西南印度洋脊龍旂熱液區蝕變巖巖石學特征及對熱液流體循環的指示

王媛，李懷明*，董傳萬，于增慧，陶春輝，李偉，岳羲和,5，呂士輝

( 1. 自然資源部第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；2. 自然資源部海底科學重點實驗室，浙江 杭州 310012；3. 浙江大學地球科學學院，浙江 杭州 310012；4. 中國海洋大學 海洋地球科學學院 海底科學與探測技術教育部重點實驗室，山東 青島 266100；5. 中國地質大學 海洋學院，湖北 武漢 430074；6. 中國地質大學 海洋學院，北京 100083)

1 引言

目前全球已發現的熱液噴口總量接近700個，其中在慢速-超慢速擴張洋脊（全擴張速率小于55 mm/a）發現的熱液噴口數量已超過總量的60%[1-3]。慢速-超慢速擴張洋脊上發育的拆離斷層與熱液循環系統具有緊密關系[4]，可為熱液流體循環提供上升通道[5]。熱液流體沿著通道上升，在上升流區與圍巖發生相互作用[6]。拆離斷層作用可使地殼深部的輝長巖及蛇紋石化地幔巖出露在海底，形成大洋核雜巖，這為研究上升流區流體特征和變化以及熱液流體循環提供了直接的研究樣本[7]。

海底熱液循環系統的上升流區發生著復雜的物理和化學過程，例如高溫上升流與圍巖的相互作用、海水下滲以及與熱液流體的混合、超基性巖的蛇紋石化過程等。這些過程改變了上升流的性質，也影響著洋中脊巖石圈的結構和組成，是控制洋中脊熱液流體循環和成礦作用的重要因素[7-14]。超慢速擴張西南印度洋脊Atlantis Bank拆離斷層變質巖的微結構和礦物溫度計研究結果表明，拆離斷層活動伴隨著復雜變質過程，包括斜長石的動力重結晶（650～910℃）、角閃石伴生的溶解-沉淀蠕變過程（450～750℃）、綠泥石伴生反應軟化（300～450℃）和脆性裂隙和破碎等（低于300℃）[13]。大西洋脊Logatchev熱液區的蛇紋巖富集Fe，反映富鐵利于蛇紋石和磁鐵礦的形成；Si含量的增加顯示了水控反應環境；在水巖反應過程中，變質輝長巖的大部分微量元素進入到流體相；Si、Ti、Ca和Na等主量元素的虧損，反映Ti氧化物、單斜輝石和斜長石等礦物的分解；Mg元素的富集表明富Mg黏土礦物沉淀[15-16]。

位于西南印度洋脊的龍旂熱液區是在超慢速擴張洋脊發現的首個活動熱液區[17]。Zhao等[18]利用主動源地震研究對龍旂熱液區和位于大西洋脊的TAG熱液區的地殼結構進行對比研究，認為二者均受到拆離斷層控制，在成因上具有一定相似性。該類型的熱液系統模型有兩個典型特征：一是拆離斷層根部存在輝長巖侵入體，是驅動熱液流體循環的“熱源”[18-20]；二是活動的拆離斷層增加了下盤巖體孔隙度，是熱液流體循環的上升流區。

中國大洋調查航次在龍旂熱液區及其鄰近區域利用電視抓斗獲取了大量的蝕變巖石樣品，蝕變巖研究可提供豐富的龍旂上升流區環境參量，為該類型熱液系統的上升流區的流體特征及循環模式提供直接證據。本文利用研究區蝕變巖石的巖相學和礦物地球化學分析結果，研究龍旂熱液區蝕變巖巖石學特征，探討龍旂熱液系統的流體環境特征及其控制機制。

2 地質背景

西南印度洋脊（Southwest Indian Ridge, SWIR）位于南極洲板塊和印度洋板塊之間，長約8 000 km，全擴張速率約為12～14 mm/a，屬于超慢速擴張洋脊[21]（圖1）。研究區位于西南印度洋脊中段Indomed轉換斷層和Gallieni轉換斷層間的一級洋脊段，由于受到1 000 km外Crozet地幔熱點的作用[22-23]，該段洋脊在8～11 Ma BP前巖漿供給突然劇烈增加。目前洋脊段軸部平均水深約為3 180 m，是西南印度洋脊上水深最淺的洋脊段之一[23]。研究區所在的第28脊段具有典型的非對稱擴張的特點，洋中脊北翼地形崎嶇，近E-W向線性構造發育；洋中脊的南側發育有大型斷塊，相比于北側，地形隆起0.5 km，地殼較薄，約2.9 km，對應的磁性層也同樣減薄約0.5 km[18,24-25]。

圖1 西南印度洋脊地理位置Fig. 1 Location of the Southwest Indian Ridge

圖2 龍旂熱液區地形及采樣點巖石類型示意圖Fig. 2 Topography of Longqi hydrothermal fields, sample stations and rock types

在西南印度洋脊的第28脊段發現了兩處熱液區，分別是活動的龍旂1號熱液區（LQF-1）和龍旂3號熱液區（LQF-3）（圖 2）。其中LQF-1熱液區位于第28洋脊脊軸和非轉換不連續帶交界處的斷崖處，地形上表現為中軸裂谷東南斜坡的一個丘狀突起，水深為2 755 m[17]。根據“蛟龍號”載人潛水器在LQF-1的近底觀測結果顯示，該熱液區周圍地形高低起伏不平，發育高溫熱液噴口（流體溫度為379℃），噴口附近以新鮮的枕狀玄武巖為主，缺少深海沉積物，顯示為新近的火山活動。LQF-1熱液區的南部約1～2 km處出露大面積的熱液蝕變巖。LQF-3熱液區發育在洋中脊軸部裂谷的斜坡上，多被深海沉積物覆蓋，水深約為2 290 m。地質與地球物理證據表明在研究區洋脊段南翼發育有拆離斷層，斷層活動延伸至軸部火山脊下方，與深部熱源相連，該熱源被認為是熱液流體循環的物質和能量的來源[26]。

3 樣品來源及處理方法

本文樣品主要來自中國大洋第30、34和40航次，通過電視抓斗在洋底表面獲取。根據樣品的類型及所處構造環境不同，本文將研究區分為3個區塊：即 A 區（37°47′S，49°40′E）、B 區（37°46′S，49°42′E）、C 區（37°47′S，49°44′E）（圖 2）。其中A區塊鄰近LQF-1熱液區，采集到的巖石樣品包括9塊蝕變玄武巖、1塊蝕變輝長巖、5塊蝕變輝石巖、2塊蛇紋石化輝橄巖和5塊蛇紋巖。B區塊位于中脊壁的底部，靠近新火山脊，巖石樣品包括1塊新鮮玄武巖、1塊蝕變輝長巖、1塊蝕變輝橄巖、1塊蛇紋巖。C區塊位于LQF-3熱液區，共采集到15塊蝕變玄武巖、1塊輝綠巖。

首先，對研究區巖石樣品進行手標本描述，并制備巖石薄片。其次，采用光學顯微鏡Zeiss Axio Scope A1觀察巖石的主要礦物組成和結構特征。最后，在鏡下觀察的基礎上，利用JXA-8100型電子探針分析了蝕變礦物的主量元素組成。電子探針分析在自然資源部第二海洋研究所海底科學重點實驗室完成，分析測試參數為：放大倍數為×40～×300 000連續可調；束流穩定性為±0.5×10-3/h；探針電流范圍為10-12～10-5A；二次電子分辨率為6 nm；加速電壓范圍為0.2～30 kV。標準樣品采用國家電子探針標準樣品，例如：橄欖石、單斜輝石、鈣長石等樣品。標準方法采用GB/T 4930-93電針分析標準樣品通用技術條件，GB/T 15074-94電子探針定量分析方法通則，GB/T 15075-94電子探針分析儀的檢測方法，GB/T 15617-95硅酸鹽礦物的電子探針定量分析方法，修正方法采用ZAF法。巖石詳細信息見表1。

4 結果

4.1 巖相學特征

4.1.1 A區

A區巖石樣品類型主要包括蝕變玄武巖、蝕變輝長巖、蛇紋石化輝橄巖和蛇紋巖（圖3）。蝕變玄武巖多呈灰綠色，原巖可分為斑狀玄武巖、玻璃質玄武巖及球顆玄武巖等。蝕變輝長巖樣品表面呈灰色-黑灰色，部分表面具黃褐色弱蝕變現象及硅化現象。蛇紋巖樣品多呈淺綠色-黑綠色，表面具滑感，部分呈板片狀定向分布。蛇紋石化輝橄巖表面呈灰綠色，部分表面具紅褐色氧化膜，切面可見典型網狀結構。

蝕變玄武巖樣品顯微結構觀察結果顯示，玄武巖原巖多發生碎裂作用，綠泥石化現象明顯。部分樣品裂隙較少，可觀察到斜長石斑晶（1～5 mm），斑晶具有卡鈉復合雙晶結構，表面發育顯微裂隙，并且在裂隙中充填少量綠泥石（圖4a）。部分樣品內部裂隙發育，裂隙中多充填暗綠色綠泥石脈及石英脈（圖4b），偶有樣品可見裂隙交匯處呈斑塊狀的暗綠色礦物集合體。蝕變球顆玄武巖樣品A11-3（圖3a）可見表面及切面的白色玄武質球顆（1～6 mm），肉眼可見零散裂隙分布，寬度在0.5～2 mm之間，其中填充暗綠色綠泥石及石英等，玄武質球顆在顯微鏡下顏色由中心向四周逐漸變淺（圖4c），巖石呈現特殊的環帶狀構造（圖4d），由鈉長石及少量鐵質礦物構成邊界，內部分布殘余的玄武質玻璃及綠泥石、榍石等礦物。

蝕變輝長質初糜棱巖樣品A04-2（圖3b）整體受構造作用影響較強，巖石邊緣呈不規則狀斷口。巖石內部已呈碎斑結構，部分呈殘留輝長結構，碎斑含量在85%～90%，主要為斜長石，次為單斜輝石。輝石多被綠泥石及少量次閃石交代，部分原巖碎粉重結晶為顯微鱗片狀綠泥石。巖石的變形作用分兩個期次：前期遭受剪切變形作用，發育塑性變形（圖5a），原巖碎裂的斜長石、輝石定向分布，并伴隨部分晶體彎曲變形（圖5b，圖5d），形成典型的糜棱結構。后期巖石發生脆性變形，在原有結構上形成新的裂隙（圖5c），熱液礦物沿新裂隙灌入。

表1 研究區巖石樣品信息表Table 1 Information of rock samples in the study area

圖3 龍旂熱液區A區塊巖石標本照片Fig. 3 Photographs of rock samples in the Area A of Longqi hydrothermal field

圖4 龍旂熱液區A區塊玄武巖鏡下照片Fig. 4 Photomicrographs of thin sections of basalt in the Area A of Longqi hydrothermal field

圖5 龍旂熱液區A區塊輝長巖鏡下照片Fig. 5 Photomicrographs of thin sections of gabbros in the Area A of Longqi hydrothermal field

在樣品A04-1蝕變輝橄質初糜棱巖中，可見定向分布的次閃石集合體，形成典型的糜棱結構（圖6a）。樣品蝕變輝石巖A12-2，受到構造應力的作用，輝石呈現扭曲，揉皺現象（圖6b）。一些蝕變輝石巖的蝕變礦物集合體常保持輝石的柱狀晶體假象。例如，次閃石化輝石巖樣品A04-3（圖6c）中，輝石蝕變為纖維狀次閃石，邊緣被蛇紋石交代，可見柱狀綠簾石分布。

蛇紋巖及蛇紋石化輝橄巖主要由蛇紋石和殘余橄欖石、輝石顆粒構成。蛇紋石由原巖中的橄欖石或輝石蝕變形成，顯微鏡下無色，呈纖維狀、鱗片狀、葉狀，并析出少量鐵質。在蛇紋巖及蛇紋石化輝橄巖中常可見到網狀結構，如蛇紋石化輝橄巖樣品A10-5（圖3d），其由蝕變后殘余的橄欖石或輝石假象及蛇紋石網脈組成，網狀結構邊為礦物邊界或礦物內部的裂隙（圖 6d）。

4.1.2 B區

B區巖石類型主要有玄武巖、蝕變輝長巖、蝕變輝石巖、蛇紋巖（圖7）。其中玄武巖為黑色塊狀構造，表面可見紅褐色的氧化薄膜，部分表面有黑色的鐵錳質玻璃結殼（圖7a）。蝕變輝長巖（圖7b）表面顏色呈淺灰色，中粒狀，原巖礦物的組成與結構較清晰；蝕變輝石巖（圖7c）呈灰黑色-黑綠色，塊狀構造，原巖的構造不清晰；蛇紋巖（圖7d），巖石呈板片狀，表面呈深綠色-淺綠色，具蠟狀光澤。

圖6 龍旂熱液區A區塊蝕變超基性巖鏡下照片Fig. 6 Photomicrographs of thin sections of altered rocks in the Area A of Longqi hydrothermal field

圖7 龍旂熱液區B區巖石標本照片Fig. 7 Photographs of rock samples in the Area B of Longqi hydrothermal field

圖8 龍旂熱液區B區蝕變巖石鏡下照片Fig. 8 Photomicrographs of thin sections of altered rocks in the Area B of Longqi hydrothermal field

鏡下觀察結果顯示，玄武巖樣品B04-1基質呈間粒結構，其主要礦物為針狀斜長石和橄欖石，斜長石格架的空隙中充填綠泥石（圖8a）。蝕變輝長巖樣品B04-2整體保留了輝長結構，斜長石受構造應力作用普遍發育脆性變形，輝石受熱液蝕變作用發生次閃石化，裂隙中充填少量淺灰色綠泥石（圖8b，圖8c）。在樣品B04-3蝕變輝石巖中，輝石碎裂程度較高并伴隨次閃石化，裂隙中充填著綠泥石及綠簾石等礦物。在樣品B04-4蛇紋巖中，幾乎所有礦物已經蝕變為蛇紋石，有少數蛇紋石保留輝石或橄欖石的假象，大部分蛇紋石形成典型的網狀結構（圖8d）。

4.1.3 C區

C區塊樣品以蝕變玄武巖為主，另有一塊輝綠巖樣品。部分蝕變玄武巖表面為深灰色至黃褐色，隱晶質結構，有部分樣品分布氣孔，可見少量網脈狀的裂隙，還可見少量綠泥石充填；部分蝕變玄武巖表面色雜，切面呈淺綠色，角礫狀結構，在表面和切面上均可見到許多呈棱角狀-次棱角狀的角礫，且角礫中可見裂隙。輝綠巖呈深灰色，細粒結構，可見主要礦物組成與結構，樣品可觀察到綠泥石化現象。

蝕變玄武巖C21-4中，可見寬大于2 mm的綠簾石脈，與石英脈、綠泥石脈伴生（圖9a，圖10a），氣孔中充填了兩種顏色不同的綠泥石，可能形成于不同的溫壓條件（圖10b）。蝕變玄武巖樣品C20-1的原巖發生極強烈的破碎，形成直徑小于100 μm的玄武質碎粉，膠結物為后期灌入的綠泥石、石英等硅質熱液流體（圖9b，圖10c）。蝕變玄武質角礫巖樣品C17-2（圖9c）表面呈黃綠色，切面呈淺綠色，角礫狀結構，切面上還可看到角礫呈環帶狀，邊緣可見白色小球粒。鏡下可觀察到環帶狀構造。蝕變玄武巖樣品C16-1中，玄武巖角礫遭受熱液蝕變后，內部的角閃石、輝石、斜長石等礦物蝕變為綠泥石，并析出石英、綠簾石、榍石、鐵質礦物等，形成特殊的環帶構造（圖 9d，圖 10d）。

4.2 礦物地球化學

4.2.1 綠泥石

綠泥石是熱液蝕變巖石的常見礦物之一，在中低溫、中低壓環境中穩定存在。由于綠泥石的成分和結構與其形成時的物理化學條件關系密切，可作為固溶體地質溫度計，并可反映水巖反應環境及流體性質，故其指示性作用一直受到關注[27-30]。

圖9 龍旂熱液區C區巖石標本照片Fig. 9 Photographs of rock samples in the Area C of Longqi hydrothermal field

綠泥石化現象在龍旂熱液區的巖石中較為普遍。綠泥石一般充填在基質裂隙、氣孔（杏仁體）、斑晶裂隙、環帶之中，也作為膠結物出現于玄武質角礫巖中。形態可分為纖維狀、簇狀、顯微鱗片狀、放射狀、粒狀等。顏色有常見的橄欖綠、淺綠色，正交偏光鏡下也可見異常的墨水藍及淺灰色。對比A區及C區蝕變玄武巖中的綠泥石發現，在A區中，巖石的綠泥石化程度相對較低，綠泥石主要與石英伴生，或單獨填充在斑晶裂隙中；C區中，綠泥石化程度更為強烈，綠泥石可與綠簾石、榍石、石英等礦物伴生，并伴隨復雜且普遍的環帶狀構造現象。

從主量元素結果上來看（表2），龍旂熱液區蝕變輝橄質巖石及蝕變輝石巖的綠泥石的FeO含量在17.84%～27.49%之間，平均值為23.32%(n=15)；MgO含量在13.00%～20.09%之間，平均值為15.96%(n=15)。而蝕變玄武巖及蝕變輝長質巖石的FeO含量在10.26%～27.04%之間，平均值為17.07%（n=33）；MgO含量在 14.12%～26.57%之間，平均值為20.88%（n=33）。整體上綠泥石的SiO2含量在25.72%～30.79%之間，平均值為28.57%（n=48）；Al2O3的含量在14.07%～21.24%之間，平均值為18.28%（n=48）。

將不同區域綠泥石的化學組成投影在分類圖（圖11）上，可以看出，龍旂熱液區綠泥石種屬表現出多樣性：多數為密綠泥石，少量為鐵斜綠泥石、斜綠泥石和鮞綠泥石。這種多樣性反映了礦物中Mg和Fe含量差異，也表明其形成條件的多樣性。

表2特征值部分以14個氧原子為基準計算得到單位晶胞中的陽離子數（通式中以28個氧原子為基準）。雖然電子探針分析不能區分Fe2+和Fe3+，但大量的文獻均認為綠泥石中Fe3+的含量小于總量的5%[31]，因此本文中Fe2+及Fe3+均直接使用電子探針測試所得的FeO為全鐵。

Jowett[32]提出了綠泥石的溫度計算的修正公式，

該公式在前人研究的基礎上，考慮了Mg2+和Fe2+對綠泥石溫度的影響。根據龍旂熱液區綠泥石礦物電子探針數據可知，該區綠泥石主要發生Fe、Mg兩種元素的置換，在溫度計算中考慮Mg2+和Fe2+的影響對結果極為關鍵。經計算，本研究所有數據均符＜0.6的適用前提，故本文采用該公式進行綠泥石溫度計算，計算結果見表2。

4.2.2 綠簾石

圖10 龍旂熱液區C區蝕變玄武巖鏡下照片Fig. 10 Photomicrographs of thin sections of basalt in the Area C of Longqi hydrothermal field

表2 龍旂熱液區各類巖石中綠泥石代表性主量元素及其特征值（%）Table 2 Chlorite electron microprobe analyses and characteristic values of rocks (%) in the Longqi hydrothermal field

續表 2

圖11 綠泥石分類圖解（據文獻[31]）Fig. 11 Classification of chlorites (based on reference[31])

表3 龍旂熱液區各類巖石中綠簾石、陽起石主量元素成分Table 3 Epidote and actinolite electron microprobe analyses of rocks in the Longqi hydrothermal field

綠簾石是基性巖熱液蝕變過程中形成的常見礦物。在構造應力的作用下，Ca離子可以從角閃石、斜長石、輝石等礦物中析出，并與Fe、Mg等離子一起形成綠簾石族礦物。在龍旂熱液區中，綠簾石可見于玄武巖、輝石巖等巖石的裂隙中（圖6c，圖10a），與綠泥石、石英、次閃石等熱液礦物共生。綠簾石的主量元素組成見表3。主量元素結果顯示，玄武巖樣品C21-4的Al2O3含量為22.32%，FeO含量為12.40%；玄武巖樣品C16-1的Al2O3含量平均為24.11%，FeO含量平均為9.56%(n=3)；蝕變輝石巖B04-3的Al2O3含量平均為24.99%，FeO含量平均為9.71%(n=2)。C21-4樣品中綠簾石呈脈狀充填，與零星分布的綠簾石相比，呈現Al2O3含量偏低，FeO含量偏高的特點。

4.2.3 次閃石

次生角閃石為基性、超基性蝕變巖石中的常見礦物。在龍旂熱液區，次閃石主要為輝石等礦物受熱液蝕變產物，多形成針狀或纖維狀次生角閃石集合體，有時保留輝石假象（圖6a，圖8c），該過程也稱為次閃石化。電子探針數據（表3）表明，在龍旂熱液區中，次生角閃石的成分主要為陽起石。A區塊輝長巖中的陽起石的FeO含量為11.49%，Al2O3含量為4.39%，高于B區輝長巖中的陽起石FeO的平均值4.27%(n=2)及Al2O3的平均值2.14%(n=2)。而A區塊輝長巖中的陽起石的SiO2含量為52.09%，MgO含量為15.81%，低于B區輝長巖陽起石SiO2的平均值54.21%(n=2)及MgO的平均值18.61%(n=2)。

5 討論

5.1 巖石變形程度及過程

研究區所獲得的蝕變巖樣品，包括蝕變玄武巖、蝕變輝長巖、蝕變輝石巖以及蛇紋巖等，都發生了不同程度的變形作用。其中脆性變形主要發生在A、C區的蝕變玄武巖及B區的深層地幔巖中。巖石受應力作用碎裂形成玄武巖角礫，遭受熱液蝕變后，內部的角閃石、輝石、斜長石等礦物一部分自身蝕變為綠泥石，一部分析出SiO2、Fe離子、Mg離子、Ca離子等物質，進入熱液中或聚集在角礫邊緣，形成特殊的“環帶”。脆性-塑性變形特征出現在A區的深層地幔巖中。區別于發生脆性碎裂的巖石，塑性變形多發生礦物的重結晶以及礦物晶體的扭曲、彎折現象（圖5b，圖5d）。如在A區的A12站位獲取的蝕變輝石巖等樣品中發現的次閃石集合體及輝石的扭曲、揉皺現象（圖 6b）。

A區的蝕變輝長質初糜棱巖樣品（A04-2）較為特殊，記錄了脆性-塑性變形及脆性變形兩個變形階段。第一階段，拆離斷層的作用使得原巖受剪切應力作用，輝石、斜長石晶體彎曲變形、破碎并定向分布，形成典型的糜棱結構。該階段的變形多發育在地殼深部，流體溫度較高，在一些斷層如Atlantis Massif、西南印度洋脊Atlantis Bank上，同樣發現這種由高應變變形作用產生的糜棱巖剪切帶[10,13]。第二階段，發生塑性變形的輝長巖冷卻、破碎，在原有結構上形成新的裂隙，伴隨著低溫礦物沿新裂隙灌入。推測該階段的變形作用主要是拆離斷層活動造成巖石脆性變形，同時海水下滲，并與流體發生混合造成低溫礦物的沉淀。

5.2 蝕變礦物組合及特征

研究區的蝕變玄武巖普遍發生綠泥石化作用，可觀察到綠泥石、石英、榍石、綠簾石、鈉長石等次生礦物填充于玄武巖裂隙或氣孔中。該蝕變礦物序列與在大洋鉆探（ODP）504B鉆孔的過渡區及巖席區（水深898～1 350 m）中的蝕變玄武巖相似：在高于200～250℃的溫度下，玄武巖與被加熱的海水（含Mg，部分帶有金屬元素或富含Si）反應，形成綠泥石、陽起石、黃鐵礦、鈉長石、榍石和次生石英等礦物[33]。A區和C區的部分蝕變玄武巖樣品原巖發生了強烈的破碎，形成難以分辨的直徑小于100 μm的玄武質碎粉，由后期灌入的綠泥石、石英等硅質礦物膠結。這與大西洋中脊TAG熱液區的TAG-1丘狀體的鉆孔中的完全綠泥石化的玄武巖類似，該樣品除鉻尖晶石外的所有主要礦物都被綠泥石代替，并伴隨少量石英和黃鐵礦，該過程可能發生在250～370℃的溫度范圍內[34]。

研究區蝕變輝長巖和輝石巖樣品中可見纖維狀次生角閃石沿輝石邊緣交代蝕變，一些輝石蝕變后，仍保留了柱狀晶體假象，探針結果顯示次生角閃石的主要成分為陽起石。在這些輝石巖的裂隙中，還充填著大量綠泥石，偶有石英、綠簾石等礦物分布，但是綠泥石成分與蝕變玄武巖中不同。Boschi等[10]認為大西洋Atlantis Massif拆離斷層的輝長巖記錄了高溫（＞600℃）和低溫（＜500℃）兩個蝕變階段：高溫蝕變作用發生在角閃巖-麻粒巖相條件下，以礦物晶體發生塑性形變為典型特征，可見斜長石的動力重結晶、粒狀角閃石取代輝石或斜長石等現象，低溫蝕變作用主要由陽起石、綠色角閃石、綠泥石等礦物組成，新的熱液礦物填充在脈中，或沿輝石或斜長石邊緣交代蝕變，輝石、角閃石等蝕變后還保留了原來的晶體結構。因此，研究區的蝕變作用屬于中-低溫變質作用，變質相近似綠片巖相，并形成了綠泥石-鈉長石-陽起石-綠簾石-榍石-石英的蝕變礦物組合。

5.3 熱液流體的物理和化學特征

研究區蝕變巖石中綠泥石的Fe、Mg含量變化范圍較大，呈現良好的負相關關系，反映出綠泥石中這兩種元素的相互置換較為普遍。Si與Al的變化范圍中等，Si含量從玄武巖-輝長質巖石-輝橄質巖石呈現弱的減少趨勢，一方面指示了綠泥石形成時的酸性的改變，另一方面也可能受后期蝕變影響。根據綠泥石主要陽離子與Mg的相關關系（圖12），大部分巖石的綠泥石Fe-Mg值具有較好的線性關系，表明Fe對Mg的置換反應是綠泥石八面體位置上最重要的反應。A04-2蝕變輝長質初糜棱巖、B04-2蝕變輝長巖中綠泥石的Al-Mg值較為分散，而蝕變玄武巖A11-3、C16-1、C17-2的主要陽離子與Mg之間的線性關系都不好。Xie等[28]研究表明，在一次蝕變作用中形成的綠泥石，陽離子與Mg應具有良好的線性關系。因此，不同原巖中綠泥石的形成是不同階段的蝕變作用。Inoue[35]認為富鐵綠泥石多形成于相對酸性的還原環境，可能與流體的沸騰作用有關。研究區A區的輝長質及輝橄質蝕變巖石中綠泥石的Fe含量高于B區和C區的同類巖石，在B區蝕變輝長巖還出現了低Fe的斜綠泥石。同時，B區蝕變巖中的蛇紋石、陽起石、綠簾石等礦物的Fe含量與A區的巖石相比也普遍較低。這表明A區的熱液流體可能為相對偏酸的還原環境，這可能與A區靠近LQF-1活動的熱液噴口有關。

圖12 龍旂熱液區各類巖石綠泥石中主要陽離子與鎂的相關關系Fig. 12 The correlation of main cations to magnesium of chlorite in the Longqi hydrothermal field rocks

根據綠泥石礦物的形成溫度直方圖（圖13），研究區綠泥石形成溫度具有一定差異。對比A區和B區的蝕變輝長巖、蝕變輝石巖及蝕變輝橄質巖石，B區同種類巖石中的綠泥石形成溫度相對更低。A區蝕變輝橄巖綠泥石形成溫度約在288～341℃之間，B區在291～314℃之間。A區蝕變輝長巖綠泥石形成溫度約在300～325℃之間，B區在265～302℃之間。A區A04-1、A04-2兩份樣品皆出現糜棱構造，證明其受到更深部拆離斷層所造成的剪切力作用，而A區靠近活動的高溫熱液噴口，流體溫度相對較高，并可能受后期多次巖漿作用影響，所以綠泥石形成溫度普遍高于B區。對于蝕變玄武巖中的綠泥石來說，A區綠泥石形成溫度約在201～209℃之間，而C區約在239～303℃之間，總體上高于A區綠泥石的溫度結果。結合巖相學結果，C區蝕變玄武巖90%以上發生強烈的脆性變形，且綠泥石化程度較A區更強。這與蝕變巖的采樣位置有關，A區蝕變玄武巖位于拆離斷層的上盤，與熱液噴口距離較遠，C區的蝕變玄武巖樣品則位于熱液區噴口附近，受熱液流體作用程度更強。

5.4 龍旂熱液系統的流體循環模式

海底熱液系統的熱源類型和位置、流體通道及基巖類型是熱液區巖漿和構造活動共同作用的體現，也影響著熱液流體的性質、噴口特征和循環模式[36]。超慢速擴張洋脊是一類特殊的洋中脊類型[37-38]，傳統的巖漿平衡理論已經難以解釋超慢速擴張洋脊熱液活動頻度和分布特征[39-40]。

基于研究區蝕變巖的研究結果，并結合龍旂熱液區所在西南印度洋28脊段巖漿和構造活動的認識[18,25]，初步提出了龍旂熱液系統的流體循環模式（圖14）。

圖13 龍旂熱液區各類巖石的綠泥石形成溫度直方圖Fig. 13 Histograms of the chlorite formation temperature in the Longqi hydrothermal field rocks

圖14 龍旂熱液區熱液循環模式Fig. 14 Hydrothermal circulation model of the Longqi hydrothermal field

28脊段巖漿供給不足，使得板塊向兩側運移過程中多發育大型的正斷層或低角度的走滑正斷層（拆離斷層），這種斷層可以延伸到軸部底部，與巖漿熔體相通，高溫的熱液流體能夠沿著拆離斷層上涌，上涌到近海底時受到局部洋殼性質的制約，可以在斷層的上盤沿裂隙噴溢，形成的熱液系統類似與北大西洋中脊的TAG區，也可以在斷層的下盤沿裂隙噴溢，形成的熱液系統與Rainbow, Logatchev區相似[5]，研究區的LQF-3熱液區（C區）屬于該種情況。

在28脊段的局部區域，軸部的巖漿熔體沿著大型正斷層向脊軸的一側或者兩側運移，并在脊軸裂谷的軸側區域發生擴張后期的小規模巖漿侵入或者噴發，這將為熱液流體循環提供充足的熱源，同時大型的正斷層或者拆離斷層為流體的上涌提供了通道，研究區LQF-1熱液系統屬于這種情況。

6 結論

（1）研究區A區塊鄰近龍旂1號熱液區，巖石類型主要為蝕變玄武巖、蝕變輝長巖、蛇紋石化輝橄巖和蛇紋巖。B區塊位于中脊壁的底部，巖石類型包括蛇紋巖、蝕變輝長巖、蝕變輝橄巖等。C區塊位于龍旂3號熱液區，以蝕變玄武巖樣品為主。從總體上看，龍旂熱液區的蝕變巖石95%發生了地殼淺部的脆性變形作用，靠近龍旂1號熱液區約有5%的蝕變巖石混合發育了脆性變形及脆性-塑性變形特征。

（2）龍旂熱液區的巖石蝕變屬于中-低溫變質作用，變質相近似綠片巖相，變質礦物組合為綠泥石-綠簾石-鈉長石-陽起石-榍石-石英。綠泥石溫度計算結果在201～341℃之間，A區的巖石中綠泥石形成溫度高于其他區域，并且蛇紋石、陽起石、綠泥石中的主量元素含量與其他地區相比，Fe含量普遍較高，表明了龍旂1號熱液區附近的流體環境溫度可能較高，并且相對偏酸性。

（3）龍旂熱液區所在洋脊段發育的拆離斷層為熱液流體的向上運移提供了通道，軸部的巖漿熔體沿著大型正斷層向脊軸的一側或者兩側運移，并在脊軸裂谷的軸側區域發生擴張后期的小規模巖漿侵入或者噴發，為熱液流體循環提供了充足的熱源。

致謝：感謝參加大洋第30、34、40航段調查工作的科考隊員；感謝自然資源部第二海洋研究所朱繼浩副研究員對本文電子探針實驗提供的指導及幫助！