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。     

封面海底黑烟囱的故事

海底热液硫化物,以富含铜、锌、铅、金、银等为特征,主要发现于大洋中脊和部分弧后盆地。冷的海水沿洋壳断裂下渗,被下伏的岩浆加热后上浮,从而形成对流,这一过程中萃取了围岩中的金属元素,最后喷出海底。经过一系列物理化学变化后,在海底发生沉淀形成了具有经济价值的海底热液硫化物矿床。海底“黑烟囱”是这一类矿床常见的外在形貌。     

海底热液系统氨基酸合成的探索

热水生物与地球生命起源的关系是当前引人注目的热点之一。由于缺乏食物来源,深海环境一直被认为是生命的“禁区”。然而目前的研究发现,热液活动为海底生物提供了食物和能源,从而在生命的“禁区”里形成了特殊的生物群[1,2]。据不完全统计,在海底黑烟囱喷口周围已经建立了一个     

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,...     

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。     

冲绳海槽中部Jade热液活动区中海底热液沉积物的硫同位素组成及其地质意义

测定了冲绳海槽中部Jade热液活动区中18个热液沉积物样品的硫同位素组式,其中10个硫化物样品的δ34S值为5.2×10-3～7.2×10-3,7个硫酸盐样品的34S值为16.3×10-3～22.3×10-3,1个自然硫样品的δ34S值为8.2×10-3热液沉积物的硫主要来自中、酸性火山岩和海水,并且在流体与沉积物相互作用过程中海底沉积物也可能为热液沉积物的形成提供部分的硫.导致本区热液沉积物中硫化物与其他热液活动区的硫同位素组成不同的原因,主要是各热液活动区的硫源以及有关岩浆活动和构造演变的不同.海底热液体系中硫的演化是一个复杂的过程,涉及被加热海水的上升、流体与火山岩的相互作用、海水硫酸盐和中、酸性火山岩中流的混合作用以及流体与沉积物相互作周等一系列海底热液活动,其中海水和中、酸性火山岩的相互作用是本区硫演化的一个重要机制.     

海底热液和海水混合时磷与氢氧化铁的共同沉积

海底热液和海水混合时磷与氢氧化铁的共同沉积按现代的概念，海底热液是很多化学元素（其中包括铁）以溶解形态进入海洋的主要源泉之一。不考虑在河—海边界上的损失，河流每年输入海洋１９０万ｔ溶解铁，而与海底热液一起进入海洋的铁，每年有５７万ｔ，为河流输入量的３...     

东太平洋海隆热液活动区原位观测数据的小波分析和热液指标的周期性变化

洋中脊热液流体供养了特殊的生物群落.热液扩散流中的生物群从流体中汲取基本代谢组分(如H₂S,CH₄,CO₂,O₂等),将它们供给共生菌,通过共生菌将它们转化成机体能够利用的有机质[1-2].热液中的硫化氢一方面提供营养给化学自养菌,另一方面对许多海底生物又具有毒性[3-4],因此热液中溶解硫化氢的浓度是制约生物群空间分布和组合特征的重要因素[5-8].     

我国海底热液活动研究的阶段性进展与展望

海底热液活动调查研究是深海进入、深海探测和深海开发的切入点之一。近十年来,中国在西太平洋弧后盆地、东太平洋海隆、大西洋洋中脊和印度洋脊,发现了一批新的海底热液活动区,围绕着热液活动区的硫化物、流体、热液柱、生物等热液产物开展了调查研究,构建了海底热液地质学,提出了热液活动、冷泉及天然气水合物的同源异汇假说,出版了《海底热液地质学》、《现代海底热液硫化物成矿地质学》、《现代海底热液活动》、《东太平洋海隆热液地质》专著,获得了一批调查研究成果。未来,聚焦海底热液活动的深部过程及其资源环境效应关键问题,发展海底热液活动探测技术,拓展极地海底热液活动调查研究新领域,围绕烟囱体、热液柱、含金属沉积物、流体以及热液区生物等热液产物,开展深入、系统的调查研究工作,无疑将推动海底热液地质学取得新的进展。     

热液柱的形态研究

热液柱是海底热液系统将其自身的能量输入海水的一种重要形式，是进行热液活动环境效应研究的主要物理对象。给出了描述热液柱形成与演化的运动方程、连续性方程和能量方程，并给出了问题的近似解。通过解的分析指出，热液流体从海底喷口喷出以后，由于初速度和浮力的存在将沿一个通道上升，随离海底距离的增大上升的速度迅速低，同时，热液流体的上升通道在侧向上将随这扩展，到达中性浮力面后不再上升，而仅在一个层面上扩展。在不考虑底层流的情况下，热液柱由热液颈和热液透镜组成。热液颈上粗下细，下部与热液喷口连接，上部与热液透镜连接；热液透镜呈宽扁的透镜状。     

爱尔兰矿区克拉通之间海水循环和海底锌——铅成矿成因

海水经常被认为是地壳古火山岩铜、锌、铅成矿体系中质量和热传输的主要营力。在海底热液喷口地区存在着活跃的高温硫化物成矿现象,对这种现象进行研究,查明了海水在海洋环境中对贱金属、贵金属的溶解性,搬运及沉积过程中所起的作用。我们已经知道海洋中的这个过程是全球的地球     

冲绳海槽海底硫化物中微生物矿化研究

报道了冲绳海槽伊平屋海洼海底黑烟囱样品中保留完好的矿化微生物群,它们的形态完好。主要有四种不同类型的丝状体,这些丝状体可能是硫或者铁氧化化能自养细菌和真菌矿化而成。对这些微生物矿化过程的研究表明,它们主要经过了两个阶段的矿化:(1)生物控制矿化阶段;(2)生物诱导矿化阶段。早期以生物控制矿化为主,晚期以生物诱导矿化为主。形成的矿物与热液成分以及微生物种类有关。     

东太平洋海隆13°N表层含金属沉积物物质组成与元素赋存状态

为了解不同类型含金属沉积物在物质组成和元素赋存状态的差异,对东太平洋海隆13°N洋中脊两侧表层含金属沉积物(站号:E271和E53)进行了矿物学、地球化学分析,顺序提取实验,并与前人对轴部表层沉积物(站号:17A-EPR-TVG1)的研究结果作了对比分析。研究结果表明, E271和E53是远端含金属沉积物,由非浮力热液羽状流中颗粒物沉降所形成的;17A-EPR-TVG1沉积物是近喷口含金属沉积物,由黑烟囱或者热液硫化物丘状体崩塌、堆积,或者由热液羽状流中Fe-Mn氧化物和硫化物快速沉淀而形成的,近喷口沉积物比远端沉积物更富集Fe、Cu和Zn等元素。元素在两种含金属沉积物中的赋存状态基本相同,除了Fe,Cu,Zn,Mo和稀土元素(REE)等元素在远端沉积物中主要存在于Fe-Mn氧化物相,在近喷口沉积物中主要在残留相中。远端沉积物中REE页岩标准化配分模式与海水相似,表明REE主要来自海水,而近喷口沉积物中REE配分模式与热液流体相似,说明REE以高温热液流体来源为主。相关研究结果加深了对热液沉积作用研究的认识。     

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。     

海底热液硫化物矿体内部流体混合过程的数值模拟:以大西洋TAG热液活动区为例

大型海底热液硫化物矿体的形成机制是涉及多种控制因素的复杂地质过程,其中热液流体同海水的混合扮演着重要角色。大洋钻探计划(ODP)资料表明在大西洋TAG区热液硫化物矿体内部,热液流体同经过改造的海水之间发生着广泛的混合作用,这个过程在很大程度上控制着海底热液硫化物矿体的内部结构和化学组成。以TAG热液硫化物矿体为例,利用数值模拟方法模拟了热液流体与经过不同程度改造的海水的混合过程,试图探讨海水与热液流体混合在热液硫化物矿体形成中的作用。模拟计算结果表明:(1)来自矿体深部的热液流体与经围岩加热的下渗海水的混合是造成TAG热液活动区硬石膏大量沉淀的重要原因;(2)在热液流体与海水的混合过程中,混合流体的化学性质和矿物沉淀情况在330~310℃上下发生了较大变化,330~310℃是一个特殊的温度区域;(3)利用数值计算结果探讨了TAG热液活动区不同区块(TAG-1,TAG-2和TAG-5等)的流体混合作用和热液活动过程。     

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。     

海底热液活动与海洋科学研究

本文简要介绍了海底热液活动的研究历史 ,以及目前研究的几个主要问题。指出海底热液活动是海洋中永远存在的自然现象。热液区主要分布在大洋中脊、弧后盆地和热点区。在这些区域由于地质构造的不稳定性 ,造成冷海水通过隙缝下渗 ,并在岩浆房作用下形成高温热水。热水在上升通道中与围岩作用 ,并发生复杂的岩 -水反应 ,从而改变了海水的化学成分。流出的热液可以形成多种矿物沉积 ,其中最有价值的是 Zn,Cu,Fe,Pb的硫化物。岩 -水反应可以产生可观的元素通量 ,因此 ,对海水元素恒定性的解释需要重新审视。利用 3 He/热比值可以计算海洋的热通量。热液活动为耐温生物的研究提出了新的课题     

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.     

一种新型的现代海底热液环境模拟实验装置设计

已有的海底热液活动模拟实验装置主要通过控制流体的温度和压力实现热液活动环境下的水岩反应实验,随着近年来对海底热液活动研究程度的逐渐深入以及热液保真采样器等新技术的应用,有必要设计新型的海底热液活动模拟实验装置.为此,我们设计了一种可以模拟海底热液环境的实验装置,该装置主体由两个圆柱形钛合金舱体对接而成,利用加热装置、加...     

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.