西北印度洋卡尔斯伯格脊天休热液区深海橄榄岩蚀变和元素迁移特征及过程研究

论文摘要

流体在洋中脊深部的循环引发了岩石圈和海水之间物质和能量的交换,促进了各种蚀变矿物的形成和多金属硫化物的沉淀,对海洋的地球化学储库有重要影响。本文对采自西北印度洋慢速扩张的卡尔斯伯格脊天休热液区的蚀变橄榄岩进行了详细的岩相学、矿物学、地球化学研究并借助地球化学模型和质量平衡计算揭示了深海橄榄岩蚀变过程和元素迁移对成矿的指示意义。岩石原生、次生矿物的结构和成分分析表明蚀变橄榄岩原岩为方辉橄榄岩,主要矿物组成为橄榄石、斜方辉石、少量单斜辉石和尖晶石,平均体积百分比为73:24:2:1。这些岩石具有低Al2O3/Si O2（0.01-0.04）和低Mg O/Si O2（0.91-1.00）比值,单斜辉石含量很少甚至缺失,轻稀土（LREE）相对于中稀土（MREE）和重稀土（HREE）富集,大离子亲石元素（LILE）和LREE正相关性,Pb和U与高场强元素（HFSE）和LILE之间解耦的特征,均表明了样品曾经历了高程度的部分熔融,并遭受了热液蚀变和海底风化作用的影响。利用Sr同位素数据计算的水/岩（W/R）比例量化了热液流体对岩石中稀土元素（REE）和流体活动元素（FME）富集的贡献,结果显示热液流体对蚀变橄榄岩中LREE和FME富集的贡献明显。蚀变矿物和脉体中微量元素的特征反映了热液流体的性质。原位分析显示As、Ba、Cs、Li、U、Pb、Sr和LREE在绢石-蛇纹石-蛇纹石脉体中的具有规律性的变化。方解石脉体也表现出了U、Pb、Sr和Ba的富集,尤以Sr的富集最为明显。这表明热液流体组分在不同蚀变矿物形成阶段有相似性,但又受到矿物类型的影响而存在差异。基于样品的岩相学和地球化学特征,我建立了地球化学模型以重建橄榄岩的蚀变过程、产物和条件。结果表明样品在高温时（>340℃）优先发生斜方辉石蚀变形成绢石,之后部分橄榄石发生蚀变形成蛇纹石,硅酸盐中的Fe参与形成了磁铁矿并释放氢气;当温度降低时橄榄石优先蚀变形成蛇纹石、水镁石和磁铁矿;随着W/R比例升高,当蚀变体系以流体为主时,在岩石裂隙中沉淀出了蛇纹石脉体和方解石脉体。综合原位分析、地球化学模型和质量平衡计算,对天休热液区深海橄榄岩蚀变过程和元素迁移特征总结如下:在斜方辉石蚀变形成绢石过程中,流体中的As、Ba、Cs、Li、U、Pb、V、Cr、Cu、B、Rb、Zr、Sr和LREE等进入绢石,同时绢石中的Co、Zn和Ni等进入流体,随后发生的橄榄石蚀变中更多的As、Ba、Cs、Li、U、Pb、Cu、B、Rb、Zr、Sr和LREE进入蛇纹石,但蛇纹石中的V、Cr、Co、Ni和Zn等进入流体。随着W/R比例升高,从流体中沉淀形成的蛇纹石脉体和方解石脉体均富集As、Ba、Cs、U、Pb、Cu、B、Sr和LREE等元素,但亏损V、Cr、Co、Zn和Ni等元素,这些亏损的金属元素可能参与了硫化物的沉淀。在蚀变矿物和脉体中都富集的元素表明热液流体中这些元素的高含量。尤其是Cu、Pb、As等成矿元素的富集,指示了天休热液区具有形成以含Cu型硫化物为主,含Co、Zn、Ni型硫化物次之的成矿潜力。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 选题背景和研究意义
•     1.1.1 选题背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 洋中脊的岩浆作用
•     1.2.2 岩浆作用对橄榄岩地球化学特征的影响
•     1.2.3 洋中脊地壳结构和大洋核杂岩
•     1.2.4 超基性岩蚀变作用研究现状
•     1.2.5 地球化学模拟方法在深海橄榄岩蚀变过程中的应用
•   1.3 研究内容和完成工作量
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 完成工作量
•   1.4 存在问题和创新点
•     1.4.1 存在问题
•     1.4.2 创新点
• 2 区域地质背景
•   2.1 印度洋区域构造特征
•   2.2 卡尔斯伯格脊地质概况
•   2.3 卡尔斯伯格脊天休热液区异常特征
• 3 样品和分析方法
•   3.1 样品描述
•   3.2 实验分析方法
•     3.2.1 岩石薄片制作和显微观察
•     3.2.2 全岩主量和微量元素分析
•     3.2.3 全岩Sr-Nd同位素分析
•     3.2.4 全岩XRD分析
•     3.2.5 原位主量和微量元素分析
• 4 分析结果
•   4.1 岩相学特征和原岩恢复
•     4.1.1 蚀变橄榄岩岩相学特征
•     4.1.2 矿物模式含量
•   4.2 全岩地球化学特征
•     4.2.1 全岩主量元素
•     4.2.2 全岩微量元素
•   4.3 全岩Sr-Nd同位素元素
•   4.4 原位地球化学特征
•     4.4.1 矿物和脉体主量元素
•     4.4.2 矿物和脉体微量元素
• 5 热液蚀变对深海橄榄岩地球化学特征的影响
•   5.1 热液蚀变对深海橄榄岩主量元素的影响
•   5.2 热液蚀变对深海橄榄岩微量元素的影响
•     5.2.1 轻稀土（LREE）的富集
•     5.2.2 Nb、Zr、Rb、Cs与Pb的相关性
•     5.2.3 Th-U的相关性
•   5.3 热液蚀变对深海橄榄岩微量元素影响的定量分析
• 6 矿物和脉体中的微量元素特征
•   6.1 稀土元素配分图和蛛网图反映的元素特征
•   6.2 流体活动性元素图解反映的元素特征
• 7 蚀变过程的地球化学模拟和质量平衡计算
•   7.1 蚀变过程的地球化学反应路径模型
•   7.2 全岩样品蚀变过程的质量平衡计算
•   7.3 蚀变矿物和脉体中元素迁移的定量计算
• 8 结论
• 参考文献
• 作者简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 陈阳

导师: 韩喜球

关键词: 卡尔斯伯格脊,天休热液区,蚀变过程,质量平衡计算,元素迁移

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,地质学,地质学,地质学,矿业工程

单位: 浙江大学

基金: “十二五”重点研究项目《印度洋脊多金属硫化物成矿潜力与资源环境评价》

分类号: P736;P611;P59

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000564

总页数: 130

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