大西洋洋中脊TAG热液区硫化物铅和硫同位素研究

位于大西洋洋中脊26.08°N的TAG热液区是目前已知的赋存在无沉积物覆盖的洋中脊区的一个最大的海底热液硫化物矿床.新测得来自ODP-158航次钻孔的9件热液硫化物的铅、硫同位素组成;2件铁锰氧化物和1件底盘玄武岩的铅同位素组成.结果表明,矿石硫化物的铅同位素组成206Pb/204Pb为18.2343～18.3181,207Pb/204Pb为15.4717～15.5061,208Pb/204Pb为37.7372～37.8417;它们位于该区底盘玄武岩(206Pb/204Pb=18.1454,207Pb/204Pb=15.4572,208Pb/204Pb=37.6534)和近洋底铁锰氧化物(206Pb/204Pb,207Pb/204Pb,208Pb/204Pb分别为18.6907～18.9264,15.5615～15.6279,38.1164～38.3687)的铅同位素组成之间.三者呈线性相关关系,说明硫化物中铅来源于地幔(玄武岩)与海水(铁锰氧化物)的两端元混合.硫化物的硫同位素组成δ34S为6.2‰～9.5‰,它明显高于地幔玄武岩的硫同位素组成(δ34S=±0‰),也高于东太平洋海隆EPR21°N(δ34S=0.9‰～4.0‰)和大西洋洋中脊MAR23°N(δ34S=1.2‰～2.8‰)等热液活动区硫化物的硫同位素组成,这一特征反映了TAG热液体系中硫来源于地幔玄武岩硫与海水硫酸盐无机还原作用产生的硫的两端元混合.因此,铅硫同位素研究为现代大洋底热液硫化物矿床形成过程中矿质来源及流体混合作用提供了十分有益的信息.     

云南朱布镁铁-超镁铁岩体地球化学特征及成因机理探讨

云南朱布镁铁-超镁铁岩体赋存中型铜镍铂族元素矿床,侵位于元谋群片岩和花岗片麻岩中,岩体垂直分异明显,自下而上为橄榄岩、橄辉岩、辉石岩、辉长岩等相带.矿体以底部“边缘矿”为主,上部有呈透镜状产出的少量“上悬矿”.本文报道了朱布岩体主元素、微量元素、铂族元素(PGE)和 Sr-Nd 同位素组成新的测试结果.分析表明朱布岩体具有拉斑玄武质岩浆分异演化趋势,富集 LREE 的分布模式,弱的Nb 异常和较明显的 Sr 负异常,并与峨眉山大火成岩省(ELIP)苦橄岩相类似,暗示两者可能存在成因上的联系.朱布岩体的铂族元素相对分布模式为“Pt-Pd”富集型,原始地幔标准化曲线向左陡倾.较高的(87Sr/86Sr)i (0.7096~0.7107)和较低的εNd(t)(-3.1~-2.3),表明朱布岩浆受到了地壳物质不同程度的混染.通过岩浆演化过程反演,得出其母岩浆性质为苦橄质,并估算地壳混染程度在3%~20%之间,发现在 R (岩浆与熔离硫化物的比例)值为1000~5000时比较吻合朱布样品中硫化物的实际测定值,证实了朱布岩体可能为开放系统的岩浆房,经过多级富集过程,先熔出的硫化物从后续多期次岩浆中吸收了大量 PGE,岩浆房中同时存在堆晶和岩浆演化,分别形成了底层橄榄岩和上部的辉长岩,中间过渡为橄辉岩和辉石岩     

北祁连山构造－火山岩浆演化动力学

笔者以区域构造－火山岩浆演化动力学为主线，从研究区域火山岩岩石学的角度探索北祁连山古板块构造体制与火山岩浆作用的关系，主要强调区域上不同特点火山岩的成因，其形成应直接与构造环境有关。作者的研究查明，从元古代末至泥盆纪，北祁连山经历了一个由大陆裂开→大洋化→洋盆扩张并俯冲消减→沟、弧、盆体系形成和完善→洋盆收缩闭合→碰撞造山的全过程，每一阶段均发育有相应岩石地球化学特征的海相火山活动。经确定有如下５种特定的火山岩浆产生环境：（１）元古代末－寒武纪大陆裂谷型火山作用，（２）寒武纪末－早奥陶世洋脊－洋岛型火山作用，（３）奥陶纪岛弧火山作用，（４）中－晚奥陶世弧后盆地火山作用，（５）晚奥陶世－志留纪海盆闭合期火山作用。作者的研究揭示，海底块状硫化物矿床的形成与拉张环境下火山岩浆的产生密切相关。因为海底循环的热卤水在此类矿床的形成中起着决定作用，而这种循环作用受与拉张环境相伴的局部高热流和海底火山活动所驱动。     

中国岩浆型Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床的时空分布及其地球动力学背景

中国岩浆型Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床主要出露于中亚造山带(新疆北部的天山-阿尔泰地区)、华北克拉通北缘(吉林-辽宁-北京-河北-内蒙古)和华北克拉通西南缘(甘肃)、扬子克拉通西-北缘(陕西-四川-云南)的广大地区,受控于镁铁质-超镁铁质岩体,具有成群成带分布的特征.这类矿床依其岩石类型和地质特征可划分为3类,即产于镁铁质-超镁铁质侵入体中的基底Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床、产于与溢流玄武岩有关侵入体中的Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床和产于科马提岩中的Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床.这类矿床的成矿时代主要集中于新元古代早期(1000～800 Ma)和古生代晚期(295～250 Ma)两个时间段,所对应的地球动力学背景分别为Rodinia超大陆聚合与裂解阶段、活动造山带后碰撞和二叠纪溢流玄武岩大规模喷发阶段,且均与超级地幔柱活动有关.这类矿床依其成矿构造环境可划分为4类,即古大陆边缘裂谷型、地幔柱型、弧后拉张型以及造山带后碰撞型.这类矿床按其成矿构造环境、成岩成矿时代和地质特征可划分为4个成矿区带,即新元古代与Rodina超大陆聚散有关的Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床、华北克拉通北缘Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床、中亚造山带后碰撞Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床和峨眉地幔柱区Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床.     

金川Cu-Ni-PGE硫化物矿床成矿过程稀有气体同位素组成示踪

稀有气体同位素在示踪成矿作用流体来源方面具有独特优势。本文应用熔融质谱法测定了金川Cu-Ni-PGE硫化物矿床23个硅酸盐矿物和金属硫化物单矿物的He、Ne和Ar丰度和同位素组成。结果表明,硅酸盐矿物的3He/4He比值(0.239Ra)略低于硫化物(平均0.456Ra),且从橄榄石(平均0.291Ra)、斜方辉石(0.215Ra)到单斜辉石(0.174Ra)逐渐降低,20Ne/22Ne-21Ne/22Ne分布于MORB与大陆地壳演化线之间,扣除放射性成因4He*和40Ar*后橄榄石和辉石中3He/4He和40Ar/36Ar接近岩石圈地幔组成。He、Ne和Ar同位素组成示踪表明成矿岩浆中存在岩石圈地幔(SCLM)、地壳(CC)和大气饱和流体(ASW)三种端元成分,硫化物熔体的分离发生在岩浆结晶分异的早期。岩石圈地幔部分熔融形成的成矿初始岩浆经历了两阶段的演化。在深部岩浆房高温成矿岩浆同化围岩引入地壳混染组分,促使硫饱和及硫化物熔体的熔离,同时形成具有壳幔混合特征的混合岩浆组分(MC),上升至上部岩浆房后混入较高比例的大气饱和流体,进一步促使硫饱和及浸染状硫化物就地熔离堆积。     

Geochemical characteristics of the platinum-group elements in the Abulangdang ultramafic intrusion,Sichuan Province,China

The contents of the platinum-group elements (PGEs: Os, Ir, Ru, Rh, Pt, Pd) in the Abulangdang ultramafic intrusion have been determined using ICP-MS after nickel sulfide fire assay preconcentration. Different samples show significant differences in absolute PGE abundance. They display a pronounced negative incline in mantle-normalized patterns which are characterized by strong enrichment in IPGEs (Os, Ir, Ru) and depleting to slight enrichment in PPGEs (Rh, Pt, Pd). The characteristics of PGE distribution in the Abulangdang rocks are due to the combined action of sulfide and non-sulfide (spinel/chromite or alloy or micro-granular aggregation of metals). In comparison with the mafic-ultramafic rocks which host Ni-Cu-PGE deposits in the Emeishan Large Igneous Province (ELIP), it is assumed that the Abulangdang ultramafic intrusion may be the product of early-stage magma activity in the ELIP.     

新疆东天山镁铁-超镁铁岩体中橄榄石成分特征及其成因意义:以黄山东和图拉尔根为例

新疆东天山发育有十多个与铜镍硫化物成矿有关的镁铁-超镁铁杂岩体,对选取于黄山东和图拉尔根岩体岩体内不同岩性中的新鲜橄榄石进行了矿物化学成分测试。黄山东岩体角闪辉长岩相的橄榄角闪辉长岩中橄榄石Fo为67～73,超镁铁岩相的角闪(斜长)橄榄岩、角闪二辉橄榄岩和斜长单辉橄榄岩中橄榄石Fo为81～84,Ni含量为308～1762μg/g;图拉尔根岩体中橄榄石Fo为82～85,Ni含量变化范围为857～1818μg/g。利用最高Fo含量的橄榄石成分计算得到黄山东岩体母岩浆MgO为10.3%,图拉尔根岩体母岩浆MgO为11.47%。橄榄石分离结晶和硫化物熔离模拟结果显示,黄山东岩体发生了19%的橄榄石分离结晶,由橄榄石分离结晶导致硫化物熔离的程度约为0.3%,晶间硫化物熔浆的物质交换作用对黄山东橄榄石的成分有重要影响;图拉尔根岩体发生了9%左右的橄榄石结晶,由橄榄石结晶导致出熔的硫化物熔体大约为0.5%。     

硫同位素在岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床成因研究中的应用

岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床形成的重要过程是硫化物熔体的熔离,而关键在于成矿岩浆中硫的过饱和。判断岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床中硫来源最直接有效的方法就是研究其硫同位素特征。当矿床的硫同位素值超出了地幔硫同位素的组成范围,揭示了壳源硫的混入。如果矿床硫同位素值δ³⁴S落入地幔值的范围内,则需要结合围岩硫同位素组成、并考虑岩浆房中是否发生了硫同位素交换反应来进一步判断是否有围岩硫的加入。异常的Δ³³S值主要出现在太古宙沉积硫化物中,利用δ³⁴S与Δ³³S相结合可识别样品中是否存在太古宙岩石中来源的硫;然而,一些太古宙岩石中硫化物Δ³³S值也可以在0‰附近;在一些后太古宙岩石的硫化物中也发现了异常的Δ³³S值;因此在根据Δ³³S值来判断S是否来源于太古宙岩石时应谨慎。仔细测定围岩和潜在的混染源的硫同位素组成对于准确评价岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床中S的来源是非常关键的。硫同位素和其他同位素如镍同位素、铜同位素、铁同位素相结合也许对于认识岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床中成矿物质来源及成矿岩浆演化过程能够提供新的思路。     

电磁方法在海底多金属硫化物探测中的应用

海底硫化物矿体的三维展布是当前大洋调查急需解决的关键问题,在陆地上电磁方法一直是解决矿产资源三维问题的重要手段之一。2011年我国自主研发了调查海底多金属硫化物的瞬变电磁设备,并于2011年6月在中国大洋第22航次第5航段中的大西洋中脊“贝利珠”热液区( 13.2°S、14.4°W)进行了试验,取得了我国首批海底热液区的瞬变电磁资料。本文对这批资料进行初步分析,阐述一种新的海底硫化物探测方法及其试用结果,得到的视电阻率断面与热液区的实际有很好的对应关系,从2条测线的实测结果来看,设备的探测深度达到海底面以下50~100 m。在本次试用过程中,较好验证了自主研发的深海瞬变电磁设备、获得的数据以及探测深度的可靠性。     

Zinc stable isotopes in seafloor hydrothermal vent fluids and chimneys

Many of the heaviest and lightest natural zinc (Zn) isotope ratios have been discovered in hydrothermal ore deposits. However, the processes responsible for fractionating Zn isotopes in hydrothermal systems are poorly understood. In order to better assess the total range of Zn isotopes in hydrothermal systems and to understand the factors which are responsible for this isotopic fractionation, we have measured Zn isotopes in seafloor hydrothermal fluids from numerous vents at 9–10°N and 21°N on the East Pacific Rise (EPR), the TAG hydrothermal field on the Mid-Atlantic Ridge, and in the Guaymas Basin. Fluid δ⁶⁶Zn values measured at these sites range from + 0.00‰ to + 1.04‰. Of the many physical and chemical parameters examined, only temperature was found to correlate with fluid δ⁶⁶Zn values. Lower temperature fluids (< 250 °C) had both heavier and more variable δ⁶⁶Zn values compared to higher temperature fluids from the same hydrothermal fields. We suggest that subsurface cooling of hydrothermal fluids leads to precipitation of isotopically light sphalerite (Zn sulfide), and that this process is a primary cause of Zn isotope variation in hydrothermal fluids. Thermodynamic calculations carried out to determine saturation state of sphalerite in the vent fluids support this hypothesis with isotopically heaviest Zn found in fluids that were calculated to be saturated with respect to sphalerite. We have also measured Zn isotopes in chimney sulfides recovered from a high-temperature (383 °C) and a low-temperature (203 °C) vent at 9–10°N on the EPR and, in both cases, found that the δ⁶⁶Zn of chimney minerals was lighter or similar to the fluid δ⁶⁶Zn. The first measurements of Zn isotopes in hydrothermal fluids have revealed large variations in hydrothermal fluid δ⁶⁶Zn, and suggest that subsurface Zn sulfide precipitation is a primary factor in causing variations in fluid δ⁶⁶Zn. By understanding how chemical processes that occur beneath the seafloor affect hydrothermal fluid δ⁶⁶Zn, Zn isotopes may be used as a tracer for studying hydrothermal processes.