西南印度洋超慢速扩张脊50°E附近热液区金、银赋存状态和富集机制

The study of submarine hydrothermal activity and related ore-forming processes is currently at the frontier of geoscience research. Previously published data preliminarily indicate that modern seafloor massive sulfide deposits are potentially enriched in gold, silver and PGE, but little is known about their concentrations, occurrences and distribution in the Indian Ocean hydrothermal vent systems from different tectonic settings (especially the Southwest Indian Ridge). Thus, we mainly focus on precious metal elements in polymetallic sulfide deposits along the ultraslow-spreading Southwest Indian Ridge near 50°E (Chinese Contract Area). This study set out to characterize the mineralogical and geochemical features of these rare and precious metals at the micron-/nano-scale level by using high-resolution scanning/transmission electron microscopy (HRTEM), electron energy loss spectroscopy (EELS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), LA-MC-ICP-MS as well as other advanced techniques. Based on in-situ micro-analysis of sulfur isotopic compositions combined with the Re-Os isotope systematics and PGE-fractionation patterns, we can also provide significant implications for tracing possible sources of precious metals. This project aims to investigate factors controlling Au-Ag enrichment and systematically compare their mineralization mechanisms in various types of hydrothermal precipitates associated with MORB or ultramafic host rocks, which may help to gain a better understanding about the occurrences and distribution of precious metal elements within the SWIR hydrothermal vent systems.

现代海底热液活动及成矿作用是当前国际上的前沿研究课题。前人研究表明，海底块状硫化物矿床中金、银和铂族元素具有一定的矿化富集潜力；但在研究程度相对较低的印度洋热液系统中，其丰度、分布规律和赋存状态仍不清楚。本项目以稀贵金属资源为主攻矿种，选择当今备受关注的热点区域西南印度洋超慢速扩张脊多金属硫化物矿床为研究对象，并聚焦位于SWIR 50°E附近的我国勘探合同区，以微纳米尺度下元素赋存形式和富集矿化过程的精细研究为特色，利用高分辨率扫描/透射电镜、电子能量损失谱、X射线光电子能谱以及LA-MC-ICP-MS等先进原位测试技术，结合PGE配分模式、微区硫同位素与Re-Os同位素示踪方法，旨在深入了解西南印度洋中脊不同赋矿围岩、各类型热液产物中的金-银矿化特征，进一步揭示其成矿物质来源和富集规律，对于全面认识贵金属元素在超慢速扩张洋脊热液体系中的分布、赋存状态及其成矿机制具有重要理论意义。

近年来，西南印度洋超慢速扩张脊块状硫化物矿床中伴生贵金属元素的重要经济价值已引起国内外海洋地质学家的极大兴趣和广泛关注，开发前景十分诱人。然而到目前为止，除了相继报道有自然金产出的龙旂热液区初步显示出不容忽视的金矿化潜力外，前人对西南印度洋新发现的多个VMS矿床之间金、银的分布规律、赋存状态与富集机制了解甚少。有鉴于此，本项目对采自SWIR 49.2° ‒ 50.5° E和63.5° E多个热液区的典型矿石样品进行了细致的矿物学和地球化学综合对比研究。ICP-MS分析结果表明，受拆离断层控制的龙旂和玉皇块状硫化物普遍富集金、银（最高可达29.8 ppm Au和254.0 ppm Ag），而邻近的断桥和以超镁铁质岩为基底的天作热液区相对贫金，可见构造控矿因素似乎扮演了更为重要的角色。值得一提的是，我们首次报道在SWIR断桥、玉皇和天作热液区块状硫化物中发现有富含金-银-铂族元素等一系列微米-亚微米级贵金属独立矿物产出。贵金属元素主要呈双峰式分布于Zn-Fe与Cu-Fe硫化物共生组合中，也体现了赋矿围岩性质差异对金-银矿化的影响。考虑到贵金属矿化与富锌硫化物之间存在某种密切联系，我们通过高分辨率透射电镜观察，还发现这些载金/含银、贫Fe胶状锌硫化物样品通常发育高密度晶格缺陷，该无序超显微结构等纳米矿物学特征指示了由于海水与高温热液之间的混合-冷却作用而引起快速结晶是导致贵金属元素发生吸附、沉淀矿化的主要机制，反映出深海极端环境下的不平衡过程以及热液系统内的物理化学条件变化会对控制不可见金/银的分布以及其他成矿元素迁移、富集等地球化学行为乃至其载体矿物性质造成显著影响。此外，本课题组还应用He-Ar-S同位素地球化学体系对印度洋中脊热液活动区的成矿流体来源和演化过程进行示踪、约束，从而揭示了研究区内普遍存在低温围岩蚀变反应以及浅部海水下渗与混合过程，对超慢速扩张洋脊热液成矿系统的贡献作用更为显著。该独特地质背景下广泛发育的海底热液蚀变作用与沉积期后的表生风化过程也有利于非活动热液区内的贵金属元素发生微观尺度下的再活化迁移和次生富集成矿。