液活动区IODP钻探计划的科学意义

自20世纪70年代以来,现代海底热液活动调查研究一直是地球科学领域研究的热点和焦点。中国大洋19航次第Ⅰ、Ⅱ航段于2007年3月在西南印度洋脊首次发现的海底热液活动区,为IODP在超慢速扩张洋脊热液活动区进一步的调查和研究创造了条件。为了能够更深入地开展该热液区的地质地球物理、矿产资源和生物多样性调查研究,笔者建议应在该区域开展IODP钻探研究,以便对热液活动区硫化物矿体、基岩及深部物质的三维分布和结构物质组成,热液流体与岩石、沉积物相互作用关系,以及热液循环、热及物质通量和成矿机制、成矿物质来源演化关系等方面得到更深入的认识,进而探索地球深部极端环境下的微生物生命现象。     

西南印度洋中脊海底热液活动

在超慢速扩张的西南印度洋中脊(SWIR)发现现代海底热液活动改变了人们的传统观点,有助于进一步深化时全球热液活动系统的认识.对西南印度洋中脊地质构造背景、玄武岩和超镁铁质岩的地球化学特征,以及热液活动的特点进行较为系统地分析.指出:独特的地质构造环境使西南印度洋中脊成为研究现代海底热液活动、地球圈层问相互作用所导致的物...     

西南印度洋脊49.6°E热液区热液产物和玄武岩地球化学特征

利用X射线荧光法和ICP-MS等方法对取自超慢速扩张的西南印度洋脊(SWIR) 49.6°E热液区的热液产物和玄武岩样品进行元素地球化学特征分析研究,结果表明:(1)与亏损型洋中脊玄武岩(N-MORB)相比,研究区玄武岩样品的主量元素组成显示其偏碱性,而微量元素对比表明该区玄武岩明显富集Pb元素;(2)对热液产物的综合分析表明这些样品多为Fe-Si-Mn氧羟化物且都为热液来源;(3)热液产物的∑REE含量介于玄武岩和海水之间,经球粒陨石标准化的稀土元素(REE)分布模式均表现出Eu正异常和轻稀土(LREE)富集的特征。另外,本研究还表明,利用玄武岩和热液产物地球化学指标不仅能够模拟出以热液喷口为中心的元素地球化学晕,而且能反映出热液活动的影响范围。     

西南印度洋49°～56°E洋脊段的热液羽状流:来自深水中的氦同位素异常证据

海水中的氦同位素能对海底热液活动进行有效示踪。本文对在西南印度洋49°~56°E洋脊段采集的5条CTD拖曳剖面共14件深水样品进行了氦氖同位素分析。通过分析水体中存在的氦同位素异常,探讨调查区热液异常的特征和热液羽状流的分布。分析表明,5条CTD剖面均存在δ3He异常,其中CTD7-2(位置:37.927°S、49.412°E,水深2 140m,离底高度100m)的δ3He值最大,达到49.2%。根据δ3He分布特征,认为调查区内存在至少6处热液羽状流,其中37.927°S、49.412°E以西数千米范围内可能存在海底热液喷口。     

印度洋西南海脊的热液活动

洋中脊的水下热液喷口喷出热的缺氧流体,当它们从海底喷出时与周围海水激烈混合,沉淀出各种硫化物和氧化物,直到达到海底之上数百米平衡为止。最终的热液柱沿等密度面散布,等密度面处的热液柱可由溶解的化学示踪物高度富集和悬浮颗粒负载增高检验出来。最近的研究中,...     

西南印度洋中脊51°E（#26洋脊段）地质特征及其对海底热液活动的指示

在海底多金属硫化物调查过程中,对于已知热液区需要精细地质填图工作,而这种填图往往存在覆盖面积较小、所包含的地质要素较少以及与区域构造作用和岩浆活动联系不足等问题。基于历年大洋航次在西南印度洋中脊#26洋脊段（51° E区域）所获得的深海光学拖曳系统的资料,结合高精度多波束水深数据,提出一种系统的底质热液异常划分原则,识别出热液蚀变岩石或角砾、疑似热液沉积物、热液生物及其遗骸富集和胶结碳酸盐4种底质热液异常类型。高分辨率海底地质填图结果表明,本区存在4处热液活动的异常区。#26洋脊段热液活动频率值为2～10,至少是全球海底热液活动频率经验公式的1.8倍以上。我们认为在超慢速扩张脊局部熔融异常或者发育非转换不连续带的洋脊段,可能存在更多的海底热液活动,也具有形成大型多金属硫化物矿床的潜力。     

西南印度洋中脊热液产物稀土元素组成变化及其来源

对西南印度洋中脊热液区不同热液产物稀土元素(REE)进行了分析,探讨了热液产物形成过程中稀土元素组成变化及其来源。研究结果表明:不同热液产物稀土元素总量变化范围从3.47×10-7到4.80×10-5,轻重稀土比值(LREE/HREE)从2.06到6.16,表明轻重稀土有较大程度分异,δEu异常(δEu=0.86~3.88)和δCe异常(δCe=0.40~0.86)显示热液产物中REE呈Eu富集和Ce亏损特征。稀土元素球粒陨石标准化模式呈现两种类型:(1)呈轻微富集LREE的平坦模式,REE大于2×10-5;(2)呈显著富集LREE和正Eu异常模式,REE小于5×10-7。模式1类似于洋壳火山岩REE配分模式,而模式2与西南印度洋中脊黑烟囱REE模式相似,也与典型洋中脊热液喷口流体和硫化物LREE富集和正Eu异常模式类似。热液产物中稀土元素含量变化和模式特征以及Mg与LREE极强正相关关系可能反映了西南印度洋中脊硫化物形成在热液流体与海水混合沉淀的初始阶段,后期经历了广泛的热液流体再循环和海水蚀变过程。     

西南印度洋中脊热液区岩石声学特性

西南印度洋中脊(Southwest Indian Ridge, SWIR)热液区具有潜在发育的大规模硫化物矿床,当前正在开展SWIR硫化物矿产资源评价。测量分析硫化物和不同围岩的声速等物性特征是硫化物近底地震勘探资料处理和解释的基础。该文对西南印度洋中脊热液区的硫化物和围岩等样品进行了系统的物性测量,结合岩石物性(包括密度、孔隙度、P波速度)与矿物组成,深入分析了西南印度洋中脊热液区岩石声速变化特性及其影响因素。结果表明,SWIR热液区围岩的P波速度受到岩石骨架矿物、孔隙和围压的影响。由于岩石孔隙度总体偏小,对P波速度的影响并不显著,但围压的增加使岩石微裂缝和孔隙逐渐闭合,P波速度呈非线性指数变化。蚀变作用导致了矿物成分改变,是影响围岩声速的最关键因素。单一物性参数测量结果可能存在多解性,联合波速、密度、磁性和电性等多物性参数测量有利于岩性区分。该研究成果有助于识别硫化物和围岩,为我国西南印度洋合同区多金属硫化物地震勘探工作提供重要支撑。     

西南印度洋脊“断桥”热液区深部地质构造研究

Polymetalic sulfide is the main product of sea-floor hydrothermal venting, and has become an important sea-floor mineral resources for its rich in many kinds of precious metal elements. Since 2007, a number of investigations have been carried out by the China Ocean Mineral Resources Research and Development Association(COMRA)cruises(CCCs) along the Southwest Indian Ridge(SWIR). In 2011, the COMRA signed an exploration contract of sea-floor polymetallic sulfides of 10 000 km2 on the SWIR with the International Seabed Authority. Based on the multibeam data and shipborne gravity data obtained in 2010 by the R/V Dayang Yihao during the leg 6 of CCCs21, together with the global satellite surveys, the characteristics of gravity anomalies are analyzed in the Duanqiao hydrothermal field(37°39′S, 50°24′E). The "subarea calibration" terrain-correcting method is employed to calculate the Bouguer gravity anomaly, and the ocean bottom seismometer(OBS) profile is used to constrain the two-dimensional gravity anomaly simulation. The absent Moho in a previous seismic model is also calculated.The results show that the crustal thickness varies between 3 and 10 km along the profile, and the maximum crustal thickness reaches up to 10 km in the Duanqiao hydrothermal field with an average of 7.5 km. It is by far the most thicker crust discovered along the SWIR. The calculated crust thickness at the Longqi hydrothermal field is approximately 3 km, 1 km less than that indicated by seismic models, possibly due to the outcome of an oceanic core complex(OCC).     

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,     

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。     

西南印度洋中脊表层沉积物中存在热液组分的地球化学证据

Hydrothermal materials in deep-sea sediments provide a robust tracer to the localized hydrothermal activity at mid-ocean ridges. Major, trace and rare earth element(REE) data for surface sediments collected from the ultraslow spreading Southwest Indian Ridge are presented to examine the existence of hydrothermal component.Biogenic carbonate oozes dominate all the sediment samples, with CaO content varying from 85.5% to 89.9% on a volatile-free basis. The leaching residue of bulk sediments by ~5% HCl is compositionally comparable to the Upper Continental Crust(UCC) in SiO_2, Al_2O_3, CaO, MgO, alkali elements(Rb, Cs) and high field strength elements(Nb, Ta, Zr, Hf, Ti). These detritus-hosted elements are inferred to be prominently derived from the Australian continent by means of eolian dust, while the contribution of local volcaniclastics is insignificant. In addition, the residual fraction shows a clear enrichment in Fe, Mn, and Ba compared with the UCC. Combining the positive Eu anomaly of residual fraction which is opposed to the UCC but the characteristic of hydrothermal fluids and associated precipitates occurred at mid-ocean ridges, the incorporation of localized hydrothermal component can be constrained. REE mixing calculations indicate that more than half REE within the residual fraction(~55%–60%) are derived from a hydrothermal component, which is inferred to be resulted from a diffuse fluid mineralization. The low-temperature diffuse flow may be widely distributed along the slow-ultraslow spreading ridges where crustal faults and fissures abound, and probably have a great mineralization potential.     

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。     

西南印度洋中脊50°E基性超基性岩石地球化学特征及其成因初探

西南印度洋中脊是典型的慢速扩张洋中脊之一。对采自西南印度洋中脊50°E附近的7件玄武岩和蛇纹石化橄榄岩样品所作的分析表明,基性玄武岩类SiO2含量为43.72%～48.40%,TiO2含量较少,为1.14%～1.52%;MgO含量为5.96%～10.98%;TFe2O3含量为4.55%～5.2%;Mg#值为0.53～0.64,里特曼指数σ为2.34～20.10。微量元素Zr/Nb和Y/Nb比值为显示N-MORB的性质,但是其他微量元素的比值(Ba/Nb,Ba/Th,La/Nb,Nb/U,Nb/Pb)均不显示正常洋中脊玄武岩的特征,微量元素原始地幔标准化蛛网图显示强烈富集K和Pb,亏损Nb,稀土元素显示较为平缓的分配模式。超基性蛇纹石化橄榄岩的主量元素特征为SiO2为38.91～45.49;TiO2含量为0.02～0.28;MgO含量很高,为36.87～40.61,TFe2O3含量为2.82～3.91,Mg#值为0.92～0.94。微量元素中Ni,Cr的含量很高,原始地幔标准化蛛网图显示橄榄岩强烈富集K和Pb,Ba,Th,La,Ce,Ti中等程度富集,而亏损Nb,Sr。稀土元素总量较低,标准化曲线显示轻稀土元素富集模式。结合地球化学特征及前人研究资料分析认为,西南印度洋中脊的基性岩和超基性岩属同源性质,其原始地幔物质可能为部分正常洋中脊亏损地幔混染了陆壳或远洋沉积物的结果。     

西南印度洋深海热液区铠甲虾初探

简述了深海热液区铠甲虾的分类研究现状,整理出铠甲虾总科下属科的形态分类检索表,并对2008年10月-2009年2月中国大洋科考第20航次在西南印度洋深海热液区获得的铠甲虾样品进行详细的形态描述和分类,初步鉴定为5种,隶属于2科5属,分别是:劣柱虾科(Chirostylidae)的折尾虾(Uroptychus sp.),...     

西南印度洋中脊岩石地球化学特征及其岩浆作用研究

作为超慢速扩张脊的代表,西南印度洋中脊(SWIR)因其独一无二的地形地貌特征、洋壳结构、洋壳增生机制、岩浆和热液活动以及深部动力学过程,近30年来成为国内外研究的热点区域。基于近年来对SWIR玄武岩、辉长岩及橄榄岩的岩石学和地球化学研究成果总结,重点探讨了沿SWIR轴向（大尺度）以及单个洋脊分段（小尺度）的岩石地球化学变化特征及其影响因素,阐述了SWIR的岩浆供应及洋壳增生模式。其中,在9°～16°E斜向扩张脊,以构造作用为主的洋脊扩张模式导致了更宽的洋壳增生带和显著的地球化学异常;而在50°～51°E脊段,发育了强烈的火山活动,其成因机制包括克洛泽热点与洋中脊相互作用、微热点、古老熔融事件的残留地幔再熔融等几种观点。此外,西南印度洋中脊龙旂热液区（～49.7°E）的最新研究表明,其热液循环路径与拆离断层的发育密不可分,热液流体循环最深可达莫霍面以下6 km。因此,在今后的一段时间,应进一步加强SWIR不同空间尺度地幔源区性质、洋中脊构造与岩浆作用过程、热点-洋中脊相互作用和岩浆-热液活动与成矿等主要科学问题的研究。     

西南印度洋洋中脊热液A区海底地震仪数据处理初步成果

在西南印度洋热液活动A区(49°39′E)开展的三维海底地震仪(OBS)探测实验为研究该区域的深部地壳/上地幔结构提供了重要基础,而OBS数据处理是获取研究区三维速度结构的基础环节。文章介绍了此次实验中所用的3种不同类型OBS(国产、法国和德国OBS)的数据处理流程,包括地震数据解编处理、截裁处理和地震信号的可视化处理;并以第2790炮为例分析了3种类型OBS记录数据的波形和频谱特征。结果表明,由于受不同类型OBS的频带、传感器和拾震器等影响,国产与法国OBS都能记录到长周期和短周期噪音,而德国OBS只记录到短周期噪音;但经带通滤波后,3种类型OBS都能够很好地压制噪音,突出有用的气枪信号;对比3种类型OBS(分别以OBS04、OBS08和OBS23为例)沿主测线X1X2的综合记录剖面,发现3种类型OBS都能够记录到多组清晰可靠的P波震相,如直达水波、Pg、PmP和Pn震相,为下一步A区的三维层析成像奠定了坚实数据基础。     

西南印度洋中脊扩张轴部(34.9°S)西翼沉积物地球化学分析及物源探讨

西南印度洋中脊沉积物来源广泛,是区域海洋环境演化的记录器,对其沉积物特征及物源研究是区域古海洋研究的基础。对采自西南印度洋中脊扩张轴部(34.9°S)西翼的重力柱沉积物样品进行总碳、总有机碳、生物硅、主量元素、微量及稀土元素测试, 测试结果显示,样品中生物成因组分为沉积物的主要组成,主要包括碳酸盐和二氧化硅;主微量元素除了Ca、Sr与LOI外,其余元素的分布趋势基本一致,且相关系数基本大于0.8。结合不同生物组分特点进行分析计算,获得了沉积物中各生物组分的含量。去除生物成因组分重新计算了非生物成因元素含量,通过潜在物源及相应地球化学指标对比分析,发现非生物成因组分主要由非洲南部风成陆源物质组成,含少量洋中脊硫化物与结壳物质。     

西南印度洋中脊玄武岩地球化学特征及其对岩浆过程的指示意义

对采自西南印度洋中脊（SWIR）50°E附近5个站位的玄武岩样品进行了岩石学和元素地球化学研究。样品主量元素、TAS分类图解和AFM图解显示,SWIR研究区样品类型主要为低钾拉斑玄武岩。相对原始地幔SWIR区玄武岩具有Ba、Nb、Sr负异常,K表现为正异常。稀土元素分配模式均为左倾型,具有轻微的Eu、Ce正异常;SWIR区玄武岩都起源于上地幔,SWIR玄武岩则明显向EMⅡ端元偏移。SWIR玄武岩地幔源区相对最为富集,可能为DM和EMⅡ的混合源区,存在少量的陆壳成分。研究区玄武质岩浆起源深度为尖晶石橄榄岩区域处于中度还原环境下,经历了明显的橄榄石+单斜辉石+斜长石的分离结晶。     

西南印度洋中脊龙旂热液区(49°39′E)的地震波各向异性研究进展与展望

龙旂热液区(49°39′E)是超慢速扩张西南印度洋中脊(SWIR)上发现的首个活动热液喷口,也是我国开展海底多金属硫化物资源勘探和走向深海大洋的重点研究区域。前期三维层析成像研究成功地揭示了该区的深部结构特征,但仅仅是提供了静态信息,相比之下,地震波各向异性研究是揭示其深部动力学机制的有效手段之一。本文简要介绍了龙旂热液区开展的主动源和被动源海底地震仪(OBS)探测实验,并初步分析了前期三维层析成像的走时残差数据,发现其与方位角之间存在显著的余弦函数关系,表明该区速度结构存在各向异性,但其各向异性来源尚不明确。探索各向异性来源将有望揭示该区的热液循环机制,为认识超慢速扩张SWIR热液区形成的动力学演化过程提供科学依据。因此,本文拟在前期研究基础上,利用主动源和被动源OBS地震数据,通过纵波方位各向异性和横波分裂联合分析的方法,重点研究地壳和地幔各向异性特征,并结合三维速度模型与区域地质背景资料,对获得的快波方向和快、慢波到时差参数进行深入分析,阐明地壳内裂隙分布、应力场变化和地幔流动特征,从而揭示龙旂热液区的热液循环机制、岩石圈形变和深部动力学过程等科学问题。