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.     

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。     

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。     

中印度洋Edmond热液区黄铁矿中银的赋存状态和富集机制研究：来自矿物学的证据

随着对海底热液多金属硫化物矿床的研究越来越深入,贵金属金(Au)和银(Ag)的赋存形式和沉淀机制被科学家广泛关注。相比于Au,前人对大洋中脊热液区中Ag的产出状态和富集机制研究相对较少。中印度洋Edmond热液区Ag平均含量为47×10^-6,明显高于洋中脊环境产出的多金属硫化物中的平均Ag含量(2.78×10^-6)。通过光学显微镜和扫描电镜对Edmond热液区硫化物样品进行了详细的观察,确定了该热液区矿物组合、分期以及自然银的赋存形式,并初步探讨了自然银的沉淀机制。Edmond热液区硫化物主要为闪锌矿,其次是黄铁矿、黄铜矿和白铁矿,此外还观察到针钠铁矾、重晶石、硬石膏以及自然银等矿物。根据矿物结构和共生组合,Edmond热液区硫化物成矿过程大致可以分为3个阶段：阶段Ⅰ的主要矿物组合为一期黄铁矿(Py1)、重晶石、硬石膏等;阶段Ⅱ主要矿物为白铁矿;阶段Ⅲ则有二期黄铁矿(Py2)、黄铜矿、粗粒闪锌矿、等轴古巴矿等矿物结晶。自然银主要以细小颗粒的形式存在于Py1的边缘或者内部包体之中。Ag在Edmond热液区的主要迁移形式为AgCl₂     

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     

西南印度洋脊龙旂热液区蚀变岩岩石学特征及对热液流体循环的指示

慢速?超慢速扩张洋脊的海底热液活动区多出露类型多样的蚀变岩石，记录了地壳深部的流体与围岩的相互作用，为研究深部热液流体特征以及循环过程提供了样本。本研究选取了中国大洋第30、34和40航次在超慢速扩张西南印度洋脊龙旂热液区(A区、B区和C区)利用电视抓斗采集的蚀变玄武岩、蚀变辉长岩、蚀变辉石岩和蛇纹岩等蚀变岩样品，利用光学显微镜、电子探针开展了岩相学和矿物化学分析。岩相学结果表明，龙旂热液区蚀变岩石样品约95%发生了地壳浅部的脆性变形作用，靠近龙旂1号热液区(A区)约有5%的蚀变岩石混合发育了脆性变形及脆性?塑性变形特征。研究区岩石蚀变属于中?低温变质作用，变质相近似绿片岩相，变质矿物组合为绿泥石?绿帘石?钠长石?阳起石?榍石。其中，A区的蚀变岩中的绿泥石形成温度(201～341℃)以及蛇纹石、阳起石、绿泥石等蚀变矿物的Fe元素含量(17.5%～27.5%)都高于龙旂3号热液区(B区和C区)的绿泥石形成温度(239～303℃)和Fe元素含量(16.8%～26.5%)，这也与在该区观测到高温的热液喷口相符合。本研究认为龙旂热液区所在洋脊段发育的拆离断层为热液流体的向上运移提供了通道，洋壳扩张后期轴部的岩浆熔体在轴侧区域的岩浆侵入或喷发活动可能为热液循环提供了热源。     

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     

慢速扩张洋中脊热液成矿的典型实例——青藏高原北部德尔尼铜矿地质对比研究

青海德尔尼铜矿是发育在青藏高原北部的块状硫化物矿床,其赋矿围岩为阿尼玛卿蛇绿岩套中的超基性岩,代表了古特提斯洋的残骸。通过对德尔尼铜矿的详细地质解剖,认为其保留了大量海底热液喷流的地质记录,包括:矿体上部普遍发育的薄层喷流岩;多孔状硫化物中保留下来的胶状结构、草莓结构和角砾结构;矿石的主要矿物组成;与黄铁矿碎屑同期形成的方解石、长英质胶结物;与大西洋Rainbow、TAG热液硫化物矿床相似的矿体分带性。根据洋脊玄武岩中TiO2全岩含量估算德尔尼蛇绿岩所代表的这一段古特提斯洋洋中脊为慢速-超慢速扩张洋中脊,半扩张速率为1.1~2.5cm/a。类比现今洋中脊热液硫化物成矿过程,认为德尔尼铜矿经历了海底喷流、冷却保存和俯冲侵位等3个阶段,其中海底喷流阶段可能与洋底核杂岩具有成因联系,俯冲侵位过程中的矿体和超基性岩、玄武岩受逆冲断层控制。与世界上其他陆地上保存的类似矿床相比,德尔尼铜矿时代年轻(石炭纪),矿床结构和构造及其围岩蚀变特征保存完整,是慢速-超慢速洋脊超基性围岩热液成矿作用的典型实例,可以称之为德尔尼型成矿作用,研究其成矿过程,对研究和理解现今洋中脊超基性岩系统热液成矿作用(尤其是深部成矿作用)具有重要的意义。     

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。     

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。     

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...     

东太平洋海隆13°N附近热液Fe-S-H_2O系统布拜图及其地质意义

在热力学计算的基础上,依据硫化物中矿物组合和热液流体化学组成绘制东太平洋海隆13°N附近热液Fe-S-H2O系统布拜图(Peurbax diagram),阐明了实际情况下东太平洋海隆13°N附近热液流体由高温至低温的过程中,硫化物中优势矿物黄铁矿的稳定场的演化。结合已有的动力学实验和硫同位素分馏的研究成果,揭示了沉淀硫化物的热液活动过程中形成优势矿物黄铁矿的可能的主要化学反应历程。在东太平洋海隆13°N附近海底热液系统中,热液流体由高温(T200℃)演化至低温(25~200℃)过程中黄铁矿的形成机制发生了明显的改变。     

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。     

现代海底超镁铁质岩系热液系统与地质意义

现代海底热液循环与洋中脊地质过程一直是国际洋中脊计划研究的热点.海底热液系统多数都与海底玄武岩及其水-岩反应直接相关,而一类与深海橄榄岩的产出及其蛇纹石化作用有关的海底热液系统——超镁铁质岩系热液系统,以具有高浓度H2和CH4异常而低SiO2浓度为显著特征,主要分布在慢速扩张大西洋中脊和超慢速扩张北冰洋Gakkel洋脊和西南印度洋中脊.超镁铁质岩系热液系统在流体组成、构造背景和硫化物成矿方面与玄武岩热液系统有很大差异,主要表现在地幔来源超镁铁质岩石的普遍出露、喷口流体高的H2和CH4异常以及硫化物中高Co/Ni比值.超镁铁质岩系热液系统的发现丰富了全球洋中脊热液系统的研究内容,对洋中脊地质过程、海底热液活动及其成矿作用研究具有重要意义.     

海底热液多金属硫化物分布及控矿因素

基于最新公布的全球热液矿点数据讨论了海底热液多金属硫化物矿体形成的构造环境,探讨了深部岩浆活动、断裂构造以及沉积物盖层等控矿因素对洋中脊多金属硫化物矿体成矿的影响。研究结果表明:海底热液多金属硫化物矿点主要分布于离散型板块边界和汇聚型板块边界;深部岩浆活动和断裂构造是洋中脊热液多金属硫化物成矿最主要的控矿因素;快、慢扩张洋中脊环境深部岩浆活动和断裂构造的差异导致在海底形成了不同规模的多金属硫化物矿体。对认识海底热液多金属硫化物矿床分布与成矿规律、以及开展海底多金属硫化物资源勘查具有一定的指导意义。     

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。     

洋壳蚀变过程中锂同位素行为研究进展

洋壳自洋中脊形成到俯冲进入地幔之前,与流体（如海水和热液流体）在海底表面及洋壳内部可以发生广泛的水-岩相互作用,通过对洋壳蚀变过程中元素迁移和同位素分馏行为的研究,可以帮助我们认识海底热液循环系统,探究地球表层和深部的物质及能量流通。锂（Li）元素对流体活动敏感,在很多地质过程中（如风化作用、海水及热液蚀变等）同位素分馏显著,因此其含量和同位素比值变化可以记录洋壳蚀变过程中的重要信息。但由于蚀变洋壳的直接测试数据仍很匮乏,已有的Li元素和同位素数据解释存在较大争议,导致关于洋壳蚀变过程中Li元素迁移和同位素分馏的机制尚未达成共识。本文主要汇总了近年来针对大洋钻探获取的基岩岩芯Li同位素行为研究资料,探讨了在玄武岩蚀变和深海橄榄岩蛇纹石化过程中影响Li元素迁移和同位素分馏的主要因素（如蚀变温度、蚀变流体的化学组成、水-岩比值、次生矿物沉淀等）,并进一步提出近期工作可以在以下方面加强：(1)继续完善Li储库和提高分析测试精度;(2)进行不同空间尺度下的Li同位素研究;(3)关注动力学分馏对高温蚀变过程中Li同位素行为的影响;(4)开展Li同位素与其他同位素体系的联用。     

胡安·德富卡洋脊因代沃段热液黑烟囱体成矿物质来源:硫同位素的限制

选取胡安·德富卡洋脊(Juan de Fuca Ridge,JDFR)因代沃(Endeavour)段的17个热液黑烟囱体样品对其中的硫同位素进行分析测定,讨论了因代沃段热液活动区内黑烟囱体成矿的物质来源、将硫同位素数据与已发表的热液流体及硫化物数据耦合,并结合前人的成果得到如下认识:(1)因代沃段硫化物的硫同位素组成与其他无沉积物覆盖的洋脊硫化物硫同位素组成相似,然而其相比于南胡安·德富卡洋脊(South Juan de Fuca Ridge,SJFR)硫化物亏损重同位素;(2)结合前人研究成果,如果SJFR硫化物的硫全部来自基底玄武岩的淋洗与海水中的硫酸盐,那么因代沃段硫化物的硫可能有1%~3%来自沉积物的贡献,故提出因代沃段成矿系统中的硫来源主要来自基底玄武岩,同时伴随有少量海水硫酸盐来源及沉积物来源的硫加入;(3)将硫同位素数据与已发表的热液流体及硫化物数据进行耦合发现热液流体中的沉积物信号与硫化物中的硫可能来自不同的源,并提出沉积物端元可能位于下渗区。     

胡安·德富卡洋脊因代沃段热液黑烟囱体成矿物质来源:硫同位素的限制

选取胡安.德富卡洋脊(Juan de Fuca Ridge,JDFR)因代沃(Endeavour)段的17个热液黑烟囱体样品对其中的硫同位素进行分析测定,讨论了因代沃段热液活动区内黑烟囱体成矿的物质来源、将硫同位素数据与已发表的热液流体及硫化物数据耦合,并结合前人的成果得到如下认识:(1)因代沃段硫化物的硫同位素组成与其他无沉积物覆盖的洋脊硫化物硫同位素组成相似,然而其相比于南胡安.德富卡洋脊(South Juan de Fuca Ridge,SJFR)硫化物亏损重同位素;(2)结合前人研究成果,如果SJFR硫化物的硫全部来自基底玄武岩的淋洗与海水中的硫酸盐,那么因代沃段硫化物的硫可能有1%～3%来自沉积物的贡献,故提出因代沃段成矿系统中的硫来源主要来自基底玄武岩,同时伴随有少量海水硫酸盐来源及沉积物来源的硫加入;(3)将硫同位素数据与已发表的热液流体及硫化物数据进行耦合发现热液流体中的沉积物信号与硫化物中的硫可能来自不同的源,并提出沉积物端元可能位于下渗区。