李小虎等

摘 要：報(bào)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(zhì)來(lái)源特征。結(jié)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(duì)He來(lái)源具有不同貢獻(xiàn)，硫化物中He主要來(lái)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(guò)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(zhì)主要來(lái)源于洋中脊玄武巖和海水，但明顯經(jīng)歷了熱液流體再循環(huán)和后期改造過(guò)程。

關(guān)鍵詞：地球化學(xué)；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(lèi)號(hào)：P597 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

西南印度洋中脊（SWIR）從印度洋三聯(lián)點(diǎn)（約25.7°S， 70°E）到Bouvet三聯(lián)點(diǎn)（約55°S， 1°W），半擴(kuò)張速率由每年0.6 cm到每年0.9 cm，屬于慢速—超慢速擴(kuò)張洋脊[1]。由于SWIR具有低的擴(kuò)張速率，而且?guī)r漿供給相對(duì)貧乏[2]，近年來(lái)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(dòng)熱液硫化物丘[3-8]，而首個(gè)活動(dòng)熱液噴口的發(fā)現(xiàn)為研究超慢速擴(kuò)張洋脊熱液循環(huán)和硫化物形成過(guò)程提供了新的認(rèn)識(shí)。對(duì)首個(gè)活動(dòng)熱液區(qū)（49°39′E）熱液硫化物礦物學(xué)和地球化學(xué)研究表明，硫化物礦物組成和稀土元素（REE）模式與典型無(wú)沉積物覆蓋洋中脊硫化物煙囪體有所差異[9-10]，而對(duì)于熱液循環(huán)過(guò)程中流體來(lái)源和金屬源區(qū)的認(rèn)識(shí)依然有限。

熱液流體與海水混合沉淀過(guò)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(duì)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(guò)程。

基于此，筆者報(bào)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(jié)果，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)熱液硫化物成礦物質(zhì)來(lái)源特征，探討西南印度洋中脊熱液硫化物形成過(guò)程。

1 樣品與分析方法

1.1 樣品采集

本研究樣品來(lái)自中國(guó)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(duì)研究區(qū)（圖1）地質(zhì)背景和地球物理特征進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)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(zhuǎn)換斷層，軸部水深北側(cè)較深，南側(cè)較淺[9]。硫化物樣品主要來(lái)自可視抓斗取樣，對(duì)6個(gè)硫化物樣品進(jìn)行了Pb同位素分析，對(duì)其中3個(gè)可挑選出含Cu單礦物的樣品進(jìn)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(duì)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(shí)體顯微鏡下對(duì)硫化物樣品進(jìn)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(zhì)譜計(jì)進(jìn)行稀有氣體豐度和同位素分析，標(biāo)樣使用蘭州市皋蘭山頂空氣（AIRLZ2003），詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方法、流程和實(shí)驗(yàn)儀器條件見(jiàn)文獻(xiàn)[24]、[25]。測(cè)試分析在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心完成。

4 結(jié) 語(yǔ)

（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(lái)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(lái)源于玄武巖且在熱液流體循環(huán)過(guò)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(dòng)熱液噴口流體沉淀，并經(jīng)歷了后期熱液流體和海水改造作用。

謹(jǐn)以此文感謝恩師湯中立院士長(zhǎng)期以來(lái)給予的支持和關(guān)心，在此特祝先生健康長(zhǎng)壽，學(xué)術(shù)常青！中國(guó)大洋調(diào)查第20航次所有隊(duì)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(cè)試中給予了大力支持，在此一并表示感謝。

摘 要：報(bào)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(zhì)來(lái)源特征。結(jié)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(duì)He來(lái)源具有不同貢獻(xiàn)，硫化物中He主要來(lái)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(guò)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(zhì)主要來(lái)源于洋中脊玄武巖和海水，但明顯經(jīng)歷了熱液流體再循環(huán)和后期改造過(guò)程。

關(guān)鍵詞：地球化學(xué)；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(lèi)號(hào)：P597 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

西南印度洋中脊（SWIR）從印度洋三聯(lián)點(diǎn)（約25.7°S， 70°E）到Bouvet三聯(lián)點(diǎn)（約55°S， 1°W），半擴(kuò)張速率由每年0.6 cm到每年0.9 cm，屬于慢速—超慢速擴(kuò)張洋脊[1]。由于SWIR具有低的擴(kuò)張速率，而且?guī)r漿供給相對(duì)貧乏[2]，近年來(lái)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(dòng)熱液硫化物丘[3-8]，而首個(gè)活動(dòng)熱液噴口的發(fā)現(xiàn)為研究超慢速擴(kuò)張洋脊熱液循環(huán)和硫化物形成過(guò)程提供了新的認(rèn)識(shí)。對(duì)首個(gè)活動(dòng)熱液區(qū)（49°39′E）熱液硫化物礦物學(xué)和地球化學(xué)研究表明，硫化物礦物組成和稀土元素（REE）模式與典型無(wú)沉積物覆蓋洋中脊硫化物煙囪體有所差異[9-10]，而對(duì)于熱液循環(huán)過(guò)程中流體來(lái)源和金屬源區(qū)的認(rèn)識(shí)依然有限。

熱液流體與海水混合沉淀過(guò)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(duì)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(guò)程。

基于此，筆者報(bào)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(jié)果，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)熱液硫化物成礦物質(zhì)來(lái)源特征，探討西南印度洋中脊熱液硫化物形成過(guò)程。

1 樣品與分析方法

1.1 樣品采集

本研究樣品來(lái)自中國(guó)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(duì)研究區(qū)（圖1）地質(zhì)背景和地球物理特征進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)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(zhuǎn)換斷層，軸部水深北側(cè)較深，南側(cè)較淺[9]。硫化物樣品主要來(lái)自可視抓斗取樣，對(duì)6個(gè)硫化物樣品進(jìn)行了Pb同位素分析，對(duì)其中3個(gè)可挑選出含Cu單礦物的樣品進(jìn)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(duì)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(shí)體顯微鏡下對(duì)硫化物樣品進(jìn)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(zhì)譜計(jì)進(jìn)行稀有氣體豐度和同位素分析，標(biāo)樣使用蘭州市皋蘭山頂空氣（AIRLZ2003），詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方法、流程和實(shí)驗(yàn)儀器條件見(jiàn)文獻(xiàn)[24]、[25]。測(cè)試分析在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心完成。

4 結(jié) 語(yǔ)

（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(lái)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(lái)源于玄武巖且在熱液流體循環(huán)過(guò)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(dòng)熱液噴口流體沉淀，并經(jīng)歷了后期熱液流體和海水改造作用。

謹(jǐn)以此文感謝恩師湯中立院士長(zhǎng)期以來(lái)給予的支持和關(guān)心，在此特祝先生健康長(zhǎng)壽，學(xué)術(shù)常青！中國(guó)大洋調(diào)查第20航次所有隊(duì)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(cè)試中給予了大力支持，在此一并表示感謝。

摘 要：報(bào)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(zhì)來(lái)源特征。結(jié)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(duì)He來(lái)源具有不同貢獻(xiàn)，硫化物中He主要來(lái)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(guò)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(zhì)主要來(lái)源于洋中脊玄武巖和海水，但明顯經(jīng)歷了熱液流體再循環(huán)和后期改造過(guò)程。

關(guān)鍵詞：地球化學(xué)；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(lèi)號(hào)：P597 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

西南印度洋中脊（SWIR）從印度洋三聯(lián)點(diǎn)（約25.7°S， 70°E）到Bouvet三聯(lián)點(diǎn)（約55°S， 1°W），半擴(kuò)張速率由每年0.6 cm到每年0.9 cm，屬于慢速—超慢速擴(kuò)張洋脊[1]。由于SWIR具有低的擴(kuò)張速率，而且?guī)r漿供給相對(duì)貧乏[2]，近年來(lái)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(dòng)熱液硫化物丘[3-8]，而首個(gè)活動(dòng)熱液噴口的發(fā)現(xiàn)為研究超慢速擴(kuò)張洋脊熱液循環(huán)和硫化物形成過(guò)程提供了新的認(rèn)識(shí)。對(duì)首個(gè)活動(dòng)熱液區(qū)（49°39′E）熱液硫化物礦物學(xué)和地球化學(xué)研究表明，硫化物礦物組成和稀土元素（REE）模式與典型無(wú)沉積物覆蓋洋中脊硫化物煙囪體有所差異[9-10]，而對(duì)于熱液循環(huán)過(guò)程中流體來(lái)源和金屬源區(qū)的認(rèn)識(shí)依然有限。

熱液流體與海水混合沉淀過(guò)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(duì)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(guò)程。

基于此，筆者報(bào)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(jié)果，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)熱液硫化物成礦物質(zhì)來(lái)源特征，探討西南印度洋中脊熱液硫化物形成過(guò)程。

1 樣品與分析方法

1.1 樣品采集

本研究樣品來(lái)自中國(guó)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(duì)研究區(qū)（圖1）地質(zhì)背景和地球物理特征進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)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(zhuǎn)換斷層，軸部水深北側(cè)較深，南側(cè)較淺[9]。硫化物樣品主要來(lái)自可視抓斗取樣，對(duì)6個(gè)硫化物樣品進(jìn)行了Pb同位素分析，對(duì)其中3個(gè)可挑選出含Cu單礦物的樣品進(jìn)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(duì)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(shí)體顯微鏡下對(duì)硫化物樣品進(jìn)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(zhì)譜計(jì)進(jìn)行稀有氣體豐度和同位素分析，標(biāo)樣使用蘭州市皋蘭山頂空氣（AIRLZ2003），詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方法、流程和實(shí)驗(yàn)儀器條件見(jiàn)文獻(xiàn)[24]、[25]。測(cè)試分析在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心完成。

4 結(jié) 語(yǔ)

（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(lái)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(lái)源于玄武巖且在熱液流體循環(huán)過(guò)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(dòng)熱液噴口流體沉淀，并經(jīng)歷了后期熱液流體和海水改造作用。

謹(jǐn)以此文感謝恩師湯中立院士長(zhǎng)期以來(lái)給予的支持和關(guān)心，在此特祝先生健康長(zhǎng)壽，學(xué)術(shù)常青！中國(guó)大洋調(diào)查第20航次所有隊(duì)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(cè)試中給予了大力支持，在此一并表示感謝。