西南印度洋中脊熱液硫化物成礦物質來源探討：同位素證據(jù)

李小虎等

摘 要：報道了西南印度洋中脊47°E～55°E洋脊段熱液區(qū)硫化物中He、Pb和Cu同位素特征，探討了熱液硫化物成礦物質來源特征。結果表明：硫化物N（3He）/N（4He）值變化范圍較大（R/Ra=085～7.02），顯示洋中脊玄武巖和海水對He來源具有不同貢獻，硫化物中He主要來源于洋中脊玄武巖，也有部分放射性成因He的混入；熱液硫化物Pb同位素比值變化范圍很?。∟（=206Pb）/N（=204Pb）=18.196～18.239，N（=207Pb）/N（=204Pb）=15.479 ～15.490和N（=208Pb）/N（=204Pb）=37951～38.023），與西南印度洋中脊玄武巖Pb同位素比值較大的變化范圍相比，熱液流體循環(huán)過程中Pb同位素發(fā)生了明顯均一化；硫化物單礦物Cu同位素組成均為正值（δ（=64Cu）=（002～0.52）×10=-3），顯示西南印度洋中脊熱液硫化物呈現(xiàn)略微富集Cu重同位素特征；西南印度洋中脊熱液硫化物中He、Pb和Cu同位素記錄了熱液噴口流體和金屬源區(qū)特征，熱液硫化物成礦物質主要來源于洋中脊玄武巖和海水，但明顯經歷了熱液流體再循環(huán)和后期改造過程。

關鍵詞：地球化學；熱液硫化物；同位素；源區(qū)；成礦作用；西南印度洋中脊

中圖分類號：P597 文獻標志碼：A

0 引 言

西南印度洋中脊（SWIR）從印度洋三聯(lián)點（約25.7°S， 70°E）到Bouvet三聯(lián)點（約55°S， 1°W），半擴張速率由每年0.6 cm到每年0.9 cm，屬于慢速—超慢速擴張洋脊[1]。由于SWIR具有低的擴張速率，而且?guī)r漿供給相對貧乏[2]，近年來在西南印度洋脊段僅發(fā)現(xiàn)了一系列熱液異常和不活動熱液硫化物丘[3-8]，而首個活動熱液噴口的發(fā)現(xiàn)為研究超慢速擴張洋脊熱液循環(huán)和硫化物形成過程提供了新的認識。對首個活動熱液區(qū)（49°39′E）熱液硫化物礦物學和地球化學研究表明，硫化物礦物組成和稀土元素（REE）模式與典型無沉積物覆蓋洋中脊硫化物煙囪體有所差異[9-10]，而對于熱液循環(huán)過程中流體來源和金屬源區(qū)的認識依然有限。

熱液流體與海水混合沉淀過程形成了不同金屬硫化物和硫酸鹽礦物，礦物中捕獲的流體包裹體N（3He）/N（4He）值保留了熱液流體He同位素信息，黃鐵礦捕獲流體中N（3He）/N（4He）值可以保留100 Ma[11]。因此，流體包裹體中N（3He）/N（4He）值可以反映流體巖石相互作用，重建流體來源，反映流體組成及其變化特征[12-13]。熱液流體中金屬元素主要來源于洋殼，金屬同位素組成研究可以很好地示蹤金屬源區(qū)和成礦過程，如Pb同位素在洋殼、沉積物和海水源區(qū)中具有不同特征，且硫化物中Pb同位素組成在后期蝕變過程中很少受到改變[14]，從而可以有效示蹤金屬源區(qū)特征。Cu同位素在玄武巖、海水和熱液沉積物等源區(qū)中相對均一且變化范圍較小（平均值接近于0），而在熱液硫化物礦床中呈現(xiàn)很大變化[15-20]，反映了熱液流體再循環(huán)和低溫后期改造過程。

基于此，筆者報道了西南印度洋中脊熱液區(qū)硫化物中He-Ar同位素和Pb、Cu同位素分析結果，進一步認識熱液硫化物成礦物質來源特征，探討西南印度洋中脊熱液硫化物形成過程。

1 樣品與分析方法

1.1 樣品采集

本研究樣品來自中國大洋科考第20航次西南印度洋中脊熱液區(qū)（47°E～55°E， 35°S～39°S），前人對研究區(qū)（圖1）地質背景和地球物理特征進行了詳細報道[21-23]。研究區(qū)位于西南印度洋中脊第28洋脊段，洋脊軸部近EW走向，東西端分別為Indomed和Gallieni轉換斷層，軸部水深北側較深，南側較淺[9]。硫化物樣品主要來自可視抓斗取樣，對6個硫化物樣品進行了Pb同位素分析，對其中3個可挑選出含Cu單礦物的樣品進行了He-Ar和Cu同位素分析。

1.2 He-Ar同位素分析

挑選礦物組成相對均一的硫化物樣品，用瑪瑙研缽磨碎后（60目，0.280 mm）在雙目實體顯微鏡下對硫化物樣品進一步分選，選取以黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦為主的硫化物礦物顆粒，采用MM5400質譜計進行稀有氣體豐度和同位素分析，標樣使用蘭州市皋蘭山頂空氣（AIRLZ2003），詳細實驗方法、流程和實驗儀器條件見文獻[24]、[25]。測試分析在中國科學院地質與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心完成。

4 結 語

（1）西南印度洋中脊熱液硫化物中He同位素特征表明熱液流體中He主要來源玄武巖，放射性成因He的混入和深部巖漿作用影響了熱液流體和硫化物中He同位素比值。

（2）西南印度洋中脊熱液硫化物中Pb同位素比值變化范圍很小且十分均一，Pb同位素主要來源于玄武巖且在熱液流體循環(huán)過程中發(fā)生了明顯均一化。

（3）硫化物單礦物Cu同位素組成呈現(xiàn)富Cu重同位素特征，表明研究區(qū)熱液硫化物可能形成于高溫活動熱液噴口流體沉淀，并經歷了后期熱液流體和海水改造作用。

謹以此文感謝恩師湯中立院士長期以來給予的支持和關心，在此特祝先生健康長壽，學術常青！中國大洋調查第20航次所有隊員以及朱祥坤研究員、王崢嶸副教授、史寶光副研究員在Cu、Pb和He同位素分析測試中給予了大力支持，在此一并表示感謝。

摘 要：報道了西南印度洋中脊47°E～55°E洋脊段熱液區(qū)硫化物中He、Pb和Cu同位素特征，探討了熱液硫化物成礦物質來源特征。結果表明：硫化物N（3He）/N（4He）值變化范圍較大（R/Ra=085～7.02），顯示洋中脊玄武巖和海水對He來源具有不同貢獻，硫化物中He主要來源于洋中脊玄武巖，也有部分放射性成因He的混入；熱液硫化物Pb同位素比值變化范圍很小（N（=206Pb）/N（=204Pb）=18.196～18.239，N（=207Pb）/N（=204Pb）=15.479 ～15.490和N（=208Pb）/N（=204Pb）=37951～38.023），與西南印度洋中脊玄武巖Pb同位素比值較大的變化范圍相比，熱液流體循環(huán)過程中Pb同位素發(fā)生了明顯均一化；硫化物單礦物Cu同位素組成均為正值（δ（=64Cu）=（002～0.52）×10=-3），顯示西南印度洋中脊熱液硫化物呈現(xiàn)略微富集Cu重同位素特征；西南印度洋中脊熱液硫化物中He、Pb和Cu同位素記錄了熱液噴口流體和金屬源區(qū)特征，熱液硫化物成礦物質主要來源于洋中脊玄武巖和海水，但明顯經歷了熱液流體再循環(huán)和后期改造過程。

關鍵詞：地球化學；熱液硫化物；同位素；源區(qū)；成礦作用；西南印度洋中脊

中圖分類號：P597 文獻標志碼：A

0 引 言

西南印度洋中脊（SWIR）從印度洋三聯(lián)點（約25.7°S， 70°E）到Bouvet三聯(lián)點（約55°S， 1°W），半擴張速率由每年0.6 cm到每年0.9 cm，屬于慢速—超慢速擴張洋脊[1]。由于SWIR具有低的擴張速率，而且?guī)r漿供給相對貧乏[2]，近年來在西南印度洋脊段僅發(fā)現(xiàn)了一系列熱液異常和不活動熱液硫化物丘[3-8]，而首個活動熱液噴口的發(fā)現(xiàn)為研究超慢速擴張洋脊熱液循環(huán)和硫化物形成過程提供了新的認識。對首個活動熱液區(qū)（49°39′E）熱液硫化物礦物學和地球化學研究表明，硫化物礦物組成和稀土元素（REE）模式與典型無沉積物覆蓋洋中脊硫化物煙囪體有所差異[9-10]，而對于熱液循環(huán)過程中流體來源和金屬源區(qū)的認識依然有限。

熱液流體與海水混合沉淀過程形成了不同金屬硫化物和硫酸鹽礦物，礦物中捕獲的流體包裹體N（3He）/N（4He）值保留了熱液流體He同位素信息，黃鐵礦捕獲流體中N（3He）/N（4He）值可以保留100 Ma[11]。因此，流體包裹體中N（3He）/N（4He）值可以反映流體巖石相互作用，重建流體來源，反映流體組成及其變化特征[12-13]。熱液流體中金屬元素主要來源于洋殼，金屬同位素組成研究可以很好地示蹤金屬源區(qū)和成礦過程，如Pb同位素在洋殼、沉積物和海水源區(qū)中具有不同特征，且硫化物中Pb同位素組成在后期蝕變過程中很少受到改變[14]，從而可以有效示蹤金屬源區(qū)特征。Cu同位素在玄武巖、海水和熱液沉積物等源區(qū)中相對均一且變化范圍較?。ㄆ骄到咏?），而在熱液硫化物礦床中呈現(xiàn)很大變化[15-20]，反映了熱液流體再循環(huán)和低溫后期改造過程。

基于此，筆者報道了西南印度洋中脊熱液區(qū)硫化物中He-Ar同位素和Pb、Cu同位素分析結果，進一步認識熱液硫化物成礦物質來源特征，探討西南印度洋中脊熱液硫化物形成過程。

1 樣品與分析方法

1.1 樣品采集

本研究樣品來自中國大洋科考第20航次西南印度洋中脊熱液區(qū)（47°E～55°E， 35°S～39°S），前人對研究區(qū)（圖1）地質背景和地球物理特征進行了詳細報道[21-23]。研究區(qū)位于西南印度洋中脊第28洋脊段，洋脊軸部近EW走向，東西端分別為Indomed和Gallieni轉換斷層，軸部水深北側較深，南側較淺[9]。硫化物樣品主要來自可視抓斗取樣，對6個硫化物樣品進行了Pb同位素分析，對其中3個可挑選出含Cu單礦物的樣品進行了He-Ar和Cu同位素分析。

1.2 He-Ar同位素分析

挑選礦物組成相對均一的硫化物樣品，用瑪瑙研缽磨碎后（60目，0.280 mm）在雙目實體顯微鏡下對硫化物樣品進一步分選，選取以黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦為主的硫化物礦物顆粒，采用MM5400質譜計進行稀有氣體豐度和同位素分析，標樣使用蘭州市皋蘭山頂空氣（AIRLZ2003），詳細實驗方法、流程和實驗儀器條件見文獻[24]、[25]。測試分析在中國科學院地質與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心完成。

4 結 語

（1）西南印度洋中脊熱液硫化物中He同位素特征表明熱液流體中He主要來源玄武巖，放射性成因He的混入和深部巖漿作用影響了熱液流體和硫化物中He同位素比值。

（2）西南印度洋中脊熱液硫化物中Pb同位素比值變化范圍很小且十分均一，Pb同位素主要來源于玄武巖且在熱液流體循環(huán)過程中發(fā)生了明顯均一化。

（3）硫化物單礦物Cu同位素組成呈現(xiàn)富Cu重同位素特征，表明研究區(qū)熱液硫化物可能形成于高溫活動熱液噴口流體沉淀，并經歷了后期熱液流體和海水改造作用。

謹以此文感謝恩師湯中立院士長期以來給予的支持和關心，在此特祝先生健康長壽，學術常青！中國大洋調查第20航次所有隊員以及朱祥坤研究員、王崢嶸副教授、史寶光副研究員在Cu、Pb和He同位素分析測試中給予了大力支持，在此一并表示感謝。

摘 要：報道了西南印度洋中脊47°E～55°E洋脊段熱液區(qū)硫化物中He、Pb和Cu同位素特征，探討了熱液硫化物成礦物質來源特征。結果表明：硫化物N（3He）/N（4He）值變化范圍較大（R/Ra=085～7.02），顯示洋中脊玄武巖和海水對He來源具有不同貢獻，硫化物中He主要來源于洋中脊玄武巖，也有部分放射性成因He的混入；熱液硫化物Pb同位素比值變化范圍很小（N（=206Pb）/N（=204Pb）=18.196～18.239，N（=207Pb）/N（=204Pb）=15.479 ～15.490和N（=208Pb）/N（=204Pb）=37951～38.023），與西南印度洋中脊玄武巖Pb同位素比值較大的變化范圍相比，熱液流體循環(huán)過程中Pb同位素發(fā)生了明顯均一化；硫化物單礦物Cu同位素組成均為正值（δ（=64Cu）=（002～0.52）×10=-3），顯示西南印度洋中脊熱液硫化物呈現(xiàn)略微富集Cu重同位素特征；西南印度洋中脊熱液硫化物中He、Pb和Cu同位素記錄了熱液噴口流體和金屬源區(qū)特征，熱液硫化物成礦物質主要來源于洋中脊玄武巖和海水，但明顯經歷了熱液流體再循環(huán)和后期改造過程。

關鍵詞：地球化學；熱液硫化物；同位素；源區(qū)；成礦作用；西南印度洋中脊

中圖分類號：P597 文獻標志碼：A

0 引 言

西南印度洋中脊（SWIR）從印度洋三聯(lián)點（約25.7°S， 70°E）到Bouvet三聯(lián)點（約55°S， 1°W），半擴張速率由每年0.6 cm到每年0.9 cm，屬于慢速—超慢速擴張洋脊[1]。由于SWIR具有低的擴張速率，而且?guī)r漿供給相對貧乏[2]，近年來在西南印度洋脊段僅發(fā)現(xiàn)了一系列熱液異常和不活動熱液硫化物丘[3-8]，而首個活動熱液噴口的發(fā)現(xiàn)為研究超慢速擴張洋脊熱液循環(huán)和硫化物形成過程提供了新的認識。對首個活動熱液區(qū)（49°39′E）熱液硫化物礦物學和地球化學研究表明，硫化物礦物組成和稀土元素（REE）模式與典型無沉積物覆蓋洋中脊硫化物煙囪體有所差異[9-10]，而對于熱液循環(huán)過程中流體來源和金屬源區(qū)的認識依然有限。

熱液流體與海水混合沉淀過程形成了不同金屬硫化物和硫酸鹽礦物，礦物中捕獲的流體包裹體N（3He）/N（4He）值保留了熱液流體He同位素信息，黃鐵礦捕獲流體中N（3He）/N（4He）值可以保留100 Ma[11]。因此，流體包裹體中N（3He）/N（4He）值可以反映流體巖石相互作用，重建流體來源，反映流體組成及其變化特征[12-13]。熱液流體中金屬元素主要來源于洋殼，金屬同位素組成研究可以很好地示蹤金屬源區(qū)和成礦過程，如Pb同位素在洋殼、沉積物和海水源區(qū)中具有不同特征，且硫化物中Pb同位素組成在后期蝕變過程中很少受到改變[14]，從而可以有效示蹤金屬源區(qū)特征。Cu同位素在玄武巖、海水和熱液沉積物等源區(qū)中相對均一且變化范圍較小（平均值接近于0），而在熱液硫化物礦床中呈現(xiàn)很大變化[15-20]，反映了熱液流體再循環(huán)和低溫后期改造過程。

基于此，筆者報道了西南印度洋中脊熱液區(qū)硫化物中He-Ar同位素和Pb、Cu同位素分析結果，進一步認識熱液硫化物成礦物質來源特征，探討西南印度洋中脊熱液硫化物形成過程。

1 樣品與分析方法

1.1 樣品采集

本研究樣品來自中國大洋科考第20航次西南印度洋中脊熱液區(qū)（47°E～55°E， 35°S～39°S），前人對研究區(qū)（圖1）地質背景和地球物理特征進行了詳細報道[21-23]。研究區(qū)位于西南印度洋中脊第28洋脊段，洋脊軸部近EW走向，東西端分別為Indomed和Gallieni轉換斷層，軸部水深北側較深，南側較淺[9]。硫化物樣品主要來自可視抓斗取樣，對6個硫化物樣品進行了Pb同位素分析，對其中3個可挑選出含Cu單礦物的樣品進行了He-Ar和Cu同位素分析。

1.2 He-Ar同位素分析

挑選礦物組成相對均一的硫化物樣品，用瑪瑙研缽磨碎后（60目，0.280 mm）在雙目實體顯微鏡下對硫化物樣品進一步分選，選取以黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦為主的硫化物礦物顆粒，采用MM5400質譜計進行稀有氣體豐度和同位素分析，標樣使用蘭州市皋蘭山頂空氣（AIRLZ2003），詳細實驗方法、流程和實驗儀器條件見文獻[24]、[25]。測試分析在中國科學院地質與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心完成。

4 結 語

（1）西南印度洋中脊熱液硫化物中He同位素特征表明熱液流體中He主要來源玄武巖，放射性成因He的混入和深部巖漿作用影響了熱液流體和硫化物中He同位素比值。

（2）西南印度洋中脊熱液硫化物中Pb同位素比值變化范圍很小且十分均一，Pb同位素主要來源于玄武巖且在熱液流體循環(huán)過程中發(fā)生了明顯均一化。

（3）硫化物單礦物Cu同位素組成呈現(xiàn)富Cu重同位素特征，表明研究區(qū)熱液硫化物可能形成于高溫活動熱液噴口流體沉淀，并經歷了后期熱液流體和海水改造作用。

謹以此文感謝恩師湯中立院士長期以來給予的支持和關心，在此特祝先生健康長壽，學術常青！中國大洋調查第20航次所有隊員以及朱祥坤研究員、王崢嶸副教授、史寶光副研究員在Cu、Pb和He同位素分析測試中給予了大力支持，在此一并表示感謝。