现代海底热液硫化物的成矿序列和指示意义——以印度洋中脊为例

与快速扩张的洋中脊相比,主要由超慢速-慢速扩张洋脊组成的印度洋中脊具有独特的热液硫化物成矿模式.运用高精度矿相显微镜、XRD、电子探针和ICP-AES/MS等测试手段,对印度洋中脊的热液硫化物矿床样品开展了矿物成分、结构构造、地球化学等各方面分析.结果表明,来自中印度洋脊(CIR)艾德蒙德(Edmond)热液区的硫化物A主要由黄铁矿、白铁矿以及黄铜矿构成,其成矿期次可划分为白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)、闪锌矿-黄铜矿阶段(Ⅱ)以及后期石英阶段(Ⅲ),成矿流体温度经历了低-高-低的变化;同样来自于艾德蒙德热液区的硫化物B主要矿物成分为黄铁矿、白铁矿和硬石膏,成矿期次划分为硬石膏-白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)和胶状黄铁矿-石英(Ⅱ) 2个阶段,流体温度经历了低-高的变化;与之相比,来自西南印度洋脊(SWIR)龙旂热液区的硫化物C主要由纤铁矿、黄铜矿、黄铁矿和白铁矿组成,成矿期次划分为纤铁矿-白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)和闪锌矿-黄铜矿(Ⅱ)阶段,后期闪锌矿、黄铜矿的出现反映热液流体温度发生了升高.地球化学特征表明,印度洋中脊的热液硫化物总体为富Fe型,并相对富集Co和Ni元素,而Zn和Cu元素的含量相对较低.此外,取自艾德蒙德热液区的硫化物与EPR 21°N热液硫化物组成非常相似,而与慢速扩张脊TAG相比,Pb、Zn、Ag和Sr元素含量较高,Cu和Fe元素含量则较低.     

西南印度洋中脊龙旂热液区中硫化物的结构和微量元素特征-——对金赋存形式和沉淀机制的启示

相比于快速和中速扩张洋中脊,慢速和超慢速扩张洋中脊热液区通常含有丰富的金属硫化物资源。近年来的研究表明大洋中脊的扩张速率与矿石中金的品位呈明显的负相关,即超慢速扩张洋中脊热液区矿石中金的含量高。前人对龙旂热液区的构造环境以及硫化物组合进行了详细研究,但是对龙旂热液区硫化物中贵金属金的赋存形式和沉淀机制研究较少。本文对西南印度洋龙旂热液区中的硫化物进行了精细的矿物结构和微量元素分析,并探讨了金的赋存形式和沉淀机制。龙旂热液区的硫化物主要以黄铁矿为主,其次是黄铜矿和闪锌矿,黄铜矿普遍出溶等轴古巴矿,此外还观察到了少量的针钠铁矾和自然金等矿物。根据矿物结构和形态,黄铁矿明显被划分为两期,一期黄铁矿（Py1）自形度低,呈细粒状或胶状,内部多孔洞;二期黄铁矿（Py2）自形度高,呈自形-半自形,且粒径较大。Py1往往存在于Py2内部或以包体的形式被Py2所包裹,Py2则与自形-半自形黄铜矿和闪锌矿等矿物共生。自然金主要存在于Py1的内部孔洞之中,少量存在于Py2以及Py2与其他硫化物之间。相比于Py2,Py1含有更高的Ni、Zn、Pb、Ba、Mn、V、Mg、U、Au、Ag、Cd元素含量,更低的Co...     

西南印度洋脊龙旂热液场金属硫化物的矿物学组成及指示意义

西南印度洋脊(SWIR)是当前洋底超慢速扩张洋脊的典型代表,具有独特的热液硫化物矿床形成机理,对位于该洋脊的龙旂热液场硫化物样品进行了系统的矿物学分析,结果表明:该区硫化物为高温热液喷溢活动所形成的富Fe型硫化物,目前已经历了一定程度的氧化蚀变;硫化物矿物组合以磁黄铁矿、黄铁矿为主,其次是少量黄铜矿、白铁矿和(铁)闪锌矿;黄铜矿出溶等轴古巴矿现象普遍,部分样品中可见自然金颗粒。经综合分析,该区热液成矿作用可划分为3个成矿阶段和1个后期海底风化阶段:(1)高温的黄铁矿+黄铜矿(等轴古巴矿)+磁黄铁矿阶段,(2)中高温的黄铁矿+闪锌矿阶段,(3)低温的胶状或莓球状黄铁矿+白铁矿+自然金阶段,(4)后期硫化物海底氧化性蚀变阶段主要是形成Fe的氧/羟化物。在整个成矿期间,流体温度有不同程度的波动,主要硫化物矿物形成时端元流体的温度应在335℃以上,瞬间(短时)或局部热液的最高温度推测超过400℃。本区的磁黄铁矿属于富钴型磁黄铁矿亚类,经历了六方磁黄铁矿+黄铁矿→单斜磁黄铁矿+黄铁矿的变化,表明该区热液流体发生了快速降温的演化过程。     

赤道东太平洋海隆水体悬浮颗粒硫化物及其对海底热液活动的指示

基于2011年大洋一号第22次环球考察在东太平洋热液活动区采集的5个站位的77个悬浮体样品,利用扫描电镜与能谱分析相结合的方法,对悬浮颗粒硫化物颗粒的矿物形貌和物相、矿物组合特征以及空间分布进行了系统的研究,探讨了悬浮颗粒矿物组成对海底热液活动的指示作用。研究区出现了闪锌矿、纤锌矿、黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、方黄铜矿、铜蓝以及单质硫等多种硫化物颗粒,主要的硫化物矿物包括黄铁矿—闪锌矿—黄铜矿—磁黄铁矿,据此推断该区海底热液属于典型的高温热液流体,其温度在350℃以上。研究区不同站位间悬浮体丰度和保存程度差异明显,这与距离热液活动点远近有着较好的关系。     

胡安·德富卡洋中脊富锌烟囱体流体通道演化特征

对采自Faulty Towers(47°57.447'N,129°6.568'W)硫化物烟囱群一个不再活动的烟囱体硫化物开展了详细的矿物学和地球化学研究。样品从外壁往内壁方向可划分为4个矿物组合带,分别为重晶石-无定形硅-铁氧羟化物带;白铁矿-黄铁矿-无定形硅-重晶石带;白铁矿-黄铁矿-闪锌矿-纤锌矿带;纤锌矿-黄铜矿-白铁矿带。从底部到顶部,样品通道形态主要有3种:不规则、不连续的多通道;椭圆形单通道;封闭的通道。矿物学研究证实,烟囱体以低温矿物组合白铁矿、纤锌矿为主,高温矿物黄铜矿少见,仅局限分布在流体通道附近。210Pb定年结果表明,烟囱壁形成经历较短时间(约3 a),而通道的闭合则经历了相对长的过程(约17 a)。结合矿物学研究,最终恢复了整个尖塔结构的生长历史。     

超慢速扩张环境下超镁铁质岩系统的热液硫化物成矿机理以及启示

西南印度洋63.5°E热液区是在超慢速扩张洋脊发现的首个超镁铁质岩热液系统。对取自该区的热液硫化物样品进行了系统的矿物学和地球化学分析,矿物学分析结果表明:该热液区硫化物为富Fe型高温硫化物,且经历了较深程度的氧化蚀变,大量中间态的Fe氧化物充填在硫化物矿物间的孔隙及内部解理中;这些硫化物相以白铁矿为主,其次是等轴古巴矿和少量铜蓝,缺乏黄铁矿、闪锌矿。据推断,该区的热液成矿作用分为4个阶段:低温白铁矿阶段→高温等轴古巴矿阶段→自形白铁矿阶段→后期海底风化阶段（少量铜蓝以及大量的Fe的羟氧化物）。与之相对应,地球化学分析结果表明这些硫化物的Fe含量较高（31.57%~44.59%）,Cu含量次之（0.16%~7.24%）,而Zn含量普遍较低（0.01%~0.11%）;微量元素较为富集Co（328×10-6~2 400×10-6）和Mn（48.5×10-6~1 730×10-6）。该区硫化物中较高含量的Fe、Co与超镁铁质岩热液系统相似,明显高于镁铁质岩热液系统。独特的热液硫化物矿物学特征和元素组成可能与该区普遍出露的地幔岩、橄榄岩蛇纹石化作用以及拆离断层的广泛发育的环境有关。     

胡安·德富卡洋中脊富锌烟囱体流体通道演化特征

对采自Faulty Towers(47°57.447'N,129°6.568'W)硫化物烟囱群一个不再活动的烟囱体硫化物开展了详细的矿物学和地球化学研究。样品从外壁往内壁方向可划分为4个矿物组合带,分别为重晶石-无定形硅-铁氧羟化物带;白铁矿-黄铁矿-无定形硅-重晶石带;白铁矿-黄铁矿-闪锌矿-纤锌矿带;纤锌矿-黄铜矿-白铁矿带。从底部到顶部,样品通道形态主要有3种:不规则、不连续的多通道;椭圆形单通道;封闭的通道。矿物学研究证实,烟囱体以低温矿物组合白铁矿、纤锌矿为主,高温矿物黄铜矿少见,仅局限分布在流体通道附近。²¹⁰Pb定年结果表明,烟囱壁形成经历较短时间(约3 a),而通道的闭合则经历了相对长的过程(约17 a)。结合矿物学研究,最终恢复了整个尖塔结构的生长历史。     

大西洋中脊热液硫化物的矿物学研究

利用１９８９年在大西洋热液活动区采集的块状硫化物样品，采用矿相显微镜、电子显微镜和电子探针等手段，进行了矿物共生组合、矿物形态与成分标型及其演化特征研究。结果表明，大西洋热液成矿作用可以划分为热液期与沉积期两个成矿期，和石英－黄铁矿阶段、黄铁矿阶段、多金属硫化物阶段、胶状黄铁矿阶段和非晶质ＳｉＯ２阶段等５个成矿阶段；不同成矿阶段黄铁矿的共生矿物和矿物特征不同，在晶体形态上具有从单形晶－聚形晶－胶状     

太平洋三海区热液硫化物中黄铁矿的形态标型和矿物标型特征研究

以成因矿物学的理论和方法,围绕太平洋三区四地海底热液硫化物和烟囱物中黄铁矿为主线的形态标型(扫描电镜)、矿物标型(粉晶X射线衍射法)及矿物组合,揭示了黄铁矿及伴生矿物在不同热液喷发类型中的标型特征,并由此反证了不同标型特征的热液矿物与热液喷发环境相互依存的紧密关系。     

大西洋中脊胶状黄铁矿的特征及其成因

大西洋中脊热液硫化物（矿床）中广泛出现松散粒状和胶状黄铁矿，利用1988年所采样品通过其形态、成份和热电性质的研究，对这种黄铁矿的成因、环带成因和热液演化特征进行初步探讨。结果表明，松散粒状和胶状黄铁矿是热液进入海底与海水混合后沉积形成，与固结粒状黄铁矿分属不同矿化阶段（期），反映热液活动的多阶段成矿特征；胶状黄铁矿环带和微环带是黄铁矿胶体沉淀后重结晶作用形成的；松散粒状黄铁矿和胶状黄铁矿同时出现是已经停止活动的烟囱物特征。     

探秘海底热液活动

海底热液活动普遍发生在大洋中活动板块的边界以及板块内部火山活动的中心。1977年,美国的"阿尔文"号载人潜艇在东太平洋洋中脊的轴部采到了由黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿组成的硫化物。1979年,又在距同一地点约2000米的海底熔岩上,发现了数十个冒着白色和黑色的"烟囱",温度约为350℃的含有矿物质的热液从海底喷出后,与周围的海水迅速混合,产生沉淀。这些沉淀就是黑色或者白色的"烟",沉淀物主要由磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿以及铜和铁的硫化物组成。这些海底热液的发现极具研究     

海底热液矿床地质和地球化学特点研究

海底热液矿床具有重要的经济价值和科学意义。其产出构造背景包括洋中脊、弧后扩张中心及板内热点处。处于不同构造环境的热液矿床具有不同的地质和地球化学特点。系统总结了海底热液矿床产出的地质和地球化学特点,主要包括热液矿床产出的构造背景、围岩类型、矿区的矿物及矿物组合特点以及不同热液区矿床的元素组成、稀土和硫同位素特点等,对各构造环境中热液矿床的特点进行了对比,指出不同热液区热液矿床地质和地球化学特点差异的根本原因在于所处构造环境的不同和扩张速率的差异。文章最后提出了今后应着重研究的几个问题。     

西太平洋岛弧-弧后盆地热液活动与硫化物特征

基于国内外研究成果对西太平洋岛弧-弧后盆地热液活动的分布规律、扩张速率、水深以及热液硫化物的矿物组成与金属品位等特征进行探讨。西太平洋岛弧-弧后盆地热液硫化物区以活动型热液区为主,受扩张速率的影响明显主要分布在20～60 mm/a地区;水深分布规律主要受所处构造单元的水深特征控制,而非由热液硫化物区的形成特征所决定;研究区内的热液产物主要为富Zn-Cu、富Ba-Zn以及富Fe-Cu型硫化物;热液硫化物中冲绳海槽具有最高的Ag、Pb含量,劳海盆具有最高的Zn含量,马努斯海盆和伊豆-小笠原-马里亚纳海槽具有较高的Au含量,北斐济海盆具有最高的Cu含量。本研究将进一步为西太平洋岛弧-弧后盆地地区热液硫化物资源的勘探与潜在资源量的估算提供参考。     

基于地形的海底热液区沉积物分布趋势预测方法研究——以西南印度洋中脊龙角区为例

热液区沉积物接受了大量热液物质的输入,其矿物组成及地球化学空间分布特征是多金属硫化物勘探的有效指标.由于重力作用,洋中脊区域沉积物主要分布于低洼和平坦地形区.为了探索地形因素对热液区沉积物分布的影响规律,本文通过ArcGIS提出了一种基于地形数据的海底热液区沉积物分布趋势预测方法,并对西南印度洋中脊龙角区地形数据进行了...     

太平洋三海区热液烟囱物的氧同位素特征及形成温度

使用氧同位素方法 ,测试了西太平洋马里亚纳岛弧、马里亚纳海槽、冲绳海槽和东太平洋加拉帕戈斯裂谷的海底热液烟囱和硫化物全岩样品。结果表明 :马里亚纳岛弧上的埃斯梅拉尔达破火山口的热液硫化物的形成温度最高 (达 2 75℃ ) ,而成为高温产物的代表 ;冲绳海槽和加拉帕戈斯裂谷烟囱 ,表现为中高温类型 ,其氧同位素温度在 1 5 0℃左右 ;马里亚纳海槽以蛋白石为主要矿物的烟囱物 ,则显示出典型的低温热液类型 ,少量黄铁矿砂试样则表现出中温类型特征。但上述区域大都不同程度地存在有闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿等中高温热液矿物 ,说明研究区除马里亚纳海槽明显有中低温热液活动类型外 ,其它区域皆具备中高温热液活动特征     

太平洋三海区热液烟囱物的氧同位素特征及形成温度

使用氧同位素方法，测试了西太平洋马里亚纳岛弧、马里亚纳海槽、冲绳海槽和东太平洋加拉帕戈斯裂谷的海底热液烟囱和硫化物合岩样品。结果表明：马里亚纳岛弧上的埃斯梅拉尔达破火山口的热液硫化物的形成温度最高（达275℃），而成为高温产物的代表；冲绳海槽和加拉帕戈斯裂谷烟囱，表现为中高温类型，其氧同位素温度在150℃左右；马里亚纳海槽以蛋白石为主要矿物的烟囱物，则显示出典型的低温热液类型，少量黄铁矿砂试样则表现出中温类型特征。但上述区域大都不同程度地存在有闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿等中高温热液矿物，说明研究区除马里亚纳海槽明显有中低温热液活动类型外，其它区域皆具备中高温热液活动特征。     

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。     

基于地形的海底热液区沉积物分布趋势预测方法研究

热液区沉积物接受了大量热液物质的输入,其矿物组成及地球化学空间分布特征是多金属硫化物勘探的有效指标。由于重力作用,洋中脊区域沉积物主要分布于低洼和平坦地形区。为了探索地形因素对热液区沉积物分布的影响规律,本文通过ArcGIS提出了一种基于地形数据的海底热液区沉积物分布趋势预测方法,并对西南印度洋中脊龙角区地形数据进行了分析,包括沉积物重力搬运方向提取、沉积物汇集量估算、海底沟谷提取和沉积物源区划分。通过与研究区底质解译结果进行对比验证发现,预测结果与研究区内沉积物的实际分布范围较为吻合,表明本方法在一定程度上可以有效地指示地形影响下海底热液区沉积物的分布情况。本方法对海底硫化物矿产勘探工作具有一定指导意义,可为海底沉积物取样站位设置与海底硫化物成矿远景区圈定提供参考依据。     

冲绳海槽唐印热液区中硬石膏的化学及其硫同位素组成

硬石膏是最早构成热液烟囱体壁的矿物之一,其对于了解流体-海水混合以及海底热液系统中元素的迁移与循环具有重要的意义。为此,对西太平洋冲绳海槽唐印热液区中的硬石膏,进行了微区原位元素以及硫同位素组成分析。根据硬石膏的结晶形态,可以将硬石膏分为两种类型：较早形成的I型硬石膏,其呈半自形或他形晶,似针状、放射状及不规则晶的集合体产出;较晚形成的II型硬石膏,其呈自形晶,以板状及粒状晶的集合体产出。当热液流体初次遇到海水时,将快速沉淀形成I型硬石膏,并构成了热液烟囱体的壁。随后,II型硬石膏经历了一个相对充分的生长阶段。同时,硬石膏中的Ba、Al、Sr、Ni、Fe、Mn和Cr含量明显高于海水,表明产生硬石膏沉淀的热液流体来自于海底面以下,是经历了流体-岩石和/或沉积物相互作用的流体。硬石膏的Mg含量明显分别低于海水和高于喷口流体,表明其是流体-海水混合的结果。I型硬石膏,其Sr含量明显低于II型硬石膏,表明在形成自形、板片状或粒状硬石膏的期间,来自热液流体的Sr,主要进入II型硬石膏中。硬石膏的Fe、As、Sr、Ba和Pb含量,明显高于冲绳海槽喷口流体的,则表明这些来自流体中的元素更容易随着硬石...     

西南印度洋龙旂、断桥热液区沉积物中重矿物空间分布特征及其意义

以中国大洋第34航次在西南印度洋龙旂与断桥热液区采集的洋底表层沉积物样品为研究对象,为洋中脊热液硫化物勘查重砂找矿工作提供一定的理论与工作基础,开展了沉积物自然重砂矿物的相关研究。绘制了研究区重砂矿物分布图,并根据研究区已探明热液矿体(喷口)的位置,对沉积物重分散晕的形成与分布规律进行了分析;从研究区沉积物的34种矿物中,筛选出3种沉积物重砂找矿的指示性矿物(重砂总量、黄铜矿、黄铁矿)及5种参考性矿物指标(帘石类矿物、透闪石、磁铁矿、铬铁矿、钛铁矿);运用统计学方法,建立了沉积物中指标矿物含量与矿源距离之间的线性方程,提出了根据测站沉积物中指标矿物含量,初步推算矿源距离的方法。