西南印度洋中脊热液硫化物成矿过程的Cu同位素示踪研究

慢速-超慢速扩张西南印度洋中脊是海底热液活动和硫化物成矿研究的热点区域，Cu同位素是近年来发展起来的一种灵敏的地球化学示踪剂。本项目选取我国在西南印度洋中脊自主发现和获取的海底热液块状硫化物和黑烟囱样品，采用矿物学与同位素地球化学相结合的方法，开展热液硫化物矿物共生组合、Cu元素赋存形态（价态和结合态）、硫化物矿物Cu同位素组成和Cu同位素分馏机理研究，探讨该区热液流体与岩石/海水相互作用过程中Cu元素赋存形态特征及演化，阐明Cu同位素组成的时空变化特征，分析Cu元素形态与Cu同位素分馏之间的内在关系，示踪热液硫化物成矿过程的物质来源、成矿温度和成矿阶段。从Cu元素赋存形态入手探讨Cu同位素分馏机理，利用Cu同位素进行热液硫化物成矿物质来源和成矿过程示踪将构成本项目的特色与创新之处，研究成果可以为我国多金属硫化物资源勘查与评价提供理论基础。

本项目选取我国在西南印度洋中脊自主发现和获取的海底热液硫化物和黑烟囱样品，采用矿物学与同位素地球化学相结合的方法，开展现代海底热液硫化物成矿过程和成矿物质来源研究，深入认识现代海底热液硫化物元素迁移富集机制和热液成矿机理，为我国海底多金属硫化物资源调查和评价提供重要理论基础。对不同类型热液硫化物（富Cu型、富Zn型、富Fe型、Cu-Zn型）和氧化物样品开展了系统的矿物学和地球化学分析，重点通过稀土元素（REE）、Cu同位素、He-Ar同位素和Pb同位素等手段，探讨了西南印度洋中脊热液硫化物成矿流体来源、成矿金属来源和硫化物形成演化过程，揭示了热液硫化物成矿流体和金属源区特征以及成矿机理。取得的重要结果主要包括：（1）西南印度洋中脊热液产物稀土元素具有两种模式，分别似于洋壳火山岩REE配分模式和典型洋中脊热液喷口流体及硫化物REE模式，表明热液产物形成于从高温到中低温热液流体沉淀环境，经历了后期热液流体再循环和广泛的海水蚀变过程；（2）硫化物单矿物（黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿和铜蓝）中Cu同位素组成δ65Cu范围从-0.28‰到0.52‰，支持了δ65Cu的偏移和次生、低温过程之间的联系，原生硫化物矿石氧化和风化过程形成的表生铜矿物具有较宽δ65Cu值，相对于前期形成的矿物，同位素组成一般向重同位素偏移；（3）硫化物中Pb可能主要来源于西南印度洋中脊玄武岩，但相对于西南印度洋中脊玄武岩Pb同位素比值非常大的变化范围而言，硫化物Pb同位素具有非常均一的特征，表明上部洋壳的Pb同位素在大尺度热液流体循环过程中被均一化；（4）硫化物He、Ar同位素组成表明不同热液区和不同类型硫化物中He同位素源区不同，部分样品具有放射性成因He的混入和大气来源Ar源区特征。项目按计划完成了相关研究，并根据研究内容需要拓展了部分研究（如Pb、He同位素），为了研究提供了更为丰富的理论支撑，结合微量元素和Cu同位素数据很好地探讨了现代海底热液硫化物形成过程、源区特征和成矿机理。本项目为研究相对薄弱的西南印度洋中脊热液硫化物提供了重要基础数据，大大丰富和加深了对超慢速扩张洋中脊热液成矿作用的认识，部分研究成果仍在进一步整理和发表中。