中印度洋中脊Kairei热液区热液产物的元素迁移富集机制研究

The element enrichment process of the hydrothermal precipitates has become a research focus in modern seafloor hydrothermal mineralization. The project will use the massive sulfide, sulfide chimney and breccia samples obtained from the ultramafic-hosted Kairei field in the Central Indian Ridge to study the characteristic of sulfide mineral assemblage, minor and trace element enrichment and their combined form. The project will obtain temporal-spatial evolution characteristics and process of the element in the typomorphic minerals in different mineralization stages and their control factors.Use micro probe analysis data to investigate the temporal-spatial distribution of the major and trace element and discuss the chemical-physical factors to control the element enrichment under the hydrothermal process will constitute the innovations of the project. This project will lead to a better understanding of the ore-forming mechanism of the ultramafic-hosted massive sulfide deposit, and also provide a theoretical basis for the elaboration of seafloor massive sulfide deposits exploration and prospecting.

热液产物的元素富集机制研究是现代海底热液成矿作用研究的重点内容。本项目选取中印度洋中脊超镁铁岩Kairei热液区所获取的硫化物烟囱体、块状硫化物、矿化角砾等样品，开展热液产物的矿物共生组合和主微量元素富集特征研究，获取热液流体-海水混合过程中元素的赋存形态特征，阐明各成矿阶段矿物标型中的元素时空分布规律与控制要素，探讨超镁铁岩硫化物矿床的元素迁移富集机制。对热液产物主微量元素富集和赋存形态进行分析，从矿物微区主微量元素的时空分布入手探讨元素的迁移富集过程，以及热液成矿过程元素富集的物理化学条件制约探讨构成本项目的特色与创新之处。研究结果将有助于深入认识现代海底热液活动过程和超镁铁岩硫化物矿床成矿机理，可以为我国海底多金属硫化物资源的勘查和评价提供理论基础。

热液产物的元素富集特征及其控制因素是现代海底热液成矿作用研究的重点内容，同时也是海底多金属硫化物资源找矿勘查迫切需要回答的重要问题。本项目紧紧围绕洋中脊超镁铁岩和镁铁岩型两类海底多金属硫化物矿床元素迁移富集机制这一研究目标，利用传统的成因矿物学和先进的激光剥蚀-电感耦合等离子质谱（LA-ICP-MS）原位分析等实验分析技术手段，成功解决了不同成矿阶段矿物标型元素富集和赋存形态演化特征、元素富集规律及其控制要素的提取等关键科学问题，在大洋中脊海底热液成矿机制等方面取得了具有较强创新性的认识。获得主要认识包括两个方面：（1）揭示了中印度洋脊超镁铁岩型硫化物矿床的成矿类型和元素富集规律。通过对热液硫化物成矿阶段的厘定和元素迁移富集特征的研究，发现中印度洋脊唯一的超镁铁岩型海底硫化物矿床——Kairei热液区显著富集Au、Cu、Co等元素，揭示了其成矿流体受到了矿床基底超镁铁岩改造的元素地球化学证据。研究从矿物学和地球化学的角度探讨了超镁铁岩对热液区的物质贡献，确定了Kairei热液区的成矿类型，提出了洋中脊Cu-Au型多金属硫化物勘探新思路，即中速扩张洋中脊转换内角、核杂岩等构造位置可以作为较理想的找矿靶区。此研究成果为更好地开展洋中脊多金属硫化物资源评价与洋中脊多金属硫化物圈矿技术体系的建立提供了更好的科学依据。（2）厘定了印度洋卡尔斯伯格脊镁铁岩型硫化物矿床的成矿类型与元素富集机制。利用LA-ICP-MS原位微区分析等高新技术手段揭示了卧蚕热液区不同成矿阶段的硫化物中的微量元素赋存状态与富集机制。发现卧蚕1号热液区经历高温-中温-低温风化三阶段成矿阶段，为经典的黑烟囱沉淀模型，而卧蚕2号热液区则增加了后期的硅化过程。揭示了硫化物烟囱体生长的各阶段黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿等矿物微量元素赋存状态、富集特征并探讨了成矿物理化学条件的约束；识别了海底热液区低温与中高温两类斑铜矿金属元素富集规律，探讨了Ag-Sn-Au-Mo等元素在斑铜矿中迁移富集的物理化学控制因素。该成果为微量元素在海底多金属硫化物矿床类型划分与找矿应用提供了重要参考，同时也是国际上首篇对印度洋慢速扩张洋中脊硫化物矿床成矿作用研究的报道。