现代海底热液活动的研究模型分析

近来在许多喷口区观察到大规模的、弥散的喷发现象表明：大量的相对冷水(3～40℃)及非常热的、白色和黑色烟状流体(200～380℃)参与了热液循环。对这种较凉的、弥散的喷溢流体的温度和热流量的区域测定，给热液循环的性质及地壳和已出露的多金属硫化物丘的结构增加了新的限定条件。为了更好地理解热液循环及这些限定的重要性，许多学者建立了海底热液活动模型。     

冲绳海槽中部热液区及典型喷口区地形地貌特征

利用最新测量的高精度深水多波束资料,对冲绳海槽中部热液活动区的地形地貌特征进行了系统的分析后发现,研究区地形情况相当复杂,起伏变化较大,总体上呈沿SW—NE向延伸的裂谷地势,裂谷水深范围约在1 500~1 800m,大量呈SW—NE向的线性海山链和裂谷、洼地地貌交错出现,分析认为其形成可能与冲绳海槽的弧后扩张作用有关。另外,通过ROV(Remotely Operated Vehicle)上获得的影像,结合浅表层沉积物和岩石样品分析发现,2处喷口地形地貌情况明显不同,Iheya North喷口区地形起伏变化大,具有较多烟囱体、丘体,周围沉积物以硫化物砂为主;Iheya Ridge则以裂隙式溢流为主,分布范围广,地形倾斜平整,少见烟囱体、丘体,底质较硬,热液沉积物分布较少。     

现代大洋喷口生物的特征与远古时期的类比及其启示

现代喷口生物群的特征与其特定的构造部位、玄武岩、极端环境等紧密相关;而这种特定环境的产物,在地质时期,尤其是造山带地区也不乏出现。本文以造山带东昆仑中、新元古界海山地层序列为例,指出古喷口的地质背景是不可缺少的重要因素,它对古喷口群的识别有决定性的作用。现代喷口生物群特征研究给远古时期古喷口研究具有一系列新的启示。加强对远古时期喷口生物群研究,无论在二者研究的互动上还是对生物学、矿物学、岩石学、成矿等诸多方面都具有重要意义和启示。     

西南印度洋深海热液硫化物区沉积物微生物群落结构和固氮基因多样性

A sediment sample was collected from a deep-sea hydrothermal vent field located at a depth of 2 951 m on the Southwest Indian Ridge. Phylogenetic analyses were performed on the prokaryotic community using polymerase chain reaction（PCR） amplification of the 16 S rRNA and nifH genes. Within the Archaea, the dominant clones were from marine benthic group E（MBGE） and marine group I（MGI） belonging to the phyla Euryarchaeota and Thaumarchaeota, respectively. More than half of the bacterial clones belonged to the Proteobacteria, and most fell within the Gammaproteobacteria. No epsilonproteobacterial sequence was observed. Additional phyla were detected including the Actinobacteria, Bacteroidetes, Planctomycetes, Acidobacteria, Nitrospirae, Chloroflexi, Chlorobi, Chlamydiae, Verrucomicrobia, and candidate divisions OD1, OP11, WS3 and TM6, confirming their existence in hydrothermal vent environments. The detection of nifH gene suggests that biological nitrogen fixation may occur in the hydrothermal vent field of the Southwest Indian Ridge. Phylogenetic analysis indicated that only Clusters I and III NifH were present. This is consistent with the phylogenetic analysis of the microbial 16 S rRNA genes, indicating that Bacteria play the main role in nitrogen fixation in this hydrothermal vent environment.     

Spatial distribution pattern of seafloor hydrothermal vents to the southeastern Kueishan Tao offshore Taiwan Island

Investigations of the diffusion activities both within and outside the seafloor hydrothermal vents, as well as related mineral genesis, have been one of the key focuses of ocean biogeochemistry studies. Many hydrothermal vents are distributed close to the southern Okinawa Trough on the less-than-30-m deep shallow seafloor off Kueishan Tao, northeast of Taiwan Island. Investigations of temperature, pH and Eh at four depths of hydrothermal plume were carried out near Kueishan Tao at the white(24.83°N, 121.96°E) and yellow(24.83°N, 121.96°E) vents. An 87 h of temperature time series observation-undertaken near the white vent showed that tide is the main factor affecting the background environment. Based on the observed data, 3-dimensional sliced diffusion fields were obtained and analyzed. It was concluded that the plume diffused mainly from north to south due to ebb tide. The yellow vent's plume could effect as far as the white vent surface. From the temperature diffusion field, the vortices of the plume were observed. The Eh negative abnormality was a better indicator to search for hydrothermal plumes and locate hydrothermal vents than high temperature and low pH abnormalities.     

现代海底热液过程及成矿

原始的海水成分、基岩的组分及结构、热源性质等因素决定着现代海底热液喷口系统的流体成分, 同时, 各种地质构造背景下的岩浆脱气作用也在不同程度上影响热液流体的组成.热液流体一旦喷出海底, 就能形成不同类型的热液沉积体, 包括高温流体形成的金属硫化物或硫酸盐烟囱体、热液丘以及由低温弥散流及非浮力羽流形成的含金属沉积物堆积体.高温烟囱体的形成受控于海水和热液的混合比例, 常常表现为典型的两阶段模式, 即先形成环状硬石膏表层, 然后在其内部发生富Cu硫化物的沉淀.这一模式在更大尺度上也可以观察到, 如TAG热液丘.含金属沉积物遍布海底, 除热液羽流外, 金属硫化物烟囱体在氧化环境中氧化蚀变的产物也是其重要来源.生物的活动贯穿于现代热液过程的始终, 并在烟囱体的形成、分解以及羽流的扩散沉淀过程中起到了重要作用.当前, 热液生物矿化机理、Lost City型热液场以及超慢速扩张洋脊的有关研究是海底这一系统研究的热点, 前两者研究能使人们更好地理解地球早期的演化和生命的起源, 而后者的考察和研究能进一步丰富海底热液成矿理论, 并有助于寻找更大规模的热液矿体.      

论热水沉积岩相及其构造古地理

热水沉积岩相形成于裂谷盆地、洋中脊(有限洋盆)、弧—盆系统、陆缘盆地、陆内湖相盆地等不同的构造古地理单元内。按照成岩成矿方式—岩石组合—地球化学动力学分类原则，热水沉积岩相类型可划分为热水同生沉积岩相、热水准同生交代岩相、热水同生蚀变岩相、热水爆炸—液压致裂角砾岩相、热卤水准同生渗滤交代岩相与热流柱构造有关的热流体隐爆—液压致裂角砾岩相，包括不同成岩方式形成的17种构造岩相学类型，它们是建立构造岩相学独立填图单元的基础。热水流体系统的根部相→喷口相→中心相→过渡相→远端相，具有显著的构造岩相学分带和相体分布规律，但在现今陆内造山带中，它们多经历了碎裂岩相、糜棱岩相和热流体改造—叠加—再造成岩相，需进行构造岩相学变形史研究和构造岩相学变形筛分，才能有效恢复它们形成时的构造古地理，促进提升对深部隐伏构造岩相学探测与资源预测的准确性。     

西南印度洋中脊热液区烃类有机质组成及其成因意义

利用气相色谱(GC)、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定了西南印度洋中脊49.6°E热液区热液产物中的可溶有机质,结合生物标志物和单体同位素分析,对烃类有机质的组成、来源及成因意义进行了探讨。硫化物烟囱体以正构烷烃(3.437~3.962μg/g)为主要烃类,L/H1,C22以上烷烃具有轻微奇碳数优势(CPI=1.140~1.209),NAR接近0;生物标志物类型丰富(Sq、IS40、烷基环己烷),C31藿烷22S/(R+S)高达0.77,且缺少17β(H),21β(H)构型藿烷;低碳数饱和脂肪酸为主要脂肪酸类型,异构/反异构脂肪酸含量显著,缺少单不饱和脂肪酸。热液蚀变岩以异构烷烃(2.094μg/g)为主要烃类,正构烷烃以低碳数(L/H=1.33)、偶碳优势(CPI=0.377)为特征;脂肪酸以单不饱和脂肪酸为主。结果表明,海洋原生生物体是49.6°E热液区主要的烃类有机质输入源,热液流体温度及化学条件是控制热液喷口区原生生物群落分布及热液产物中烃类有机质组成的主要因素。生物标志物类型显示硫化物烟囱体中具有产甲烷古菌与硫酸盐还原菌共存的现象,反映出热液流体中富含H2,表明49.6°E热液区具有非生物合成烃类的可能。     

海底热液喷口区类脂物生物标志化合物研究进展

类脂物生物标志化合物(简称类脂物生标)记录了原始生物母质的分子组成信息,是研究极微生物群落、探索生命起源与演化的重要载体。综述了海底热液喷口区类脂物生标的主要研究进展,重点探讨烷烃、脂肪酸、醚类生标的应用及科学意义。类脂物生标研究表明,海底热液喷口区具有独特而又丰富的生物群落,喷口区动物群落与其他深海环境相似物种在饮食结构上有明显差别,它们主要捕食化能自养细菌或古细菌,且不同物种所捕食的微生物种类也具有选择性。为应对喷口区的极端物化环境,热液细菌和古菌形成了独特细胞分子组构。类脂物生标及单体同位素组成显示,喷口区存在嗜热型氨氧化和甲烷缺氧氧化古菌活动,在热液流体富H2的情况下硫酸盐还原菌与产甲烷古菌能够共存,碳限制条件下能产生富13 C(-11.8‰~+3.6‰PDB)的类脂物生标。类脂物生标对于揭示热液微生物种群与营养关系、指示热液环境条件、反映热液区甲烷代谢作用以及探索生命起源与进化过程具有重要的研究意义,今后还需加强其应用范围及相关指示性机理等方面的研究。     

现代热液喷口系统低温氧化物沉积体的矿物学特征及启示

Fe-Si氧化物是现代洋底热液系统最为普遍的沉积产物之一,它可以构成低温烟囱体、形成氧化物丘、充填围岩裂隙,或者以无规则沉积体出现(Hekinian et al.,1993),也可以在弥散流区形成更大规模的多金属沉积物(Hrischeva et al.,2007;