东太平洋海隆热液地质

2003年以来，中国已先后在东太平洋海隆的热液活动区进行了5次海上调查，并开展了海底热液地质研究工作。基于此，本书将东太平洋海隆作为地球系统的窗口，从分析热液硫化物和玄武岩的矿物、元素和同位素组成，提出海底热液活动、冷泉及天然气水合物的同源异汇假说，揭示蚀变玄武岩中矿物的化学组成变化，阐述海底热液活动对水体和沉积环境的影响状况，剖析海底热液循环系统及其成矿模式，构建Fe-羟基氧化物成因模式，以及论述硫化物的资源潜力及其人工富集和开采利用设想等多个角度展示东太平洋海隆热液地质研究，是一本从多方面介绍东太平洋海隆热液活动的专著，为了解以流体为桥梁的跨圈层动力过程与物质能量循环这一重大科学问题，服务于东太平洋海隆资源调查、环境保护等重大需求提供研究支撑。本书可供海底热液地质学、海底矿产资源、海洋地球化学、海底岩石学和沉积学等学科的研究人员和高等院校相关专业的师生参考。

序
前言
第一章东太平洋海隆地形与构造特征1
第一节EPR9°N～21°N2
一、EPR21°N2
二、EPR13°N3
三、EPR9°N～10°N4
第二节加拉帕戈斯微板块5
第三节EPR3°S～23°S6
一、Quebrada-Discovery-Gofar转换断裂带6
二、EPR5°S～7°S7
三、EPR7°S～9°S8
四、EPR9°S～14°S9
五、EPR17°S～19°S9
六、EPR20°S～23°S10
第四节复活节微板块11
第五节胡安·费尔南德斯微板块12
参考文献13
第二章东太平洋海隆热液区的岩浆活动18
第一节对洋中脊玄武岩的基本认识18
一、地幔组成的非均一性18
二、地幔物质的部分熔融19
三、地幔熔体的演化20
四、存在的科学问题20
第二节岩浆活动及玄武岩的基本特征22
第三节玄武岩样品与测试方法26
一、玄武岩样品采集及其站位26
二、测试方法32
第四节玄武岩矿物学研究35
一、斑晶斜长石的矿物学研究35
二、斑晶橄榄石和单斜辉石的矿物学研究46
第五节玄武岩的常量元素组成研究48
一、EPR13°N附近48
二、EPR1°N、1°S、3°S和5°S附近51
第六节玄武岩的微量元素组成研究56
一、EPR13°N附近玄武岩的微量元素组成及其地质意义56
二、EPR1°N、1°S、3°S和5°S附近玄武岩中的微量元素组成及其地质意义62
第七节玄武岩的同位素组成研究68
一、EPR13°N附近玄武岩的Si、O同位素组成及其地质意义68
二、EPR1°N、1°S、3°S和5°S附近玄武岩的Sr、Nd、Pb同位素组成及其地质意义74
第八节玄武岩中的熔体包裹体研究80
一、EPR13°N附近玄武岩中的熔体包裹体81
二、EPR1°S～2°S附近玄武岩中橄榄石的熔体包裹体101
第九节加拉帕戈斯微板块附近可能存在的热点活动105
参考文献109
第三章东太平洋海隆热液硫化物研究118
第一节硫化物的分布及其构造环境119
一、EPR21°N119
二、EPR13°N120
三、EPR11°N121
第二节硫化物样品采集与手标本特征121
一、硫化物样品采集121
二、硫化物手标本特征122
第三节硫化物的矿物组成及显微结构127
一、ep-c样品128
二、ep-s样品132
三、EPR05-TVG1和EPR05-TVG2样品133
四、EPR1°S～2°S附近硫化物样品135
第四节硫化物的常量与微量元素组成136
一、测试分析138
二、ep-c样品的常量、微量元素组成138
三、ep-s样品的常量、微量元素组成143
四、EPR05-TVG1和EPR05-TVG2样品的常量、微量元素组成145
五、硫化物常量、微量元素组成的空间变化及其地质意义152
六、硫化物元素组成的多元统计分析158
第五节硫化物的稀土元素组成163
一、EPR13°N附近的硫化物163
二、EPR1°S～2°S附近的热液硫化物165
第六节硫化物的硫、铅同位素组成168
一、硫同位素组成168
二、铅同位素组成169
第七节硫化物的稀有气体同位素组成171
一、He同位素171
二、Ne、Ar、Kr及Xe同位素172
第八节硫化物的铼-锇同位素组成173
一、Re-Os含量及同位素组成173
二、海水Os的贡献178
三、Re-Os富集180
四、Re-Os通量182
第九节海底热液循环系统及其热液成矿模式183
一、热液硫化物形成阶段的划分183
二、海水对热液硫化物的影响183
三、形成硫化物的流体温度185
四、EPR13°N附近热液Fe-S-H2O系统的Pourbaix图及地质意义192
五、东太平洋海隆热液成矿特征及模式202
参考文献202
第四章东太平洋海隆热液柱研究211
第一节热液柱的温度异常自动化计算方法212
一、数据与方法213
二、处理结果216
三、方法误差计算217
四、重采样法和迭代法的优势218
五、重采样法和迭代法适用条件218
第二节东太平洋海隆热液区水文调查219
一、CTD测量的初步结果219
二、水体浊度的空间变化220
第三节热液柱的温度异常特征221
一、EPR12°39′N～12°54′N热液柱的温度异常222
二、EPR12°39′N～12°54′N热液柱的温度异常层位分析222
第四节热液柱的Mg、Cl、Br浓度异常及其影响因素223
一、测试方法223
二、EPR13°N附近热液柱中Mg、Cl、Br浓度异常223
三、热液柱中的Mg亏损，Cl、Br富集225
四、海底热液活动状态分析226
五、温度和Mg、Cl、Br浓度异常在热液柱中的滞留时间227
六、热液柱中Cl/Br值没有发生变化227
七、E55站位附近可能存在新的热液活动区228
第五节热液柱的Ca2+、SO42-浓度异常及其影响因素228
一、测试方法229
二、热液柱的Ca2+、SO42-浓度异常特征229
三、E7、E18站位水柱中Ca2+浓度异常与浮游生物的关系230
四、富CO2流体是热液柱中Ca2+浓度亏损的主要因素231
五、热液柱与喷口的距离及其成因分析233
参考文献233
第五章东太平洋海隆Fe-羟基氧化物研究238
第一节样品采集与分析方法239
一、样品采集239
二、分析测试方法239
第二节矿物组成239
第三节常量与微量元素组成240
一、常量元素组成240
二、微量元素组成241
第四节稀土元素组成243
第五节Fe-羟基氧化物的成因模式245
参考文献249
第六章东太平洋海隆热液区蚀变岩石特征251
第一节蚀变玄武岩的Fe-Si-Mn羟基氧化物壳251
第二节东太平洋海隆热液活动对玄武岩的改造257
一、样品与方法258
二、斜长石微斑晶中的新鲜和轻微蚀变区258
三、玄武质玻璃中的新鲜和轻微蚀变区262
四、蚀变岩石中矿物组成的化学变化265
参考文献270
第七章东太平洋海隆热液活动的沉积记录273
第一节含金属沉积物的分布274
一、胡安·德富卡洋脊275
二、EPR9°N～14°N275
三、南东太平洋海隆277
第二节样品采集及其特征277
一、EPR13°N附近的含金属沉积物样品278
二、EPR赤道附近的含金属沉积物样品283
第三节粒度分析283
一、EPR13°N附近含金属沉积物的粒度分析284
二、EPR-TVG5和EPR-TVG1含金属沉积物的粒度分析289
第四节孔隙率研究292
一、材料与方法292
二、E272站位沉积物的孔隙率293
三、E272站位沉积物孔隙率变化符合稳态压缩模型293
第五节沉积速率分析297
一、测试分析方法297
二、EPR13°N附近含金属沉积物的沉积速率299
第六节矿物组成301
一、EPR含金属沉积物的矿物组成301
二、EPR13°N附近沉积物的轻重矿物分析307
三、EPR沉积物的矿物组成308
第七节元素分布特征311
一、胡安·德富卡洋脊311
二、EPR9°N～14°N313
三、加拉帕戈斯扩张中心316
四、SEPR319
第八节化学组成及元素富集特征322
一、EPR13°N附近的含金属沉积物323
二、加拉帕戈斯扩张中心的含金属沉积物333
三、SEPR含金属沉积物335
四、EPR-TVG5站位沉积物的元素组成338
第九节元素赋存状态340
一、EPR13°N附近含金属沉积物中的元素赋存状态340
二、17A-EPR-TVG1和17A-EPR-TVG5沉积物的连续提取分析344
三、E53站位沉积物的连续提取分析352
第十节物质来源分析362
一、因子分析362
二、端元定量估计365
第十一节黏土矿物成因369
第十二节含金属沉积物与硫化物分布的相关性373
一、胡安·德富卡洋脊374
二、EPR21°N375
三、EPR13°N375
四、加拉帕戈斯扩张中心376
五、SEPR377
参考文献378
第八章东太平洋海隆及其邻域的硫化物资源潜力分析388
第一节中国在东太平洋海隆的硫化物资源调查研究概况389
第二节硫化物中有用元素含量数据统计及分析390
一、胡安·德富卡洋脊中硫化物的有用元素含量数据统计及分析390
二、北东太平洋海隆中硫化物的有用元素含量数据统计及分析392
三、加拉帕戈斯区中硫化物的有用元素含量数据统计及分析394
四、南东太平洋海隆中硫化物的有用元素含量数据统计及分析395
五、各热液区中硫化物的元素含量数据对比396
第三节胡安·德富卡洋脊硫化物资源潜力评估399
一、MiddleValley热液区399
二、Endeavour区402
三、轴部火山区405
四、GordaRidge区406
第四节东太平洋海隆硫化物资源潜力评估407
一、NEPR硫化物资源潜力评估407
二、加拉帕戈斯区硫化物资源潜力评估412
三、SEPR硫化物资源潜力评估419
第五节东太平洋海隆硫化物资源远景区与未来工作展望419
一、EPR13°N附近热液硫化物资源远景区419
二、未来工作展望420
参考文献421