赤道東太平洋水體及西南印度洋熱液活動(dòng)區(qū)水體懸浮顆粒礦物研究

發(fā)布時(shí)間：2020-04-16 07:58

【摘要】：2005年中國(guó)環(huán)球大洋17航次考察在赤道東太平洋取得了5個(gè)站位共54個(gè)懸浮體樣品。2010年中國(guó)第21次大洋考察在西南印度洋熱液活動(dòng)區(qū)7個(gè)站位的水體中取得了86個(gè)懸浮體樣品。本文以上述懸浮體樣品為研究對(duì)象,分別對(duì)赤道東太平洋和西南印度洋熱液活動(dòng)區(qū)水體懸浮顆粒礦物進(jìn)行了系統(tǒng)研究。依據(jù)赤道東太平洋研究區(qū)各站懸浮顆粒物總量、約4000張顆粒礦物掃描電鏡圖像和約4000個(gè)能譜分析數(shù)據(jù)及航次取得的水文資料,對(duì)赤道東太平洋研究區(qū)水體中懸浮體的顆粒物含量、礦物形態(tài)、組分及其分布等進(jìn)行了系統(tǒng)研究,探討了物源和影響因素。赤道東太平洋水體懸浮體含量普遍較低,在0.01-0.29mg/L之間。各站之間及同一站位不同水層之間分布不均。西部WS站懸浮體平均含量最高,為東部其余四站的2倍左右；各站懸浮體含量垂向分布大致有高-低-高的分布規(guī)律。赤道東太平洋水體懸浮礦物顆粒中共鑒別出7類38種礦物(化合物),其中3種硫化物礦物顆粒、獨(dú)居石、輕稀土氫氧化物(氧化物)等是首次在懸浮體中報(bào)道。礦物顆粒物源可以分為大氣、海洋自生礦物、海底再懸浮及可能的海底火山來(lái)源等四種。水體懸浮顆粒物中普遍發(fā)現(xiàn)了重晶石顆粒和集合體。重晶石顆粒形態(tài)可分為為卵形或圓形、菱形、箭頭形及不規(guī)則形4類,根據(jù)其溶蝕特征進(jìn)一步分出了對(duì)應(yīng)的亞類；新發(fā)現(xiàn)了箭頭狀重晶石,屬于自然界首次發(fā)現(xiàn),對(duì)其成因進(jìn)行了解釋；發(fā)現(xiàn)了形態(tài)各異的溶蝕重晶石,在水體中普遍存在。對(duì)重晶石的含Sr量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)Sr較廣泛地參與了重晶石的結(jié)晶形成過(guò)程,提出了重晶石溶蝕形態(tài)的選擇性溶解形成機(jī)制；不同站位水層重晶石顆粒的粒度大小、數(shù)量分析表明,重晶石的形成機(jī)制可能具有天青石形成模式和有機(jī)聚集體形成模式同時(shí)并存。重晶石顆粒有時(shí)以集合體形式被含粘土有機(jī)質(zhì)、含鈣有機(jī)質(zhì)或含Ti的氫氧化物(氧化物)膠體等包裹。海洋重晶石的成因和溶蝕研究,對(duì)認(rèn)識(shí)海洋生物地球化學(xué)循環(huán)和評(píng)估古海洋生產(chǎn)力有重要意義。礦物組合分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)中部三站礦物以陸源物質(zhì)和海洋自生物質(zhì)為主；西部和東部站位礦物組分還含有少量金屬硫化物或金屬氫氧化物,可能受到海底火山活動(dòng)的一定影響,與其所處區(qū)域的構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。依據(jù)西南印度洋熱液活動(dòng)區(qū)懸浮體樣品的顆粒物總量、5000多張礦物掃描電鏡圖像和近5000個(gè)能譜分析數(shù)據(jù)及航次資料,對(duì)西南印度洋熱液活動(dòng)區(qū)水體中懸浮體的顆粒物含量、礦物形態(tài)、組分及其分布特征等進(jìn)行了系統(tǒng)研究,分析了與研究區(qū)熱液活動(dòng)的關(guān)系,提出了熱液活動(dòng)區(qū)的大洋水體同樣存在作為熱液羽狀流標(biāo)志性組分的硫化物礦物懸浮顆粒異常的概念。西南印度洋熱液活動(dòng)區(qū)水體中懸浮體含量在0.17-1.45mg/L之間,高出赤道東太平洋海區(qū)5-10倍；各站位懸浮體含量的平均值變化相對(duì)不大,但垂向上懸浮體含量變化較大,大致可以分為高-低-高三段。西南印度洋研究區(qū)懸浮大洋水體中共發(fā)現(xiàn)42種礦物(化合物)和3種未確定結(jié)構(gòu)的硫化物物相,其中3種硫化物和4種硫化物的礦物形態(tài)是大洋懸浮顆粒物中的新發(fā)現(xiàn)。二硫化鋅是在自然界未曾發(fā)現(xiàn)過(guò),四硫化鋅則未見(jiàn)任何報(bào)道。提出了“過(guò)硫化鋅-鐵閃鋅礦-黃鐵礦-黃銅礦”和“黃銅礦-閃鋅礦-黃鐵礦-磁黃鐵礦”兩種懸浮顆粒熱液硫化物標(biāo)志性組合,推測(cè)其來(lái)源分別以中等高溫型羽狀流噴發(fā)為主和高溫型羽狀流噴發(fā)為主。懸浮硫化物顆粒的數(shù)量、形態(tài)、組合和分布特征與已有報(bào)道的鄰近熱泉活動(dòng)區(qū)在空間和性質(zhì)上有明顯的對(duì)應(yīng)性。西南印度洋熱液活動(dòng)區(qū)硫化物顆粒的種類、數(shù)量和分布等特征,與赤道東太平洋研究區(qū)形成了鮮明的對(duì)照。西南印度洋熱液活動(dòng)區(qū)1500m左右以下的水體中,硫化物顆粒種類多,數(shù)量大,其數(shù)量的垂向分布也出現(xiàn)明顯異常,具有熱液羽狀流擴(kuò)散殘留痕跡或殘余物的性質(zhì)。這些特點(diǎn),是赤道東太平洋研究區(qū)所沒(méi)有的。西南印度洋熱液活動(dòng)區(qū)懸浮顆粒物研究表明,熱液活動(dòng)區(qū)的大洋水體同樣存在熱液羽狀流標(biāo)志性組分的硫化物礦物懸浮顆粒異常,懸浮硫化物顆粒的組合和形態(tài)等各種特征與鄰近的熱泉活動(dòng)區(qū)在空間和性質(zhì)上有明顯的對(duì)應(yīng)性,是判識(shí)熱液活動(dòng)區(qū)的水體特征的依據(jù)。熱液活動(dòng)區(qū)懸浮顆粒物與熱液羽狀流懸浮顆粒物相比,分布范圍更廣泛,樣品也較易取得,其特征和分布有助于認(rèn)識(shí)熱液噴口的性質(zhì)和熱液羽狀流的范圍。因此,熱液活動(dòng)區(qū)大洋懸浮體顆粒硫化物礦物異常的研究,可能是是判識(shí)和追蹤熱液羽狀流和熱液活動(dòng)遠(yuǎn)景區(qū)的一種新途徑。
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