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现代海底典型热液活动区环境特征分析

季敏  
【摘要】:现代海底热液活动及其成矿作用研究已成为当前国际研究热点。要对现代海底热液活动系统(热液循环及其所导致的物质输运,岩—水反应及其所导致的元素迁移转化,成矿机制及其所形成的矿产资源,热液扩散及其对海洋环境的影响,热液生物及其对生命起源等重大科学问题的影响等)进行深入系统的研究,首先必须了解热液活动分布的地质环境条件,因为地质背景条件控制着热液活动区的分布及规模、热液的产生及运移方式、热液沉积成矿的机制、矿体的规模产状、成矿后的各种地质作用等。 本论文的工作是国家重点基础研究发展规划项目“地球圈层相互作用的深海过程和深海记录”的第三个子课题“海水与海底的物质和能量交换”和国家自然科学基金项目(40246024)的重要组成部分。在冲绳海槽热液活动区实测水深资料和沉积物分析资料基础上,广泛搜集了其他主要典型热液活动区的水深、多波束、地震剖面、地球物理、地球化学、构造、沉积等多方面的资料,并对所能获得的资料进行了筛选、整理、图件编绘等。在系统分析工作的基础上,介绍了目前国内外热液活动调查研究的进展,对热液活动区的空间分布、水深分布、地形地貌环境、构造环境、沉积环境和基本的地球物理特征进行了分析、对比、归纳和总结,探讨了热液活动分布的规律及有利于热液活动出现的地质环境特征。 研究结果表明,尽管现代海底热液活动广泛分布在大洋中脊、转换断层、弧后扩张盆地等不同的张性构造环境及现代海底火山区,但也仅出现在特殊的地形、构造环境条件下。构造环境对热液活动及热液沉积有着重要的控制作用,热液循环通道(构造裂隙)是热液活动存在的先决条件,同时也决定着热液沉积成矿的形式。热液活动产生的地质条件受区域构造环境与局部构造因素的综合控制。区域构造环境不同,热液活动发育的位置也不同。局部构造因素,如:水深、火山活动、构造裂隙的发育程度、地貌形态、地质圈闭等同样影响着热液流体的喷溢方式、系统的稳定性、沉积矿体的形态、产状、规模及品位等。岩浆作用是构造活动的重要体现和产物,是热液活动的驱动力(热)源。 地形作为构造环境的外在表征,主要影响着热液沉积体的形态和规模等。局部地形高地是热液活动发育的最主要场所,大洋中脊裂谷区、弧后盆地扩张带的裂陷盆地、与 断裂作用相关的地堑壁、两侧的裂谷断层、中脊海山上的破火山口、轴部地堑的裂隙系 统也是热液活动常发育的构造部位。另外构造三叉区、转换断层与洋脊交汇处、横切断 层、裂谷断裂也是有利于热液活动发育的场所。但热液活动在地形表征上最突出的特点 是出现在大洋高地形中的低洼部分,也即通常不出现在中脊顶部,而是常见于扩张轴轴 部地堑、裂谷两翼斜坡的台形阶地上或断层崖上、中央裂谷中丘状地形、离轴海山的顶 部和翼部及火山口内壁的基部或顶部等位置,或主要出现在盆地扩张带中的断裂地堑、 海岭、山脊的侧坡上及火山口附近的裂隙系统和塌陷构造洼地等部位。 海底热液成矿作用受到大地构造位置、海底扩张速率、源岩性质、地质构造、物质 来源和沉积环境等因素的控制。慢速扩张脊的矿床规模普遍比快速扩张脊的大,可能主 要归因于地堑构造的形态。洋脊环境矿床多为Cu一Zn型或Cu型;岛弧张裂环境的火山 一沉积岩系能提供比洋脊玄武岩系更多的Pb、Zn和更少的Cu、Fe组分;年轻的弧后 扩张系统,其矿床类型为Zn一Pb一Cu型,Pb含量高于其他黑矿型矿床;而成熟的弧后系 统的矿床类型为Cu一Zn型,劳海盆的硫化物介于洋壳和陆壳弧后背景之间。


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