在洋脊系统，已观察到热水成因的石油，其胶结活动热水区的沉积物，并与热水排泄口和丘状堆积物共生（表8-1;Simoneit,1988）。加利福尼亚湾的Guaymas盆地是一个正在扩张中的海底洋盆，在深达2000余米的盆地内，高温（315℃）热水流体正在排泄，硫化物堆积丘正在形成。热水成因的石油与热水喷口及硫化物堆积丘密切共生，产出于被氧化硅胶结的碎屑裂隙中。这些石油主要是未变化的凝析油，烃类的n-链烷变化从甲烷到n-C40（Simoneit,1988）。Escanaba盆地是太平洋北东部的一个重要的扩张洋盆，其中的热水活动区内发育硫化物矿床和石油胶结的沉积物。烃类的n-链烷变化于C14到C40，在n-27达到最大碳数（Simoneit,1988）。东太平洋隆13°N～21°N是活动热水流体大量发育区域，在无沉积物覆盖的脊轴部位，发现大量块状硫化物矿体，并伴生有丰富的脂族烃。含金属沉积物中的烃类以丰富的低分子n-链烷和植烷为特征（Simoneit,1988）。
表8-1 若干现代海底扩张中心热水成因石油的特征总结①
①资源来源：引自侯增谦等，1999
在以冲绳海槽为代表的弧盆系统，尽管没有热水成因的石油形成，但却发育大量标志成油过程的有机物质。为了进一步了解有机质的组成、来源和成因，我们采用热解色谱分析（Rock-Eval分析）和常规有机分离分析（SY5118-86,SY5119-86,SY5120-86,SY5258-91）等手段，对冲绳海槽JADE热水区的硫化物样品进行了系统研究（Zhang et al.,2001）。
分析样品包括烟囱硫化物矿石和下伏脉状硫化物矿石（表8-2）。将样品碎至60～80目，用三氯甲烷作为抽提剂在抽提器中连续抽提，得到沥青A的总量。对饱和烃和芳香烃组分进行了气相色谱-质谱分析（GCMS）。实验条件：气相色谱-质谱分析为中国科学院广州地球化学研究所Finnigan-MAT4515型色谱-质谱-计算机联用仪，色谱柱为DB-16（30m×0.6mm）硅毛细管柱，柱温70～290℃，升温速率为3℃/min，质谱分析用电子轰击离子源70eV，数据收集和处理使用INCOS系统。
表8-2 冲绳海槽矿石Rock-Eval分析
分析者：中国科学院广州地球化学研究所柴平霞
1.有机质丰度和分布
Rock-Eval分析表明，冲绳海槽热水沉积硫化物有机碳含量0.41%～1.1%，平均值为0.5%（表8-2），与海底表面的沉积物有机碳含量相当（TOC=0.76%）。同时，也接近于Gorda洋脊的Escanaba海槽（0.4%）、东太平洋隆起（0.14%）、红海A-Ⅱ号深渊（0.4%）等海底热液活动区的沉积物的有机碳含量（表8-3）。代表岩石热蒸馏烃的S1为（0.16～0.34）×10-6，表明冲绳海槽硫化物矿石可溶有机质含量普遍很低。岩石中干酪根的热降解烃S2为（4.3～12.65）×10-6，平均值为6.8×10-6，相当高。Tmax全部大于465℃，但PI值小于0.1，表明石油从有机质中生成的可能性很小。可溶有机质含量（S1）与总有机碳（TOC）不存在正比关系，这不仅与矿石有机质类型有关，还与矿石类型关系密切。碳优势指数CPI比较高，反映抽提物是未成熟的（表8-3），此外，硫化物矿石含有丰富的所甾烷与五环三萜烷（下述），也表明了这些有机物的热成熟度较低。
2.有机质组成与变化
图8-14显示了块状硫化物矿石（a）、硫化物烟囱（b、c）和网脉状硫化物矿石（d）的饱和烃组分的特征（TIC），这些饱和烃分布范围为C15～C35，主峰为C19、C20和C29，碳数低时，无奇偶优势，当碳数大于25时，有明显的奇数碳优势（CPI=1.5），存在姥鲛烷和植烷出现未溶解的复杂混合物（UCM）。C15至C35升藿烷的正常梯状分布与沉积时的底水环境相符（Pracejus et al.,1997），显示了一种典型海相大陆架条件沉积岩的质量色谱图
表8-3 冲绳海槽样品与其他海底扩张中心样品有机质特征
*资料来自Simoneit,1988
表8-4 冲绳海槽JADE热田矿石萜烷、甾烷参数
冲绳海槽矿石的姥鲛烷和植烷之比（Pr/Ph）为0.47～0.75（表8-3），明显低于其他海底扩张环境热液石油，暗示其形成环境是一种还原至缺氧的高盐度环境。
表8-4列出了JADE热水区硫化物矿石的萜烷、甾烷参数。Pr/nC17比值均大于0.5，且小于1,Ph/nC18比值均大于1，（Pr+/nC17）/（Ph/nC18）均小于1，反映有机物形成于海相还原环境。Ts/（Ts+Tm）或Ts/Tm受沉积环境的影响，不仅与成熟度有关，而且与烃源岩密切相关。研究发现，当Ts/（Ts+Tm）比值大于0.5，很多超盐度烃源岩中的沥青具有Ts/（Ts+Tm）高值，当沉积环境的Eh较低时，Ts/（Ts+Tm）比值增加，而当pH较高时，Ts/（Ts+Tm）比值降低。如表8-4所示，JADE热水区硫化物的Ts/Tm和Ts/（Ts+Tm）比值分别为1.04～1.48和0.56～0.60，说明沉积环境Eh、pH比较低。
冲绳海槽矿石色谱-质谱分析表明，硫化物样品含有丰富的萜类化合物和甾类化合物。从m/z191质量色谱图上（图8-15），检出了三环萜烷、四环萜烷和五环三萜烷。4个样品的萜烷指纹相似。在m/z217色谱图中孕甾烷和高孕甾烷的含量较高（图8-15），除此之外，还检测到C27至C29规则甾烷和重排甾烷（图8-15）。按面积比计算（表8-5），C29含量较高，为36.11%～41.43%,C27也较高（33.88%～40.21%）,C28较低（23.68%～29.7%）。4个样品的芳香烃的馏分图谱显示样品存在多环芳香烃化合物（PAH），主要的环状芳香烃是菲、芘、萤蒽、苯和其他五环状碳氢化合物（如苯并呋喃、二氢化萤蒽、二氢化芘）。图8-16显示了脉状硫化物矿石的菲系列质量色谱图。与生物标志物质量色谱图对比表明，样品中存在甲基菲、乙基菲、二甲基菲及三甲基菲等（图8-16）。
图8-14 冲绳海槽硫化物矿石的饱和烃TIC离子色谱图
Pr—姥鲛烷；Ph—植烷
表8-5 按面积计算的甾烷百分比/%
3.有机质来源
冲绳海槽矿石与13°N东太平洋隆起很相似（表8-3），饱和烃分布范围广（C15～C35），主碳峰碳数较高，当碳数大于25时，有明显的奇数碳优势（CPI=1.5），高碳数正烷烃相对百分浓度高，表明有高等陆源植物的贡献。
研究发现，在硫化物矿石饱和烃中，出现C29至C3317α（H）-重排藿烷假同系物系列（图8-17）。据研究，17α（H）-重排藿烷（
地质体中的甾烷，其原始母质多半是生物体中的甾醇类，即甾烷是由甾醇形成的。冲绳海槽的深海沉积物含有丰富的甾醇（Jiang et al.,1994），共检测出22种甾醇，其中C27甾醇含量为25.4%，而C2923,24-二甲基胆甾醇含量丰富（13.1%），这种甾醇被认为来自浮游植物，特别是甲藻（Jiang et al.,1994），这意味着，冲绳海槽硫化物矿石的C27至C29规则甾烷和重排甾烷可能来源于陆架浮游植物（Zhang et al.,2001）。
Simoneit（1988）指出，海底热水成因的石油，区别于其他成因的石油最大特点是增加了多环芳香烃（PAH）和硫含量。多环芳香烃是从有机物质高温转化衍变来的。冲绳海槽多数样品出现多环芳香烃化合物（PAH），主要存在于硫化物烟囱的热液通道及其附近，表明这些有机物质是高温热解的产物。芳香烃主要集中于网脉状矿石，说明有机物质经过高温转化成为多环芳香烃，矿石中有机物的成分朝着芳香烃化的方向变化。
4.石油与天然气形成
Simoneit等（1988）指出，沉积物中的有机质经热水活动热裂解形成石油和天然气是许多海相环境出现的一种地质过程。在这个过程中，初始有机物质的组成决定了热水流体系统中的气相组分的特征和类型。Hunt（1990）证明，陆生锥管植物碎屑可以产生芳香族干络根，具有形成天然气的潜力；海洋浮游生物的有机质可以产生脂肪族干络根，具有形成石油的潜力。来自中国大陆架的大量陆相碎屑沉积表明，冲绳海槽热水系统通过热转化有机质，具有产生天然气的较大潜力。或许，这就是为什么弧后系统富含天然气，而洋中脊系统伴生石油的内在原因。
由于洋中脊环境构造圈闭缺乏，生烃源岩不足，因此，Simoneit（1988）认为，虽然海底热水流体系统可以显示油气，但不能产生有经济意义的石油矿藏。然而，在弧盆系统，海底沉积物中的天然气水合物可以形成重要的屏蔽，具有构造圈闭作用；陆源物质在弧后区的大量沉积，可以提供成气物源；弧后扩张区的浅成岩浆侵位，可以促使有机质的热裂解作用，因此，具有产生以CO2和CH4为主的工业气流的巨大潜力。
图8-15 冲绳海槽硫化物矿石的饱和烃馏分中m/z191（左）和m/z217（右）离子碎片图
图8-16 冲绳海槽网脉状硫化物矿石（160P）的芳香烃馏分中菲系列质量色谱图
质量色谱图中11号峰有1—乙基菲；2,6—二甲基菲共逸出；13号峰有1,3、3,9-、3,10—二甲基菲共逸出；14号峰有1,6-、2,9—二甲基菲共逸出；17号峰有4,9-、4,10—二甲基菲共逸出
图8-17 冲绳海槽硫化物矿石（D360-5（8）的饱和烃馏分GCMSMSm/z191母离子峰色谱图
显示出C29-C3317α（H）-重排藿烷（C29-
5.CO2-有机质-金属的相互作用
对冲绳海槽JADE热水区水-岩反应产物中的流体包裹体研究及有机质研究表明，H2O、CO2、烃类及金属元素间存在相互作用。
流体包裹体间的关系反映了两种可能：一是CO2-烃类气藏（流体）与盐水流体混合，产生H2O-CO2-烃类混合流体；二为H2O-CO2-烃类流体因CO2和烃类的过饱和而发生分相，产生盐水流体和CO2-烃类流体端员。这两种可能表明，CO2-烃类气体或流体的存在对金属硫化物的淀积至关重要。首先，无论CO2和H2S直接由富气盐水分离，还是来自与盐水混合的已有气藏，CO2和H2S的气-液分离效应，均有效的增加流体的pH值（Drummond et al.,1985），并引起碳酸盐和硫化物的沉淀。反应途径计算表明，气相分离效应导致淀积产物中的脉石/闪锌矿比值太高，以致难以形成工业规模的金属堆积（Leach et al.,1991）；其次是气体与液体间的反应效应。如富CH4气相与盐水中的
大量金属硫化物的淀积必然要求一个富CO2、CH4和H2S的气藏。据估计，密西西比地区Mascot-jefferson矿区的闪锌矿堆积量，需要的富CO2、CH4和H2S的气藏应该与矿区规模相当、厚10m的气田（Jones et al.,1990）。如果按照这个估算，JADE热液区正在进行的硫化物淀积也需要相当量的CO2-烃类气藏。也就是说，JADE热液区海底下部可能由相对独立的富CO2-烃类气藏和与之混合或共存的盐水流体构成。CO2-烃类流体（气藏）的发育是金属工业堆积的必要条件，高温盐水流体是硫化物沉积的重要介质。
JADE热液区热液通道的块状硫化物矿石和通道附近的网脉状矿石有机质虽然不同，但硫化物矿石中不比网脉状矿石缺乏有机碳，表明原地生成的有机质可能与硫化物的生成有关。所有样品都含有多环芳香烃（PAH）——在较高温度热解残余物中普遍存在的化合物，进一步提供了热液活动的证据。硫化物中的烃含量尽管很低，但的确是热水成因的产物。与碳数最高峰可以在27或更高相对应，表明碳氢化合物是在高温下被封闭，比如在活动的烟囱中，随后的海底快速冷凝作用使之固结在矿石中。冲绳海槽硫化物矿石的生物标志化合物表明形成环境还原至缺氧，通常是高盐度环境。这与冲绳海槽JADE现代热水流体化学与沉积物矿物学研究比较一致（Halbach et al.,1993;Pracejus et al.,1997）。现代溶液的研究表明，海底上部水体垂向温度从320℃变化到19.5℃，pH值基本不变（4.72～4.9）,320℃时的Eh值显示出微还原条件（Pracejus et al.,1997）。在有机物质存在时，还原条件可能导致热化学作用和细菌将硫盐还原成硫化物。研究显示，原油中的碳氢化合物仅在缺氧的条件下被硫盐还原细菌利用（Rueter et al.,1994），这很可能反映了冲绳海槽的情况。有机物沉淀的同时，也导致硫盐通过生物或非生物还原作用沉积为硫化物，形成矿石堆积。