东太平洋海隆鸟巢热液区与南大西洋中脊洵美热液区的最新研究表明，黄铁矿-白铁矿组合及硫化物烟囱体的演化过程蕴含着揭示海底热液系统动力学的关键信息。李小虎研究团队孟兴伟博士通过原位微量元素-S同位素联用技术，系统阐明了矿物形成路径与元素再分配机制，为深海成矿模型与资源勘探提供了新方向。

1. 黄铁矿-白铁矿组合：低温矿化与元素分配的"指纹"记录

研究团队在慢速扩张脊洵美与快速扩张脊鸟巢热液区的硫化物烟囱体中，识别出四类特征性黄铁矿-白铁矿集合，揭示了流体-矿物相互作用的多样性（图1）：i快速混合沉淀：烟囱体外壁白铁矿以轻δ³⁴S值（低至0.72‰）和富集As、Ag、Au等元素为特征，反映流体快速混合导致的高效硫同位素交换与金属捕获；ii交代作用驱动再分配：过渡层白铁矿通过交代黄铁矿形成富金属环带，其硫同位素异常与硬石膏还原反应耦合，指示热液氧化还原条件的动态变化；iii重结晶作用制约：经重结晶作用形成的黄铁矿-白铁矿集合表现为金属元素亏损，但是由于热液网脉中硫酸盐的还原反应导致 S同位素显著偏重（均值4.61‰）；iv磁黄铁矿转化机制：在烟囱体中部，海水蚀变驱使磁黄铁矿向白铁矿转变，伴随Sb、Co、Au等元素吸附富集，同时硬石膏还原作用导致硫同位素高达6.41‰。

上述黄铁矿-白铁矿组合的微区化学特征，为阐明海底热液系统中低温矿化-交代过程中金属元素的再分配与再富集机制提供了关键依据。

图1.在硫化物烟囱体中白铁矿与黄铁矿的微区化学特征演化模型

2. 硫化物烟囱体成熟度：S同位素与微量元素演化的"地质时钟"

通过对鸟巢热液区的系统性研究揭示，烟囱体成熟度通过矿物组合与微量元素分布呈现阶段性响应（图2）：i演化序列：初期闪锌矿+黄铁矿组合→中期高-Fe闪锌矿+黄铜矿→成熟期黄铁矿+闪锌矿的循环模式，对应流体温度由低（~250℃）向高（>300℃）再降低的周期性波动；ii元素赋存规律：Cu、Zn、Pb、Ag在烟囱体成熟过程中从他形黄铁矿微米包裹体迁移至自形黄铁矿晶格；iii元素指针示踪：从烟囱体边缘到核心的生长过程中，Co、As、Sb、Mo等含量显著增加，同时Co/Ni比值上升，这些特征成为评估烟囱体成熟度的重要标志。此外，在更成熟的烟囱体中，还观察到低温他形黄铁矿中Sb、Mg和Se含量逐渐升高，高温自形黄铁矿中则选择性富集Se、Zn和Cd，同时黄铜矿中Se含量的显著增加，进一步揭示了热液系统逐渐成熟演化的历史。

上述研究结果提出"微量元素成熟度指标"，揭示了微量元素分布与硫化物烟囱体成熟度之间的紧密联系。

图2.现代海底热液系统成熟过程中硫化物烟囱体的生长历史

参考文献：

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