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冲绳海槽南部唐印硫化物热液区矿物学、地球化学、Sr-Pb同位素及原位S同位素研究:评估岩浆流体和沉积物对热液系统成矿物质的贡献

编辑:ZLY 作者:王浩 时间:2020年09月09日 访问次数:89

         现代海底热液硫化物系统的主要成矿物质来源于海水和火山岩,但在岛弧/弧后盆地(如Manus、Lau弧后盆地,Kermadec、New Ireland和Izu–Ogasawara岛弧)和沉积物覆盖的洋中脊(如Middle Valley、Guaymas Basin和Escanaba Trough),岩浆流体和沉积物也分别可为热液系统提供成矿物质。
       冲绳海槽是处于大陆张裂期的陆缘型弧后盆地,不同区域有不同厚度的沉积物覆盖,导致其热液系统的成矿物质来源更为复杂,海水、火山岩、岩浆流体和沉积物都可能为热液系统提供成矿物质。到目前为止,岩浆流体和沉积物对冲绳海槽热液系统成矿物质的贡献还不清楚。本研究选取冲绳海槽南部的唐印热液区硫化物(图1),通过原位微区S同位素结合矿物学、地球化学和Sr-Pb同位素组成来研究唐印热液区的成矿期次、地球化学组成特征及评估岩浆流体和沉积物对热液系统成矿物质的贡献。

 

图1 冲绳海槽(a)及唐印热液区(b)地质简图

        全岩Sr-Pb同位素指示唐印热液区Zn-Pb型、Fe-Zn型和富硅型热液硫化物成矿物质主要来源于沉积物和火山岩(图2和3)。
        Zn-Pb型、Fe-Zn型和富硅型热液硫化物闪锌矿中的Fe含量较高(图4)并且存在方黄铜矿和磁黄铁矿,指示形成于低硫逸度的还原环境。而单质硫形成于高硫逸度的氧化环境。

图2 唐印热液区硫化物Pb同位素组成


图3 唐印热液区硫化物Sr同位素组成

图4 唐印热液区硫化物闪锌矿中FeS(mol%)组成

       原位S同位素和成矿条件指示在早-中成矿阶段,中-高温热液流体(>120°C)和富含有机质的沉积物反应,导致沉积物中有机质分解产生的H2进入热液中,使得热液流体的硫逸度降低。同时,沉积物中原来微生物降解SO42-产生的低δ34S值的S2-进入热液流体,最终形成低硫逸度和低δ34S值的Zn-Pb、Fe-Zn和富硅型热液硫化物(图5a, b, c)。在成矿晚期,低温(<120°C)的热液流体中微生物降解SO42-形成稍低δ34S值的H2S,使得热液流体的硫逸度升高,同时,早期热液流体中金属离子沉淀使得晚期热液流体中H2S过剩,过剩的H2S在和氧化性的海水混合过程中被氧化成S0,最终形成高硫逸度和稍低δ34S值的单质硫(图5d)。
       和其它岛弧/弧后盆地以及沉积物覆盖的洋中脊热液区对比发现(图6),唐印热液区低的硫逸度和硫化物中的Cu、Au含量明显低于有岩浆流体贡献的岛弧/弧后盆地热液区,但是和沉积物覆盖的洋中脊热液区相似,指示岩浆流体对唐印热液区成矿物质贡献较小,沉积物和火山岩贡献较大。


图5 唐印热液区不同类型硫化物原位S同位素组成


图6 全球不同构造环境硫化物热液区S同位素组成

        相关成果发表在国际权威矿床学期刊Ore Geology Reviews上,王浩博士为第一作者。本研究得到了大洋“十三五”课题(DY135-G2-1-02和DY135-G2-1-03)、海洋二所基本科研业务费(JG2003和JT1504)和国家自然科学基金(41903046)联合资助。
        文章信息:Wang, H., Chu, F., Li, X., Dong, Y., Zhu, J., Li, Z., Zhu, Z., Li, J., Chen, L., 2020. Mineralogy, geochemistry, and Sr–Pb and in situ S isotopic compositions of hydrothermal precipitates from the Tangyin hydrothermal field, southern Okinawa Trough: Evaluation of the contribution of magmatic fluids and sediments to hydrothermal systems. Ore Geology Reviews 126, 103742 (https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2020.103742).