西南和中印度洋洋脊热液硫化物的成矿作用研究

发布时间：2017-05-08 07:17

  本文关键词：西南和中印度洋洋脊热液硫化物的成矿作用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以西南印度洋脊(SWIR,46.9°E,63.5°E)和中印度洋脊(CIR,69.6°E)三个热液活动区为研究对象,系统研究了硫化物的矿物学、元素地球化学以及同位素地球化学特征,探讨了慢速-超慢速扩张洋脊热液区金属硫化物的成矿机制与特征。主要研究成果包括：(1)厘定了SWIR和CIR三个热液区硫化物的矿物组成SWIR和CIR三个热液区硫化物中的矿物主要为磁黄铁矿、黄铁矿、白铁矿、黄铜矿、等轴古巴矿、闪锌矿以及铁的氧化物(针铁矿／纤铁矿,非定型铁的氧化物等),其次含有少量的重晶石、石英、铜蓝、未知的Zn-S-Cl-0矿物,微量的铅矾、自然金、自然硫。但不同热液区硫化物组成不同,尤其是SWIR和中印度洋脊相比,差别较大,而SWIR两个热液区差别较小。SWIR 46.9°E热液区硫化物为停止喷溢活动已久的烟囱体碎块,这反映了超慢速扩张脊的特点,即硫化物可以保存相当长的时间。硫化物为富Fe型高温矿物(335℃),矿物组合以磁黄铁矿、黄铁矿、针铁矿为主,其次是黄铜矿,黄铜矿出溶等轴古巴矿现象普遍,白铁矿和闪锌矿少量,此外还检测到了自然金的颗粒。SWIR 63.5°E与SWIR 46.9°E热液区硫化物的组成较为相似,同样属于富Fe型高温硫化物,也是停止喷溢活动已久的烟囱体碎块,硫化物经历了相当程度的氧化蚀变。不同的是,该区矿物组合以白铁矿为主(存在两个世代的白铁矿),其次是等轴古巴矿,未见闪锌矿和磁黄铁矿、针铁矿,铁的氧化物大多为非定型的铁氧化合物。CIR Edmond热液区硫化物与SWIR差别较大,与其它无沉积物覆盖洋脊区也不同,具体表现为大量闪锌矿以及少量铅矾的出现。这里既发育典型的高温富Fe型硫化物也存在中高温的富Zn型硫化物以及低温富Ca硫酸盐矿物。硫化物以闪锌矿,黄铁矿为主,其次是少量的黄铜矿,重晶石,未知的Zn-S-Cl-0矿,以及微量的铅矾,铜蓝和自然硫；富Ca硫酸盐矿物主要为硬石膏和黄铁矿／白铁矿,其次是极少量的黄铜矿。与SWIR相比,该区成矿(热液)温度整体较低。(2)确定了矿物的生成顺序,划分了热源成矿作用阶段49.6°E热液区硫化物成矿期主要划分为3个阶段：1)黄铁矿+黄铜矿+磁黄铁阶段→2)黄铁矿+闪锌矿阶段→3)胶状黄铁矿阶段→4)铁的氢氧化物(针铁矿／纤铁矿,非定型铁的氧化物等)。此外,该区经历了多期次热液活动,成矿温度表现为高温→中高温→低温的变化；SWIR 63.5°E热液区硫化物矿物生成顺序为：早期它形白铁矿阶段→等轴古巴矿阶段→自形白铁矿阶段,表明硫化物最初形成于高温热液喷溢环境,但热液活动没有经过较长时间自高温向低温逐渐衰退过程,而是快速停止,然后又经历了较长时间海水蚀变作用的改造；CIR Edmond热液区硫化物成矿作用大体可以分为三个阶段：1)硬石膏+黄铁矿阶段→2)黄铁矿+闪锌矿+黄铜矿阶段→3)胶状黄铁矿+铜蓝+重晶石阶段,成矿温度总体上是由高温到低温逐渐演化,但成矿期间发生过周期性变化,甚至不排除间歇性喷溢的可能。在富Zn型硫化物中存在有大量管状生物遗迹,标志着低温弥散流活动普遍；未知富Zn-Cl-O的矿物是该区热液流体极高氯度在矿物学上的反应。推测深部岩浆对浅部洋壳侵位是该区产生独特热液硫化物的根本原因。(3)根据硫化物矿物的化学组成特征,探讨了成矿环境条件SWIR 49.6°E热液区黄铁矿形成于相对贫硫环境,且三个成矿阶段的黄铁矿成分表明其成矿温度依次降低。该区磁黄铁矿属于富钴贫镍型磁黄铁矿,经历了六方磁黄铁矿+黄铁矿→单斜磁黄铁矿+黄铁矿的变化,表明热液流体经历了快速降温过程。闪锌矿均为富铁闪锌矿,Fe的含量变化范围较大,反映其成矿环境变化剧烈。等轴古巴矿在SWIR 49.6°E热液区中三个样品中均可见,其微量元素富集特征与黄铜矿相近,均表现为富集Pb和Mo元素。SWIR 63.5°E热液区硫化物中不同形态白铁矿中元素含量差别不大,均富集Au、Cu、Pb和Mo等元素,其中w(Au)最高为0.13%,w(Zn)最高为0.15%。CIR 69.6°E热液区富Fe型硫化物的成矿作用温度高于富Zn型硫化物。在同属富Zn型硫化物的两个世代的黄铁矿中,富集元素的特征也有着微弱的差异,后期形成的胶状黄铁矿中含有“杂质”元素较多,Zn和Pb的含量明显高于较早期形成的黄铁矿(4)分析了金属元素的富集特征,划分了硫化物的成矿类型SWIR 49.6°E和63.5°E两个热液区的硫化物均表现为较高含量的Fe,较低含量的Cu和Zn;在微量元素组成上,较为明显富集Co和Mn;其中SWIR49.6°E热液区硫化物中Au的含量异常高(平均43.63 ppm)；可以将SWIR硫化物命名为Fe-Co-Au型硫化物元素。CIR Edmond (69.6°E)热液区硫化物中Fe、Zn和Ca的含量比例差不多,微量元素组成上表现为富集Pb、Ba、Si、As和Ag(最高值115.5 ppm)等元素,可以将CIR热液区硫化物命名为Fe-Zn-Ag型硫化物。SWIR 49.6°E和CIR热液区硫化物的稀土元素配分曲线均表现出LREE富集和正Eu异常,REE总量介于当地玄武岩和海水之间,表明REE主要源自海水对玄武岩的淋滤。CIR热液区硫化物中突出的正Eu异常,应是Eu2+替代Ba2+和Sr2+而进入重晶石晶格所致。印度洋与其他洋脊区热液硫化物相比,稀土元素总量较高,反映在热液循环系统中,水-岩反应的时间长,导致热液中来自岩石的元素组分大,这与印度洋慢速-超慢速扩张脊这种大的构造环境是一致的。(5)根据Pb和S的同位素组成特征,分析了热液成矿作用的物质来源及成矿作用过程印度洋脊三个热液区的硫化物中的Pb同位素组成均与印度洋中脊玄武岩一致,说明Pb主要来自岩水反应。相对于SWIR 49.6°E热液区硫化物,SWIR63°E和CIR Edmond热液区硫化物中的Pb同位素具有相对较少的放射成因。SWIR 49.6°E热液硫化物中的S主要来自幔源S或海水对玄武岩的直接淋滤,这部分S约占总S的81%左右,很可能有岩浆后期热液直接进入了热液循环系统。SWIR 63.5°E热液区硫化物中的S主要来自海水(海水还原硫约占总硫的59%),说明热液系统处于海水对流的不稳定状态。另外,异常高的δ34S值也可能与该区可能存在的长英质火山岩或残留陆壳有关。CIR Edmond热液区硫化物中δ34S值表现出较多的重硫组成和大的变化范围,说明该区该下渗海水活跃,来自深部的热液流体与下渗海水混合作用强烈,海水还原硫最高可达80%以上,反映多裂隙和极不稳定的构造环境。印度洋不同脊段热液区硫化物呈现出不同的矿物类型,这与其围岩的类型、热源驱动、有无深部岩浆侵入以及洋壳渗透率(断裂发育)有关,这为研究超慢速扩张脊热液活动及成矿作用提供了新的思路。在岩浆供应充足区,硫化物以高温矿物为主,比如SWIR 49.6°E和63.5°E,而在CIR Edmond热液区由于深部海底高温热液流体与下渗海水的强烈混合导致其中低温以及低温矿物的形成。而硫化物中S的来源除了与围岩组成有关,热液流体与下渗海水的混合程度也至关重要。
【关键词】：印度洋脊 热液硫化物 矿物学 地球化学 成矿作用
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P744
【目录】：

• 摘要5-9
• Abstract9-14
• 1 前言14-29
• 1.1 研究工作意义14-16
• 1.2 调查研究现状及重要科学问题分析16-25
• 1.2.1 海上调查16-19
• 1.2.2 区域研究工作现状19-23
• 1.2.3 重要科学问题分析23-25
• 1.3 选题依据与主要研究内容25-29
• 1.3.1 选题依据25-26
• 1.3.2 主要研究内容26-27
• 1.3.3 主要工作量27-29
• 2 样品及测试分析方法29-33
• 2.1 采样站位及手标本描述29-30
• 2.2 测试分析方法30-33
• 3 区域地质概况33-40
• 3.1 SWIR热液区地质构造特征34-37
• 3.2 CIR热液区地质构造及地形地貌37-40
• 4 硫化物的矿物组成及结构构造40-67
• 4.1 SWIR 49.6°E热液区40-50
• 4.1.1 矿物组成40-41
• 4.1.2 矿物结构与构造41-48
• 4.1.3 矿物的生成顺序及成矿阶段48-50
• 4.2 SWIR 63.5°E热液区50-52
• 4.2.1 矿物组成50-51
• 4.2.2 矿物的生成顺序及成矿作用阶段51-52
• 4.3 中印度洋脊Edmond(69.6°E)热液区52-65
• 4.3.1 矿物组成52-53
• 4.3.2 矿物的结构构造53-62
• 4.3.3 生物遗迹62-63
• 4.3.4 富Ca硫酸盐矿物学特征63-64
• 4.3.5 矿物的生成顺序及成矿阶段64-65
• 4.4 小结65-67
• 5 矿物的化学成分特征67-92
• 5.1 西南印度洋脊49.6°E热液区67-79
• 5.1.1 Fe-S系列矿物的化学组成67-73
• 5.1.2 Zn-S系列矿物的化学组成73-76
• 5.1.3 Cu-Fe-S系列矿物的化学组成76-79
• 5.2 西南印度洋脊63.5°E热液区79-82
• 5.2.1 Fe-S系列矿物79-81
• 5.2.2 Cu-Fe-S系列81-82
• 5.3 中印度洋脊69.6°E热液区82-88
• 5.3.1 Fe-S系列矿物82-84
• 5.3.2 Zn-S系列矿物84-86
• 5.3.3 Cu-Fe-S系列矿物86-87
• 5.3.4 铅矾87-88
• 5.4 矿物典型结构的成矿作用指示意义88-90
• 5.4.1 黄铁矿中的“闪锌矿斑点”88-89
• 5.4.2 闪锌矿中的“黄铜矿病毒”和“黄铁矿病毒”89-90
• 5.5 小结90-92
• 6 硫化物的元素地球化学特征92-103
• 6.1 常微量元素93-97
• 6.1.1 西南印度洋49.6°E热液区硫化物化学组成93-94
• 6.1.2 西南印度洋63.5°E热液区硫化物的化学组成94
• 6.1.3 中印度洋脊Edmond(69.6°E)热液区硫化物的化学组成94
• 6.1.4 印度洋三个热液区硫化物地球化学对比94-95
• 6.1.5 不同地质环境下硫化物化学组成95-97
• 6.2 稀土元素97-101
• 6.2.1 稀土元素97-100
• 6.2.2 物源分析100-101
• 6.3 小结101-103
• 7 热液/硫化物的同位素组成及成矿物质来源分析103-111
• 7.1 铅同位素103-107
• 7.1.1 铅同位素组成103-104
• 7.1.2. 铅的来源104-107
• 7.2 硫同位素107-110
• 7.2.1 硫同位素组成107-108
• 7.2.2 硫的来源108-110
• 7.3 小结110-111
• 8 结论111-114
• 参考文献114-136
• 个人简历136-137
• 攻读博士期间发表的学术论文137

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