PACMANUS热液区Fe-Si-Mn羟基氧化物的成因及地球化学特征

分析了东马努斯海盆PACMANUS热液区Roger’s Ruins和Roman Ruins两个热液点之间拖网取得的Fe-Si-Mn羟基氧化物样品的主量、微量和稀土元素含量。Fe-Si-Mn羟基氧化物样品的微量、稀土元素含量很低,Co/Zn比值较小,生长速率非常快,表明Fe-Si-Mn羟基氧化物样品具有明显的热液成因。大部分样品具有明显的正Ce异常（Ce/Ce*值为1.0211.769）,其Ce的正异常范围（lg 3Ce/（2La+Nd）,0.0080.229）低于典型水成成因的Ce的正异常范围（lg 3Ce/（2La+Nd）,0.3520.637）,说明样品受到海水的影响较小。由于出现正Ce异常的样品主要集中在Fe羟基氧化物中,因此,稀土元素的正Ce异常主要受到Fe羟基氧化物的吸附作用和后期成岩作用的影响。TiO2的含量以及Al/（Al+Fe+Mn）比值明显低于火山碎屑物质的TiO2的含量和Al/（Al+Fe+Mn）比值,表明样品中几乎没有火山碎屑物质的贡献。样品中高含量的Ba很可能来自散落于Fe-Si-Mn羟基氧化物样品中的重晶石以及钡镁锰矿。较高含量的Pb说明早期形成的硫化物并没有带走大量的Pb,相反这些Pb随热液流体喷出进入Fe-Mn羟基氧化物。

PACMANUS热液区Si-Fe-Mn氧化物的Sr、Nd、Pb同位素特征及其对热液活动的指示

无定形Fe和Mn氧化物以及硅的沉积体广泛分布于洋中脊、弧后盆地和海山等不同地质背景的海底热液区（Binns et al., 1993; Hein et al., 2008; Dekovet al., 2010）。

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.

岩浆热液白钨矿氧同位素组成研究:对流体源区与演化过程的示踪

南岭地区中生代发育大量岩浆热液型钨矿床,但是成矿岩体类型、侵位深度以及围岩性质存在差异,且成矿过程中受多期流体活动与大气降水的影响,流体源区与演化过程复杂。本文对不同类型钨矿床中多阶段白钨矿进行了氧同位素组成分析,研究结果显示与S型花岗岩侵入相关的白钨矿氧同位素值最高(5.7‰~7.8‰),A型花岗岩侵入相关的最低(2.9‰~4.5‰),I型花岗岩侵入相关的落在二者之间(5.6‰)。不同类型钨成矿早期流体均主要为岩浆水,后期成矿过程中外来流体贡献不同,其中大气降水对夕卡岩和云英岩型钨矿化影响较小,而石英脉型矿化存在较大比例的大气降水的加入。此外,单颗粒石英脉型白钨矿的氧同位素组成也存在较大的不均一性,核部到边部逐渐降低的趋势反映了多期次的流体活动。综合分析认为,早期结晶的白钨矿尽管经历岩浆分异、流体出溶与热液沉淀,仍保留岩浆熔体的部分氧同位素特征,而早—晚阶段白钨矿氧同位素组成的变化详细记录了流体源区特征与演化过程。夕卡岩与云英岩型白钨矿形成主要与强烈的水岩反应相关,而石英脉中白钨矿沉淀主要与大量的大气降水加入有关。

南大西洋赤狐热液区硫化物特征及成矿机制

赤狐热液区是中国科研人员在南大西洋中脊首次发现的拆离断层型热液区。该区位于拆离断层的下盘,目前发现2个热液点,围岩类型为基性玄武岩。利用ICP-OES、ICP-MS、LA-ICP-MS等方法对2019年获得赤狐热液区硫化物样品开展详细的矿物学和地球化学研究,结果显示该区包括块状、角砾状、浸染状三类硫化物。与其他拆离断层型热液区相比,赤狐热液区上2个热液点具有明显不同的化学特征;全岩的主微量、黄铁矿的微量元素以及热液区硫化物的硫同位素特征明显指示,赤狐热液区可能受到基性与超基性岩的共同影响。热液区2个热液点的差异指示了同一个热液系统不同时期产出硫化物有差异及遭受后期改造的不同。

西南印度洋中脊热液区岩石声学特性

西南印度洋中脊(Southwest Indian Ridge,SWIR)热液区具有潜在发育的大规模硫化物矿床,当前正在开展SWIR硫化物矿产资源评价。测量分析硫化物和不同围岩的声速等物性特征是硫化物近底地震勘探资料处理和解释的基础。该文对西南印度洋中脊热液区的硫化物和围岩等样品进行了系统的物性测量,结合岩石物性(包括密度、孔隙度、P波速度)与矿物组成,深入分析了西南印度洋中脊热液区岩石声速变化特性及其影响因素。结果表明,SWIR热液区围岩的P波速度受到岩石骨架矿物、孔隙和围压的影响。由于岩石孔隙度总体偏小,对P波速度的影响并不显著,但围压的增加使岩石微裂缝和孔隙逐渐闭合,P波速度呈非线性指数变化。蚀变作用导致了矿物成分改变,是影响围岩声速的最关键因素。单一物性参数测量结果可能存在多解性,联合波速、密度、磁性和电性等多物性参数测量有利于岩性区分。该研究成果有助于识别硫化物和围岩,为我国西南印度洋合同区多金属硫化物地震勘探工作提供重要支撑。

PACMANUS热液区Si-Fe-Mn氧化物的显微结构特征及其形成机制

热液喷口通常沿着洋中脊和弧后盆地等构造环境的扩张中心分布,是海水下渗过程中形成一种酸性、还原性和富含金属的流体上涌形成。热液流体喷出海底后,形成的氧化还原条件和p H梯度有利于硫化物、氧化物的沉淀和微生物的生长,微生物运用氧化还原梯度获取新陈代谢所需的能量(Jannasch,1995)。还原性的Fe2+离子是热液流体中喷出的一种常见的金属离子,这种离子通过热液与周围氧化性海水接触后被氧化成Fe3+。

冲绳海槽唐印热液区中硬石膏的化学及其硫同位素组成

硬石膏是最早构成热液烟囱体壁的矿物之一,其对于了解流体-海水混合以及海底热液系统中元素的迁移与循环具有重要的意义。为此,对西太平洋冲绳海槽唐印热液区中的硬石膏,进行了微区原位元素以及硫同位素组成分析。根据硬石膏的结晶形态,可以将硬石膏分为两种类型:较早形成的I型硬石膏,其呈半自形或他形晶,似针状、放射状及不规则晶的集合体产出;较晚形成的II型硬石膏,其呈自形晶,以板状及粒状晶的集合体产出。当热液流体初次遇到海水时,将快速沉淀形成I型硬石膏,并构成了热液烟囱体的壁。随后,II型硬石膏经历了一个相对充分的生长阶段。同时,硬石膏中的Ba、Al、Sr、Ni、Fe、Mn和Cr含量明显高于海水,表明产生硬石膏沉淀的热液流体来自于海底面以下,是经历了流体-岩石和/或沉积物相互作用的流体。硬石膏的Mg含量明显分别低于海水和高于喷口流体,表明其是流体-海水混合的结果。I型硬石膏,其Sr含量明显低于II型硬石膏,表明在形成自形、板片状或粒状硬石膏的期间,来自热液流体的Sr,主要进入II型硬石膏中。硬石膏的Fe、As、Sr、Ba和Pb含量,明显高于冲绳海槽喷口流体的,则表明这些来自流体中的元素更容易随着硬石膏的沉淀而进入硬石膏中,并导致硬石膏富集该类元素。硬石膏的稀土元素组成及其配分模式,具正Ce和负Eu异常的特征,其是流体在海底面以下从火山岩和/或沉积物中淋滤出来,并经历了流体-海水混合作用的结果。此外,在流体-海水混合期间,硬石膏中的硫主要来自海水。

冲绳海槽唐印和第四与那国热液区热液产物中烷烃组成和来源

通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)和气相色谱-同位素质谱仪(GC-IRMS),分别分析了冲绳海槽南部唐印和第四与那国热液区热液硫化物与热液沉积物中烷烃含量和正烷烃单体碳同位素组成特征。热液产物样品中正烷烃显示出明显的双峰分布,高分子正烷烃显示出明显的奇数碳优势,其丰度最大值位于C_(31)处;低分子正烷烃显示出偶数碳优势,其丰度最大值位于C_(18)处。正烷烃的分布特征以及正烷烃碳同位素组成表明,样品中正烷烃主要来源于热液微生物代谢活动和陆源高等植物的输入,其中,低分子的正烷烃主要来源于热液微生物代谢活动,而高分子的正烷烃主要来源于陆源高等植物。热液硫化物样品中低分子正烷烃含量和比重都高于热液沉积物,表明热液硫化物中热液微生物活动可能更加繁盛。热液硫化物中正烷烃单体的δ^(13)C表现出随碳原子个数增加,同位素值减小的趋势,暗示该区非生物合成有机质的贡献可能不能忽略。

冲绳海槽中部热液区地形复杂度研究

基于中国科学院海洋研究所“科学”号综合考察船在冲绳海槽中部热液区采集的高分辨率海底地形数据,建立地形复杂度综合分析模型,利用窗口序列分析法以及均值变点分析法,分析了冲绳海槽中部热液区的地形复杂度。结果发现,研究区内平均地形复杂度指数为1.74,热液活动区地形复杂度指数在1.4~3.2之间,热液活动区地形相对复杂。这为计算全球海底热液区地形复杂度和寻找热液活动区位置提供了新的思路。

现代海底热液区重晶石的地球化学特征及其影响因素

重晶石是海底热液活动产物之一,其化学元素及Sr、S、O同位素组成可以有效地揭示热液流体的演化过程。本文通过分析研究全球23个热液区中重晶石的化学元素和Sr、S、O同位素组成,探讨了热液区重晶石的元素富集特征,以及沉积物、岩浆、微生物对重晶石的影响因素。结果表明:高温比低温使Sr更容易进入重晶石晶格,重晶石晶型和元素组成特征指示了不同的成矿条件;板状重晶石具有较高的SrO/BaO比值,反映了较高温的成矿条件;柱状重晶石具有较低的SrO/BaO比值,反映了较低温的成矿条件。研究推测Ca类质同象替代Ba的程度可能也受温度的影响。重晶石中的^(87)Sr/^(86)Sr、δ^(34)S、δ^(18)O值变化范围较大,分别为0.70373~0.71749、3.7‰~36.1‰、3.3‰~18.8‰,表明不同热液区成矿流体受沉积物、岩浆作用、微生物作用等多种因素的影响。受沉积物来源影响的Sr、S使重晶石的^(87)Sr/^(86)Sr值及δ^(34)S值偏高,温度和热液-沉积物反应程度是主要控制因素;受岩浆来源的SO2的歧化作用和后期H_(2)S的氧化作用影响重晶石的δ^(34)S值,扩张中心的演化程度是岩浆影响重晶石δ^(34)S值的主要控制因素;微生物还原作用伴随着S、O同位素分馏,直接影响重晶石的δ^(34)S和δ^(18)O值,沉积环境条件和初级生产力是主要控制因素。

湘南多金属矿集区岩浆热液成矿作用研究进展

南岭成矿带中段湘南地区广泛出露中酸性岩浆岩,具有面积广、规模大、成矿独特等特征。岩体周缘多分布世界级的超大型‒大型钨锡铅锌矿床等,因其特有的成矿作用使之成为国内外研究华南陆内成矿作用的典范。在大量收集该区成矿花岗岩岩石学数据、成岩‒成矿年代学、同位素地球化学等数据的基础上,对比研究了湘南多金属矿集区多矿床成矿岩体主量、微量、稀土元素、Sr-Nd-Hf同位素、成岩成矿年代学和稳定同位素组成特征,分析探讨了该区成岩成矿作用、成矿专属性、成矿物源和动力学背景等。结果表明:岩体的主微量元素特征指示湘南花岗岩类型复杂且均有明显的成矿专属性,多金属成矿作用与花岗岩具有密切的时空关系,成岩时代的峰值介于240~230 Ma(印支期)和160~150 Ma(燕山期)两个区间,多金属成矿高峰期为燕山早中期;稳定同位素组成指示成矿物质主要来源于岩浆,后期受地层和大气降水的混染作用明显。Sr-Nd-Hf同位素显示该区花岗岩的源区以壳源为主,兼有少量幔源混合的特征。综合研究认为,今后需进一步深化多金属复合成矿机理、岩浆演化、构造系统与岩浆热液成矿系统的联合控矿机理等方面的深入研究,揭示成岩成矿构造的深延格局,为深部找矿预测奠定基础。

冲绳海槽CLAM热液区低硫逸度热液成矿

冲绳海槽是琉球俯冲系统的重要组成部分,该区热液硫化物研究对揭示非成熟弧后盆地内部热液成矿作用特征具有重要意义。CLAM热液区位于冲绳海槽中部(27°33′N、126°58′E),大量研究表明,该区成矿作用特征与海槽其他热液区存在显著差异,但其成因尚不明确。对CLAM热液区硫化物矿物组成、共生组合关系及闪锌矿微区元素组成进行了系统分析测试,在此基础上提出,该区特殊的矿物学特征及矿物化学组成可能受热液流体硫逸度控制。本文研究样品为富Fe型块状硫化物,主要由磁黄铁矿及低温闪锌矿组成,磁黄铁矿的大量结晶暗示着该区热液流体具有低硫逸度特征。热液成矿过程中,流体温度及硫逸度经历了由低到高的演化。闪锌矿中极高的Fe含量同样受控于该区流体低硫逸度条件,计算结果表明,热液流体的硫逸度值为–15,与其他受沉积物影响的热液活动区一致。流体-沉积物反应过程中,沉积物中有机质的分解可能是导致CLAM热液区热液流体硫逸度系统性降低的主要原因。

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、Se、As、Sb元素含量。在龙旂热液区的物理化学条件下,热液流体中金的主要存在形式为Au(HS),HS-浓度的降低和pH值升高均会促进金的沉淀。龙旂热液区早期热液流体与海水的混合造成热液流体pH值升高,而混合作用导致的热液流体温度降低会促使黄铁矿(Py1)的结晶,从而促使热液流体中HS-浓度的降低,热液流体pH值升高和黄铁矿结晶(Py1)引起的硫逸度降低是龙旂热液区自然金沉淀的主要机制。

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AgCl_(2)^(-),高温热液与海水混合作用导致的温度和Cl^(-)浓度降低以及pH值的升高是导致自然银沉淀的主要影响因素。

大西洋中脊TAG热液活动区海底热液沉积物的硫同位素组成及其地质意义

对 1 98 8年取自大西洋中脊TAG热液活动区的海底表层热液沉积物中 36件硫化物样品进行了硫同位素组成分析。结合ODPLeg1 58的近期成果 ,对TAG区热液沉积物的硫同位素组成及其时空演变、硫源、硫同位素偏重的原因和硫的演化进行了探讨 ,得出如下结论 :( 1 )TAG区表层热液沉积物的δ34S值从 3 9‰— 7 6‰变化 ,均值为 5 98‰ ,与其它洋中脊热液活动区相比明显偏重。 ( 2 )从海底表层区到蚀变玄武岩区 ,热液沉积物的硫同位素组成有增大的趋势 ,而时间对热液沉积物的硫同位素组成则没有明显的控制。 ( 3)热液沉积物中硫主要来自玄武岩 ,部分来自海水硫酸盐 ,是海水硫酸盐和玄武岩中硫不同程度混合的结果 ,且各硫源在不同阶段提供硫的比例分配和方式明显不同。 ( 4 )与其它无沉积物覆盖洋中脊中热液活动区相比 ,相对较大比例海水来源硫的加入是导致TAG区硫同位素组成偏重的一个重要原因 ,而TAG区具备有利海水硫酸盐还原作用进行的温度和水 /岩比值条件则是促使该区热液沉积物中海水来源硫相对较多的主要原因。 ( 5)海水的直接混入、流体 -玄武岩相互作用、先期形成硫化物的重溶作用和硫酸盐矿物的还原作用是海水和玄武岩直接或间接提供硫的主要方式 ,也是导致本区硫同位素演化复杂化的主要原因 ,且硫的演化?

湖北金山店大型矽卡岩型铁矿热液榍石特征和原位微区LA-ICPMS U-Pb定年

本文对湖北金山店大型矽卡岩型铁矿床的矽卡岩和钠长石化岩体中的热液榍石进行了LA-ICPMS微量元素和UPb同位素定年分析,结果表明,与方柱石和透辉石矽卡岩中的榍石相比,钠长石蚀变岩中的榍石具有明显偏低的稀土元素含量和明显的轻重稀土分异、更小的δEu值、较低的Th、U、Lu含量和Th/U、Lu/Hf比值,以及高的Hf含量,表明二者的形成环境有所差异。热液榍石中的Ti可能主要来自于蚀变过程中岩体含Ti副矿物榍石、钛铁矿和金红石等矿物的分解。热液榍石原位微区LA-ICPMS U-Pb定年结果表明,矽卡岩和钠长石蚀变岩中的榍石形成时代分别为129.5±1.1Ma^130.4±1.2Ma和127±12Ma,与前人所得的成岩成矿时代在误差范围内一致,代表了成矿阶段的热液活动时间。热液榍石的年龄与鄂东南地区铁-铜矿化类型时代相近,均形成于区域早白垩世岩石圈减薄的环境。研究结果表明热液榍石原位微区LA-ICPMS U-Pb定年是确定矽卡岩型铁矿矿床年代的一种有效方法。

广西古袍金矿区花岗斑岩侵入期后多期热液成矿作用的Ar-Ar年龄证据

古袍矿区的花岗斑岩出露于古袍复向斜西部扬起部位。围岩地层主要为寒武系水口群浅变质砂岩、粉砂岩、硅质岩及板岩、千脉岩和碳质页岩。花岗斑岩和花岗斑岩内的石英脉体中石英样品的^40Ar／^39Ar年龄数据表明，^40At／^39Ar坪年龄值在187．87±1．53Ma至244．88±2．48Ma之间，是加里东期花岗斑岩成岩作用之后，海西、印支或者燕山早期多期构造热液作用的产物。金矿化与花岗斑岩成岩后的多期次构造热液作用有关。主要受控于断层破碎带及其中充填的石英脉和黄铁矿化。

中印度洋海岭Edmond热液区块状硫化物中自然金的发现及其意义

位于中印度洋中速扩张洋脊的Edmond热液区块状硫化物矿石样品主要分为以黄铁矿-黄铜矿为主的富Fe块状硫化物、热水沉积成因的富含硅质块状矿石和以硬石膏为主的硫酸盐矿石等3种不同类型。通过扫描电镜观察和X射线光电子能谱分析,在硫酸盐矿石和富Fe块状硫化物中首次发现了自然金,最大粒径可达20μm左右,主要呈不规则粒状或板状与硬石膏、闪锌矿等硫化物颗粒紧密共生,少量以次显微金形式沉淀在自形黄铁矿晶体表面。电子探针分析结果显示,晚期形成于中低温条件下的贫Fe闪锌矿中Au富集程度普遍较高(平均含量约为6700×10-6);Ag主要以类质同象形式赋存于与闪锌矿、黄铜矿伴生的硫盐矿物中(5.0%～6.7%Ag),这表明贵金属元素的富集成矿作用与海底热液活动晚期的中低温成矿阶段有关。推断Au在该研究区以高温、酸性和氯度较高为特征的热液流体中主要呈AuCl2-或AuHS0形式迁移。而海水与热液流体混合、喷口流体发生相分离以及传导冷却作用,被认为是导致Au有效沉淀的重要控制因素。