洋中脊弯折带的构造-岩浆耦合作用:西北印度洋中脊火山锥及断层分布的约束

洋中脊作为全球火山活动最活跃的区域之一,岩浆以裂隙式喷发为主,同时也存在中心式喷发火山锥。本文基于西北印度洋中脊大洋24航次的船载多波束地形数据,选择具有特殊空间位置和构造属性的北部弯折带作为研究靶区,应用定量地貌学方法分析火山锥形态特征与空间分布,探索区域火山作用与构造活动的耦合关系。结果表明,火山锥沿洋脊纵向上的分布主要受控于岩浆供应量,但段内其横向上的分布不仅与岩浆供应量有关,还决定于火山锥岩浆通道的形成。火山锥的分布与断层分布密切相关,断层分布密集,易于火山锥通道的形成。弯折带的洋脊段除了受扩张力外,还受到北东方向的应力作用,使弯折带南翼发育有更密集的断层,更高的火山锥密度。该应力效应的产生与非洲板块的北东向推移、印度板块的逆时针旋转以及弯折带效应本身有关。火山锥形态特征与空间分布,对于理解洋中脊区域构造演化以及火山活动过程具有重要价值。

慢速扩张卡尔斯伯格脊远轴热液成矿作用的发现和意义

慢速扩张洋中脊是海底多金属硫化物勘查的重要地区,然而目前对离轴的大洋核杂岩(OCC)热液成矿作用的调查及认识非常有限。本文对卡尔斯伯格脊2.54°N附近一处离轴20 km处OCC采集的样品进行了详细的矿物学和元素地球化学研究。结果表明,蚀变玄武岩和石英角砾岩的矿物共生组合以及化学特征指示了高温热液蚀变与矿化过程,以及低温海底风化过程。从热液蚀变至矿化阶段,绿泥石化和黄铁矿化逐渐增强,部分亲石(Ca、Sr)、亲铜(Zn)和稀土元素迁出,Cu逐渐迁入。通过典型矿床黄铁矿对比分析发现,研究区蚀变玄武岩和石英角砾岩中的黄铁矿总体具有高Ni、Co和Se含量,以及高Ni/As值的特征,反映了高温和强还原的成矿流体性质,并受到深部超镁铁质围岩的影响。相比蚀变玄武岩中黄铁矿(PyⅠ),石英角砾岩黄铁矿(PyⅡ)更富集Co和Se,反映流体温度升高的趋势。此外,受到热液流体与海水混合作用等过程影响,在成矿后期Ag进一步在蚀变玄武岩黄铁矿中富集。本次研究证实了在远离脊轴的OCC区域,拆离断层的构造作用有利于深部热液矿化线索抬升至海床面,为慢速扩张洋中脊的硫化物资源分布规律与热液成矿机理等研究提供了新视角。

卡尔斯伯格脊天休洋脊段的深部岩浆过程:来自洋中脊玄武岩中单斜辉石结晶条件的约束

洋中脊玄武岩(MORB)是了解洋中脊的热状态、岩浆供给及演化过程的绝佳研究对象。本文对中国大洋49航次第五航段(DY49V)在西北印度洋卡尔斯伯格脊天休热液区周边获得的拖网(49V-DR02)玄武岩样品进行了详细的岩石学和矿物学研究,并利用单斜辉石-熔体温压计对玄武岩中单斜辉石的结晶温度和压力进行了估算,用以探讨天休热液区所在洋脊段的深部岩浆过程。结果表明,所研究的玄武岩样品属于拉斑质N-MORB,其中单斜辉石呈鳞片状、树枝状或骸晶状微晶,主要为普通辉石和透辉石。单斜辉石-熔体温压计计算结果显示天休洋脊段单斜辉石结晶温度为1153~1225℃,结晶压力在0.08~0.64GPa范围内,相当于2.6~21.1km的深度,但主要集中在10~16km深度。这说明单斜辉石的结晶温度相对集中,但结晶深度范围变化很大,从浅层上洋壳区域到大洋岩石圈地幔区域均有单斜辉石结晶作用发生,但主要集中在大洋岩石圈地幔区域,暗示天休洋脊段下方洋壳内可能不发育熔体透镜体或岩浆房。天休洋脊段单斜辉石如此深的结晶深度指示天休洋脊段岩石圈地幔厚度厚,地幔部分熔融产生岩浆的终止深度深。在该洋脊段10~16km深处富含高温熔体,为天休热液系统的热液循环提供深部热源。

东太平洋锰结核中叠层石纹层周期信号的谱分析及其意义

利用光学显微镜对一取自东太平洋的光滑型锰结核中的叠层石纹层进行分级统计,得到纹层带、纹层组和纹层对的韵律周期分别约为500μm、50～42.8μm和11～9.0μm。利用电子探针线扫描分析获取了锰结核磨光面上一生长剖面(长0.7mm)的Si、Al、Fe、Mn元素的含量变化序列,运用功率谱分析方法识别出上述4种元素序列具有111.3μm、46.5～40.6μm、24.9～28.1μm、23.1～23.9μm和11.7～13.4 μm的显著振荡周期。除了纹层带周期由于受剖面长度限制没有出现外,显微镜下统计得到的叠层石的纹层组和纹层对周期在元素序列的功率谱分析结果上均得到了反映。通过对锰结核生长速率的讨论,认为锰结核的纹层韵律很可能与地球轨道参数的周期性变化有关,纹层组周期可能对应地球轨道的黄赤交角变化周期,纹层对周期可能对应地球轨道的半岁差周期,所研究剖面叠层石的生长速率约为1.134mm/Ma。

东太平洋多金属结核的叠层石包壳及其沉积环境意义

对东太平洋Ｃ－Ｃ区深海多金属结核的叠层石包壳、多金属结核的表面类型及其分布规律进行了详细研究和合理解释，认为叠层石的形态学特征既是建造叠层石的微生物种类差异的表现，也是环境水动力条件和溶解氧含量不同的反映，这些因素共同决定了多金属结核的表面类型，而南极底流是造成海底水体能量环境、氧化还原电位和微生物种类变化的根本原因．为多金属结核的分布规律和成矿预测提供科学依据。

东太平洋多金属结核中铁、锰元素的分形演化及其意义

运用分形理论,通过建立不同的相空间,计算了东太平洋多金属结核中的铁、锰元素的时间序列在各相空间中的关联分维,并与其在沉积物岩心中的关联分维进行了对比.通过研究发现,多金属结核中铁、锰元素和沉积物中Fe2O3及MnO在分形演化过程中均存在分维吸引子,认为沉积物中的Fe2O3和MnO可以用3个变量来描述,它们可能代表了火山、生物和陆地的三种来源,而描述结核中的铁、锰元素却需要14个变量,反映多金属结核中铁、锰元素的来源和/或赋存非常复杂,至少有14个因素在起作用,可能暗示了结核在形成过程中存在复杂的生物化学作用,为多金属结核的生物成因提供了间接的数学证据,同时也合理解释了结核生长结构所具有的自相似韵律现象.

冲绳海槽南部玄武岩中的流体包裹体成分及其意义

用激光拉曼探针分析了冲绳海槽南部橄榄拉斑玄武岩中的流体包裹体成分。结果表明 ,流体包裹体的主要成分为 CO2 ,此外 ,还有 H2 O、H2 S、CH4 、N2 、C2 H2 、C2 H4 、C3 H8组分。不同宿主矿物 ,其包裹体成分中 CO2 、H2 O和 CH4 的相对含量也不同 ,其中 ,钙长石中包裹体的 CO2 含量最高 ,贵橄榄石中的次之 ,普通辉石中的最少。CH4 和 H2 O的含量趋势与 CO2 相反。根据这 3种宿主矿物中流体成分及其含量变化特点 ,推断这 3种宿主矿物的结晶顺序为钙长石、贵橄榄石、普通辉石 。

中太平洋铁锰结壳灰度序列中米兰柯维奇周期的识别及结壳生长速率的演化

利用数字图像处理方法提取中太平洋海山铁锰结壳(CB14)生长剖面的灰度序列,运用功率谱分析方法揭示出结壳由表及里5个亚层中分别存在多级序的显著周期,它们均能够分别与地球轨道周期(偏心率周期、黄赤交角周期和岁差周期)的级序很好匹配,根据匹配结果获得CB14第1至第5亚层的生长速率分别为2.15、2.70、2.43、2.75、2.67mm/Ma,各亚层的界面年龄分别为1.3、2.5、5.9、6.7、7.5Ma。表明晚中新世以来,结壳的生长速率呈现波动变化,最近1.3Ma以来,结壳的生长速率明显减慢。认为通过识别结壳灰度序列中存在的米兰柯维奇周期可以有效获得结壳各生长阶段的高分辨率生长速率,可以为研究中新世以来古海洋环境的演化提供重要信息。

东太平洋1787柱碎屑组分组合与沉积环境

对太平洋 １７８７ 柱沉积物样品进行了碎屑组分、分布、来源及组合的研究。结果表明，沉积物中的碎屑组分主要是生物来源、海洋自生来源和岩源。重组分以铁锰微结核、生物磷灰石、褐铁矿、磁铁矿、辉石类为主， 轻组分主要是生物蛋白石 （放射虫、海绵骨针等硅质生物壳体或骨骼）、粘土团集物和火山玻璃。根据各碎屑组分在整个柱芯的分布特点及其组合类型的不同， 把 １７８７ 柱分为 ６ 层， 并大致反映沉积环境的氧化还原条件、火山活动特点及底层流活动状况。研究结果能与磁性地层资料、地球化学资料和沉积物构造相互印证， 表明碎屑组分及其组合研究能为恢复沉积环境提供矿物学证据。

东太平洋1787站柱芯碎屑组分的分布及其古海洋学意义

对太平洋１７８７站柱状沉积物进行了碎屑组分分布和来源的研究，并根据碎屑组分的分布特征对火山活动和南极底流活动状况进行探讨。结果表明，沉积物中的碎屑组分主要是生物来源、海洋自生来源和火山源，并推测本柱芯沉积期曾有１１次火山活动期和９次南极底流入侵。在火山活动期，沉积物中火山来源矿物含量显著增加；在南极底流活动期，沉积物中褐铁矿和微结核等形成于氧化环境的矿物含量较高，生物扰动构造发育。所推测的底流活动期在氧同位素曲线上均有明显反映，并与古地磁资料得出的沉积间断基本吻合，表明沉积物的碎屑组分分布特征能间接指示古海洋事件。

西南印度洋脊玉皇山热液区的发现及其热液成矿作用特征

继2007年中国大洋第19航次在超慢速扩张的西南印度洋脊49.6°E附近发现首个海底黑烟囱以来(Tao et al.,2012),2010年,中国大洋21航次第7航段在49.2°E附近中央裂谷南侧的远轴山坡上又新发现一个热液区(韩喜球等,2010;Han et al.,2010),现场命名为玉皇山热液区(位置:49.265°E/37.935°S,水深1443 m)。该热液区位于龙旂热液区(49.65oE/37.79oS)以西40 km。

冲绳海槽中部和南部玄武岩的区域性差异及其成因研究

本文从岩石学和岩石化学角度出发 ,对冲绳海槽中部和南部玄武岩样品进行了对比研究。结果表明中部和南部玄武岩均系亚碱性玄武岩 ,其中前者兼具钙碱性系列和拉斑玄武岩系列两种性质 ,后者则主要属拉斑玄武岩系列。根据岩石化学特征命名 ,中部样品主体为石英拉斑玄武岩 ,南部样品则为橄榄拉斑玄武岩。两区海槽玄武岩岩浆均由下伏地幔岩部分熔融而成 ,但源区地幔性质不均一 ,岩浆演化程度各异。中部样品源区地幔性质为过渡型 ,结晶分异程度较高 ;南部样品源于近亏损或富集型的地幔 ,结晶分异程度较弱 ;另外两区玄武岩样品均受到了不同程度的陆壳物质混染。中、南部海槽玄武岩在岩石学、岩石化学方面的差异与源区地幔性质不均一和岩浆演化程度各异有直接关系。海槽玄武岩构造环境属于过渡洋中脊玄武岩 (张性 )与岛弧玄武岩 (压性 )之间 ,代表的仍是海槽早期的岩浆活动。

晚中新世南海珍贝-黄岩海山岩浆活动及其演化:岩石地球化学和年代学证据

南海海盆15°N附近呈东西向展布的珍贝-黄岩海山被认为是32~17 Ma前南海海盆的残留扩张中心。对采自黄岩海山的两个火山岩样品(9DG,9DG-2)进行了岩石学、地球化学和年代学研究。两个样品的SiO2含量分别为60.3%和63.6%,Al2O3含量分别为17.56%和17.55%,TiO2含量分别为0.48%和0.31%,碱度率分别为3.88和3.62。根据岩石学和岩石化学分类,样品属碱性系列的粗面岩。对稀土元素和微量元素分析表明岩石具有洋岛玄武岩(OIB)型配分型式,轻重稀土总量比(∑c(LREE)/∑c(HREE))和球粒陨石标准化镧镱比((La/Yb)N)分别高达17.22和27.23,并具有铕负异常和锶、磷、钛亏损的特点。样品9DG的锶-钕-铅同位素分析结果为锶-87的含量与锶-86的含量之比值为0.704 183,钕-143的含量与钕-144的含量之比值为0.512 827,铅-206的含量与铅-207的含量之比值为18.686 68,铅-207的含量与铅-204的含量之值为15.679 62,铅-208的含量与铅-204的含量之比值为39.002 61,表明初始岩浆来自软流圈地幔,具有与珍贝海山玄武岩相似的同位素组成。经钾-氩法测年,粗面岩的年龄为(7.77±0.49)Ma,略晚于珍贝海山玄武岩的年龄[(9.1±1.29)^(10.0±1.80)Ma],属于南海扩张期后晚中新世火山活动的产物。对比珍贝海山玄武岩的地球化学和同位素特征,认为两者有相同的岩浆源区,但是它们经历了不同程度的结晶分异过程,在晚中新世期间珍贝-黄岩海山可能有地幔柱活动。

东太平洋CC区多金属结核铂族元素(PGE)地球化学及其意义

文章采用火试金分离富集法和等离子发射光谱(ICP_MS)测定了东太平洋CC区多金属结核中PGE和Au元素的含量,结果显示:结核中PGE相对于洋壳明显富集,尤其是Pt含量较高,wPt平均值为100.90×10-9。各种类型的多金属结核PGE和Au的球粒陨石配分曲线及有关参数非常一致,均表现为Pt正异常和Pd负异常,显示其中PGE和Au具有相似的来源。多金属结核与海底海山富钴结壳PGE配分模式及特征元素比值对比表明,两者PGE可能具有相同的来源,可能主要来源于海底玄武岩的水岩反应,部分来源于铁陨石,而并非主要来自海底热液及正常海水。

南海北部陆坡九龙甲烷礁冷泉碳酸盐岩沉积岩石学特征

本文对南海北部陆坡九龙甲烷礁采集的两个冷泉碳酸盐岩样品TVG-1和TVG-11进行了矿物学、岩石学和碳氧同位素分析研究。X-射线衍射分析(XRD)结果表明,自生矿物主要为文石、白云石和高镁方解石等,碎屑矿物含量较少。TVG-11中存在大量的文石,而TVG-1只保留了已转化为方解石的文石假象,据此可以推断TVG-1的形成要早于TVG-11。扫描电镜(SEM)显微结构特征显示,自生矿物主要是通过细菌的厌氧氧化作用,直接从冷泉中沉淀出来的。碳、氧同位素测试结果显示,碳酸盐岩具有强13C亏损和一定程度的18O富集的特征,TVG-1和TVG-11的δ13C值分别为-46.22‰和-52.88‰,均低于-40‰,表明碳源于微生物作用的甲烷厌氧氧化,是指示该海域存在冷泉的重要证据;TVG-1和TVG-11的δ18O值分别为3.19‰和4.07‰,存在一定程度的18O富集。碳氧同位素和矿物的显微结构特征都说明九龙甲烷礁碳酸盐岩是烃类渗漏微生物作用而形成的自生碳酸盐岩,可能是天然气水合物分解引起的沉积,显示该区存在水合物的可能性很大。

南海东沙东北部甲烷缺氧氧化作用的生物标志化合物及其碳同位素组成

南海东沙东北部碳酸盐岩和泥质沉积物中的生物标志化合物组合及其碳同位素组成分析表明,研究区内甲烷缺氧氧化作用(anaerobic oxidation of methane-AOM)发育。研究区内碳酸盐岩中含丰富的AOM标志化合物,2,6,11,15-四甲基十六烷(Crocetane-Cr.)、2,6,10,15,19-五甲基番茄烷(Pentamethylicosane-PMI)和2,6,10,15,19,23-六甲基二十四烷(Squalane-Sq角鲨烷)的13C亏损强烈(δ13C值介于-74.2‰^-119.0‰PDB之间),表明碳酸盐岩形成于AOM,同时反映该研究区曾发生过强烈、持续的富CH4流体释放活动。柱状泥质沉积物中,AOM生物标志化合物在硫酸岩-甲烷过渡带(SMI—Sulfate-Methane Interface)边界附近相对丰度高,SMI之上样品中含量低,或未检出,表明现代环境在SMI附近有大量嗜甲烷微生物生长,使得深部上升的甲烷被大量消耗,很少有甲烷逸出海底。AOM生物标志化合物可用来指示SMI边界。不同站位、不同岩性AOM生物标志化合物组成(包括碳同位素组成)的差异反映了嗜甲烷古细菌组成的不同。

南海东北部海底沉积物波的形态、粒度特征及物源、成因分析

在南海东北部广泛发育沉积物波。通过高分辨率多波束数据、地震剖面以及重力柱状样,对沉积物波的形态特征、粒度特征、物源以及形成机制进行了分析。研究表明大致以台湾浅滩南海底峡谷为界,北侧为近北东向展布,南侧为近南北向展布。对其分布规律、地貌和形态特征及重力柱状样粒度分析表明这些沉积物波为浊流成因。沉积物波的发育与新生代晚期研究区的构造活动密切相关,自距今6.5 Ma以来台湾造山运动使台湾岛强烈抬升剥蚀,这些剥蚀物为研究区提供了大量的陆源物质,而在南海东北部陆坡区大量发育的峡谷-冲沟系统为陆缘物质向下陆坡的输送提供了良好的通道。研究区西侧的东沙隆起长期处于抬升剥蚀状态,这种抬升剥蚀也为研究区沉积物波的发育提供了部分物源。随着坡度的减缓,浊流沉积物开始堆积,在台湾浅滩南海底峡谷的北侧形成了展布方向与冲沟垂直的沉积物波,而在南侧由于台湾浅滩南海底峡谷发生转向,浊流从水道中漫溢出来,沉积物堆积下来,形成了与原先水道近于垂直的近南北向的沉积物波。

太平洋多金属结核中铁锰矿物分析及成因研究

铁锰矿物是大详多金属结核的重要组成，了解不同类型结核中主要铁锰矿物种类、形态、分布特点和结晶程度等，不仅有助于对锰矿物乃至多金属结核成因的研究，而且对选矿冶炼和资源的综合利用也具有现实意义．本文通过透射电子显微镜等多种手段综合分析与鉴定，指出多金属结核中主要铁锰矿物有钙锰矿、水羟锰矿、水钠锰矿、方锰矿、锰铁矿和针铁矿等．结晶程度普遍较差，钙锰矿结晶相对好于其他矿物，并在粗糙型结核中含量高，外层至核心含量稳定，变化小．水羟锰矿广为分布，但结晶差．铁矿物含量东区低于西区，结核外壳铁含量高于内核．锰矿物分布在叠层石柱体和纹层内，呈束状、纤维状和树枝状，与建造多金属结核的超微生物菌丝体形态一致．粗糙型结核是选冶的主要对象．

南海北部烟囱状冷泉碳酸盐岩的沉积环境分析

对南海北部陆坡具有圈层结构的烟囱状冷泉碳酸盐岩的岩石学、矿物学和地球化学特征进行了研究,结果表明:烟囱内外层具有明显不同的特征,内层碳酸盐含量比外层高,内层的碳酸盐矿物也更富含MgCO3,并且矿物颗粒较大,结晶程度较高;外层的铝、硅等陆源碎屑元素比内层含量高。内外层的碳、氧同位素也具有明显差别。对于研究的两个样品,内层的δ13 C分别为-40.80×10-3和-31.27×10-3,δ18 O分别为2.67×10-3和2.00×10-3,而外层的δ13 C分别为-31.26×10-3和-30.99×10-3,δ18 O分别为0.48×10-3和1.85×10-3。结合前人在该区域附近的研究结果认为,烟囱状碳酸盐岩具有内层比外层相对较负δ13C和较为富集δ18 O的特征。1mm间隔取样的δ13C和δ18 O剖面变化与烟囱状碳酸盐岩的圈层结构吻合较好,由外层至内层δ13C的变化范围为-27.50×10-3～-32.05×10-3,δ18 O的变化范围为0.78×10-3～2.34×10-3。外层6mm的δ13 C和δ18 O具有明显的负线性相关,相关系数r2为0.996 7。根据上述特征,讨论了渗漏甲烷流体的性质、扩散机制及对沉积环境的影响,推测具有圈层结构的烟囱状碳酸盐岩是由单一渗漏通道形成的,生长顺序有待进一步定年证实。烟囱外部6mm受海水影响较大。研究结果对于恢复南海北部陆坡甲烷渗漏系统、建立冷泉和热泉之间的联系具有一定意义。