东太平洋海隆13°N附近分离结晶压力:模拟计算方法

在东太平洋海隆13°N附近在过去的30年里,尤其是在发现海底热液活动以来,对海隆内部玄武岩进行过大量详细的研究.研究表明洋中脊玄武岩地幔源区组成具有不一致性,并且即使在很小的区域范围玄武岩的同位素组成也表现具有差异性(Allègre和Condomines,1982;Niu,2002;Rudge等,2005;Anderson,2006).而一般地球化学家不倾向于利用微量元素限定地幔源区的微量元素的富集程度(O'Hara,2002),这是由于微量元素在岩浆过程中受到多种因素的影响,如:①地幔熔融程度,地幔熔融程度对不相容微量元素在熔体相中的富集程度影响很大,不同微量元素的相容性的差异性更增加了对地幔源区组成的不确定性;②参与部分熔融的地幔源区矿物组成的不确定性,在尖晶石一二辉橄榄岩源区微量元素的富集主要受控于单斜辉石的熔融程度;③地幔熔融的形式,分离部分熔融将比批式熔融对地幔不相容微量的亏损程度影响更大;④原始岩浆在迁移上升过程中受到岩浆分离结晶作用、岩浆混合及与围岩混染作用的影响.     

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.     

东马努斯海盆PACMANUS热液区Si-Fe-Mn羟基氧化物的矿物学和微形貌特征

本文对东马努斯海盆PACMANUS热液区产于英安岩环境中的Si-Fe-Mn羟基氧化物样品进行了矿物学和微形貌分析.结果表明,该样品主要由Si-Fe-Mn羟基氧化物组成,结晶差,含少量的针铁矿、水钠锰矿、钡镁锰矿、绿脱石和蛋白石-A.样品中具疑似生物遗迹,如细丝状硅质物和空心管状物.鳞片状绿脱石可构成蜂窝状结构,也可生长在空心管的表面.绿脱石是低温热液活动的产物,其形成可能受到了微生物作用.Si-Fe-Mn羟基氧化物具有两种类型核心:Si-Mn质核和Si质核,其外层均包裹着Si-Fe质层,分别分布在杆状和球状羟基氧化物中.Si-Mn质核中SiO2含量为39.32wt%～86.31wt%,MnO为4.97wt%～27.01wt%,Fe2O3含量较低,为0.54wt%～3.43wt%;Si质核中SiO2含量为90.17wt%,MnO和Fe2O3含量较低,分别为0.06wt%和3.47wt%.其中,Si-Mn质核的生长与微生物活动相关,Si质核为无机成因.     

台湾岛东北部龟山岛热液区自然硫烟囱体的成因

用ICP-MS测定了龟山岛热液区自然硫烟囱体的微量和稀土元素组成, 结合其硫同位素组成, 研究了自然硫烟囱体的物质来源和形成条件. 结果表明, 龟山岛热液区自然硫烟囱体, 自然硫的含量极高(达到了99.96%), 与火口湖和其他火山区的自然硫相比, 具有微量和稀土元素含量极低的特点, 且其球粒陨石标准化REE配分模式与龟山岛安山岩类似, 进一步证明了龟山岛热液区海底下流体-安山岩相互作用具有持续时间短的特点. 自然硫样品的硫同位素组成, 反映自然硫烟囱体中的硫来自岩浆去气作用产生的H₂S和SO₂, 微量和稀土元素组成反映出其主要来自龟山岛安山岩, 受到了海水组成的影响, 是安山岩和酸性流体相互作用的结果, 结合热力学分析表明, 在相对低温(<116℃), 有氧和酸性的环境中形成了自然硫烟囱体.     

冲绳海槽南部流纹岩中角闪石的化学特征及其对岩石成因的指示

为了揭示冲绳海槽西南端流纹岩成因,利用电子探针和LA-ICP-MS对该流纹岩中角闪石进行了主量和微量元素测定。所有角闪石主量元素成分变化范围小,晶体化学特征主要表现为:Ca_B>1.60,Ca_A=0,（Na+K）_A<0.33,Na_B介于0.23~0.39之间,均为钙质镁闪石。微量元素以富集Sc、V、Cr、Co、Ni和REE,亏损Rb、Sr、Ba、Zr、Th、U和Pb为特征,这些元素的富集与亏损与复杂的类质同象作用有关。由角闪石温压计得出其结晶时的温度范围为775~839℃,压力为0.12 GPa,大致相当于4 km的深度。角闪石的成因矿物学研究显示该流纹岩中角闪石为壳-幔混合成因,进一步表明冲绳海槽南部流纹岩由幔源玄武质岩浆与壳源长英质岩浆混合形成的中基性岩浆在浅层岩浆房中结晶分异而形成,且壳幔混合源很可能是冲绳海槽西南端火山岩岩浆的主要来源。     

冬季安徽菜子湖水位变化对主要湿地类型及冬候鸟生境的影响

“引江济淮”工程调度运行后,水位抬升将影响越冬候鸟适宜生境（泥滩地和草本沼泽）的出露,并进而影响湿地植物和底栖生物出露程度,对越冬候鸟的栖息环境和食物可及性产生不利影响,尤其是影响到挖掘啄取集团和浅水取食集团的越冬水鸟.基于安徽菜子湖不同水位对应的遥感影像解译结果,分析了水位变化对菜子湖泥滩地和草本沼泽出露的影响,并构建了菜子湖主要湿地类型的面积对水位响应的函数关系.结果表明：候鸟越冬期菜子湖泥滩地和草本沼泽面积与水位均呈极显著负相关.当水位到达8.1和8.6 m时,菜子湖将分别减少约16.8%和10.0%以及30.4%和22.2%的泥滩地和草本沼泽.1956-2015年候鸟越冬期各月水位的变化趋势及水位大于8.1 m的机率分析表明,工程调度运行会对菜子湖生态水文过程产生一定影响.结果可为模拟不同水位对菜子湖主要湿地类型及面积的影响提供依据,并从工程的角度为菜子湖水位优化调度提供科学依据.但由于数据缺乏,未全面阐述湿地类型面积和生境的关系,研究存在一定的局限性.建议加强菜子湖候鸟越冬期生境适应性调度研究及生态环境监测,进一步掌握菜子湖越冬候鸟适宜生境及重要越冬水鸟种群数量和分布格局对水位变化的响应,用科学实验和生态环境监测数据来加强菜子湖水位优化调度.     

东马努斯海盆PACMANUS热液区Cu的物质来源：质量守恒模拟证据

东马努斯海盆位于巴布亚新几内亚的俾斯麦海域,是一个正在扩张的弧后盆地,与其活动热液喷口相关的热液产物,是现代海底系统中富含铜最丰富的矿产资源之一。火山岩与这种成矿作用有着密切的关系,然而通过海水对火山岩的淋滤作用是否可以为富含Cu的硫化物提供充足的Cu元素。PACMANUS热液区位于东马努斯海盆,质量守恒模拟在该热液系统的应用表明,由于水岩反应中较低的淋滤、转移和沉淀效率,通过热液流体对稳定反应区（0.144 km³）的简单淋滤无法满足硫化物矿床中Cu的需求。即使在100%的淋滤、转移和沉淀效率条件下,为了满足PACMANUS热液区硫化物中Cu的总量,仍需要0.166 km³体积的火山岩参与淋滤作用。
形成富含金属元素的岩浆流体的关键在于金属元素可以在挥发分中富集。首先,俯冲物质对地幔楔的交代作用,导致了东马努斯海盆地区生成的岩浆具有较高的氧逸度,进而使其岩浆房中富集Cu元素。其次,Pual Ridge的安山岩包裹体的气泡中富含Cu元素,进一步证实了在东马努斯海盆,Cu元素通过岩浆脱气作用向挥发分中运移。数值模拟结果显示,每1 km³体积的岩浆就可能向热液系统中运移0.236 Mt Cu。因此,岩浆脱气作用可能比淋滤作用更显著。     

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.     

西太平洋弧后盆地的热液系统及其岩浆环境研究

研究海底热液系统及其岩浆环境,可为了解西太平洋流固界面跨圈层物质与热交换过程,揭示板块俯冲过程的岩浆活动和资源环境效应提供研究支撑。为此,研究了冲绳海槽热液活动的岩浆环境、马努斯海盆的热液柱以及弧后盆地和洋中脊背景下的硫化物与玄武岩的同位素组成,对冲绳海槽热液区附近玄武岩、安山岩、粗安岩、英安岩、流纹岩及其基性岩浆包体进行了岩相学、矿物学以及主量元素、微量元素和同位素组成分析,对马努斯海盆PACMANUS和Desmos热液区的热液柱及海水进行了测量,在海底热液区岩浆混合过程及时间尺度、透视冲绳海槽深部岩浆房及岩浆演化过程和岩浆对热液系统物质贡献研究方面获新进展,揭示了俯冲蛇纹岩对琉球构造带南部岩浆活动的影响,论证了熔体包裹体对弧后盆地岩浆演化的指示,获得了冲绳海槽玄武质岩浆来源新证据,揭示了弧后盆地与洋中脊硫化物和玄武岩中铁、铜、锌的来源及其同位素在硫化物形成和岩浆活动过程中的分馏情况,明确了热液柱的物理、化学空间结构与物质组成特征,以及热液柱的扩散受深度和底流流速的影响,且热液柱扩散过程中溶解铁浓度异常比溶解锰的维持时间更长。未来,发展非传统稳定同位素和挥发份测试技术,进一步了解西太平洋板块俯冲环境下热液活动与岩浆作用的关系,将有助于海底热液系统及其成矿过程研究获得新进展。     

浅海热液活动的地球化学示踪研究进展及展望

海底热液活动是海洋地质的前沿和热点研究领域之一,相比于深海热液活动较高的关注度和取得的较多的研究成 果,浅海热液活动研究一直处于“不温不火”的状态。但浅海热液系统一般靠近人类活动的区域,对人类生活具有一定的 影响,深入开展浅海热液活动的研究有助于深刻理解热液流体循环过程、热液成因机制及相关动力学过程。文章在简要介 绍国内外浅海热液活动地球化学研究的主要成果和最新进展的基础上,提出了今后对浅海热液活动的研究应主要集中于以 下几个方面：浅海热液流体及气体的来源;浅海热液系统模式及与构造环境的关系;浅海热液活动对人类的影响。