西南印度洋中脊热液沉积稀土元素地球化学特征

西南印度洋中脊(SWIR)超慢速扩张段特殊的构造环境是了解洋脊深部过程和热液系统的又一天然验室,为进一步认识全球洋中脊热液系统提供了新的思路和内容。同时,慢速扩张脊较低频率的构造事件或许促进热液上升流的长寿命、多期次活动,与高度不稳定的快速扩张热液系统相比更有利于大型矿床的形成。     

渗透率对沉积物覆盖洋壳内热液循环的影响

上部洋壳内的热液对流是一个普遍存在的, 而且非常重要的地质过程. 在简单的平面边界条件下, 渗透率强烈地影响着热液循环的形态、对流体的大小及流体速度场. 通过使用高级数值模拟方法, 系统地研究了不同地层渗透率结构、地层非均质性、裂缝带及侵入体影响下的热液对流. 其中, 地质模型由沉积物、高渗基岩层、低渗基岩层三部分组成. 当高渗基岩层内的渗透率大于10倍的沉积物内渗透率时, 高渗层内发生对流现象. 热液循环的形态及流体流速受地层渗透率结构、高渗层内渗透率变化、裂缝带及冷却侵入体的强烈影响. 而地层非均质性(垂向与横向渗透率比值为1.5)对热液循环的影响相对较弱. 基岩内裂缝带是影响流场的最重要因素; 局部侵入体的影响范围只局限于其上方的对流强度, 而对区域规模的流动影响较小. 因此, 热液循环的关键因素是良好的渗透带(通道)及长期的热源, 而不包括流体来源.     

长江口外海域岩心沉积物地球化学特征及其对人类活动的响应

对长江口外海域Y16站岩心沉积物中元素含量和粒度组成进行了分析,并通过137Cs测定了年龄。结果表明,该岩心沉积物中元素含量在垂向上的变化与沉积物粒度组成的变化密切相关,根据元素含量的变化特征可将其分为3段:1966年之前、1967—1989年和1990—2006年。R型因子分析表明,影响该岩心沉积物中元素含量变化的主要因素为陆源物质供给。另外,生物沉积作用和人为污染对部分元素含量的变化有一定影响。元素含量的变化特征在前两个阶段主要与流域自然过程相联系,在后一阶段(1990—2006年)人为污染对沉积物中Pb和Zn元素含量的变化有所影响,但这种影响在长江大量输沙的背景下被明显减少。目前,由于长江输沙量的大幅下降(2006年长江输沙量仅为0.85亿t)以及人为污染影响程度的增强(煤、石油燃料消耗的持续增加以及工业的持续发展),未来长江口海域重金属元素的污染情况将面临更大的挑战。     

长江口海域表层沉积物重金属元素的潜在生态风险评价

根据三峡水库一期蓄水3 a后(2006年)长江口海域表层沉积物样品中元素(Cd,Cr,Cu,Pb,Zn,Al,As,Ca和Sr等)质量比和黏土组分百分含量,采用Hakanson潜在生态风险指数法,分析了长江口海域表层沉积物中重金属元素(Cd,Cr,Cu,Pb,Zn和As)的污染程度,评价了长江口海域表层沉积物的环境质量现状,定量分析了长江口海域表层沉积物的潜在生态风险程度,并结合2003年的资料,讨论了三峡水库一期蓄水3 a后长江口海域的环境变化。结果表明,长江口海域表层沉积物环境质量状况良好,6种重金属元素的污染程度排序为:AsCrCdZnCuPb;表层沉积物的潜在生态风险程度为轻度,6种重金属元素的潜在生态风险程度排序为:CdAsCuCrPbZn。从区域差异来看,杭州湾口外泥质区和长江口外东北偏北海域表层沉积物中重金属元素(As,Cr,Zn,Cu和Pb)的污染指数和潜在生态风险指数均出现相对高值。从元素差异来看,Cd的污染指数和潜在生态风险指数高值区的分布明显异于其他重金属元素,说明Cd存在与其他重金属元素不同的富集机制,很可能是因为Cd更易受悬浮体浓度、有机质含量以及水体盐度的影响。与2003年的资料相比,三峡水库一期蓄水3 a后(2006年)表层沉积物总体潜在生态风险程度和重金属元素(除Cd之外)潜在生态风险指数的高值区均未发生显著变化。     

岩浆作用对海底热液系统物质的贡献

系统地总结分析了国内外关于岩浆作用对热液系统物质贡献的证据和研究成果。在此基础上,进一步分析了岩浆作用对热液系统物质贡献的主要形式,并对近期研究工作的主要方向进行了探索性分析。提出岩浆作用对热液系统物质贡献的形式除了传统的岩-水反应外,还有岩浆后期热液及挥发性组分直接进入的途径(形式);对海底热液活动系统的研究工作近期应主要集中在3个方面:(1)利用新近发展的高新技术,强化矿物及包裹体的原位微区分析,获取更加精细的矿物形成过程中的原始信息。(2)非传统稳定同位素的开发应用,为解决悬而未决的科学问题发展新的技术手段。(3)进一步发展完善岩浆作用对热液系统物质贡献的理论模型,更加贴近实际地定量评价岩浆作用对热液系统的物质贡献。上述工作,无疑对推进海底热液活动研究的进一步深化具有重要意义。     

二维物性界面深度重磁反演的一种非线性迭代解法──样条函数法

提出一种重磁导演非线性反演的直接解 ,它是基于迭代法求解一个非线性各分方程。当物性界面起伏分布△ｈ满足｜△ｈ｜〈√２－１）ｈ时,积分的补积函数可展成△ｈ的幂级数,考虑△ｈ高次项的影响,应用简单迭代法可将问题化成相应的线性积分方程,并可用Ｂ样条函数求解。在不同磁化方向的△Ｔ和Ｚα异常上和变密度界面引起的重力异常上实现了模拟反演。精度显著高于线性直接解。在南海东沙群岛地区进行了莫霍面的反演计算,效果良     

冲绳海槽浮岩中碳、氢同位素组成特征

利用分阶段热解释放气体质谱分析法研究了冲绳海槽浮岩热解释放气中CO₂和H₂O的碳、氢同位素组成,结果显示:浮岩中原生CO₂和H₂O主要释放于400～1 000℃,CO₂的碳同位素组成介于-6.7×10-3～-22.7×10-3,H₂O的氢同位素组成从-45×10-3变到-71×10-3,均落入幔源火山岩的变化范围,而且浮岩的氢同位素组成与海槽区玄武岩的氢同位素组成非常接近,这表明冲绳海槽浮岩与玄武岩之间具有密切的成因联系,浮岩岩浆和玄武岩岩浆是同源岩浆不同程度结晶分异的产物.另外,这些浮岩较洋中脊玄武岩要贫13C,并富集D,同时具有从洋中脊玄武岩向岛弧玄武岩变化的趋势,这表明浮岩岩浆在形成或上升过程中可能受到俯冲板块释放流体的影响.     

关于现代海底热液活动系统模式的思考

现代海底热液活动往往与岩浆作用相伴生.传统的热液系统循环模式认为:海水沿裂隙（通道）下渗,被加热并与围岩发生水岩反应,萃取岩石中的金属元素,形成热液流体并上涌喷出海底,沉积生成多金属硫化物矿体.这一模式合理地解释了构成现代海底热液系统的3个基本要素:流体、通道和热源,与我们现今条件下所观察到的许多事实相吻合.然而,基岩渗透率、热液流体性质、热液生态系统和热液产物上的差异表明现代海底热液活动系统可能存在另一种注入式循环模式,即热液流体来自深部岩浆房流体和挥发性组分的直接注入.据此提出现代海底热液活动系统可能存在两种模式:一种是浅层循环模式,即传统的热液循环模式;另一种是岩浆后期热液注入模式（简称"注入模式"）.在岩浆作用强烈和构造裂隙发育的环境中,两种模式可能同时存在,形成双扩散对流循环模式.双扩散对流循环模式可以很好地解释现代海底热液活动研究中近期所发现的多种现象和事实.对弧后盆地而言,在研究其岩浆作用与热液活动时,还要考虑板块俯冲的构造背景和俯冲组分及陆壳组分加入等因素,同时构建了适用于弧后盆地海底热液活动系统的理论模型.      

大西洋TAG热液活动区流体演化模式

在大型海底热液硫化物矿体内部,海水与热液流体的混合过程在热液硫化物矿体的形成过程中扮演着重要角色,与之相关的一些科学问题,例如热液活动区不同性质热液流体之间的关系,热液硫化物矿体的化学组成和矿物组合特征及其控制因素等,成为近年来海底热液活动调查研究的重要内容．利用数值模拟方法,结合TAG区热液流体化学组成的实测资料,模拟了经过不同程度改造的海水同热液流体之间的混合过程,在此基础上探讨了TAG热液活动区黑、白烟囱流体之间的关系和硬石膏的沉淀机制．模拟计算结果表明：①海水的加热和海水与热液流体的混合是控制TAG区硬石膏沉淀的两个重要过程．②下渗海水被加热应该不会高于150℃,而热液端员流体的最高温度则应该高于400℃．③提出了TAG区热液硫化物矿体内部流体的演化模式：海水在下渗过程中被围岩加热,加热海水与热液端员流体发生混合,混合流体经过传导降温和上升过程喷出海底形成白烟囱或者温度较低的黑烟囱．另外一部分热液端员流体未与下渗海水发生混合,经传导降温过程喷出海底形成喷溢高温热液流体的黑烟囱．     

冲绳海槽中、南部热液活动区金属硫化物的地球化学特征

对新近(2014年)采自冲绳海槽南部Yonaguni Knoll IV热液活动区和中部伊平屋热液活动区的金属硫化物样品分别进行了X射线荧光光谱(XRF)和等离子体质谱(ICP-MS)分析,旨在通过对比分析两个热液活动区金属硫化物的元素地球化学特征,探讨两个不同热液活动区成矿元素的富集规律、热液成矿的作用过程及其区域差异。研究结果表明:在冲绳海槽中部和南部热液区分布有两种金属硫化物,分别为富Fe-Zn型硫化物和Ba-Zn-Pb型硫化物(+硫酸盐);相较于大洋中脊和其它弧后盆地的热液硫化物,研究区硫化物中Pb的含量明显较高,而Cu和Fe的含量相对较低,这与冲绳海槽存在较厚的沉积盖层有关;无论是常量元素、微量元素、还是稀土元素(REE),其含量和相关的特征值都变化较大,表明研究区热液硫化物形成于不同的热液成矿阶段;富Fe-Zn型硫化物是在高温热液活动阶段形成的,而Ba-Zn-Pb型硫化物(+硫酸盐)则形成于热液喷出海底与海水混合的过程中,成矿温度较低;即使在同一热液活动区,成矿环境也有较大变化,主要表现在成矿温度的波动上;研究区热液硫化物中REE的配分模式特征表明硫化物中REE的物源相同,但经历的过程(REE的迁移和富集)有所不同,反映了热液硫化物形成于不同的热液成矿阶段;热液成矿作用存在区域性差异,海槽南部的成矿温度较中部低,成矿物质来源方面,南部热液区硫化物的Pb含量较中部高,表明其成矿物质可能部分来源于沉积物。