大陆裂解过程中的热液循环：南海裂谷边缘海底矿脉系统的演化

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Hydrothermal Circulation During Continental Breakup: Evolution of a Subseafloor Stockwork Mineralization at the South China Sea Rifted Margin

大陆裂解初期热液活动矿物学特征及流体温度约束。通过IODP 367/368航次在南海大陆-海洋过渡带钻探，揭示出两世代热液矿化：早世代以氯泥化及分散黄铁矿为主，晚世代形成方解石-纤闪石脉。黄铁矿微量元素显示流体温度峰值超过250℃，流体主要与基底玄武岩及同生沉积物反应，不同于成熟中脊热液系统。

　　在大陆裂解与早期海洋扩张过程中，热液活动是一个复杂而重要的地质过程，但目前对这一现象的理解仍然存在诸多空白。这一研究基于国际海洋发现计划（IODP）第367/368航次在南海北部大陆-海洋过渡带的钻探样品，揭示了热液矿物化作用的多样性及其形成条件。通过对热液矿物的详细岩石学和地球化学分析，特别是对黄铁矿中微量元素的检测，研究人员发现热液作用在该区域经历了多个阶段，形成了一系列不同矿物组合的热液脉。这些热液脉显示出与成熟洋中脊热液系统不同的特征，为研究早期海洋扩张期间的热液活动提供了新的视角。

### 热液活动的多阶段演化

研究发现，热液活动至少经历了两个主要阶段。第一阶段以绿泥石化作用和分散状黄铁矿化为主，表现为黄铁矿与绿泥石、石英等矿物共存。第二阶段则以碳酸盐脉为主，其中包含铁白云石、方解石和少量黄铁矿、黄铜矿等。值得注意的是，第一阶段的矿物组合中出现了大量的绿帘石，而这类矿物在现代海底热液系统中并不常见，表明早期海洋扩张阶段的热液活动可能具有独特的形成条件。此外，第二阶段的碳酸盐脉与第一阶段的硅质矿物化作用表现出显著差异，尤其是在矿物组合和微量元素特征上。

这一多阶段演化过程反映了热液系统在时间与空间上的复杂性。热液流体的温度估计超过250°C，这表明热液作用可能在较高的热流条件下发生。研究人员通过分析黄铁矿的微量元素组成，推测热液流体主要与下方的玄武岩和裂谷沉积物发生反应，而没有与大陆或地幔物质发生明显的相互作用。这一发现为理解热液流体在早期海洋形成过程中的来源提供了重要线索，同时也揭示了热液系统在不同演化阶段的特征差异。

### 热液矿物的形成机制

在南海北部大陆-海洋过渡带的钻探样品中，黄铁矿和其伴生矿物的微量元素组成显示了热液流体的演化过程。例如，黄铁矿中的钴、镍和铜元素富集，暗示其形成于高温环境，而其他微量元素如铊、锰、锑等的富集则可能与较低温度的热液作用有关。这种微量元素分布模式不仅有助于确定热液流体的温度范围，还能够揭示流体与周围岩石的相互作用方式。

黄铁矿的形成过程通常涉及热液流体与硫化物的反应，而这一过程中不同元素的富集程度可以反映流体的来源和演化路径。在该研究中，黄铁矿的微量元素组成显示出明显的分异特征，表明其形成可能经历了多次流体循环和矿物沉淀。此外，黄铁矿与石英、绿帘石等矿物共存，进一步支持了热液流体在高温条件下与下方岩石发生反应并形成矿脉。

### 与成熟洋中脊系统的对比

与现代洋中脊热液系统相比，南海北部大陆-海洋过渡带的热液活动表现出一些显著的不同。例如，在成熟洋中脊的热液系统中，常见的矿物包括硫化物、碳酸盐和硅质矿物，而南海区域的热液矿物化作用中，出现了大量绿帘石和铁白云石。这些矿物的出现表明，早期海洋扩张阶段的热液活动可能与裂谷环境下的特殊地质条件有关，如玄武岩的广泛分布和裂谷沉积物的反应。

此外，该研究还发现，早期的热液活动与后期的热液系统在矿物组合和微量元素特征上存在差异。这可能与热液流体的来源、温度、压力和流体循环路径的变化有关。例如，早期的热液流体可能主要来自地壳内部，而后期的流体可能受到海水的影响。这些差异为理解热液活动在不同地质阶段的演化提供了重要的依据。

### 热液活动对大陆裂解的影响

热液活动在大陆裂解过程中扮演了重要角色。一方面，它有助于冷却新生的洋壳，从而影响地壳的热状态和力学性质；另一方面，它也可能通过矿物化作用增强地壳的薄弱性，促进裂解过程。在南海北部大陆-海洋过渡带的热液系统中，黄铁矿和其伴生矿物的微量元素组成表明，热液流体与下方玄武岩和裂谷沉积物发生了反应，这种反应可能为大陆裂解提供了热源。

此外，热液活动还可能通过改变地壳的化学成分和物理性质，影响裂谷区的地质演化。例如，热液流体与玄武岩的反应可能导致局部的化学风化和矿物沉淀，从而改变地壳的结构和组成。这种改变可能对大陆裂解的最终形态产生影响，为研究大陆裂解的机制提供了新的视角。

### 热液活动的环境意义

热液活动不仅对地质演化有重要影响，还可能对生态系统产生深远的影响。在南海北部大陆-海洋过渡带，研究人员发现了一些与热液活动相关的生态系统特征，如富含硫化物的环境可能为化能合成生物提供了生存条件。这些生物可能依赖于热液流体中的化学物质，如硫化物和金属元素，进行能量代谢。因此，热液活动不仅是地质过程，也是生态系统的重要组成部分。

此外，热液活动还可能通过释放硫化物和金属元素，影响海洋化学环境。例如，黄铁矿的形成可能与海洋中硫循环密切相关，其微量元素组成可能反映出硫化物在海洋中的迁移和沉积过程。这些过程可能对海洋化学成分的演变产生影响，进而影响海洋生态系统和生物地球化学循环。

### 未来研究方向

尽管该研究提供了重要的新信息，但仍有许多问题需要进一步探讨。例如，热液流体的具体来源、热液活动的时空演化模式、热液矿物的形成机制以及热液活动对生态系统的影响等。这些研究将有助于更全面地理解大陆裂解和早期海洋扩张期间的热液活动及其地质和生态意义。

未来的研究可以结合更多的地球化学和地球物理数据，进一步揭示热液活动的细节。例如，通过分析热液流体的化学成分和同位素特征，可以更准确地确定其来源和演化路径。此外，结合热液矿物的微观结构和矿物学特征，可以更深入地理解其形成过程和环境条件。这些研究将为大陆裂解和早期海洋扩张的热液活动提供更加全面的认识，同时也将有助于揭示热液活动在地球系统中的重要作用。