Artificial hydrothermal vents, created by boreholes that discharge hydrothermal fluids and useful for observing secular changes in mineral precipitates and the chemical compositions of hydrothermal fluids, are periodically cleaned of scale deposits. Here, we report petrographic and geochemical features of hydrothermal scale with a concentric structure and extreme enrichment in Zn, recovered as an intact plug from an artificial hydrothermal vent pipe in the Okinawa Trough. The scale consists of sphalerite with accessory galena and chalcopyrite, and minor cotunnite (PbCl2), barite, an unidentified Zn sulfate, and Bi-rich minerals. It comprises at least five concentric layers alternating between thin, reddish-brown porous layers composed of relatively Fe-rich sphalerite accompanied by galena and chalcopyrite, and coarse-grained, dark gray layers dominated by relatively Fe-poor sphalerite. Cotunnite occurs only in the innermost reddish-brown layer, and barite occurs only in the uppermost and innermost layers. The scale is composed of > 50 wt% Zn, several wt% Fe and Pb, and < 1 wt% Cu, Mn, and Cd, a composition consistent with the solubility of Zn and Cu in a hydrothermal fluid at 304–311 °C and pH 4.7–5.0. We suggest that the concentric layers are related to periodic scale removal operations through which (1) mostly clogged pipe conditions and weak hydrothermal discharge alternate with (2) fully open pipe conditions and vigorous hydrothermal discharge, thus affecting sulfur fugacity and [Cl−] and [SO42−] activities in the hydrothermal fluid and leading to the formation of concentric layers of precipitated minerals.

中文翻译：

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冲绳海槽伊平谷-北诺尔深海人工热液喷口高富锌硫化物水垢的形成

人工热液喷口由排放热液流体的钻孔形成，可用于观察矿物沉淀物的长期变化和热液流体的化学成分，定期清除水垢沉积物。在这里，我们报告了具有同心结构和极端富集 Zn 的热液规模的岩石学和地球化学特征，从冲绳海槽的人工热液通风管中作为完整塞回收。鳞片由闪锌矿和副方方铅矿和黄铜矿、次要的辉铜矿 (PbCl2)、重晶石、一种未鉴定的硫酸锌和富铋矿物组成。它包括至少五个同心层，在薄的红棕色多孔层之间交替，由相对富含铁的闪锌矿和方铅矿和黄铜矿组成，以及粗粒、以相对贫铁的闪锌矿为主的深灰色层。Cotunnite仅出现在最内层的红褐色，重晶石仅出现在最上层和最内层。水垢由 > 50 wt% 的 Zn、几个 wt% 的 Fe 和 Pb 以及 < 1 wt% 的 Cu、Mn 和 Cd 组成，该成分与 Zn 和 Cu 在 304–311 °C 的热液中的溶解度一致和 pH 值 4.7–5.0。我们认为同心层与周期性除垢操作有关，通过这种操作，(1) 主要是管道堵塞和弱热液排放与 (2) 全开管道和剧烈热液排放交替，从而影响硫逸度和 [Cl−] 和[SO42−] 在热液中的活动并导致形成沉淀矿物的同心层。Cotunnite仅出现在最内层的红褐色，重晶石仅出现在最上层和最内层。水垢由 > 50 wt% 的 Zn、几个 wt% 的 Fe 和 Pb 以及 < 1 wt% 的 Cu、Mn 和 Cd 组成，该成分与 Zn 和 Cu 在 304–311 °C 的热液中的溶解度一致和 pH 值 4.7–5.0。我们认为同心层与周期性除垢操作有关，通过这种操作，(1) 主要是管道堵塞和弱热液排放与 (2) 全开管道和剧烈热液排放交替，从而影响硫逸度和 [Cl−] 和[SO42−] 在热液中的活动并导致形成沉淀矿物的同心层。Cotunnite仅出现在最内层的红褐色，重晶石仅出现在最上层和最内层。水垢由 > 50 wt% 的 Zn、几个 wt% 的 Fe 和 Pb 以及 < 1 wt% 的 Cu、Mn 和 Cd 组成，该成分与 Zn 和 Cu 在 304–311 °C 的热液中的溶解度一致和 pH 值 4.7–5.0。我们认为同心层与周期性除垢操作有关，通过这种操作，(1) 主要是管道堵塞和弱热液排放与 (2) 全开管道和剧烈热液排放交替，从而影响硫逸度和 [Cl−] 和[SO42−] 在热液中的活动并导致形成沉淀矿物的同心层。水垢由 > 50 wt% 的 Zn、几个 wt% 的 Fe 和 Pb 以及 < 1 wt% 的 Cu、Mn 和 Cd 组成，该成分与 Zn 和 Cu 在 304–311 °C 的热液中的溶解度一致和 pH 值 4.7–5.0。我们认为同心层与周期性除垢操作有关，通过这种操作，(1) 主要是管道堵塞和弱热液排放与 (2) 全开管道和剧烈热液排放交替，从而影响硫逸度和 [Cl−] 和[SO42−] 在热液中的活动并导致形成沉淀矿物的同心层。水垢由 > 50 wt% 的 Zn、几个 wt% 的 Fe 和 Pb 以及 < 1 wt% 的 Cu、Mn 和 Cd 组成，该成分与 Zn 和 Cu 在 304–311 °C 的热液中的溶解度一致和 pH 值 4.7–5.0。我们认为同心层与周期性除垢操作有关，通过这种操作，(1) 主要是管道堵塞和弱热液排放与 (2) 全开管道和剧烈热液排放交替，从而影响硫逸度和 [Cl−] 和[SO42−] 在热液中的活动并导致形成沉淀矿物的同心层。