宝石山热液沉积物稀土元素组成特征

宝石山热液沉积物稀土元素组成特征

根据最初的研究，无论热液区域是否活跃，fe-mn氧化物、氢氧化物和粘土氧化物的混合物都被广泛使用。前人在不同形成机制下铁锰和黏土物质组合样品的稀土元素组成差异方面已经做了大量工作本文针对2009年大洋21航次在Galapagos微板块附近发现的宝石山热液区,进行了沉积物稀土元素组成分析,讨论了与热液活动相关的沉积组分的形成机制。1同步旋转微板块-galapagos微板块在东太平洋海隆与Galapagos扩张中心构成的三叉点处,太平洋板块和Nazca板块、Cocos板块中间发育一顺时针旋转的微板块-Galapagos微板块。它于1.5~1.0Ma,通过位于其南缘的Dietz深裂谷向西北延伸接近Cocos-Nazca裂谷而形成宝石山热液区(见图1)正是处在Galapagos微板块南部、Dietz深裂谷西南侧的一座海山上,面积约12km大洋21航次科考在该区未观测到黑烟囱喷溢,也未获得多金属硫化物2样品采集及沉积相研究区样品包括7个站位的13个样品(101.48°W~101.51°W,1.22°N~1.24°N,水深1445~1700m)(见图1)。样品通过电视抓斗获得,同一站位不同样品为同一抓斗不同部位采集。样品多为玄武质玻璃碎屑及玄武岩角砾夹杂不同比例的铁锰质和黏土质沉积(黏土主要为绿脱石),钙质生物碎屑沉积仅见于S9站的两个样品。S16站2个样品与其它样品截然不同,为灰色沉积物中夹杂少量玻璃碎屑。样品详细描述见表1。样品60℃烘干并研磨至小于200目,先于中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室通过X射线荧光光谱法(XRF)分析其主量元素,后送至中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室进行稀土元素组成分析。过程如下:准确称取40mg样品于Teflon溶样罐中;加1mLHNO3玄武质玻璃或碎屑样品宝石山热液区沉积物稀土元素组成见表2,稀土元素组成分析显示其总稀土(∑REE)含量较低,为(17.53~80.51)×10由样品球粒陨石标准化配分模式看出样品可分为3组:第一组样品稀土含量相对较高(∑REE=(56.44~80.51)×10第一组主要包括S5、S7、S8站各样品以及S10-TVG6-3、S14-TVG10a、S16-TVG12-2,它们都是以玄武质玻璃或碎屑为主、Fe-Mn质沉积组分相对较少的样品。相较于Galapagos扩张中心与东太平洋海隆(EPR)三联点附近(2°40′N及1°10′N)的玄武岩第二组主要包括S9、S10站各样品以及S14-TVG10b,这些样品中含有少量玄武岩碎屑,以绿脱石和/或Fe-Mn质氧化沉积为主。其∑REE含量明显较第一组样品以及玄武岩基底偏低,随着∑REE含量的减少,轻稀土分异程度逐渐增加,Ce负异常程度也逐步增加。大部分样品重稀土分异程度变化不大。只有∑REE含量最低的S9-TVG5-2、S10-TVG6-1两个样品(Yb/Gd)第三组只包含S16站的1个样品S16-TVG12-3,此样品含有大量的自然硫及黄铁矿球粒。该样品∑REE含量非常低,但与第一组样品有非常相近的REE配分模式。4沉积相与沉积相的关系如前所述,宝石山热液区沉积物中玄武岩碎屑广泛分布,它构成了研究区沉积物的本底,而Fe氧化物/氢氧化物、黏土、黄铁矿等沉积组分的出现反映了其它沉积过程的存在。Ce4.1热液沉积的主要指标第二组样品与第一组样品截然不同,在∑REE含量显著降低的同时,出现明显的Ce负异常。与深海水通常海水低温蚀变玄武岩过程中稀土元素因其相对惰性而表现出含量基本不变或因总质量数降低而略有升高的趋势热液流体喷出海底与海水混合后通常形成羽状流向外扩散,扩散过程中形成各种硫化物、硫酸盐和FeMn氧化物/氢氧化物。硫化物和硫酸盐一般为近端沉积,而Fe-Mn氧化物/氢氧化物为远端沉积。在深海水的pH条件和氧化条件下,Fe先于Mn氧化沉淀,故随着与喷口距离的增加,远端热液沉积中Mn/Fe比值也会不断增加Fe-Mn氧化物/氢氧化物形成和沉淀过程中会吸附清扫大量REE,使得热液活动综合表现为海水REE的汇Y/Ho比值是判断流体参与地质过程的一项重要指标。基性、中性岩浆岩的Y/Ho比值一般与球粒陨石的Y/Ho比值(26~29)类似另一方面,如前所述,第二组样品中∑REE含量最低的S9-TVG5-2、S10-TVG6-1两个样品(Yb/Gd)4.2轻稀土富集特征不同构造背景及围岩类型的热液系统下的高温流体具有相似的REE配分模式,即强烈的Eu正异常和轻稀土富集特征第三组样品即S16-TVG12-3中虽含有大量的自然硫及黄铁矿球粒,但仍然不具有Eu正异常等热液流体的典型特征,而是与第一组样品有非常相近的REE配分模式,也就是继承了基底玄武岩的REE配分模式,只是∑REE含量明显降低。自然硫和黄铁矿中REE分配系数均较低4.3黑山热液区的热液活动和发育本文中所涉及的采样站位未发现热液羽状流的存在5不同沉积型的铁锰质热液(1)宝石山热液沉积物存在自然硫和黄铁矿球粒、FeMn氧化物/氢氧化物和绿脱石三种不同形成条件下的矿物组合,三者应形成于不同期次热液活动之中。(2)铁锰质沉积主要代表早期、远端热液羽状流扩散过程中颗粒的逐渐沉