海底黑烟囱的识别研究及其科学意义_李江海第19卷第1期2004年2月地球科学进展ADVANCEINEARTHSCIENCESVol.19No.1Feb.,2004文章编号:1011-8166(2004)01-0017-09海底黑烟囱的识别研究及其科学意义李江海,牛向龙,冯军(北京大学地球与空间科学学院,北京101871)摘要:现代海底黑烟囱广泛出现于大洋中脊、弧后盆地、浅海及大陆裂谷等环境,形成巨大规模的块状硫化物,并且在黑烟囱周围发现了化学自养细菌。海底硫化物黑烟囱具有明显的柱状—锥状构造形态,常保留通道构造,矿物同心圈状分带明显。黑烟囱的形成涉及热液流体与海水相互作用,外壁快速沉淀及通道内部硫化物结晶等过程。深部岩浆热源、热液沿裂隙集中流动和持续喷发,有利于形成大规模黑烟囱构造。海底硫化物丘体的钻探及其与地史时期块状硫化物的对比研究表明,它们具有相似的内部构造和矿床分带特征。黑烟囱的生长、垮塌以及丘体内部角砾化、交代、重结晶作用,有助于大规模矿床的形成。最后,在块状硫化物中寻找黑烟囱残片的研究,对于探讨成矿过程与早期生命活动具有重要意义。关键词:黑烟囱;块状硫化物;热液;成矿过程;生命起源中图分类号:P736文献标识码:A0前言现代海底黑烟囱及其热液矿产的发现是全球海洋地质调查近10年中取得的最重要的科学成就。它主要通过大规模的海洋调查以及深海观测技术的进步不断取得进展和突破,特别是如大洋钻探计划(ODP,11015—2003.10)的开展和深潜器的应用。海底黑烟囱的研究极大地推动了对海底矿产资源的勘察,以及对金属硫化物成矿过程的认识[1～4]。黑烟囱周围还发现极端环境下的生命活动及其独特的生命体系,并以此提出生命起源于海底黑烟囱周围的新理论[5]。海底黑烟囱硫化物矿体富集程度高、贵金属含量高、成矿过程快。它们成为人类未来海底矿产资源的重要部分。现代海底黑烟囱还对全球气候变化、海水化学成分演化、大洋热平衡产生重要影响。本文重点探讨黑烟囱的地质标志、形成过程、海陆块状硫化物的对比及其研究意义等,以期推动我国在黑烟囱及其成矿过程的研究和对海底矿产、生物资源的巨大潜力的探讨。1海底黑烟囱研究概述现代海底黑烟囱的研究开始于1978年,美国的阿尔文(Alrin)号载人深潜器上的地质学家们首次在东太平洋洋中脊(21°N)的轴部采得由黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿组成的硫化物。1979年阿尔文号在同一地点深度约2610～1650m的海底,在海底熔岩上发现数十个冒着黑色和白色烟雾的烟囱,以及附近的铜、铁、锌硫化物堆积形成的丘体。约200～400℃的含矿热液从直径约15cm的烟囱中以每秒几米的速度喷出。矿液刚喷出时为澄清溶液,与周围海水(约2℃)混合后,很快产生沉淀变为“黑烟”(由极细粒灰色磁黄铁矿、闪锌矿、黄铁矿颗粒组成)或“白烟”(极细粒的SiO2、氧化钡、黄铁矿),沉淀物主要由磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿和铜—铁硫化物组成[6]。收稿日期:2003-04-07;修回日期:2003-09-11.＊基金项目:国家自然科学基金项目“鲁西晚前寒武纪岩墙群形成机制及其区域对比”(编号:40173066);“遵化—辽西太古代蛇绿岩”(编号:40242022)资助.作者简介:李江海(1965-),男,山西太原人,教授,主要从事区域构造学及前寒武纪地质学研究与教学.E-mail:jhli@https://www.sodocs.net/doc/771706345.html第19卷第1期2004年2月地球科学进展ADVANCEINEARTHSCIENCESVol.19No.1Feb.,2004文章编号:1011-8166(2004)01-0017-09海底黑烟囱的识别研究及其科学意义李江海,牛向龙,冯军(北京大学地球与空间科学学院,北京101871)摘要:现代海底黑烟囱广泛出现于大洋中脊、弧后盆地、浅海及大陆裂谷等环境,形成巨大规模的块状硫化物,并且在黑烟囱周围发现了化学自养细菌。海底硫化物黑烟囱具有明显的柱状—锥状构造形态,常保留通道构造,矿物同心圈状分带明显。黑烟囱的形成涉及热液流体与海水相互作用,外壁快速沉淀及通道内部硫化物结晶等过程。深部岩浆热源、热液沿裂隙集中流动和持续喷发,有利于形成大规模黑烟囱构造。海底硫化物丘体的钻探及其与地史时期块状硫化物的对比研究表明,它们具有相似的内部构造和矿床分带特征。黑烟囱的生长、垮塌以及丘体内部角砾化、交代、重结晶作用,有助于大规模矿床的形成。最后,在块状硫化物中寻找黑...