南大洋中脊smar热液区玄武岩地球化学特征及其成矿潜力

南大洋中脊smar热液区玄武岩地球化学特征及其成矿潜力

现在，根据统计数据，在大西洋中脊柱发现了76个热液场和异常点。统计结果显示,各国海洋科学工作者针对海底热液活动的调查和研究主要集中在北大西洋,对南大西洋的勘查及研究相对薄弱,仅在南大西洋发现18处热液场及异常点。针对南大西洋,英美执行BGP计划,分别对南大西洋5°S国内对南大西洋热液区的研究主要集中在对14°S热液区残余氧化物超显微组构分析国外学者从岩石学、地球化学和同位素角度对南大西洋热液区的玄武岩展开过不同程度的研究。通过对南大西洋中脊(MAR)玄武岩所展开的地球化学研究,揭示出沿慢速扩张洋脊喷发的岩石主、微量元素和稀土元素的组成存在差异1断裂南—地质背景大西洋中脊是典型的慢速扩张洋脊(全扩张速率约为2～5cm/yr),与北大西洋(2.4cm/yr)SMAR26°S热液区位于25°40′与26°35′之间,处于近26°12′附近,北起RioGrand转换断层,南至Moore断裂带,总长约100km(图1)。该热液区位于穹窿型岩浆高地上,与岩浆衰退及构造张裂的增强有关中国大洋第22航次第Ⅲ航段集中对该热液区进行勘察及采样工作,获得多金属硫化物、金属软泥、底栖生物、枕状玄武岩、活动性及非活动性烟囱样品。检测到的温度、甲烷和浊度异常等证实该脊段两个火山顶之间的洼地存在显著的热液活动迹象,且摄像资料及缆线收放情况共同揭示出该区地形起伏约达百米以上,顶部地形起伏坡度缓,产出大量枕状玄武岩,部分岩石间隙内充填红褐色沉积物;斜坡带地形起伏加剧,除大量枕状玄武岩外仍可见表面呈红褐色的碎石堆,碎石堆主要是由破碎角砾岩堆积而成,角砾主要由玄武岩构成;底部地形平坦,发育含黑色火山玻璃的沉积物。2稀土元素及微量元素地球化学研究样品为“大洋一号”科学考察船执行中国大洋第22航次科考任务期间,利用电视抓斗在南大西洋中脊26°S脊段所取的3个站位样品,本次研究样品共计5件,分别为SMAR-1,SMAR-3,SMAR-10,SMAR-11和SMAR-12。其中SMAR-1具有气孔构造,根据气孔含量由少至多分为SMAR-1A,SMAR-1B和SMAR-1C三个分样;SMAR-3根据斑晶大小及含量分为SMAR-3A和SMAR-3B两个分样,前者斑晶含量较高,斑晶相对较大,后者主要发育针、板状斑晶;SMAR-11具典型的枕状构造,枕状外层由玄武玻璃构成,取样为SMAR-11A,枕的中心由斑状玄武岩构成,取样为SMAR-11B。所研究玄武岩样品的信息见表1。主量、微量和稀土元素分析测试工作在澳实分析检测有限公司完成。主量元素采用VarianVISTA电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)测试,以G2000和OREAS-13P为标准样品,准确度和精密度<2%～5%。微量元素使用PerkinElmerElan9000电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测试,以SY-4为标样,准确度<5%,精密度<10%。3分析的结果3.1脊段岩石学特征SMAR26°S热液区主要发育斑状玄武岩、气孔玄武岩、玄武玻璃和粒玄岩。岩石均受不同程度的风化作用,风化面呈黄褐色,新鲜面为灰黑色,斑状结构,块状构造、气孔构造常见,气孔内缺少热液充填。气孔玄武岩以SMAR-1的三个分样为代表,岩石具有间粒间隐结构,气孔状构造发育,孔隙内缺少充填物,长石多呈细小针状零星分布于隐晶质玻璃之中,并可见细小半自形粒状辉石和橄榄石散布于针状长石四周(图2a)。斑状玄武岩以SMAR-3A,SMAR-3B和SMAR-11B为代表,致密块状构造和气孔构造发育。斑晶占约30%,基质约为70%。斑晶主要由斜长石(15%)、辉石(10%)和极少量橄榄石(5%)组成,基质具填间结构,局部出现针状斜长石呈定向排列。孔隙发育较气孔玄武岩差,气孔因岩浆快速冷却,导致边部不完整结晶而形成暗色结晶边(图2b)。粒玄岩以SMAR-10为代表,间粒间隐结构(次辉绿结构),块状构造,主要由斜长石(50%)、单斜辉石和斜方辉石组成(29%),次要矿物有橄榄石(19%),副矿物主要可见褐铁矿、磁铁矿和尖晶石等,玻璃质含量极少或无。自形的板条状斜长石构成似“三角形”格架,格架中包含有半自形—他形的辉石或一些隐晶质矿物(图2c),研究脊段粒玄岩少见。玄武玻璃以SMAR-11A和SMAR-12为代表。样品具填间结构,极少数的辉石呈他形粒状分布火山玻璃内,斜长石、磁铁矿等暗色矿物呈极细小微晶分布在火山玻璃中。火山玻璃多为团簇状或放射状,气孔发育,少数气孔被充填,充填物为铁氧化物或硅质矿物,部分矿物内部显示十字消光(图2d)。3.2qp-pcr法测量元素的双变量氧化物关系研究区玄武岩样品主量元素测试数据及相关参数见表2。样品(MgO)为7.52%～8.81%,含量相对较高,指示大部分玄武岩的分异程度较低,岩浆演化不彻底。MgO与其它主量元素的双变量氧化物关系图解中(图5),各氧化物与MgO均呈现较好的线性关系。除了CaO,Al研究区玄武岩样品组合指数(σ)范围为1.03～1.50,σ<1.8,为拉斑玄武岩系列。固结指数(SI)范围为36.37～40.29,平均值38.79。分异指数(DI)范围为22.69～27.32,平均值24.60。m/f比值范围在1.37～1.59之间,均值为1.51,m/f<2,显示原始岩浆为富铁质岩浆。上述化学特征表明,所研究脊段玄武岩岩浆分异演化不彻底,为富铁钠质拉斑玄武岩,并符合N-MORB的特征。3.3参数变化参数玄武岩微量元素测试数据及相关参数见表3所示。以SunandMacDonoughSMAR26°S热液区玄武岩Nb3.4相关参数介绍样品稀土元素测试数据及相关参数见表4。玄武岩REE总量变化于(38.77～48.3)×104讨论4.1岩石相学特征沿大西洋中脊(MAR)分布的热液矿床,其矿物学和地球化学特征受控于所赋存的基底岩石的成分,而显示出明显的差异。对26°S热液区玄武岩岩石样品的成分分析能够为该区提供基底岩石属性、岩浆活动和热液区成矿背景等基础地质信息。4.1.1地球化学参数大西洋中脊26°S热液区玄武岩主、微量元素组成和各地球化学参数的均值均与N-MORB的组成接近,为富铁钠质拉斑玄武岩。微量元素异常指数P4.1.2固结指数ree玄武质岩浆在地幔源区形成后,受内生热浮力和构造应力的影响向上运动大西洋中脊26°S热液区玄武岩岩石化学指数显示其分异指数(DI)为22.69～27.32,小于玄武岩平均值35。固结指数(SI)为36.37～40.29,一般上地幔产生的原始玄武岩岩浆固结指数(SI)范围为30～40。与N-MORB相比,研究区玄武岩样品的REE总量略低,表现出玄武质岩浆经历了不同程度结晶分异作用。Eu呈现轻微正异常表明岩浆的分异程度低,也指示其相对还原的性质岩石样品微量元素标准化图中的各异常值,可提供许多有关岩石成因的信息。SMAR26°S热液区玄武岩Nb4.1.3岩浆高度不相容元素含量高温酸性流体具有明显的Eu正异常,碱性流体具有明显的Eu负异常与其他大西洋MORB相比,SMAR26°S热液区玄武岩的高度不相容元素含量较低(如Ba,La)(图9左)。与大洋辉长岩相比,除个别样品外,研究区玄武岩的Ba/Rb比值低于大洋辉长岩Ba/Rb比值(图9右),呈亏损Ba和Rb特征。这种亏损并非洋壳内岩浆对富斜长石的同化作用,而是直接继承了地幔源区的特征。而辉长岩具有较高的Ba/Rb比值是由于海水与斜长石长期相互作用引起的4.2smar19ss热液区玄武岩地球化学特征SMAR26°S热液区除枕状玄武岩外,还发现了大量的多金属硫化物、金属软泥、活动性及非活动性烟囱样品。这些硫化物及烟囱样品主要由Fe,Cu,Zn,As,S和一些丰度不高的金属组成,通过对比矿床和寄主岩石中的成矿金属元素间的继承关系可以判断金属物质来源。通过对玄武岩和伴生的块状硫化物特征元素的相关性研究,发现该热液区中玄武岩和硫化物内的金属元素元素丰度呈现相似性(图10),意味着寄主岩石和成矿金属元素之间具有一定继承性成因联系MARK(Mid-AtlanticRidgeatKane)热液区MARK热液区位于北大西洋23°N附近,邻近Kane断裂南部,产出大量玄武岩。MARK热液区20件玄武玻璃样品Zn和Cu的质量分数分别为63.0～84.0×10分别以上述两个热液区的Zn,Cu元素丰度和均值作为背景值,将SMAR26°S热液区各玄武岩Zn,Cu含量与之进行对比。发现研究热液区玄武岩的Zn含量分布范围较广且和两个参考热液区对比相对较高(图11左),Cu含量分布范围广且高于两个参考热液区(图11右)。Cu和Zn的平均含量远高于MARK和大西洋46°～32°S热液区。整体而言,SMAR26°S热液区玄武岩Zn和Cu的含量高于所参考的两个热液区玄武岩的Zn,Cu含量。全球洋壳的Zn,Cu的平均丰度分别为130×10现代活动的热液喷口流体大多受到水-岩反应的影响,因此流体中的金属物质通常被认为来自于流体对岩石中成矿金属元素的萃取作用。SMAR26°S热液区玄武岩的Zn,Cu含量明显高于MARK区和大西洋46°～32°S热液区,表明在相同或相似的水-岩作用条件下,SMAR26°S热液区玄武岩可能能比其它脊段热液区玄武岩供给更多的成矿物质,因而,相比之下,该热液区成矿潜力可能要比南大西洋其他脊段热液区的成矿潜力大。5岩浆形成过程(1)SMAR26°S热液区玄武岩为钠质拉斑玄武岩,属于典型的N-MORB。(2)热液区玄武岩岩浆起源于亏损的尖晶石二辉橄榄岩地幔,源区地幔性质不均一;岩浆演化不彻底,结晶分异程度