东太平洋海隆13°N附近热液柱的地球化学异常

2003年11月5日~11月21日DY105-12, 14航次第六航段在东太平洋海隆12~13°N之间进行了海底热液活动调查, 并在EPR12°39′N~12°54′N之间进行了CTD作业. 经过对CTD所采水样的温度和Mg, Cl, Br数据的分析, 发现该调查区有异常的站位显示镁相对于海水亏损9.3%~ 22.4%, Cl和Br相对于正常海水分别富集10.3%~28.7%和10.7%~29.0%, 且温度异常和化学异常出现在同一层位. Mg亏损可能由热液流体和海水混合达到平衡后上浮的一种贫Mg液体引起, Cl和Br富集可能是热液活动引起相分离后后期卤水注入海水的结果. 另外, 调查区内异常层位的Br/Cl比值与海水相似, 说明不仅热液流体喷出时没有发生石盐的溶解(或沉淀)过程, 热液流体携带周围海水上浮形成热液柱的过程中也没有发生此过程. 从E55站位的异常情况来看, 该站位附近可能存在新的热液活动区.     

东太平洋海隆13°N附近岩浆周期性混合作用：模拟计算和环带斜长石证据

测试了东太平洋海隆13°N附近36个玄武岩样品的常量和微量元素组成,并对其中不同类型的环带斜长石进行了背散射图像、元素线扫描及常量元素分析．采自很小空间范围内的玄武岩演化程度差异较大（MgO=9．38wt％～6．76wt％）,对富MgO玄武岩通过COMAGMAT程序进行分离结晶计算,结果显示富MgO玄武质岩浆结晶至低MgO（7wt％）时,其Ni含量（～28×10^-6 g／g）普遍低于实际观测的低MgO玄武岩（〉60×10^-6 g／g）,说明低MgO玄武岩可能经历了更多次的岩浆混合作用．模拟了高MgO（9．38wt％）玄武质岩浆自身的“混合-结晶”作用,观测到的低MgO玄武岩中高的Ni含量可以通过新岩浆少量多次地自身混合作用获得．低MgO岩浆经历的多次“混合-结晶”过程与近年来^226Ra/^230Th不平衡对岩浆滞留时间的研究相符合,即低MgO岩浆在更长的滞留时间内经历了更多次的“混合-结晶”过程．岩浆房内的岩浆混合具有局部均匀性,但低MgO岩浆更接近于周期性混合形成的稳定成分,这也是导致东太平洋海隆岩浆多样性重要原因．另外,薄片微区分析将斜长石环带可分为具高An^#核部和无高An^#核部两类,两种类型斜长石均有多个反环带,指示寄主岩浆经历了多次混合作用．低MgO（7．45wt％）玄武岩中斜长石核部与其中部的An^#具明显差异,而与高MgO（9．38wt％）玄武岩中微粒斜长石中心An^#（平衡结晶产物）相当,进一步说明低MgO玄武岩中斜长石的核部可能形成于周期性侵入岩浆房之前的母岩浆．     

东太平洋海隆13°N附近枕状玄武岩中斜长石微斑晶和玻璃边缘的热液蚀变:SEM和EDS研究

海底热液流体-岩石相互作用可从岩石中淋滤出元素,形成成矿流体,进而能对近海底水体的化学组成产生影响.本文使用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了东太平洋海隆13°N附近,取自一个拖网站位(103°57.62′W,12°50.55′N,水深2480 m)的枕状玄武岩中斜长石微斑晶和玻璃边缘的热液蚀变特征.结果表明,斜长石微斑晶和玻璃的边缘呈现出轻微的化学蚀变,而枕状玄武岩样品内部的辉石和橄榄石微斑晶没有受到热液流体的影响.进一步,可以将斜长石微斑晶和玄武质玻璃边缘的化学蚀变分别划分为5和4种类型.斜长石微斑晶和玻璃边缘中热液蚀变所导致的化学变化意味着枕状玄武岩表面发生的热液流体-斜长石微斑晶和/或玻璃相互作用的程度不同.如果热液流体-斜长石微斑晶和/或玻璃相互作用的程度相对较弱,则Si,Al,Ca和Na呈现出由斜长石微斑晶和/或玻璃内侧向外扩散的趋势,并导致这些元素分别在斜长石微斑晶和玻璃的边缘外侧聚集.在热液流体-斜长石微斑晶和/或玻璃相互作用程度相对较强的期间,Si,Al,Ca和Na也由斜长石微斑晶和/或玻璃内侧向外扩散,但这些元素在斜长石微斑晶和玻璃边缘的含量均相对较低.基于斜长石微斑晶和玻璃边缘的化学变化,可估算出在热液流体和海底枕状玄武岩相互作用期间,导致斜长石微斑晶边缘中Si,Al和Fe含量的变化率分别达到10.69%,17.59%和109%.类似地,玻璃边缘中Si,Al和Fe含量的变化率则分别达到9.79%,16.30%和37.83%.     

东太平洋海隆13°N附近Fe-氧羟化物的形成: 矿物和地球化学证据

测定了东太平洋海隆13ºN附近1个站位(103º54.48′W, 12º42.30′N, 水深2655m)的Fe-氧羟化物的矿物和化学组成. Fe-氧羟化物为隐晶质, 含少量闪锌矿微晶. 与其他海区的Fe-氧羟化物相比, 其化学组成的变化范围较小, Fe, Si, Mn含量分别达39.90%, 8.92%和1.59%, 具有高Cu(0.88%~1.85%)和Co(66×10^-6~704×10^-6)含量, 以及Co+Cu+Zn+Ni>1.01%的特点, 微量元素As, Co, Ni, Cu, Zn, Ba, Sr和常量元素Fe, Ca, Mg, Al的含量落在东太平洋海隆13ºN附近热液硫化物的变化范围内, 反映出其是热液硫化物经次生氧化作用形成的产物. 东太平洋海隆13ºN附近1个站位Fe-氧羟化物的SREE较低(5.44×10^-6~17.01×10^-6), 具有明显的负Ce异常(0.12~0.28), 与海水具有相似的球粒陨石标准化REE配分模式形态, 明显不同于热液柱中悬浮物和喷口流体的REE组成特征, 表明Fe-氧羟化物形成过程中REE主要来自海水, 可构成海水中REE的一个汇. 热液柱颗粒物的快速沉淀导致了其REE含量较低和Mn含量偏高, Fe-氧羟化物对海水的吸附作用, 使其从海水中捕获了部分V和P等元素. 东太平洋海隆13ºN附近该站位Fe-氧羟化物的形成过程是一个低温、有氧条件下的硫化物次生氧化过程, 所形成的Fe-氧羟化物与东太平洋海隆13°附近的硫化物平均值相比, 具有较高的Fe, Cu, Co含量, 和较低的Zn, Pb, Cd含量.     

冲绳海槽Jade热液区热液硫化物的元素富集与铀系同位素组成

测定了冲绳海槽Jade热液区（127°04．5′E,27°15′N,水深1300～1450m）热液硫化物的元素和铀系同位素组成．结果表明,含硫酸盐矿物的热液硫化物（样品HOK1和HOK2）具有LREEs相对富集的特点,所研究的热液硫化物样品（除样品HOK1外）属富Zn型热液硫化物．与其他海区的富Zn热液硫化物相比,具有高Zn,Pb,Ag,Cd,Au和Hg含量,低Fe,Al,Cr,Co,Ni,Sr．Te,Cs,T1和U含量,以及极低的210Pb放射性比度值和210Pb／Pb比值的特点．在以闪锌矿为主的热液硫化物中,稀有元素Hf与U,Mn元素之间以及分散元素Ga与Zn之间均存在显著的正相关关系,且Au,Ag与Fe．硫化物有关,低温阶段有利于Au,Ag的富集．同时,Fe-Bi之间和Zn-Cd之间的正相关关系,不受矿物组合变化的影响．根据热液硫化物中210Pb／Pb比值（3．99×10^-5～5．42×10^-5）,结合其具有U同位素（^238U含量1．15×10^-6～2．53×10^-6。^238U放射性比度值1．07～1．87dpm／g,^234U放射性比度值1．15～2．09dpm／g,234U／^238U比值1．07～1．14）存在,而^232Th和230Th均处于背景水平的事实,得到冲绳海槽Jade热液区热液硫化物样品的形成年龄在0．2～2ka之间．     

东太平洋海隆轴向热液流动的地震识别

洋中脊轴上的热液循环影响岩石层及上覆海水的化学性质,供养着化合生物群,也是岩石层向海水传递热量的媒介(Slater et al,1980;Stein and Stein,1994;Elderfield and Schultz,1996)。通常认为这个系统中的热液流起源于洋中脊扩张轴处,并由一些离扩张轴较远的断层补给(Lowelletal,1995;Kelley et al,2002;Fisher,2003),但热液系统的结构和规模通常不能直接观察到,而是通过由地球物理条件约束的热模型和地球化学模型推断得到的(Johnson et al,1993;Dunn et al,2000;Lowell and Yao,2002)。使用发生的微震也许能通过揭示热裂缝区说明热液的流动路径,在这些裂缝区域冷水从地壳热岩石中获得热量,另外,一些由岩浆及构造应力作用造成的裂隙增大了这些区域的孔隙度和渗透性。本文指出,东太平洋海隆上得到很好研究的热液喷口场之下的震源群集于一小尺度轴向不连续面附近的垂向管状区域和轴向岩浆房正上方的带内。该浅层管状群集相对于这一段洋脊上热液喷口的分布和温度的位置表明,热液补充量集中在那里是构造破裂引起渗...     

大西洋中脊TAG热液区硫化物中流体包裹体的He-Ne-Ar同位素组成

对大西洋中脊TAG (Trans-Atlantic Geotraverse)热液区硫化物中流体包裹体的He, Ne和Ar同位素组成进行了测定, 流体包裹体的3He/4He比值为2.2～13.3 Ra, 均值为7.2 Ra, 与该区喷口热液流体(3He/4He=7.5～8.2 Ra)和MORB(3He/4He=6～11 Ra)相比, 其变化范围明显较大. 20Ne/22Ne比值为10.2～11.4, 明显高于大气值(9.8). 而40Ar/36Ar比值的变化范围从287到359, 接近大气值(295.5). 这些结果表明, 热液硫化物中流体包裹体的稀有气体是地幔和海水端员混合的产物, 热液流体捕获的地幔源稀有气体中有部分可能来自下地幔, 且流体包裹体中的He主要来自上地幔, Ne和Ar主要来自海水.     

源自青藏高原11条河流的Sr通量、同位素组成及其对海水87Sr/86Sr变化的贡献

为了评估青藏高原化学风化对海水Sr同位素比值变化的影响,系统采集了中国境内源自青藏高原的7条主要河流（金沙江、澜沧江、怒江、黄河、雅砻江、岷江与大渡河）的河水及河床沉积物样品,分析它们的Sr含量及同位素比值.结合其他学者研究的青藏高原南部的恒河、布拉马普特拉河、印度河及伊洛瓦底江数据,此11条大河搬运的总Sr通量为3.47×109mol·a-1,占全球河流搬运入海总通量的10.2%;加权平均87Sr/86Sr为0.71694,高于全球河流平均值.中国境内7条大河的87Srex通量（超过海水87Sr/86Sr部分的87Sr通量）为1.55×106mol·a-1,仅占青藏高原区域11条大河的6%,而恒河-布拉马普特拉河联合贡献了86%.假设40Ma以来全球其他河流输送入海的Sr通量保持常量,而青藏高原区域的11条河流所贡献的Sr通量从40Ma前的0线性增加到现在的值,那么与构造抬升相对应的这一Sr通量的增加能够解释同一时期海水87Sr/86Sr增长量的69%,剩下的31%可能由其他因素所引起.     

源自青藏高原11条河流的Sr通量、同位素组成及其对海水~(87)Sr/~(86)Sr变化的贡献

为了评估青藏高原化学风化对海水Sr同位素比值变化的影响,系统采集了中国境内源自青藏高原的7条主要河流(金沙江、澜沧江、怒江、黄河、雅砻江、岷江与大渡河)的河水及河床沉积物样品,分析它们的Sr含量及同位素比值.结合其他学者研究的青藏高原南部的恒河、布拉马普特拉河、印度河及伊洛瓦底江数据,此11条大河搬运的总Sr通量为3.47×109mol·a-1,占全球河流搬运入海总通量的10.2%;加权平均87Sr/86Sr为0.71694,高于全球河流平均值.中国境内7条大河的87Srex通量(超过海水87Sr/86Sr部分的87Sr通量)为1.55×106mol·a-1,仅占青藏高原区域11条大河的6%,而恒河-布拉马普特拉河联合贡献了86%.假设40Ma以来全球其他河流输送入海的Sr通量保持常量,而青藏高原区域的11条河流所贡献的Sr通量从40Ma前的0线性增加到现在的值,那么与构造抬升相对应的这一Sr通量的增加能够解释同一时期海水87Sr/86Sr增长量的69%,剩下的31%可能由其他因素所引起.