东太平洋海隆13°N附近热液产物的化学组成变化及其控制因素研究

一直以来对海底热液产物形成过程中的物质来源和流体条件问题存在争议，缺少对热液产物中铂族元素和稀土元素赋存状态的了解，不清楚海水对热液产物的后期改造情况，严重制约了对海底热液产物形成机理和资源潜力的认识。因此，本申请项目拟以东太平洋海隆13oN等地的热液产物（指热液烟囱物样品和块状硫化物样品等）为对象，从研究热液产物的结构构造、矿物组合和化学组成入手，重点分析热液产物中微量元素（如，Au、Ag、分散元素等）的分布情况、赋存状态、来源及其时空变化特点，探讨热液产物形成过程中温度条件、热液-海水混合程度以及热液产物形成后的海底风化作用等对热液产物化学组成变化的影响情况，进而了解热液产物中控制元素含量变化的原因，揭示海水作用对热液产物化学组成的改造特点，为海底热液多金属硫化物的资源评价、开发和利用等工作提供研究基础，有助于深化对热液系统形成演化和海底热液成矿作用的认识。

项目以东太平洋海隆13°N等地的热液产物（热液硫化物、热液烟囱体、热液氧化物、热液蚀变岩石等）为主要研究对象，进行了结构构造、矿物组合和化学组成等方面的研究，分析了热液产物中微量元素的分布情况、赋存状态、来源以及时空变化特点，揭示了岩浆动力学过程对热液产物化学组成的控制机制和海水作用对热液产物化学组成的改造特点。东太平洋海隆13°N附近的海底枕状玄武岩表面经历了广泛的高温热液蚀变，其下部地幔中存在不同来源深度和熔融程度的岩浆混合作用。该区附近的沉积物岩芯所记录的信息显示，海底热液活动程度逐步加强且在近期保持稳定。东太平洋海隆13ºN附近热液硫化物主要由黄铁矿、白铁矿、闪锌矿、纤锌矿、黄铜矿和等轴古巴矿组成，属于富Zn热液硫化物，具有相对高Au含量，低Co、Ni、Sr、Cs、Ba、Bi和U含量的特点。从低温矿物组合到高温矿物组合，热液硫化物中的分散和稀有元素含量在空间上的分布发生了相应的变化。热液硫化物中Cd、Cs和P等元素含量的变化分别受锌、铁和铜硫化物的控制。海底风化作用使得该区热液硫化物中含次生氧化矿物的红褐色硫化物氧化层中V、Mn和REE等元素相对富集。东太平洋海隆13°N附近热液硫化物中的S和Pb，均主要来自上部洋壳岩石-玄武岩。从高温到低温，海水对热液产物形成过程中的元素和硫、铅同位素组成的影响逐渐增加，致使东太平洋海隆13°N热液硫化物中Fe含量和δ34S值逐渐增加，Zn含量和铅同位素比值逐渐减小。此外，课题执行过程中，还先后提出了海底热液地质学的构架，总结了海底热液活动及其成矿的分布与环境，研究了热液硫化物中微量元素的测定方法，探讨了自然硫烟囱体、硫磺球、Fe-Si-Mn氧羟化物热液产物的形成机制。以上研究，使我们对热液系统形成演化和海底热液成矿作用有了深入的认识。