CHARACTERISTICS AND INFLUENCE FACTORS OF ELEMENT MIGRATION OF HYDROTHERMAL ALTERED ROCK IN EASTERN MANUS BASIN
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摘要: 本文选择东马努斯盆地的5个新鲜火山岩和1个蚀变火山岩作为研究对象，对样品进行全岩主微量及斜长石电子探针分析，并对蚀变岩石与新鲜火山岩之间的化学成分进行对比，深入探究了蚀变火山岩的元素迁移特征及影响因素。结果显示，蚀变火山岩的硫化物以黄铜矿、方铅矿和闪锌矿为主，为富Cu型热液硫化物。岩石蚀变区的SiO2含量极高，为硅化蚀变。蚀变岩石的化学成分约为同区玄武质安山岩和英安岩成分总含量的平均值，原岩可能为安山岩。在热液蚀变的过程中，蚀变岩石的质量增加了150%，其中元素Cu、Zn、Ga、Sr、Cd、Ba和Pb超强烈富集，Ti、V、Mn、Co、Ni、Mo和U强烈富集，Si和Fe中等富集；Sc、Cr、Nb、Ta、W和Bi轻微富集；Be和Ca超强烈亏损；Li、Na、Mg、K、Rb、REE和Y强烈亏损；Zr、Cs和Th轻微亏损；Al、P和Hf稳定不变。推测影响蚀变岩石元素迁移的因素有3种：成矿作用、交代作用(绿泥石化、硅化)和元素在流体中的活动性。Abstract: Five fresh and one altered volcanic rock samples from Eastern Manus Basin were chosen as research materials in this study. The major and trace elements of the bulk samples and the in-situ plagioclase of these rocks are analyzed. Comparative studies of altered rock and fresh rocks are carried out to explore the characteristics and influence factors of element migration during the hydrothermal alteration. As results, the hydrothermal sulfide of altered rock is a sort of copper-rich sulfide which mainly composed of chalcopyrite, sphalerite and ilmenite. Silicified alteration is the main type of alteration as the SiO2 content is extremely high in the altered area. The contents of major and trace elements of the altered rock change around the average of the content of basaltic andesite and dacite. Andesite is believed the protolith of the altered rock. During the process of hydrothermal alteration, the mass of the altered rock is increased by 150%. The altered rock is most enriched by the elements of Cu, Zn, Ga, Sr, Cd, Ba and Pb, enriched by Ti, V, Mn, Co, Ni, Mo and U, less enriched by Si and Fe, and least enriched by Sc, Cr, Nb, Ta, W and Bi. The altered rock is most depleted by Be and Ca, more depleted by Li, Na, Mg, K, Rb, REE and Y, and least depleted by Zr, Cs and Th. Al, P and Hf are immobile elements. The influence factors of element migration of the hydrothermal altered rock may include mineralization, metasomatism (such as chloritization and silicification) and the activity of elements in fluids.
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海底热液蚀变一直是人们关注的焦点。首先，海底热液蚀变伴随着一些活动性较强的元素的富集，如Cu、Zn、Ag、Au等，属于成矿作用过程，其成矿含量远远超出了岩石单独淋滤的含量[1-4]，因此，研究它对海底矿床的探寻及开发有极大的帮助；其次，海底热液蚀变过程中元素的迁移可以反映元素在不同环境中的活动性，为元素在不同条件下的迁移规律提供理论依据；第三，海底岩石的热液蚀变规律可以应用到洋壳蚀变中，而蚀变洋壳被认为是地幔柱的源区，因此，研究海底热液蚀变可以为OIB成因提供依据。
弧后盆地热液系统有自己的特殊性与复杂性，它与洋中脊的热液系统相似却更复杂。相似之处在于弧后盆地与洋中脊的热液系统都包括水岩交换作用、岩浆释气作用、相分离作用和地下水混合作用[5]。复杂之处在于弧后盆地伴随着俯冲板块物质的加入，其产生的岩浆具有更高的水含量和更多的挥发性气体，从而可以更大程度地影响热液的化学成分[1, 6, 7]。研究弧后盆地热液蚀变作用可以使人们更深入地了解“俯冲工厂”的运行过程。
东马努斯盆地是新生的弧后盆地，属于威尔逊旋回的初级阶段，伴随着软流圈地幔与俯冲洋壳的共同影响，其地理条件独特、热液成分复杂、蚀变作用具有代表性，是研究弧后盆地热液系统的绝佳场所。已有不少学者对东马努斯盆地火山岩和海底热液系统做了大量研究。Kamenetsky等[8], Park等[9]和Sinton等[10]通过对东马努斯盆地新鲜火山岩的全岩主微量和同位素数据的测定和分析，得出了岩浆物质来源、源区性质和岩浆演化过程等信息，但并没有涉及到海底热液的研究。Yang等[11], Zeng等[12, 13]和杨宝菊等[14, 15]对东马努斯盆地PACMANUS热液区的Fe-Si-Mn羟基氧化物的地球化学特征进行了分析，探究了该氧化物的形成机制及其对热液活动的指示作用，然而Fe-Si-Mn羟基氧化物属于海底沉积物，他们并未对海底火山岩的热液蚀变作用进行研究。Beaudoin等[16, 17], Craddock等[18], Pašava等[19], Moss等[20], Sun等[21]和马瑶[22]分别探究了东马努斯盆地热液区的某些代表性元素(如Cl、Cu、Au、Pb、REE、PGE等)的分布、来源和迁移特征；Fourre[23], Kim等[24], Roberts等[25]和Wilckens等[26]研究了东马努斯热液及热液沉积物的同位素(如He、Li、B、S、Sr、Pb同位素等)特征；Kamenetsky等[8]和Scott等[27]探究了东马努斯盆地热液区的热液成矿作用；Gemmell等[28]和Lackschewitz等[29]研究了东马努斯盆地热液区的热液蚀变过程等。然而，并没有学者通过新鲜火山岩与蚀变火山岩元素之间的对比来探究东马努斯盆地蚀变火山岩元素在热液活动中的迁移特征及影响因素。
本文主要分析了东马努斯盆地新鲜火山岩与蚀变火山岩的全岩主微量和斜长石的电子探针数据，通过新鲜岩石与蚀变岩石电子探针数据之间的对比推测出蚀变岩石原岩的大致成分；通过蚀变岩石与原岩元素含量的对比计算出元素在热液蚀变中的迁移量，最后综合得出东马努斯盆地蚀变火山岩的元素迁移特征及影响因素。
1. 区域地质背景
马努斯盆地处于俾斯麦海中，是一个正在快速扩张的弧后盆地[30]，南边以新不列颠岛弧为界，东边以新爱尔兰岛弧为界(图 1)。它的北东方向是太平洋板块，南向是所罗门板块。两个板块都不同时期地向俾斯麦板块俯冲，太平洋板块的俯冲大概发生在40 Ma之前，约10 Ma的时候俯冲停止，俯冲导致了新爱尔兰火山岛弧的形成。所罗门板块的俯冲发生在太平洋板块俯冲停止后不久，该俯冲运动至今仍在继续，俯冲导致了新不列颠火山岛弧的形成[31-33]。大约在2~3 Ma的时候，马努斯盆地开始扩张，并形成了马努斯扩张中心及相应的转换断层(Willaumez断层、Djaul断层与Weitin断层)。现今板块的运动区域主要集中在这3个转换断层上[34]。随着弧后盆地的扩张，盆地中央发育了不计其数的海底热液活动区，其中最大的属Vienna Woods[35-37]。这些热液区主要发育在Willaumez断层和Djaul断层之间，而在Djual断层和Weitin断层之间，则是太平洋板块向西南方向俯冲形成的一些残余弧壳[38, 39]。
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东马努斯盆地位于俾斯麦海的东部，称为东马努斯火山区。它夹在Weitin断层与Djaul断层之间，由一系列雁列式火山脊和海底火山穹窿组成，是马努斯盆地最年轻的扩张区(图 1)。近20年来，学者们在东马努斯火山区发现了好几个大型热液活动区，包括Desmos[40-43]、PACMANUS[38, 43]和SuSu Knolls[44, 45]。
PACMANUS (Papua New Guinea-Australia-Canada-Manus)热液区最初发现于1991年，它由一系列分布在Pual Ridge上的离散的火山热液区构成[38]。Pual Ridge长约20 km，呈Y型分布在离Rabaul火山(位于New Britain火山弧上)80 km远的地方。PACMANUS主要包括5个小热液区，分别为Roman Ruins、Roger’s Ruins、Satanic Mills、Snowcap和Tsukushi[39]。其中，Roman Ruins、Roger’s Ruins、Snowcap和Satanic Mills热液区的硫化物喷口很多，最高的达10 m，烟囱颜色为黑灰色。Tsukushi的硫化物热液区很稳定，2006年的调查航次在该区仅发现了1个热液喷口。Desmos破火山口热液为独特的“白烟囱”[41, 42]，热液的PH≤2.1，温度在88~120 ℃之间，硫酸盐浓度≥32.8 mM(海水值为28 mM)[41]，热液具有丰富的Mg2+SO42-、S2-和F- [46]，容易蚀变岩石并广泛成矿。Onsen是该“白烟囱”的热液喷口，本文蚀变岩石样品则取自离Onsen约1 km处。
2. 材料与方法
在“科学号”考察船201501航次执行的过程中，使用水下机器人分别在东马努斯盆地的PACMANUS和Desmos热液区获得研究样品。其中M2(4)、M7(5)和M8(27)采自PACMANUS，M6(9)、M3(15)和M5(13)采自Desmos(图 1)。所有样品中只有M3(15)受到了热液蚀变的影响，其他样品都很新鲜，并且从样品手标本(图 2)可以看出，蚀变岩石M3(15)发育有矿脉，矿脉肉眼可见黄铜矿、闪锌矿、白云母等矿物。详细的采样信息及岩相学特征见表 1。
表 1 东马努斯火山岩的采样信息及岩相学特征Table 1. Sample list and petrography of Eastern Manus Basin volcanic rockssample 采样方式 采样位置 深度/m 岩石类型 简单的岩性特征 经度（E) 纬度（S) M2(4) 水下机器人 151°40'19. 048" 3°43'37. 399" 1697 英安岩 样品新鲜，呈黑色，隐晶质结构，致密块状构造，无气泡； M3(15) 水下机器人 151°51'49. 919" 3°40'56. 167" 1892 蚀变岩石 样品被蚀变，呈灰色，致密块状构造，表面呈土状，可以闻到一股臭鸡蛋的味道。样品一边可见矿脉的截面，截面里肉眼可见看到黄铜矿、闪锌矿和白云母等； M5(13) 水下机器人 151°52'40. 623" 3°42'7. 707" 1941 玄武质安山岩 样品新鲜，呈黑色，隐晶质结构，致密块状构造，含有大量大小不一的气泡，具有冷凝边； M6(9) 水下机器人 151°52'39. 857" 3°42'21. 744" 1969 玄武质安山岩 样品新鲜，呈黑色，隐晶质结构，致密块状构造，含有大量小气泡； M7(5) 水下机器人 151°40'35. 161" 3°43'51. 583" 1789 英安岩 样品新鲜，呈黑色，隐晶质结构，致密块状构造，无气泡，表面破碎，覆盖有少量沉积物； M8(27) 水下机器人 151°41'15. 314" 3°43'37.622" 1657 英安岩 样品新鲜，呈黑色，隐晶质结构，致密块状构造，含有大量小气泡。 由于样品取自海底，极有可能受到海底沉积物的影响。为了避免这种影响，在测定样品的元素组成之前对样品进行了一系列的前处理。首先，使用超声波清洗仪仔细地清洗了样品。然后，将样品浸泡在无水乙醇中，水浴加热一段时间，用以去除有机质。接着用盐酸浸泡样品，并且水浴加热一段时间，达到去除碳酸盐沉积物的作用。之后再用超纯水浸泡，将氯离子去除干净。最后，把样品烘干并用玛瑙钵体研磨成200目大小的粉末[47]。整个前处理过程在超净环境下进行。为了进一步研究成矿作用，将样品M3(15)中的矿脉剔除出来单独作为一个样品，命名为M3(15)km，剩余的样品命名为M3(15)wy，即围岩。
样品全岩主量元素的测试使用的仪器为X荧光光谱(Phillips PW1480)，测试地点为中国核工业北京地质研究院。全岩微量元素的测试使用的仪器为ICP-MS (ELAN DRC Ⅱ)，测试地点为中国科学院海洋研究所，大多数微量元素的测量精度在5%~10%以内，校正标样为：BCR-2和GSR-3。斜长石的电子探针分析在中国海洋大学海洋地质实验室完成，使用的仪器是JXA-8230电子探针。工作环境为：加速电压15 kV，加速电流20 nA，束斑直径为5 μm，分析方式为波谱分析，修正方式为ZAF。校正标样为：Si-透辉石，Na-硬玉，Mg-透辉石，Al-硬玉，K-透长石，Ca-透辉石，Ti-金红石，Fe-铁石榴石，Mn-蔷薇辉石，Cr-CrO。分析精度小于0.1%。
3. 结果
3.1 主量元素
样品的主量元素含量见表 2。从全碱-硅图解(图 3)中可以看出，样品M6(9)和M5(13)为玄武质安山岩，样品M2(4)、M7(5)和M8(27)为英安岩。样品M3(15)属于蚀变岩石，无法用全碱-硅图解定名。从主量元素含量图(图 4)中可以看出，蚀变岩石M3(15)与未蚀变火山岩相比，其Al2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、MnO2和P2O5含量普遍偏低，尤其是CaO、Na2O、K2O含量偏低得最为明显；LOI含量偏高。样品M3(15)的围岩与矿脉相比，围岩的MgO、FeOT(全铁)、MnO2、P2O5和LOI含量较低；Al2O3、CaO、Na2O、K2O和FeO含量较高，其中Na2O含量相差最为明显。
表 2 东马努斯火山岩全岩主量元素组成（%)Table 2. Bulk major elements composition of Eastern Manus Basin magma样品 M5(13) M6(9) M2(4) M7(5) M8(27) M3(15)wy M3(15)km M3(15)原岩 主量元素（wt%) SiO2 55. 17 55.45 68.82 67. 13 66.04 58.13 39.19 62.14 TiO2 0. 59 0.58 0.55 0. 70 0. 72 0.69 0.61 0.56 MgO 5. 54 5.30 0. 75 0.96 1.24 0.24 0.41 3.02 Al2O3 15. 82 15. 77 13.88 14.26 14.31 6.04 3.21 14.83 Fe2O3 2. 70 2.43 2.50 1.28 1 57 2.20 5.05 2. 47 FeO 5.52 5.92 1.99 3. 74 3.88 4.19 2.64 3.96 FeOT 8.22 8.35 4.49 5.02 5.45 6.39 7. 69 6.42 MnO 5.54 5.3 0. 75 0.96 1.24 0.24 0.41 0.12 CaO 9.28 9.22 2.69 3.18 3.52 0.15 0.11 5.96 Na2O 2.88 2.89 4. 97 5. 07 5 0.41 0.01 3.93 K2O 0. 73 0. 76 1.88 1 7 1.65 0.08 0.05 1.32 P2O5 0. 17 0. 16 0.12 0.16 0.19 0.06 0.08 0.14 LOI 1.39 1.3 1.64 1.58 1 7 1.81 10.54 1 47 Total 105.33 105.08 100.54 100.72 101.06 74. 24 62.31 99.92 FeOT/MgO 1.48 1.58 5.99 5.23 4.40 26.63 18. 76 2.13 注：FeOT代表全铁含量；M3(15)wy代表样品M3(15)的围岩；M3(15)km代表样品M3(15)的矿脉；M3(15)原岩为推算结果。 ![]()
图 3 东马努斯盆地火山岩全碱-硅图解Figure 3. Na2O+K2O versus SiO2 diagram for rocks from Eastern Manus Basin3.2 微量元素
样品的微量元素组成见表 3。其中Cu、Pb、Zn于热液蚀变岩石而言为主量元素，于火山岩而言属于微量元素。从表 3可以看出，蚀变岩石M3(15)的Cu、Zn、Pb、Sr、Ba、Cd和Ga的含量特别高，并且Cu、Zn的含量远远超过了Ba的含量，这可能与成矿作用有关，且硫化物的成矿含量远远超出了硫酸盐矿物的含量。
表 3 东马努斯火山岩全岩微量元素组成Table 3. Bulk trace elements composition of Eastern Manus Basin magma样品 M5(13) M6 (9) M2 (4) M7 (5) M8(27) M3(15)wy M3(15)km M3(15)原岩 微量元素（x10-6） Sc 10.538 28.811 29.339 12.581 13.816 10.686 7.783 9.234 V 16. 754 270.275 284.085 24.080 33.624 271.635 346.538 309.087 Cr < 0. 5 95.471 46.827 < 0. 5 3.148 16.879 10.454 13.667 Co 4. 055 26.035 25.951 5.384 6.247 18.751 16.628 17.690 Ni 1 245 35.422 29.264 1.679 4.905 18.641 14.304 16.472 Cu 31.155 87.520 97.778 71.047 30.845 16235.154 112387.810 64311.482 Zn 86.862 71.798 69.228 99.946 95.753 7193.249 2056.016 4624.632 Ga 16.455 15.479 15.507 17.345 16.786 136.106 216.210 176.158 Rb 28.721 9.934 10.241 25.955 24.720 1.801 1.094 1.448 Cs 0.721 0.329 0.315 0.662 0.623 0.164 0.106 0.135 Sr 252.551 391.212 427.111 294.302 306.962 1541.322 1496.099 1518.711 Y 31.771 14.107 13.263 32.280 31.330 1.748 1.337 1.542 Zr 129.978 50.109 49.809 124.033 115.830 31.292 30.960 31.126 Nb 1.768 0.716 0.713 1.836 1.714 0.724 0.619 0.671 Ba 355.942 176.473 177.627 325.591 310.712 2465.954 1290.038 1877.996 Hf 3.526 1.357 1.359 3.337 3.097 0.927 0.859 0.893 Ta 0.107 0.043 0.051 0.115 0.108 0.054 0.044 0.049 Pb 5.842 2.604 2.672 5.475 5.133 127.038 125.871 126.455 U 0.822 0.293 0.300 0.692 0.716 1.436 1.047 1.241 Th 1.274 0.489 0.485 1.182 1.091 0.220 0.208 0.214 Li 14.331 6.510 6.273 16.067 14.076 0.860 0.452 0.656 Be 1.242 0.484 0.479 1.246 1.164 0.020 0.051 0.036 Mo 1.526 0.789 0.651 1.498 1.331 2.916 18.532 10.724 Cd 0.173 0.111 0.108 0.237 0.203 13.724 17.749 15.737 W 0.247 0.111 0.095 0.219 0.191 0.089 0.122 0.105 Bi 0. 047 0.035 0.022 0.042 0.043 0.023 0.049 0.036 La 11 136 4.865 4.974 10.884 10.544 0.947 0.826 0.887 Ce 25.175 11.177 11.414 24.671 24.039 1.925 1.660 1.792 Pr 3. 512 1.642 1.664 3.482 3.485 0.256 0.226 0.241 Nd 15.909 7.656 7.801 16.245 15.756 1.105 0.965 1.035 Sm 4.196 2.083 2.090 4.306 4.278 0.277 0.214 0.245 Eu 1.262 0.718 0.742 1.380 1.388 0.059 0.104 0.082 Gd 4.062 2.053 1.996 4.040 4.122 0.282 0.203 0.242 Tb 0.824 0.413 0.370 0.858 0.819 0.041 0.020 0.030 Dy 4.905 2.337 2.153 5.009 4.841 0.262 0.164 0.213 Ho 1.135 0.541 0.478 1.168 1.125 0.071 0.052 0.061 Er 3.360 1.457 1.353 3.360 3.209 0.229 0.178 0.203 Tm 0.542 0.237 0.219 0.555 0.533 0.044 0.037 0.041 Yb 3.606 1.514 1.405 3.546 3.399 0.330 0.279 0.304 Lu 0.557 0.237 0.219 0.565 0.545 0.056 0.048 0.052 注：样品M3C15)的CzY Zii的含量太高，超出微量元素检测上限，存在较大测量误差；M3(15)wy代表样品M3C15)的围岩；M3(15)km代表样品M3(15)的矿脉；M3(15)原岩为推算结果。 从球粒陨石标准化REE分布曲线(图 5)中可以看出，与未蚀变样品相比，蚀变岩石M3(15)的REE含量普遍偏低。M3(15)围岩与矿脉的REE含量大致相当，但在蚀变围岩中，Eu出现了负异常，矿脉中，Eu出现了正异常，引起该现象的原因将在讨论部分阐述。
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图 5 球粒陨石标准化的东马努斯盆地火山岩REE分布曲线(标准化值据文献[48])Figure 5. Chondrite-normalized REE patterns of rocks from Eastern Manus Basin3.3 斜长石电子探针数据
对蚀变岩石样品M3(15)进行了电子探针分析(见表 4，图 6)，发现该样品的基质已经全部蚀变，斜长石部分蚀变，蚀变主要沿着裂隙发生。
表 4 东马努斯蚀变火山岩样品93(15)的电子探针分析结果Table 4. EPMA results of altered rock M3(15) from Eastern Manus Basin样品 矿物号 SiO2 TO2 Al2O3 CrO3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O total 描述 M3(15) 1-8 83.93 1.56 2.62 0.46 0.12 0 0.10 0.11 0.12 0.15 89.16 硅化 M3(15) 1-9 83.68 0.04 2.55 0.03 0.15 0.02 0.11 0.06 0.15 0.16 86.96 硅化 M3(15) 1-11 82.99 0.06 2.78 0.09 0.15 0.01 0.13 0.07 0.06 0.15 86.49 硅化 M3(15) 3-1 83.42 0 2.75 0.07 0.06 0 0.03 1.07 0.51 0.16 88.07 硅化 M3(15) 3-2 66.01 0.04 13.61 0.07 0.42 0.02 0.15 6.80 1.38 0.09 88.58 硅化 M3(15) 4-7 76.27 0 6.88 0.06 0.20 0.02 0.07 2.86 0.88 0.13 87.39 硅化 M3(15) 9-3 53.35 0.05 28.36 0.07 0.92 0 0.12 12.84 4.13 0.13 99.96 长石 M3(15) 10-1 54.91 0.05 27.27 0.08 1.17 0.01 0.17 11.80 4.56 0.17 100.18 长石 M3(15) 10-2 53.49 0.01 27.76 0.06 0.91 0.02 0.16 12.70 4.28 0.16 99.55 长石 M3(15) 10-3 54.37 0.08 28.25 0.07 0.98 0 0.16 12.42 4.36 0.16 100.85 长石 M3(15) 11-3 53.26 0.02 28.66 0.06 0.96 0 0.14 13.36 4.03 0.09 100.57 长石 M3(15) 11-4 53.54 0.09 28.03 0.06 1.10 0.01 0.15 12.45 4.15 0.13 99.71 长石 M3(15) 20-1 53.37 0.08 28.69 0.05 0.85 0 0.15 12.27 4.46 0.15 100.06 长石 M3(15) 20-2 54.00 0.07 27.89 0.04 1.04 0 0.17 11.47 4.66 0.17 99.50 长石 M3(15) 14-1 40.68 1.30 16.11 5.42 0.39 0.02 0.23 0.43 0.35 0.17 65.10 热液 M3(15) 15-1 48.97 0.55 9.32 6.80 0.24 0.01 0.21 0.23 0.19 0.15 66.67 热液 M3(15) 15-2 5. 17 0.08 1.33 9.50 0.42 0.02 0.10 0.96 0.20 0.10 17.87 热液 M3(15) 17-1 51.27 0.03 29.11 0.07 0.75 0 0.19 13.79 3.31 0.12 98.64 热液 M3(15) 18-1 40.97 0.07 1.90 15.60 0.77 0.05 0.09 0.58 0.35 0.31 60.69 热液 样品 矿物号 Co Fe Pb Cu Zn S Cl As Ni Total 描述 M3(15) 16-1 0.057 1.003 0 0.033 0.043 0.939 0.178 0.109 0.019 2.381 热液 M3(15) 19-1 0.038 0.638 0.046 0.03 0.011 1.242 0.031 0 0 2.036 热液 ![]()
图 6 东马努斯盆地蚀变岩石M3(15)的背散射照片1为钛铁矿，2为未蚀变斜长石，3为硅化，4为被热液硫化物蚀变的基质Figure 6. Back scatter images of altered rock M3(15) from Eastern Manus Basin4. 讨论
4.1 热液硫化物类型和蚀变类型
蚀变岩石的Cu、Zn、Ba含量均极高，但Cu和Zn的含量远远超出了Ba的含量(表 3)，且蚀变岩石的全岩SiO2含量低于新鲜火山岩(表 2)，说明本文蚀变火山岩矿物以热液硫化物为主，并含有少量的硫酸盐矿物。由此可以判断，蚀变岩石M3(15)并不是来自Desmos火山口普遍存在的“白烟囱”，而是来自以热液硫化物为主的“黑烟囱”，或者“黑烟囱”已经转变成了“白烟囱”，但蚀变岩石中还保留着“黑烟囱”热液蚀变的产物[49]，具体原因本文不做讨论。根据热液硫化物Cu、Pb和Zn的含量(将Cu、Pb、Zn含量的总和按100%计算)，可以将热液硫化物分为3大类：富Cu型、Cu-Zn型和富Zn型[50]。将计算出的含量投到热液硫化物的Cu-Pb-Zn三角图(图 7)中可知，样品M3(15)的围岩和矿脉的热液硫化物均属于富Cu型热液硫化物。
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图 7 东马努斯盆地蚀变岩石M3(15)的热液硫化物Cu-Pb-Zn三角图(红色标记代表矿脉，黑色代表围岩)Figure 7. Cu-Pb-Zn ternary diagram of hydrothermal sulfide of altered rock sample M3(15) from Eastern Manus Basin岩石在热液条件下产生石英、蛋白石、玉髓等蚀变矿物的作用属于硅化作用。各类岩石从高温到低温都可以发生硅化作用，并且根据不同的硅化程度而显示出不同的元素含量特征[51]。图 6中标记为3的矿物具有丰富的SiO2含量，其电子探针分析结果如表 4所示(在表 4中被描述为硅化的数据为图 6中标记3矿物的分析结果)，表中可知，标记3矿物的SiO2含量最高可达83.9%，低的也有66%，推测岩石发生了硅化作用，SiO2含量的多少取决于硅化程度的高低。该矿物电子探针数据总量小于90，推测是由于蚀变岩石中加入了该条件下电子探针未能检测出的热液成分所致。综上，推测样品M3(15)的蚀变类型为硅化蚀变。由图 6可知，斜长石的中间被蚀变成了空洞或者被蚀变矿物充填而外围的轮廓却保持不变，可见岩石或矿物硅化的方向并不是由外而内的，而是沿着裂隙发生的。图 6中标记为4的物质具有一定的硫含量，其电子探针分析结果如表 4所示(在表 4中被描述为热液的数据为图 6中标记4矿物的分析结果)，推测该物质为被热液硫化物蚀变的基质。
4.2 蚀变岩石的原岩特征
斜长石产生于岩浆结晶的过程中，其形成范围广，无论在基性或酸性岩浆中都能形成。随着岩浆从基性演化成酸性，斜长石的成分也随之变化，依次为钙长石、培长石、拉长石、中长石、奥长石和钠长石[52]。表 5为玄武质安山岩M6(9)、英安岩M2(4)和蚀变岩石M3(15)的斜长石电子探针分析结果，表中可以发现，这3种岩石的斜长石牌号均在很小的范围内变化(图 8)，推测各岩石样品中的斜长石大约形成于同一时期。由于在岩浆演化的过程中，早期结晶的斜长石容易在岩浆上涌的过程中分离出去，所以推测最后留在岩石中的斜长石为岩浆晚期结晶的共生长石。经过计算，样品M6(9)和M2(4)的斜长石确实与其基质平衡共生(数据未发表)，这也为猜测提供了佐证。
表 5 东马努斯火山岩斜长石电子探针数据分析结果Table 5. EPMA results of plagioclase fromM3(15) M6(9) M2(4) 矿物号 9-3 10-1 10-2 10-3 11-3 11-4 20-1 20-2 2-1 2-2 14-1 6-1 10-5 12-17 30-3 6-1 11-1 11-3 20-2 20-9 6-1 37-1 SiO2 53.35 54.91 53.49 54.37 53.26 53.54 53.37 54.00 50.69 50.33 49.82 50.57 50.70 48.94 51.41 61.08 57.08 56.84 57.40 57.66 59.93 57.69 TiO2 0.05 0.05 0.01 0.08 0.02 0.09 0.08 0.07 0.02 0.04 0.02 0.05 0 0.01 0 0.03 0.02 0.06 0.01 0.04 0.06 0 AI2O3 28.36 27.27 27.76 28.25 28.66 28.03 28.69 27.89 29.52 29.82 30.80 29.57 29.67 30.53 30.82 24.61 26.17 26.12 25.88 25.31 24.17 25.69 Cr2O3 0.07 0.08 0.06 0.07 0.06 0.06 0.05 0.04 0.01 0.02 0 0 0.01 0 0.06 0.02 0.01 0.03 0 0.02 0 0.04 FeO 0.92 1.17 0.91 0.98 0.96 1.10 0.85 1.04 1.03 0.69 0.74 0.82 0.86 0.74 0.76 0.31 0.43 0.48 0.43 0.42 0.72 0.40 MnO 0 0.01 0.02 0 0 0.01 0 0 0 0.02 0.02 0 0.01 0.05 0.06 0 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 MgO 0.12 0.17 0.16 0.16 0.14 0.15 0.15 0.17 0.32 0.22 0.21 0.21 0.20 0.21 0.22 0.02 0.05 0.03 0.02 0.04 0.05 0.04 CaO 12.84 11 80 12.70 12.42 13.36 12.45 12.27 11.47 14.79 15.15 15.36 15.02 15.15 16.09 14.60 6.61 8.82 8.97 8.85 7.87 6.99 8.22 Na2O 4.13 4.56 4.28 4.36 4.03 4.15 4.46 4.66 2.61 2.80 2.64 2.79 2.78 2.15 3.11 7.52 6.42 6.33 6.43 6.87 7.53 6.68 K2O 0.13 0.17 0.16 0.16 0.09 0.13 0.15 0.17 0.13 0.12 0.08 0.06 0.08 0.08 0.10 0.26 0.23 0.22 0.18 0.21 0.31 0.23 总量 99.96 100.18 99.55 100.85 100.57 99.71 100.06 99.50 99.11 99.20 99.70 99.09 99.46 98.78 101.12 100.45 99.23 99.08 99.22 98.45 99.77 99.01 Si 2.43 2.49 2.45 2.45 2.41 2.44 2.42 2.46 2.34 2.32 2.29 2.33 2.33 2.27 2.32 2.71 2.58 2.58 2.60 2.62 2.69 2.61 Ti 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A1 1.52 1.46 1.50 1.50 1.53 1.51 1.54 1.50 1.60 1.62 1.67 1.61 1.61 1.67 1.64 1.29 1.40 1.40 1.38 1.36 1.28 1.37 Cr 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Fe 0.04 0.04 0.03 0.04 0.04 0.01 0.03 0.04 0.01 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.02 Mn 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Mg 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0 0 0 0 0 0 0 Ca 0.63 0.57 0.62 0.60 0.65 0.61 0.60 0.56 0.73 0.75 0.76 0.74 0.75 0.80 0.71 0.31 0.43 0.44 0.43 0.38 0.34 0.40 Na 0.36 0.40 0.38 0.38 0.35 0.37 0.39 0.41 0.23 0.25 0.24 0.25 0.25 0.19 0.27 0.65 0.56 0.56 0.56 0.61 0.65 0.59 K 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0 0 0 0 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 阳离子总数 4.98 4.98 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 4.98 4.99 5.00 4.99 4.99 4.99 4.99 4.98 5.01 5.00 5.00 5.00 5.01 5.00 An 0.63 0.58 0.62 0.61 0.64 0.62 0.60 0.57 0.75 0.74 0.76 0.75 0.75 0.80 0.72 0.42 0.43 0.43 0.43 0.38 0.33 0.40 Ab 0.36 0.41 0.38 0.38 0.35 0.37 0.39 0.42 0.24 0.25 0.24 0.25 0.25 0.19 0.28 0.57 0.56 0.55 0.56 0.60 0.65 0.59 Or 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0 0 0 0 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 斜长石牌号 63 58 62 61 63 62 60 57 75 74 76 75 75 80 72 42 43 43 43 38 33 40 ![]()
图 8 东马努斯火山岩的斜长石Or-An-Ab三角图(据文献[59])Figure 8. Or-An-Ab ternary diagram for plagioclases of Eastern Manus Basin volcanic rocks表 5计算了样品M6(9)、M2(4)和M3(15)中斜长石的牌号，玄武质安山岩M6(9)、英安岩M2(4)和蚀变岩石M3(15)的斜长石牌号分别为72-80、33-43和57-63，分别属于培长石、中长石和拉长石。已知这3个样品的斜长石与其所在岩石或原岩的基质是平衡的，又从Kamenetsky等[8], Park等[9]和Sinton等[10]的文献中发现，从基性到酸性，东马努斯盆地火山岩的Sr-Nd-Pb同位素组成基本一致，说明东马努斯盆地岩浆在演化的过程中只经历了部分熔融或结晶分异，并没有其他体系物质的加入。于是猜测位于同一地区蚀变样品M3(15)的原岩、M6(9)和M2(4)也经历了相同的过程。那么，根据样品M3(15)的斜长石牌号处于其他二者之间就可以推测出其原岩性质处于这二者之间，即样品M3(15)原岩的地球化学成分处于样品M6(9)和M2(4)之间。再根据样品M3(15)的斜长石牌号大致为这二者的平均值，推测其成分大概为二者的平均值。由此，可将蚀变岩石样品M3(15)的原岩主微量成分大概的估算出来，如表 2、表 3。表中可知，蚀变岩石原岩性质为安山岩。
4.3 蚀变岩石元素迁移特征
蚀变岩石与其原岩相应组分的对比可以一定程度上反映水岩相互作用过程中元素的活动性[53]。本文通过使用Grant[54]的等地球化学浓度图法来计算蚀变岩石的主微量元素在热液蚀变过程中的迁移量，从而探究元素的迁移规律。
等地球化学浓度图的建立需要一条等浓度线，等浓度线的上方为元素的富集、下方为元素的亏损。等浓度线的拟合需要借助Al2O3、TiO2、P2O5、Zr、Hf、Nb和Ta这些不活动组分[54-58]。这里，使用蚀变围石(M3(15)wy)和其原岩的不活动元素来拟合最佳等浓度方程。公式参照祁冬梅等[53]和Grant[54]：
$$ {{\rm{C}}^{\rm{A}}}{\rm{ = (C}}_{{\rm{im}}}^{\rm{A}}{\rm{/C}}_{{\rm{im}}}^{\rm{O}}{\rm{)}}{{\rm{C}}^{\rm{O}}} $$ (1) 其中CO代表原岩不活动组分的浓度，CA代表蚀变围岩不活动组分的浓度。im代表Al2O3、TiO2、P2O5、Zr、Hf、Nb和Ta这些不活动组分。
公式(1)的两边同时除以Ci得到：
$$ \frac{{{\rm{C}}_{\rm{i}}^{\rm{A}}}}{{{\rm{C}}_{\rm{i}}^{\rm{O}}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{M}}_{{\rm{im}}}^{\rm{O}}}}{{{\rm{M}}_{\rm{i}}^{\rm{A}}{\rm{m}}}}{\rm{(}}\frac{{{\rm{C}}_{\rm{i}}^{\rm{O}}}}{{{\rm{C}}_{\rm{i}}^{\rm{O}}}}{\rm{ + }}\frac{{{\rm{\Delta }}{{\rm{C}}_{\rm{i}}}}}{{{\rm{C}}_{\rm{i}}^{\rm{O}}}}{\rm{)}} $$ (2) 整理公式(2)得：
$$ {\rm{(\Delta }}{{\rm{C}}_{\rm{i}}}{\rm{/C}}_{\rm{i}}^{\rm{O}}{\rm{) \times 100 = 1/(C}}_{{\rm{im}}}^{\rm{A}}{\rm{/C}}_{{\rm{im}}}^{\rm{O}}{\rm{)}}\;{\rm{(C}}_{\rm{i}}^{\rm{A}}{\rm{/C}}_{\rm{i}}^{\rm{O}}{\rm{) - 1}} $$ (3) 公式(3)中，(CimA/CimO)代表公式(1)的斜率；(ΔCi /CiO) × 100为蚀变岩相对于原岩组分i的百分比。
图 9为样品M3(15)wy的等浓度图及其相应组分的亏损与富集柱状图。由图 9a0可知，等浓度图的最佳拟合等浓度线的斜率为0.4，即公式(1)的斜率(CimA/CimO) = 0.4。又(CimA/CimO) = (MimO/MimA)，所以(MimA/MimO) = 2.5。这说明在热液蚀变的过程中，蚀变岩石的质量增加了150%。
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图 9 蚀变岩石M3(15)wy的等浓度图及其相应组分的亏损与富集柱状图(氧化物投图以%为单位，微量元素以10-6为单位)Figure 9. Isocon diagram of the altered rock sample M3(15)wy showing gains and losses of selected elements during hydrothermal alteration as calculated from isocon diagram method由于蚀变围岩中Cu、Pb、Zn、Ga、Sr和Ba的含量太高，Cu的含量超过了10 000 10-6，Pb、Zn、Ga、Sr和Ba的含量均超过了100 10-6，故没有将它们放入等浓度图及柱状图(图 9)中。由于Cd的富集程度太高，为原岩的243.6倍，也未放入图中。
若将元素富集10倍(亏损90%)以上定义为超强烈富集(亏损)、2~10倍(90%~60%)为强烈富集(亏损)、1~2倍(60%~40%)为中等富集(亏损)、0.1~1倍(40%~10%)为轻微富集(亏损)、0.1倍(10%)以下为不活动组分，那么，综合图 9可知，蚀变围岩元素超强烈富集Cu、Zn、Ga、Sr、Cd、Ba和Pb，强烈富集Ti、V、Mn、Co、Ni、Mo和U，中等富集Si和Fe；轻微富集Sc、Cr、Nb、Ta、W和Bi；超强烈亏损Be和Ca；强烈亏损Li、Na、Mg、K、Rb、REE和Y；轻微亏损Zr、Cs、Th；不活动组分Al、P和Hf。
4.4 影响元素迁移过程的因素
4.4.1 造岩元素
于造岩元素(Si、Al、Mg、Ca、Na、K)而言，蚀变围岩富集元素Si；亏损Mg、Ca、Na和K；既不富集也不亏损Al。由于蚀变围岩M3(15)的蚀变类型为硅化蚀变(图 6)，因此，认为Si的富集与硅化蚀变带入的Si有关。Maclean等[60]提到热液蚀变分为5个阶段：硅化阶段、绿泥石化阶段、Na2O和CaO丢失阶段、石英全部滤出阶段和绿泥石中的Fe12Si8O22(OH)16全部滤出阶段。样品M3(15)中石英的存在说明蚀变还未完成第4阶段。样品M3(15) Na2O和CaO的亏损说明蚀变已经到达了第3阶段。M3(15)围岩和矿脉的烧失量分别为1.81%和10.54%(表 2)，大于其他样品的烧失量，可能与第2阶段的绿泥石化有关。在绿泥石中，Mg2+和Fe2+占据着同一个晶格位置，Fe含量的升高会导致Mg含量的降低，因此，样品M3(15)中Mg的亏损可能与Fe的富集有关。Maclean等[60]还提到，热液蚀变中，Al2O3属于不活动组分，这是Al既不富集也不亏损的原因。K极易失去外层电子而成一价阳离子，极易溶于流体中并随流体发生迁移，它的亏损可能与其在流体中的强活动性有关。
4.4.2 铁族元素、钨钼族元素、亲铜成矿元素和分散元素
铁族元素(Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)在蚀变围岩都发生了富集。样品M3(15)的电子探针分析发现有钛铁矿(图 6)，因此，认为Ti和Fe的富集与成矿作用有关。Cr3+与Fe3+的离子半径相近，它们之间可进行广泛的类质同象，形成铬铁矿。Co、Ni具有很强的亲硫性，易与S结合形成硫化物及硫砷化物等。Mn2+可于S2+结合形成硫锰矿。V2O3、Ti2O3可在一定条件下占据磁铁矿晶格中Fe2O3的地位，形成钒钛磁铁矿等[61]。这说明铁族元素的富集可能均与成矿作用有关。
钨钼族元素(W、Mo、Bi)都发生了富集。Mo有很强的亲硫性，容易与S2-结合，形成辉钼矿。W与Mo的化学及结晶化学性质相似，可以类质同象的形式存在辉钼矿中。Bi主要分布在硫化物中，容易与S2-结合形成辉铋矿。因此，钨钼族元素的富集也都与成矿作用有关。
亲铜成矿元素(Cu、Pb、Zn)是蚀变岩石超强烈富集的元素，分别与S结合形成黄铜矿、方铅矿、闪锌矿[62, 63]，其富集原因与成矿作用有关。
分散元素(Sr、Ba、Cd、Ga)也都发生了富集。Cd、Ga与Zn的化学及结晶化学性质极相似，它们能以类质同象的方式进入闪锌矿的晶格中[61]，富集成矿。Sr和Ba在蚀变围岩中的含量特别高，猜测其与热液中的SO4-相结合，分别形成了天青石和重晶石，富集在蚀变围岩中。因此，分散元素的富集也都与成矿作用有关。
4.4.3 稀有稀土元素和Y
于稀有元素(Li、Be、Rb、Cs、Nb、Ta、Zr、Hf、Sc)而言，蚀变围岩富集元素Sc、Nb和Ta；亏损Li、Be、Rb、Cs和Zr；不亏损也不富集Hf。在热液成因形成的W矿内，Sc是典型的伴生元素。Mo与Nb、Ta、W的类质同象关系最为密切。通常，Nb、Ta、W以类质同象的形式存在辉钼矿中[61]。所以，Nb、Ta、Sc的富集可能与成矿作用有关。Be很容易进入到硅酸盐的矿物晶格中，类质同象置换Si[61]。Be的超强烈亏损很可能是因为Be随着一些硅酸盐矿物被热液蚀变带走，但Si以硅化作用的形式留了下来，而Be却流失了。碱性元素Li、Rb、Cs极易失去外层电子而成一价阳离子，它们在自然界中可形成含氧酸盐和氯化物，不形成硫化物和氧化物。这些元素极易溶于流体中并随流体发生迁移，它们的亏损可能与其在流体中的强活动性有关。Maclean等[60]和Humphris等[64]研究表明Hf为不活动组分，所以它在蚀变岩石中既不富集也不亏损。Zr和Hf的化学及地球化学性质相近，Zr的轻微亏损可能与Zr4+在液体中的迁移有关。
于稀有元素和Y而言，蚀变围岩强烈亏损REE和Y。REE通常被认为是比较稳定的，但越来越多的报道证明这些元素在热液流体中是可以发生迁移的[65-69]。Douville等[46]发现热液体系中络合剂Cl-、F-、SO42-等的存在有利于REE的迁移。因此，认为REE的亏损与热液体系中赋存的络合剂有关。Y的化学性质及地球化学性质与REE相似，因此，Y也呈现出强烈亏损的特征。在蚀变岩石中，围岩出现了Eu的负异常，矿脉出现了Eu的正异常(图 5)。由于Eu广泛存在于长英质矿物中[70, 71]，所以我们认为围岩中Eu的负异常与斜长石的蚀变有关。Lottermoser[72]发现Eu的正异常经常出现在含有大量硫化物的矿石和化学沉淀物中，认为长英质矿物中的Eu在低温水-岩交换的过程中被活化了，富集在含矿热液中和它们的沉淀物中，因此，认为矿脉中Eu的正异常与Eu的活化作用有关。
4.4.4 放射性元素和P
于放射性元素(U、Th)而言，蚀变围岩强烈富集U；超强烈亏损Th。在碱性溶液中，U以硅酸盐络合物nNa2O · UO2 · mSO2形式迁移，当PH减小或与围岩作用析出石英时，UO2也以沥青铀矿的形式随之析出。因此，石英常与铀矿物密切共生，脉旁围岩也往往表现出强烈的硅化现象[61]。这一硅化现象与样品M3(15)表现的特征一致(图 6)，说明U的富集与成矿作用有关。U和Th的类质同象关系密切，经常以类质同象的形式相互替换。但当U以沥青铀矿的形式出现时，几乎不含Th等类似同像混入物。这可能是U单独富集的原因。Th属于大离子亲石元素，它的亏损可能与本身容易随流体迁移的性质有关。
蚀变围岩不亏损也不富集P。祁冬梅等[53]提到P为不活动元素，因此，它在蚀变围岩中的含量保持不变。
综上，影响本文蚀变围岩元素迁移的因素可能有以下3个：成矿作用、交代作用(绿泥石化、硅化)和元素在流体中的活动性。铁族元素、钨钼族元素、亲铜成矿元素、分散元素、部分稀有元素(Nb、Ta、Sc)和放射性元素U的富集可能均与成矿作用有关；部分造岩元素(Si、Mg、Ca、Na)和稀有元素Be的富集与亏损可能与热液的交代作用有关；造岩元素Al和K、部分稀有元素(Li、Rb、Cs、Zr、Hf)、REE和Y、放射性元素Th和P的迁移可能与它们在流体中的活动性有关。
5. 结论
(1) 在东马努斯盆地，M3(15)站位蚀变岩石的热液硫化物主要由黄铜矿、方铅矿和闪锌矿组成，其中Cu含量最高，属于富Cu型热液硫化物；岩石蚀变区SiO2含量极高，推测蚀变类型为硅化蚀变。
(2) 通过对斜长石电子探针数据的分析，推测原岩主微量元素含量可能是同区玄武质安山岩和英安岩总含量的平均值，原岩性质为安山岩。
(3) 通过蚀变岩石与原岩(推测的)成分的对比可以发现，在热液蚀变的过程中，蚀变岩石的质量增加了150%，其中元素Cu、Zn、Ga、Sr、Cd、Ba和Pb超强烈富集，Ti、V、Mn、Co、Ni、Mo和U强烈富集，Si和Fe中等富集；Sc、Cr、Nb、Ta、W和Bi轻微富集；Be和Ca超强烈亏损；Li、Na、Mg、K、Rb、REE和Y强烈亏损；Zr、Cs和Th轻微亏损；Al、P和Hf为不活动组分。
(4) 影响蚀变岩石元素迁移的因素可能有成矿作用、交代作用(绿泥石化、硅化)和元素在流体中的活动性。其中铁族元素、钨钼族元素、亲铜成矿元素、分散元素、部分稀有元素(Nb、Ta、Sc)和放射性元素U的富集可能均与成矿作用有关；部分造岩元素(Si、Mg、Ca、Na)和稀有元素Be的富集与亏损可能与热液的交代作用有关；造岩元素Al和K、部分稀有元素(Li、Rb、Cs、Zr、Hf)、REE和Y、放射性元素Th和P的迁移可能与它们在流体中的活动性有关。
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图 3 东马努斯盆地火山岩全碱-硅图解
Figure 3. Na2O+K2O versus SiO2 diagram for rocks from Eastern Manus Basin
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图 5 球粒陨石标准化的东马努斯盆地火山岩REE分布曲线
(标准化值据文献[48])
Figure 5. Chondrite-normalized REE patterns of rocks from Eastern Manus Basin
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图 6 东马努斯盆地蚀变岩石M3(15)的背散射照片
1为钛铁矿，2为未蚀变斜长石，3为硅化，4为被热液硫化物蚀变的基质
Figure 6. Back scatter images of altered rock M3(15) from Eastern Manus Basin
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图 7 东马努斯盆地蚀变岩石M3(15)的热液硫化物Cu-Pb-Zn三角图
(红色标记代表矿脉，黑色代表围岩)
Figure 7. Cu-Pb-Zn ternary diagram of hydrothermal sulfide of altered rock sample M3(15) from Eastern Manus Basin
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图 8 东马努斯火山岩的斜长石Or-An-Ab三角图
(据文献[59])
Figure 8. Or-An-Ab ternary diagram for plagioclases of Eastern Manus Basin volcanic rocks
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图 9 蚀变岩石M3(15)wy的等浓度图及其相应组分的亏损与富集柱状图
(氧化物投图以%为单位，微量元素以10-6为单位)
Figure 9. Isocon diagram of the altered rock sample M3(15)wy showing gains and losses of selected elements during hydrothermal alteration as calculated from isocon diagram method
表 1 东马努斯火山岩的采样信息及岩相学特征
Table 1 Sample list and petrography of Eastern Manus Basin volcanic rocks
sample 采样方式 采样位置 深度/m 岩石类型 简单的岩性特征 经度（E) 纬度（S) M2(4) 水下机器人 151°40'19. 048" 3°43'37. 399" 1697 英安岩 样品新鲜，呈黑色，隐晶质结构，致密块状构造，无气泡； M3(15) 水下机器人 151°51'49. 919" 3°40'56. 167" 1892 蚀变岩石 样品被蚀变，呈灰色，致密块状构造，表面呈土状，可以闻到一股臭鸡蛋的味道。样品一边可见矿脉的截面，截面里肉眼可见看到黄铜矿、闪锌矿和白云母等； M5(13) 水下机器人 151°52'40. 623" 3°42'7. 707" 1941 玄武质安山岩 样品新鲜，呈黑色，隐晶质结构，致密块状构造，含有大量大小不一的气泡，具有冷凝边； M6(9) 水下机器人 151°52'39. 857" 3°42'21. 744" 1969 玄武质安山岩 样品新鲜，呈黑色，隐晶质结构，致密块状构造，含有大量小气泡； M7(5) 水下机器人 151°40'35. 161" 3°43'51. 583" 1789 英安岩 样品新鲜，呈黑色，隐晶质结构，致密块状构造，无气泡，表面破碎，覆盖有少量沉积物； M8(27) 水下机器人 151°41'15. 314" 3°43'37.622" 1657 英安岩 样品新鲜，呈黑色，隐晶质结构，致密块状构造，含有大量小气泡。 
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表 2 东马努斯火山岩全岩主量元素组成（%)
Table 2 Bulk major elements composition of Eastern Manus Basin magma
样品 M5(13) M6(9) M2(4) M7(5) M8(27) M3(15)wy M3(15)km M3(15)原岩 主量元素（wt%) SiO2 55. 17 55.45 68.82 67. 13 66.04 58.13 39.19 62.14 TiO2 0. 59 0.58 0.55 0. 70 0. 72 0.69 0.61 0.56 MgO 5. 54 5.30 0. 75 0.96 1.24 0.24 0.41 3.02 Al2O3 15. 82 15. 77 13.88 14.26 14.31 6.04 3.21 14.83 Fe2O3 2. 70 2.43 2.50 1.28 1 57 2.20 5.05 2. 47 FeO 5.52 5.92 1.99 3. 74 3.88 4.19 2.64 3.96 FeOT 8.22 8.35 4.49 5.02 5.45 6.39 7. 69 6.42 MnO 5.54 5.3 0. 75 0.96 1.24 0.24 0.41 0.12 CaO 9.28 9.22 2.69 3.18 3.52 0.15 0.11 5.96 Na2O 2.88 2.89 4. 97 5. 07 5 0.41 0.01 3.93 K2O 0. 73 0. 76 1.88 1 7 1.65 0.08 0.05 1.32 P2O5 0. 17 0. 16 0.12 0.16 0.19 0.06 0.08 0.14 LOI 1.39 1.3 1.64 1.58 1 7 1.81 10.54 1 47 Total 105.33 105.08 100.54 100.72 101.06 74. 24 62.31 99.92 FeOT/MgO 1.48 1.58 5.99 5.23 4.40 26.63 18. 76 2.13 注：FeOT代表全铁含量；M3(15)wy代表样品M3(15)的围岩；M3(15)km代表样品M3(15)的矿脉；M3(15)原岩为推算结果。
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表 3 东马努斯火山岩全岩微量元素组成
Table 3 Bulk trace elements composition of Eastern Manus Basin magma
样品 M5(13) M6 (9) M2 (4) M7 (5) M8(27) M3(15)wy M3(15)km M3(15)原岩 微量元素（x10-6） Sc 10.538 28.811 29.339 12.581 13.816 10.686 7.783 9.234 V 16. 754 270.275 284.085 24.080 33.624 271.635 346.538 309.087 Cr < 0. 5 95.471 46.827 < 0. 5 3.148 16.879 10.454 13.667 Co 4. 055 26.035 25.951 5.384 6.247 18.751 16.628 17.690 Ni 1 245 35.422 29.264 1.679 4.905 18.641 14.304 16.472 Cu 31.155 87.520 97.778 71.047 30.845 16235.154 112387.810 64311.482 Zn 86.862 71.798 69.228 99.946 95.753 7193.249 2056.016 4624.632 Ga 16.455 15.479 15.507 17.345 16.786 136.106 216.210 176.158 Rb 28.721 9.934 10.241 25.955 24.720 1.801 1.094 1.448 Cs 0.721 0.329 0.315 0.662 0.623 0.164 0.106 0.135 Sr 252.551 391.212 427.111 294.302 306.962 1541.322 1496.099 1518.711 Y 31.771 14.107 13.263 32.280 31.330 1.748 1.337 1.542 Zr 129.978 50.109 49.809 124.033 115.830 31.292 30.960 31.126 Nb 1.768 0.716 0.713 1.836 1.714 0.724 0.619 0.671 Ba 355.942 176.473 177.627 325.591 310.712 2465.954 1290.038 1877.996 Hf 3.526 1.357 1.359 3.337 3.097 0.927 0.859 0.893 Ta 0.107 0.043 0.051 0.115 0.108 0.054 0.044 0.049 Pb 5.842 2.604 2.672 5.475 5.133 127.038 125.871 126.455 U 0.822 0.293 0.300 0.692 0.716 1.436 1.047 1.241 Th 1.274 0.489 0.485 1.182 1.091 0.220 0.208 0.214 Li 14.331 6.510 6.273 16.067 14.076 0.860 0.452 0.656 Be 1.242 0.484 0.479 1.246 1.164 0.020 0.051 0.036 Mo 1.526 0.789 0.651 1.498 1.331 2.916 18.532 10.724 Cd 0.173 0.111 0.108 0.237 0.203 13.724 17.749 15.737 W 0.247 0.111 0.095 0.219 0.191 0.089 0.122 0.105 Bi 0. 047 0.035 0.022 0.042 0.043 0.023 0.049 0.036 La 11 136 4.865 4.974 10.884 10.544 0.947 0.826 0.887 Ce 25.175 11.177 11.414 24.671 24.039 1.925 1.660 1.792 Pr 3. 512 1.642 1.664 3.482 3.485 0.256 0.226 0.241 Nd 15.909 7.656 7.801 16.245 15.756 1.105 0.965 1.035 Sm 4.196 2.083 2.090 4.306 4.278 0.277 0.214 0.245 Eu 1.262 0.718 0.742 1.380 1.388 0.059 0.104 0.082 Gd 4.062 2.053 1.996 4.040 4.122 0.282 0.203 0.242 Tb 0.824 0.413 0.370 0.858 0.819 0.041 0.020 0.030 Dy 4.905 2.337 2.153 5.009 4.841 0.262 0.164 0.213 Ho 1.135 0.541 0.478 1.168 1.125 0.071 0.052 0.061 Er 3.360 1.457 1.353 3.360 3.209 0.229 0.178 0.203 Tm 0.542 0.237 0.219 0.555 0.533 0.044 0.037 0.041 Yb 3.606 1.514 1.405 3.546 3.399 0.330 0.279 0.304 Lu 0.557 0.237 0.219 0.565 0.545 0.056 0.048 0.052 注：样品M3C15)的CzY Zii的含量太高，超出微量元素检测上限，存在较大测量误差；M3(15)wy代表样品M3C15)的围岩；M3(15)km代表样品M3(15)的矿脉；M3(15)原岩为推算结果。
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表 4 东马努斯蚀变火山岩样品93(15)的电子探针分析结果
Table 4 EPMA results of altered rock M3(15) from Eastern Manus Basin
样品 矿物号 SiO2 TO2 Al2O3 CrO3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O total 描述 M3(15) 1-8 83.93 1.56 2.62 0.46 0.12 0 0.10 0.11 0.12 0.15 89.16 硅化 M3(15) 1-9 83.68 0.04 2.55 0.03 0.15 0.02 0.11 0.06 0.15 0.16 86.96 硅化 M3(15) 1-11 82.99 0.06 2.78 0.09 0.15 0.01 0.13 0.07 0.06 0.15 86.49 硅化 M3(15) 3-1 83.42 0 2.75 0.07 0.06 0 0.03 1.07 0.51 0.16 88.07 硅化 M3(15) 3-2 66.01 0.04 13.61 0.07 0.42 0.02 0.15 6.80 1.38 0.09 88.58 硅化 M3(15) 4-7 76.27 0 6.88 0.06 0.20 0.02 0.07 2.86 0.88 0.13 87.39 硅化 M3(15) 9-3 53.35 0.05 28.36 0.07 0.92 0 0.12 12.84 4.13 0.13 99.96 长石 M3(15) 10-1 54.91 0.05 27.27 0.08 1.17 0.01 0.17 11.80 4.56 0.17 100.18 长石 M3(15) 10-2 53.49 0.01 27.76 0.06 0.91 0.02 0.16 12.70 4.28 0.16 99.55 长石 M3(15) 10-3 54.37 0.08 28.25 0.07 0.98 0 0.16 12.42 4.36 0.16 100.85 长石 M3(15) 11-3 53.26 0.02 28.66 0.06 0.96 0 0.14 13.36 4.03 0.09 100.57 长石 M3(15) 11-4 53.54 0.09 28.03 0.06 1.10 0.01 0.15 12.45 4.15 0.13 99.71 长石 M3(15) 20-1 53.37 0.08 28.69 0.05 0.85 0 0.15 12.27 4.46 0.15 100.06 长石 M3(15) 20-2 54.00 0.07 27.89 0.04 1.04 0 0.17 11.47 4.66 0.17 99.50 长石 M3(15) 14-1 40.68 1.30 16.11 5.42 0.39 0.02 0.23 0.43 0.35 0.17 65.10 热液 M3(15) 15-1 48.97 0.55 9.32 6.80 0.24 0.01 0.21 0.23 0.19 0.15 66.67 热液 M3(15) 15-2 5. 17 0.08 1.33 9.50 0.42 0.02 0.10 0.96 0.20 0.10 17.87 热液 M3(15) 17-1 51.27 0.03 29.11 0.07 0.75 0 0.19 13.79 3.31 0.12 98.64 热液 M3(15) 18-1 40.97 0.07 1.90 15.60 0.77 0.05 0.09 0.58 0.35 0.31 60.69 热液 样品 矿物号 Co Fe Pb Cu Zn S Cl As Ni Total 描述 M3(15) 16-1 0.057 1.003 0 0.033 0.043 0.939 0.178 0.109 0.019 2.381 热液 M3(15) 19-1 0.038 0.638 0.046 0.03 0.011 1.242 0.031 0 0 2.036 热液
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表 5 东马努斯火山岩斜长石电子探针数据分析结果
Table 5 EPMA results of plagioclase from
M3(15) M6(9) M2(4) 矿物号 9-3 10-1 10-2 10-3 11-3 11-4 20-1 20-2 2-1 2-2 14-1 6-1 10-5 12-17 30-3 6-1 11-1 11-3 20-2 20-9 6-1 37-1 SiO2 53.35 54.91 53.49 54.37 53.26 53.54 53.37 54.00 50.69 50.33 49.82 50.57 50.70 48.94 51.41 61.08 57.08 56.84 57.40 57.66 59.93 57.69 TiO2 0.05 0.05 0.01 0.08 0.02 0.09 0.08 0.07 0.02 0.04 0.02 0.05 0 0.01 0 0.03 0.02 0.06 0.01 0.04 0.06 0 AI2O3 28.36 27.27 27.76 28.25 28.66 28.03 28.69 27.89 29.52 29.82 30.80 29.57 29.67 30.53 30.82 24.61 26.17 26.12 25.88 25.31 24.17 25.69 Cr2O3 0.07 0.08 0.06 0.07 0.06 0.06 0.05 0.04 0.01 0.02 0 0 0.01 0 0.06 0.02 0.01 0.03 0 0.02 0 0.04 FeO 0.92 1.17 0.91 0.98 0.96 1.10 0.85 1.04 1.03 0.69 0.74 0.82 0.86 0.74 0.76 0.31 0.43 0.48 0.43 0.42 0.72 0.40 MnO 0 0.01 0.02 0 0 0.01 0 0 0 0.02 0.02 0 0.01 0.05 0.06 0 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 MgO 0.12 0.17 0.16 0.16 0.14 0.15 0.15 0.17 0.32 0.22 0.21 0.21 0.20 0.21 0.22 0.02 0.05 0.03 0.02 0.04 0.05 0.04 CaO 12.84 11 80 12.70 12.42 13.36 12.45 12.27 11.47 14.79 15.15 15.36 15.02 15.15 16.09 14.60 6.61 8.82 8.97 8.85 7.87 6.99 8.22 Na2O 4.13 4.56 4.28 4.36 4.03 4.15 4.46 4.66 2.61 2.80 2.64 2.79 2.78 2.15 3.11 7.52 6.42 6.33 6.43 6.87 7.53 6.68 K2O 0.13 0.17 0.16 0.16 0.09 0.13 0.15 0.17 0.13 0.12 0.08 0.06 0.08 0.08 0.10 0.26 0.23 0.22 0.18 0.21 0.31 0.23 总量 99.96 100.18 99.55 100.85 100.57 99.71 100.06 99.50 99.11 99.20 99.70 99.09 99.46 98.78 101.12 100.45 99.23 99.08 99.22 98.45 99.77 99.01 Si 2.43 2.49 2.45 2.45 2.41 2.44 2.42 2.46 2.34 2.32 2.29 2.33 2.33 2.27 2.32 2.71 2.58 2.58 2.60 2.62 2.69 2.61 Ti 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A1 1.52 1.46 1.50 1.50 1.53 1.51 1.54 1.50 1.60 1.62 1.67 1.61 1.61 1.67 1.64 1.29 1.40 1.40 1.38 1.36 1.28 1.37 Cr 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Fe 0.04 0.04 0.03 0.04 0.04 0.01 0.03 0.04 0.01 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.02 Mn 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Mg 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0 0 0 0 0 0 0 Ca 0.63 0.57 0.62 0.60 0.65 0.61 0.60 0.56 0.73 0.75 0.76 0.74 0.75 0.80 0.71 0.31 0.43 0.44 0.43 0.38 0.34 0.40 Na 0.36 0.40 0.38 0.38 0.35 0.37 0.39 0.41 0.23 0.25 0.24 0.25 0.25 0.19 0.27 0.65 0.56 0.56 0.56 0.61 0.65 0.59 K 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0 0 0 0 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 阳离子总数 4.98 4.98 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 4.98 4.99 5.00 4.99 4.99 4.99 4.99 4.98 5.01 5.00 5.00 5.00 5.01 5.00 An 0.63 0.58 0.62 0.61 0.64 0.62 0.60 0.57 0.75 0.74 0.76 0.75 0.75 0.80 0.72 0.42 0.43 0.43 0.43 0.38 0.33 0.40 Ab 0.36 0.41 0.38 0.38 0.35 0.37 0.39 0.42 0.24 0.25 0.24 0.25 0.25 0.19 0.28 0.57 0.56 0.55 0.56 0.60 0.65 0.59 Or 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0 0 0 0 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 斜长石牌号 63 58 62 61 63 62 60 57 75 74 76 75 75 80 72 42 43 43 43 38 33 40
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