海底熱液循環(huán)可以改變海水和洋殼的化學(xué)組成，也會(huì)影響洋殼的增生和冷卻過程，對(duì)于理解巖石圈-水圈的物質(zhì)和能量循環(huán)具有重要意義。作為中-高溫?zé)嵋夯顒?dòng)的產(chǎn)物，綠簾石對(duì)于沉積熱力學(xué)環(huán)境變化尤為敏感，是探究巖石圈熱液循環(huán)系統(tǒng)的極佳示蹤對(duì)象。由于受到溫度、水-巖比值等條件約束，洋殼中熱液綠簾石脈通常會(huì)出現(xiàn)在較深位置（例如在ODP504B鉆孔中，綠簾石脈出現(xiàn)在沉積物/基巖界面以下900米），取樣難度極大，目前關(guān)于熱液綠簾石的認(rèn)知大多來自于陸上蛇綠巖，缺少原位大洋玄武巖中綠簾石的詳細(xì)研究，極大限制了對(duì)海底熱液循環(huán)系統(tǒng)的認(rèn)知。
中科院深海所田麗艷研究員（通訊作者）、自然資源部第二海洋研究所丁巍偉研究員（共同通訊作者）及團(tuán)隊(duì)利用國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（IODP）368航次在南海初始洋殼區(qū)鉆探的U1502B鉆孔（圖1）蝕變玄武巖，首次開展了綠簾石脈的礦物學(xué)和原位地球化學(xué)研究，約束了南海海底擴(kuò)張初期海底熱液循環(huán)系統(tǒng)的蝕變流體類型和化學(xué)組成、綠簾石生長(zhǎng)環(huán)境特征等信息。
圖1 IODP 368航次U1502站位位置圖
本研究發(fā)現(xiàn)U1502B鉆孔蝕變玄武巖中出現(xiàn)的綠簾石脈破碎嚴(yán)重，具有再膠結(jié)現(xiàn)象和環(huán)帶結(jié)構(gòu)，表明在綠簾石脈形成時(shí)，鉆孔附近區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍。根據(jù)綠簾石的稀土元素和原位Sr同位素組成特征（圖2），可以推測(cè)U1502B鉆孔熱液系統(tǒng)的循環(huán)流體包括三種類型：（1）改性海水（具有負(fù)Ce異常，87Sr/86Sr = ~0.708）；（2）高溫?zé)嵋海ň哂姓?/font>Eu異常，87Sr/86Sr = ~0.706）；（3）巖漿流體（具有負(fù)Eu異常，87Sr/86Sr = ~0.704），且以高溫?zé)嵋毫黧w為主。
圖2 U1502B鉆孔熱液系統(tǒng)中三種循環(huán)流體的地球化學(xué)特征
此外，單個(gè)綠簾石顆粒的元素含量和87Sr/86Sr比值變化（圖3）表明在其生長(zhǎng)過程中，殘余高溫?zé)嵋?/font>流體的演化或者后期巖漿流體的補(bǔ)給造成了不同類型蝕變流體之間的混合，形成了綠簾石復(fù)雜的稀土分布模式。
圖3 單個(gè)綠簾石顆粒生長(zhǎng)過程中的地球化學(xué)特征變化圖
通過綠簾石脈的巖相學(xué)和地球化學(xué)特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，本研究認(rèn)為U1502B鉆孔基巖綠簾石脈的形成可能與南海的初始擴(kuò)張相關(guān)。與典型的洋中脊熱液系統(tǒng)不同，U1502B鉆孔的熱液系統(tǒng)以侵入巖墻作為熱源，以海底擴(kuò)張初期在初始洋殼形成的正斷層作為流體遷移通道；在侵入巖墻的加熱下，高溫?zé)嵋骸r漿流體與改性海水混合上涌在洋殼淺部的熱液釋放區(qū)形成綠簾石脈（圖4）。該項(xiàng)工作彌補(bǔ)了利用陸地非原位體系綠簾石示蹤熱液循環(huán)系統(tǒng)的不足；同時(shí)也證明了洋殼綠簾石化現(xiàn)象不僅限于洋中脊熱液系統(tǒng)，也可以發(fā)生在與海底擴(kuò)張初期拉張活動(dòng)相關(guān)的熱液活動(dòng)中，完善了對(duì)于海底熱液循環(huán)系統(tǒng)的認(rèn)知。
圖4 U1502B鉆孔熱液系統(tǒng)模式圖
這一研究成果近期在國際地學(xué)期刊Lithos在線發(fā)表，論文第一作者為中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所碩士研究生陳凌軒，合作者包括來自自然資源部第二海洋研究所、澳大利亞科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）和浙江大學(xué)的研究人員。該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金（41876044，42025601）、海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃科技合作方向項(xiàng)目（GHYF2022009）、海南省自然科學(xué)基金（421RC594）等多個(gè)科研項(xiàng)目的資助。
論文信息：Chen, L., L. Tian*, S.-Y. Hu, X. Gong, Y. Dong, J. Gao, W. Ding*, T. Wu, and H. Liu (2023), Seafloor hydrothermal circulation at a rifted margin of the South China Sea: insights from basement epidote veins in IODP Hole U1502B, Lithos, 444-445, 107102, https://doi.org/10.1016/j.lithos.2023.107102.
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