REPORT

ON

THE COOPERATIVE STUDY PROJECT

ON THE DEEPSEA MINERAL RESOURCES

IN SELECTED OFFSHORE AREAS OF THE SOPAC REGION

 

(VOLUME 1)

SEA AREA OF THE KINGDOM OF TONGA

 

February 9, 1996

 

JAPAN INTERNATIONAL COOPERATION AGENCY

METAL MINING AGENCY OF JAPAN

 

 

 

 

 

 

 

 PREFACE

 

In response to a request by the South Pacific Applied Geoscience Commission (SOPAC), the Government of Japan has undertaken the studies relating to mineral prospecting to assess mineral resources potential in the deep sea bottom of the offshore regions of SOPAC member countries. Implementation of the survey has been consigned to Japan International Cooperation Agency (JICA). JICA, considering the technical nature of the geological and mineral prospecting studies, entrusted the studies to the Metal Mining Agency of Japan (MMAJ).

 

The survey has been undertaken for a five year period starting from fiscal 1995. The first year of the survey was carried out within the exclusive economic zone of the Kingdom of Tonga. MMAJ dispatched the Hakurei Maru No.2, a research vessel for investigating mineral resources in the deep sea bottom, to the sites for total 69 days, from July 2, 1995 to September 8, 1995, successfully completing the survey on schedule with the cooperation of the Kingdom of Tonga.

 

This report sums up the results of the first year survey.

 

We wish to extend our sincere thanks to all persons concerned, especially for the cooperation rendered to us by the Secretariat of SOPAC, the Government of the Kingdom of Tonga as well as the Ministry of Foreign Affairs, the Ministry of International Trade and Industry, and the Japanese Embassy in the Republic of Fiji.

February, 1996.

 

 

Kimio FUJITA

President

Japan International Cooperation Agency

 

Shozaburo KIYOTAKI

President

Metal Mining Agency of Japan

 

LOCATION MAP OF THE SURVEY AREA

 

3­D bathymetric map

ABSTRACT 

The third phase of the cooperative study project on the deepsea mineral resources for SOPAC member countries began at 1995 and runs for five years. This first year survey was carried out in the sea area within an exclusive economic zone of the Kingdom of Tonga, which locates in the middle east of Lau Basin and has an area of about 36,000 km2. The survey period on site was 69 days from July 2 to September 8. The target of mineral resources was hydrothermal ore deposits.

 

The former half of the survey (Leg 1) is regarded as a regional survey, aiming mainly at making a bathymetric map by bathymetric survey with track lines of 2 nautical miles intervals in parallel. At the same time, the magnetic survey was also carried out to help the geological interpretation.

 

The latter half of the survey (Leg 2) is a detailed survey. The target area for the detailed investigation was selected on the basis of the results of the bathymetric and magnetic surveys. First, sea floor observation by Finder attached Deepsea Camera system (FDC) was carried out, and in a restricted area the Side Scan Sonar (SSS) survey was carried out to study the precise topography and sea floor conditions. Then, the sampling of rocks and sediments were carried out manily in the spreading center running near north­south direction in the central part of the survey area, where the latest volcanic activities occur in the Lau Basin.

 

As a result of bathymetric survey, in the central part of the survey area, seafloor spreading center developing in NNE­SSW trending was observed and its topographic shape was clarified, suggesting some tectonic movements. In addition, continuous spreading center running from the southern part of the survey area, which consists of several grabens and ridges, and overlapping spreading center were in the central part of the area also observed.

 

Acoustic reflection image drawn up using sound pressure received by MBES clearly indicates the shape of spreading center as strong reflector. This image has been useful results for sea floor conditions such as distribution of sediments as well as selection of FDC survey area.

 

As a result of magnetic survey, magnetic anomaly is generally not so strong, however, NNE­SSW trending magnetic anomaly zone was observed along the general trend of the area. According to magnetization analysis, continuous high magnetization belts were detected in the northern part. These were considered to be caused by the spreading movements. Furthermore, from the characteristics of distribution of positive magnetization dominant area in the northern and the southern parts of the area, it was estimated that spreading rate increase towards north or beginning age of spreading may be earlier in the northern part than in southern part.

 

As an ore deposits investigation, sea floor observation by FDC was first carried out to study the features of sea floor sediments and geological structures and the SSS was used for a supplementary survey. On the basis of these results, samplings were carried out by using Large Corer (LC), Finder attached Power Grab (FPG) and Chain Bucket dredge (CB). The sampling area was focused to the spreading center where younger volcanic rocks distribute.

 

The results of SSS survey show a lot of fault structure, some uplifts in a mound shape and records like a plume which is a direct indication of hydrothermal activities. In the sea floor observations by FDC, however, only precipitations of manganese and iron oxides were locally observed at some places and neither hydrothermal ore deposit nor its indication was found out.

 

Basalt lava and sediments were collected by samplings, but no ore indication such as alteration, which is characteristic to hydrothermal ore deposit, was observed.

 

The survey area includes almost all the Valu Fa Ridge, which is a current spreading center, and is expected to have ore deposits. In this investigation, however, hydrothermal activity, hydrothermal ore deposits and their significant indications were not observed at all. This reason is presumed that the cap rock sealing the hydrothermal activity has not been formed because the hydrothermal activity has been weak and not been continuous. Judging from the results of this investigation and the past investigations around the survey area, it is concluded that the potential of ore deposits is low in the northern part of the survey area and high in the spreading ridge of the southern part.

 

 

 

 

 

 

 

 

ABSTRACT­­ 2

CHAPTER 1 OUTLINE OF THE SURVEY­­­ 5

1­1 Survey Title­ 5

1­2 Purpose of the Survey­ 5

1­3 The Survey Area­ 5

1­4 Survey Period­ 6

1­5 Participants of the Survey­ 6

1­6 Apparatus and Equipment for the Survey­ 6

1­7 Schedule of the Survey Cruise­ 6

CHAPTER 2 SURVEY METHOD­­­ 7

2­1 Survey Plan­ 7

2­2 Numbering­ 7

2­3 Ship Positioning and Positions of Towed Fish­ 8

2­4 Acoustic Sounding­ 8

2­5 Magnetic Survey­ 8

2­6 Seafloor Observation and Photographing­ 8

2­7 Sampling­ 8

2­8 Sea Water Survey (CTD Measurement)­ 9

2­9 Data Processing and Analysis­ 9

CHAPTER 3 BATHYMETRY AND GEOLOGICAL STRUCTURE­­­ 9

3­1 Tectonic Setting around the Survey Area­ 9

3­2 Bathymetry­ 10

3­3 Magnetic Survey­ 11

(1) Total Magnetic Force­ 11

(2) Magnetic Anomaly­ 11

(3) Reduction­to­the­pole Anomaly­ 12

(4) Magnetization­ 12

(5) Magnetic Structure­ 13

3­4 Geological Structure­ 14

(1) Geological Structure­ 14

(2) MBES Acoustic Reflection Image­ 16

(3) nSBP Survey­ 16

CHAPTER 4 ORE DEPOSITS INVESTIGATION­­­ 18

4­1 General 18

4­2 SSS Survey­ 19

(1) Line 95SSS01­ 19

(2) Line 95SSS02­ 19

(3) Line 95SSS03­ 20

4­3 FDC Survey­ 20

4­4 Sampling­ 23

(1) LC­­ 23

(2) FPG­­ 25

(3) CB­­ 26

4­5 Survey Results­ 27

(1) Geology and Rock Facies­ 27

(2) Muddy Sediments­ 29

(3) Ore Indications­ 29

(4) Temperature Anomalies­ 30

CHAPTER 5 RESULTS OF CHEMICAL ANALYSIS AND OBSERVATIONS­­ 31

5­1 Microscopic Observation of Thin Section­ 31

(1) Aphyric basalt 31

(2) Hypersthene augite basalt 31

(3) Olivine hypersthene augite basalt 32

5­2 Microscopic Observation of Polish­ 32

5­3 X­ray Diffraction Analysis­ 32

5­4 Dating the Rock­ 32

5­5 Chemical Analysis of Rocks­ 33

(1) Analytical Method­ 33

(2) Analytical Results­ 33

(3) Classification of Basalt 34

5­6 Chemical Analysis of Sea Floor Sediments­ 35

(1) Analytical Method­ 35

(2) Statistical Analysis­ 36

(3) Consideration of the Analytical Results­ 37

5­7 Microfossil in the Sea Floor Sediments­ 37

(1) Foraminifera­ 37

(2) Radiolaria­ 38

(3) Conclusions­ 39

CHAPTER 6 DISCUSSION­­­ 39

CHAPTER 7 CONCLUSION­­­ 40

References­ 42

APPENDIX­­­ 44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER 1 OUTLINE OF THE SURVEY 

1­1 Survey Title

 

"The Cooperative Study project on the Deepsea Mineral Resources in the Sea Area of the Kingdom of Tonga"

 

1­2 Purpose of the Survey

 

The purpose of the survey is to assess the potential of hydrothermal submarine ore deposits, in the sea areas of the Kingdom of Tonga, one of the SOPAC member countries. This survey consists of bathymetric survey, sampling, etc., and data analysis.

 

1­3 The Survey Area

 

Pursuant to the cooperative study program of Deep Sea Mineral Resources in the economic sea area of SOPAC member countries agreed among the Japan International Cooperation Agency (JICA), the Metal Mining Agency of Japan (MMAJ) and the South Pacific Applied Geoscience Commission, a polygonal area of 36,000 km2 formed by joining the following coordinates as shown in Fig.1­3­1 and Fig.2­1­1.

 

  Point No. Latitude Longitude

  1 1920’S 176°30’W

  2 19°30’S 175°25’W

  3 22°10’S 175°50’W

  4 22°00’S 176°55’W

  1 19°20’S 176°30’W

 

1­4 Survey Period

 

Survey Cruise:                                              from July 2 1995 to September 8 1995 (69 days)

 

Analysis and Interpretation (Evaluation):        from April 1 1995 to March 31 1996

 

1­5 Participants of the Survey

 

The staff who participated in the survey cruise were delegated by DORD (Deep Ocean Resources Development Co., Ltd.) and OEDC (Ocean Engineering and Development Co., Ltd.).

 

The members were as follows:

 

Japanese Participants

  Supervisor at Survey sites

      Kokichi IIZASA (Geological Survey of Japan)

Aug.5­Sep.8

  Members

    Team Leader & Chief Geophysicist

Kiyoshi KAWASAKI (DORD)  

    Chief Geologist Takumi ONUMA (DORD)  

    Geologist Kazunori MATSUI (DORD)  

    Geologist Nobuyuki OKAMOTO (DORD)  

    Geologist Takanori HISAMATSU (DORD)  

    Geologist Yutaka MATSUURA (DORD)  

    Geologist Hitoshi MORIGAMI (DORD)  

    Geologist Takaya TERAYAMA (OEDC)  

    Geologist Kazumi YAMASHITA (DORD)  

    Geophysicist Nadao SAITO (DORD)  

    Geophysicist Masahiro TAKEDA (DORD)  

    Geophysicist Takao SEO (DORD)  

    Geophysicist Kazuhiko KASHIWASE (DORD)  

    Geophysicist Kazuyoshi FURUYA (DORD)  

    Geophysicist Michiharu ONO (DORD)  

    Geophysicist Keisuke MATSUMURA (DORD)  

    Geophysicist Hisashi SUZUKI (OEDC)  

    Geophysicist Shinichi KUSAKA (OEDC)  

    Geophysicist Shunji HARASHIMA (OEDC)  

Consigning Participants

  Adviser

      Mr. Andrew W. Goodliffe (University of Hawaii) Jul.2­Aug.8

  Trainee

      Mr. Tevita Mafoa'aeata Fatai (Tonga) Jul.2­Aug.8

      Mr. Rennie Jegsen Vaiomo'unga

(Tonga) Aug.6­Sep.8

 

1­6 Apparatus and Equipment for the Survey

 

The major apparatus and equipment used during the survey are listed in Table 1­6­1, and shown in Fig. 1­6­1.

 

1­7 Schedule of the Survey Cruise

 

The operation, carried out during the cruise are listed in Table 1­7­1 and the itinerary in Table 1­7­2.

 

CHAPTER 2 SURVEY METHOD 

2­1 Survey Plan

 

In 1995, the first fiscal year of the third phase of the five­year SOPAC program, a survey on submarine hydrothermal ore deposits and bathymetric survey was carried out, as planned within the exclusive economic zone of the Kingdom of Tonga as shown in Fig.2­1­1.

 

A regional survey was carried out in the survey area during the first half of the schedule (LEG 1). The regional survey was composed of topographical and magnetic surveys at intervals of 2 miles and baseline geochemical samplings. During the second half of the schedule (LEG 2), areas for carrying out the ore deposit investigation were selected on the basis of the results obtained from the bathymetric and magnetic surveys. Deep­sea observation by FDC, SSS surveys and sampling were carried out in the selected areas.

 

Principal works for the survey were comprised of the following;

 

1. Bathymetric surveys were carried out at 10 knots by using GPS and MBES to identify geographical features accurately. The bathymetric survey at a supplementary line interval of one nautical mile was adopted in shallow sea area.

 

2. Magnetic surveys were also carried out simultaneously with the Bathymetric surveys to estimate the geological structure.

 

3. Samples for the baseline geochemical survey were collected in an area with a coordinate of 21°05’S and 176°15’W as its center (14 sampling points).

 

4. SSS survey was carried out on three lines with a total line length of 49.7 nautical miles in the selected sea by bathymetric map and acoustic reflection image to identify the precise topography and distribution of bottom sediments.

 

5. Continuous deep sea observation by FDC was carried out at 13 track lines with a total line length of 37.5 nautical miles.

 

6. Sampling of rocks and sediments were made by FPG at three points, LC at 17 points (total 31 points including geochemical sampling) and CB at 11 points.

 

2­2 Numbering

 

Survey lines and sampling points were numbered in the following ways;

 

  Sampling points for the survey on ore deposits: 

    Year­S­Equipment used­No. 

    Example:  95SFPG01 (in the case where FPG was employed)

      95SLC01 (in the case where LC was employed) 

      95SCB01 (in the case where CB was employed) 

    In this case, "S" represents SOPAC and "No." indicates the serial number. 

    The sample number in the chapter 5 consists of the sampling points number (above example) and the identification letter (below example) after that. 

      C: Chemical analysis (major components)

      M: Chemical analysis (base metal elements)

      N: Chemical analysis (rare earth elements)

      R: C+M+N

      T: Thin section observation

      P: Polish observation

      X: X­ray diffraction analysis

      K: Age determination (K­Ar method)

      F: Micro fossil observation

  SSS survey lines: 

    Year­S­SSS­No. 

    Example: 95SSSS01

    In this case, "S" represents "SOPAC" and "No." indicates the serial number. 

  FDC survey lines: 

    Year­S­FDC­No. 

    Example:  95SFDC01

    In this case, "S" represents "SOPAC" and "No." indicates the serial number. 

  Acoustic sounding survey lines: 

    No.­division­0 to 9

    Example: 16­0­0

    In this case, "No." indicates line number of the main line with serial number from North at two nautical miles interval, and "division" indicates the number of divided line with serial number from 0. The last number 0 to 9 indicates the supplementary line number.

 

2­3 Ship Positioning and Positions of Towed Fish

 

The position of the ship was measured by GPS. The position of the towed vehicle was calculated from the depth measured by a CTD Sensor, which was mounted on the towed vehicle and the length of the cable by applying the Pythagorean formula.

 

As for the system of geodetic coordinates, WGS84 was used, and the 175°W Local Time (GMT+13 hours) was used for the inboard time.

 

2­4 Acoustic Sounding

 

Bathymetric survey was carried out at an interval of two nautical miles covering the entire survey area, and especially in the shallow area, supplemental lines were adopted in between the main lines. Extremely shallow areas less than 500m were eliminated from the survey area (Fig.2­4­1).

 

The bathymetry readings were made at every 5 to 10 seconds from MBES and every 8 second for NBS while the vessel was cruising at 10 knots.

 

2­5 Magnetic Survey

 

Magnetic survey was carried out simultaneously with bathymetric survey as a help toward the geological structure interpretation. The magnetic data were collected on the main lines for bathymetric survey.

 

In order to protect the magnetic sensor from magnetism of the vessel, the magnetic sensor was towed from the stern by a cable and the distance from the stern to the sensor was maintained at 710m. Total magnetic force was measured by the sensor at the sensitivity of 0.1gamma every 6second. Measured data were on­line recorded in the DPS every 10second before the data were processed.

 

2­6 Seafloor Observation and Photographing

 

Real time seafloor observation was made through color TV image by towing the FDC, on which a still camera, a TV camera and a CTD censor were loaded at the cruising speed of 1 knot, and color photographs were taken at characteristic points. Seafloor images were recorded onto videotapes. The lengths of the track lines were set about 0.7 ­ 6.3 nautical miles. The towing direction was selected properly by considering the direction of tide and wind (Fig.4­1­2).

 

2­7 Sampling

 

The baseline geochemical sampling was made at 14 points along the line of about 10 nautical miles, which were set approximately oblique to the ridge with its center near the coordinates of 21°05’S and 176°45’W (Fig.4­1­2), 95SLC14. Sampling was carried out about four times a day on average by LC.

 

Other sampling points were decided in reference to the results of bathymetric survey, acoustic reflection image and the results of SSS and FDC surveys which were done before.

 

2­8 Sea Water Survey (CTD Measurement)

 

A vertical CTD survey was carried out at two points as the MBES requires values of sound velocity versus depth.

 

Also, to detect the signs of hydrothermal activity, data on water temperature, salinity and water pressure were collected every 5 second by the CTD mounted on FDC, for analysis.

 

Furthermore, depth data which was calculated from the CTD data was used to calculate the location of the towed fish.

 

2­9 Data Processing and Analysis

 

Data processing and analysis were made by DPS and personal computers as shown in the Data Processing and Analysis Flowsheet (Fig.2­9­1). Fundamental data processing and analysis were done on board, and a cruising report was prepared.

 

Afterwards, various tests, studies and analyses were made on shore and the present report was produced by combining them.

 

Chemical analysis, X­ray diffraction analysis, dating and microscopic observation were done on rock samples.

 

Chemical analysis and microffosil observation were done on sea floor sediments.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 CHAPTER 3 BATHYMETRY AND GEOLOGICAL STRUCTURE

 

3­1 Tectonic Setting around the Survey Area

 

The survey area locates in the middle to eastern part of Lau Basin in the west of the Tonga Islands, which array in NNE­SSW direction in about 3,000km east of Australia, lying from 15°S to 24°S in latitude. In the east of Tonga Islands, the Tonga Trench exists in parallel to the islands with a maximum depth of over 10,000m, where the Pacific Plate subducts under the Australian Plate towards west. The Lau Basin is a back­arc basin behind the Tonga Trench. The eastern margin of the Lau Basin corresponds to the Tonga Ridge (the Tonga Islands) and the western margine to the Lau Ridge. These structure are listed from east to west as follows (See below figure);

 

  Tonga Trench: Subduction zone of the Pacific Plate.

  Tonga Ridge (Tonga Islands):

Island arc, volcanic arc.

  Tofua Volcanic Arc: Current volcanic front where active volcanic activities are taking place.

  Lau Basin: Spreading back­arc basin.

Hydrothermal ore deposits and activities are occurring.

  Lau Ridge: Old island arc.

 

The Lau Basin forms a reverse triangle shape elongated in north­south direction between Tonga Ridge stretching in NNE­SSW direction and Lau Ridge in north­south trending. There are two spreading axes in NNE­SSW direction in the central part of northern basin and the eastern part of southern basin. The southern spreading center is called the Valu Fa Ridge

.

The survey area in north­south elongated shape includes most of the Valu Fa Ridge as its center.

 

The spreading axis in the Lau Basin started to open from north, propagating towards east and south. The northern spreading axis began spreading 5­3Ma, then MORB type tholeiitic basalt erupted in the spreading center and island­arc type volcanic activities began to occur in the Lau Ridge. The southern spreading axis was newly formed 3­1Ma, where more classified island­arc type volcanic rocks erupted and there are various types of volcanic rocks mainly as basalt to dacite. The southern spreading center is propagating towards south even now.

 

Several hydrothermal ore deposits have been discovered near the spreading center in the Lau Basin. Especially in the southern part of the Valu Fa Ridge, an active hydrothermal ore zone was confirmed. Various hydrothermal phenomena such as chimneys of sulfides and barite, massive sulfides, and vein to network sulfides were observed here. The hydrothermal ore deposits found in the southern part of the Lau back­arc basin (Valu Fa Ridge) has the intermediate characters of two types; young back­arc basin type (for example, the Okinawa Trough) and matured back­arc type (near midocean ridge type, for example, North Fiji Basin) (Y. Fouquest et al., 1993)

 

The survey area includes the northern part of hydrothermal activity zone in the south of the Valu Fa Ridge.

 

3­2 Bathymetry

 

The survey area locates in the middle eastern part of the Lau Basin, west of the Tonga Islands. There is a spreading center in the direction of NNE­SSW as the northern extended zone of the Valu Fa Ridge. A color­coded bathymetric map obtained by the bathymetric survey and typical bathymetric profiles are shown in Fig. 3­2­1, 3­2­2, and 3­2­3, respectively, and all the bathymetric profiles are shown in Appendix Fig.1.

 

The main characteristics of the seafloor topography can be summarized as follows;

 

(1) Water depth in the northern part of the survey area is rather deep with a maximum depth of 3,250m, and it gradually becomes shallower towards south.

 

(2) Seafloor topography apparently varies in the eastern and the western side of the spreading center as its center; Topography of the western cliff is complex and rugged (a maximum height difference is around 500m), while the eastern cliff is rather gentle (a maximum height difference is around 200m).

 

(3) There are numerous seamounts and knolls in close and in parallel with the spreading center.

 

Seamounts and knolls in the west of the spreading center;

There are seamounts and knolls at shallower depth than 2,200m, extending in north­south direction. They are bigger in scale than the eastern side. In the western side of the spreading center, there is also a knoll with caldera near 20°12’S, 176°25’W. The length of axes of this knoll is about 4km and the 

height difference is about 200m. The size of the caldera is 2km in a longer axis and 1.5km in a shorter axis.

 

Seamounts and knolls in the east of the spreading center;

The scale of the seamounts and knolls in the east is smaller than those in the west. The seamounts and knolls in the north of 20°50’S are studded in north­south direction like as the ones in the western side of the spreading center. In the south of 20°50’S, some knolls are seen at a water depth of about 2,500m.

 

(4) In the vicinity of 21°40’S, 176°36’W in the southwestern part of the area, there is a trough with a long axis of about 55km and a short axis of about 20km. The deepest part is about 2,800m.

 

(5) The spreading center shows graben in the north, and from the center (20°40’S) towards south, it becomes a ridge shape. Many ridges are seen in the southern area.

 

(6) The spreading center shows an overlapping spreading center with a trough in between them in the area between 20°00’S to 20°40’S. This trough is an axial graben with a longer axis of about 65km and shorter axis of 6km, and its deepest part is about 2,800m. The eastern slope of this axial graben shows terrace shape, which lies in a water depth shallower than 2,600m, and the width is about 200m and the length is about 2km.

 

(7) As a knoll found in the vicinity of 19°55’S, 176°04’W in the north, several topographic features are seen suggesting a split to east and west with the spreading center as its center.

 

3­3 Magnetic Survey

 

(1) Total Magnetic Force 

The magnetic survey was carried out simultaneously with bathymetric survey with a survey line spacing of 2nm in the survey area. Data acquisition of total magnetic force was made twice in the area where data quality was poor or data ware partly lacking. No magnetic storm was observed and during the whole survey period no diurnal magnetic corrections were made. After data acquisition, a total magnetic force map as shown in Fig.3­3­1 was made with each grid point at 1,500m interval by interpolating the observed values. Contour interval is 100nT in each map.

 

The measured total magnetic force values of the survey area vary from 42,300 to 44,800nT. General trend of magnetic changes is low in north and high in south, which is concordant with the global geomagnetic field on the earth.

 

(2) Magnetic Anomaly 

The first order trending map was made from the total magnetic force map, and the total magnetic force anomalies were derived as the residual of total magnetic force values and the first order trending values, as shown in Fig.3­3­2. At the same time, the residual magnetic anomaly map derived from total magnetic forces and International Geomagnetic Reference Field (IGRF) values were also made as shown in Fig.3­3­3. Contour interval of each map is 50nT.

 

When comparing residual anomaly of trending with residual anomaly of IGRF, both maps show the same pattern of anomaly but the values of anomaly on IGRF map are about 100nT lower than those on trending map on the whole. The characteristics of magnetic anomalies from IGRF residual are as follows;

 

As the general magnetic trend of the survey area, NNE­SSW trending positive magnetic anomaly zone is dominant and another positive anomaly zone is also observed crossing the main anomaly zone. On this map, Vine­Mathews magnetic lineation was not clearly identified. Most of the magnetic anomalies in the survey area were in the amplitude of ­300 to +300nT, with rather much negative anomalies on the whole. More detail characteristics are as follows;

 

Three anomaly zones in NNE­SSW trending run through the area from north to south with a maximum amplitude of the anomaly is about +300nT. The central positive anomaly zone runs generally along the spreading center. Positive anomaly zones on both sides run in the same distance from the central anomaly zone, and they gradually become close with the spreading center towards south. Most of the positive magnetic anomaly in the center corresponds to the topographic high due to the spreading center. While around 19°43’S, 20°10’S, a positive anomaly running in east to west was recognized across the positive anomaly along the spreading center. Negative magnetic anomalies on the contrary, were observed in the furrow of the overlapping spreading center in the north of the central part of the survey area, and in the deepest basin in the northern edge of the area.

 

In the central part of the area, around 20°40’S, 176°00’W, and in the southern part of the area around 21°55’S, 176°18’W, positive magnetic anomalies with a maximum amplitude over +250nT were observed in wide area. The areas near those positive anomalies are characterized by distribution of large scale negative anomalies with a maximum amplitude under ­400nT.

 

A dipole magnetic anomaly was detected around 20°10’S, 176°49’W in the southern part of the northern survey area, with an amplitude from ­450 to +50nT, and the anomaly generally locates in the flat 

area.

 

In the southern part of the area, a typical dipole magnetic anomaly was detected. Its amplitude is ­400 to +450nT, which is the largest anomaly in the whole area. This magnetic anomaly may be due to the seamount at a water depth shallower than 500m.

 

(3) Reduction­to­the­pole Anomaly 

At the low­middle latitude on the Southern Hemisphere, magnetic anomaly caused by normal magnetized source is a pair of anomalies with the positive anomaly on the north side and the negative on the south side. On the other hand, magnetic anomaly caused by the same source located at the magnetic pole is a single positive anomaly just above the source. Therefore, obtained IGRF residual magnetic anomaly is transformed into a set of single anomalies by reduction­to­the­pole operation.

 

On a reduction­to­the­pole anomaly map, positive anomalies are distributed just above normal magnetized source. Therefore, it becomes easy to compare magnetic anomaly with topography and geology and to interpret magnetic source distribution. In the survey area, many reverse magnetized structures are detected. In this case, negative anomaly exists just above the reverse magnetized source.

 

In the survey area, difference of latitude between north and south edge is so large as 170 minutes, therefore difference of inclination is large too, about 5. 41 which is an inclination at the central part of this area, was adopted for making reduction­to­the­pole anomaly map (Fig.3­3­4).

 

The main characteristics of reduction­to­the­pole anomalies are stripes of positive and negative anomalies. Positive anomalies correspond to normal magnetized sources, while negative anomalies to reverse magnetized sources. In comparison with IGRF residual magnetic anomaly map, amplitudes of anomaly become larger, arrangement in NNE­SSW trend is emphasized and correlation with topography is recognized more clearly. Topographic high such as island margin of seamount corresponds to positive magnetic anomaly. Especially, around the ridge forming the spreading center at the central­southern part of the survey area or near the seamounts and ridges scattered in the whole area, positive anomalies are remarkable. The characteristics or reduction­to­the­pole anomalies are as follows;

 

Three main anomalous areas are recognized on the whole; a positive anomaly running from south to north at the center of the survey area and two negative anomalies at east and west side of the central positive anomalous area. The former corresponds to normal magnetized source, the latter to reverse magnetized source.

 

In the positive anomalous area, three series of positive anomaly belts are distributed intermittently 

in N­S direction, and most of positive anomaly belts correspond to the ridge in its position or strike. Especially, central positive anomaly is continuous in shape generally corresponding to the ridge. Positive anomaly belts show side stepping of skewness everywhere, especially around 20°00’S­20°20’S remarkably. These are considered to reflect fracture zone with E­W trend or skew structure such as overlapping spending center.

 

(4) Magnetization 

In the three dimensional analysis of magnetization, magnetic body beneath the sea bottom was assumed by a set of prisms and magnetization of each prism was calculated by 3­D inversion method.

 

Depth of upper surface of each prism was defined as the sea bottom and depth of the lower limit was set as 16km under the sea level. Magnetization distribution map made by three dimensional analysis are shown in Fig.3­3­5. The characteristics of magnetization distribution and correlation with topography and spreading center are summarized as follows;

 

1) General magnetization distribution

 

Magnetization in the survey area varies from ­3 to +3A/m. The characteristics of magnetization distribution are positive and negative magnetization stripes arranged in the direction of NNE­SSW parallel with the spreading center. These magnetic stripes are estimated to have been made by spreading of the ocean crust and repeated reverse of geomagnetic field. Positive magnetization is considered to have been made by the recent geomagnetic field.

 

On the whole, magnetization distribution is divided into two areas, "positive magnetization dominant area" and "negative magnetization dominant area" corresponding to the positive anomalous area and the negative anomalous area on the reduction­to­the­pole anomaly map, respectively.

 

Especially, continuous positive magnetization dominant zone with N­S trend at the center of the survey area changes its width according to latitude; 70km in the northern part, 50 to 60km in the central part and 30km in the southern part.

 

2) Comparison with topography

 

The survey area locates in the basin bounded on the east and west by topographic high. In this basin, there are many large of small ridges, seamounts and grabens arranged in the direction of NNE­SSW.

 

In comparison with the ridges or grabens, both high and low magnetizations correspond to the topography; high magnetization zones correspond to ridges and low magnetization zones correspond to grabens in general. Especially, in the positive magnetization dominant area, several high magnetization zones running from south to north intermittently have good correlation with ridges.

 

On the contrary, low magnetization zone corresponding to ridge and high magnetization zone corresponding to graben are also detected in places. It means that normal magnetization and reversed magnetization are mixed on the whole area.

 

3) Study on the spreading center

 

Several high anomaly belts in the positive magnetization dominant area correspond to ridges in general. Especially, high anomaly zone in the center of positive magnetization dominant area is continuous in shape and corresponds to the ridges. This ridge is considered to be the spreading center. This spreading center become to shift from center to east in the positive magnetization dominant area towards north, becoming vague in continuity in the northern part of the survey area.

 

Judging from the characteristics that the spreading center tends to shift eastward and the width of the positive magnetization dominant area becomes wider toward north, it is considered that spreading rate increases towards north or the age when seafloor spreading began was earlier in the northern part than in the southern part and rate of spreading in the west side of the spreading center is a little larger than in the east side.

 

High anomaly belts in the positive magnetization dominant area show side stepping or skewness everywhere. These skewnesses exist mainly in four areas in the vicinity of 19°48’S, 176°24’W, 20°10’S, 176°00’W, 20°24’S, 176°24’W and 21°14’S, 176°32’W. It is estimated that there are skew structures in these areas with a possibility of EW trending fracture zone or overlapping of ridges and grabens.

 

(5) Magnetic Structure 

In comparison with bathymetric map, magnetic structure map shown in Fig.3­3­6 grouped as follows;

 

1.         high positive magnetization zone over +1A/m,

 

2.         high negative magnetization zone under ­1A/m and

 

3.         boundary between positive and negative magnetization with ticks indicating the direction from positive to negative.

 

The characteristics of each item are as follows;

 

1) High positive magnetization zone

 

High positive magnetization zones over +1.0A/m are distributed mainly in the positive magnetization dominant area, but some zones correspond to seamounts in the negative magnetization dominant area.

 

High positive magnetization zones in the positive magnetization area show good correlation with topographic high represented by the spreading center, but high positive magnetization zones are also distributed at topographic low like graben in the vicinity of 21°40’S, 176°35’W, 20°10’S, 176°06minW, 19°50’S, 176°10’W and 19°32’S, 175°58’W.

 

2) High negative magnetization zone

 

High negative magnetization zones under ­1.0A/m are distributed mainly in the negative magnetization dominant area, showing good correlation with topographic low. In the positive magnetization dominant area, high negative magnetization zones are distributed between the high positive magnetization zones in small scale.

 

Distributions of high negative magnetization zones in the negative magnetization dominant area are not so linear as high positive magnetization zones with N­S trend but widely dispersing.

 

3) Boundary between positive and negative magnetization

 

Boundaries between positive and negative magnetization zones distributed side by side are shown by fault like border line and tickes indicating the direction from positive to negative. Especially, boundary between positive and negative magnetization dominant areas are emphasized by thick lines.

 

The border lines are running intermittently in the direction of NNE­SSW. In the positive magnetization dominant area, many border lines from several kilometers to over 20km wide are detected. However, in the negative magnetization dominant area, such border lines are not seen so many. Continuities of border lines are broken everywhere in the survey area. In the northern part near 20°00’S­20°20’S, reverse of continuity of positive and negative magnetization are detected in places.

 

3­4 Geological Structure

 

(1) Geological Structure 

Lineament map made from the bathymetric map is shown in Fig.3­4­1, in which the location of the spreading axis was assumed by topographic features and high sound amplitude in the MBES acoustic reflection image. In this chapter and hereafter, the spreading axis or the spreading center in the survey area corresponds to the above mentioned one.

 

The main trend of lineaments in the survey area is NNE­SSW in parallel with the spreading axis. (This direction is also parallel with the Tonga Trench and the Tonga Ridge.) Most of lineaments indicate the fault cliff formed by the normal fault movement accompanied by the spreading of the oceanic crust. In the western part of the area, there are lineaments running in N­S to NNW­SSE. In the eastern part of the area, there are also NE­SW trending lineaments oblique to the spreading axis in low angle.

 

Geological structure map is shown in Fig.3­4­2, in which the main and the most distinctive geological structure is the spreading axis of the Lau Basin running in NNE­SSW direction in the area. This spreading axis consists of several grabens and ridges in echelon form. Overlapping spreading center is seen in the central part of the survey area. The lineaments around the overlapping spreading center and its bending zone are developed in parallel with the trend of the spreading center.

 

In the northern half of the survey area, the spreading center mainly forms the grabens, and newly borne ocean crust is seen in about 25 to 35km in width. While in the southern half of the area, the spreading center mainly forms the ridges, and these ridges, formed by volcanic activity resulted from spreading, have the width of about 10km. The difference of spreading center in formation between both areas is described to the starting age of spreading, spreading rate, lithology of volcanic and so on.

 

In 10 to 40km east of the spreading axis, knoll chains lie in parallel with the spreading center, which were formed by eruptions along the fracture zone parallel with spreading center. In the area from the eastern edge to the southeastern part of the area, there is active submarine volcano range which corresponds to the volcanic front (Tofua Volcanic Arc) of the Tonga Ridge.

 

As mentioned above, the survey area can be divided into two main areas, however, based on the geological structure around the spreading center, the survey area is classified in detail into five tectonic segments (TS­A to TS­E). These classified zones are also shown in Fig.3­4­2.

 

1) Tectonic segment TS­A

 

Location: North of 19°44’S, northernmost part of the survey area.

   

Topography: The spreading center forms a ridge in the south and a graben in the north. There is a small basin in the northern edge of the area, and the spreading center which runs through the survey area disappears in this basin.

   

Structure: Near the spreading center, no eminent east­west symmetric structure like tectonic segment TS­B is seen. The trend of the spreading center in the northern part of the area is north­south, and in the southern part it shows NNE­SSW. In this surrounding area, however, the trend of the geological structure is NNE­SSW in the northern area and north­south in the southern area. As a result, both structures cross each other in two areas. We presume that both structures were originally in parallel each other and the stress field being changed with the progress of spreading, the spreading center propagated to the south and shifted towards the east.

  Several small basins exist in the western side of the spreading center. These basins could be the dead spreading center. On the basis of this assumption, the spreading center in this segment could successively move from the west to the east.

 

2) Tectonic segment TS­B

 

Location: From about 19°44’S to about 20°10’S

   

Topography: The spreading center forms a graben. Within about 35km in width from the spreading center as its center, grabens and horsts alternately exist showing east­west symmetric form. Nearby 19°54’S, two semicircular shaped knolls exist separating by the spreading center. Around 35km in the east of the spreading center, NNE­SSW trending knoll chain exists.

   

Structure:  A strike of the spreading axis is N20°E to N25°E and NNE­SSW trending lineaments develop in parallel with the axis. Most of these lineaments correspond to the boundary of 

horst and graben, and these boundaries show normal faults caused by tension field due to the spreading. Maximum length of the fault cliff rises up to 45km.

  In the southern part of the area, fault cliffs are not so clear.

  In the southernmost part of the spreading center, the strike of the center changes to north­south disappearing its continuity towards the south. While in the eastern side, there is the northern edge of another spreading center in tectonic segment TS­C. Around 20°10’S, two spreading centers overlap each other forming an overlapping spreading center.

 

3) Tectonic segment TS­C

 

Location: From about 20°10’S to about 20°33’S

   

Topography: The spreading center shows a graben of 2 to 4km in which. In the central part of the graben, topographic high features such as a chain of small hills and a horst are seen. In this surrounding area of the spreading center, parallel trending graben and horst are seen alternately.

   

Structure: A strike of the spreading axis is about N20°E and in the southern end it shifts to N10°E. Lineaments develop in parallel with the axis, corresponding to normal faults at the boundary of horst and graben.

  In the southern end of the spreading center, the strike of the spreading center changes to north­south disappearing its continuity towards the south. While in the eastern side, there is the northern edge of another spreading center in tectonic segment TS­D. The strike of this spreading center in TS­D is north­south, and it is contacted with the middle part of the spreading center in TS­C. Near 20°25’S to 20°33’S, two spreading centers overlap each other forming an overlapping spreading center. Therefore, the spreading center in this segment forms the overlapping spreading center at the north and south end.

 

4) Tectonic segment TS­D

 

Location: From about 20°33’S to about 21°27’S

   

   

Structure: A strike of spreading axis is N20 to 10°E in echelon shape. The ridge formed by the present spreading center has a width of about 10km. No obvious group of parallel faults is recognized along this ridge. Most of lineaments are in parallel with the spreading center. Curve shaped lineaments are recognized in the western part.

 

5) Tectonic segment TS­E

 

Location: Southern side of 21°27’S, southern end of the survey area.

   

Topography: The spreading center forms a ridge, whose which is about 6km and relative height 500 to 600m. The character of this ridge is a big relative height and a steep slope in comparison with the ridges and horsts in other areas. These topographic features are typically seen also at the knoll chain. These characters are caused by lava properties (such as viscosity, form, etc.) and the quantity of the eruption.

  The submarine volcanoes on the volcanic front are seen about 25km east of the spreading center in the southern end of the area. This part is the place where the distance between the spreading center and the volcanic front is the shortest in the survey area. In the western area (southwest of the survey area), many knolls form a seamount, but no array distribution is recognized.

   

Structure: A strike of the spreading axis is N15°E in the north, and N25°E in the south. The obvious bending point of the strike exists near 21°49’S. The lineaments parallel with the spreading center are seen only close to the axis. While in the western area, NE­SW trending lineaments are dominant.

 

(2) MBES Acoustic Reflection Image 

With the object of understanding bottom sediments and outcrop of exposures of the rock, especially due to outcrop rock accompanied by spreading rift, and distribution of sediments near the outcrop, the MBES acoustic reflection image (Fig.3­4­3) has been made by receiving acoustic pulses from each beam. In this image, dark part corresponds to high sound amplitude from the bottom, and light corresponds to low sound amplitude. On this aspect, MBES acoustic reflection image can be separated into three groups;

 

  1. High sound amplitude with dark images

     

  2. Low sound amplitude with light images

     

  3. Variable sound amplitude with sporadic contrast

 

In reference with FDC observation results, each item corresponds to outcrop of the bottom rock, surface sediments and thin sediments over the rock, respectively. Among them, sporadic contrast images indicate variation of sediments thickness and angulation of the sea bottom, varying from dark to light in many changes.

 

In MBES acoustic reflection image, there are dark colored belt shape anomaly running in NNE­SSW direction in the central part of the survey area. The maximum which of the anomalous belt is about 10km. This outcrop of the basement rock is assumed to be due to a spreading center judging from the existing data. This outcropped rock runs from the center of the northern end of the survey area towards south, locally overlapping or partly curving a little towards the southern end of the survey area.

 

In the whole survey area, light image part, indicating thin sediments over the rock is predominant. Also, narrow belt shaped outcrops in parallel with spreading center are seen in several places.

 

Especially, in close view of outcrops (dark part), the following points are raised in relation to submarine topography;

 

Outcrop of the central spreading center corresponding with generally furrow zone from the northern end to the vicinity of 20°38’S. Contrary, from 20°38’S to the southern end of the survey area, it corresponds to the topographic high.

 

In the eastern side of the spreading center from the central survey area to the southern part, belt shaped outcrops in several places correspond to seamounts or knoll chains and their steep slope parts.

 

In the southern part of the survey area, in the vicinity of 21°25’S, 176°38’W, 21°24’S, 176°49’W and the western side of the spreading center wide areas of outcrop are seen and correspond to various seamounts and knoll chains.

 

In comparison with the southern part of the survey area, seamounts and knoll chains in the northern part of the area do not show much dark images, which suggests that this area is widely covered with sediments.

 

Also, compared the western side with the eastern side, where sediments are predominant, more detail dark and light contrast are recognized in the west side. This is considered to reflect complicated topographical angulation in detail.

 

(3) nSBP Survey 

The main objectives of nSBP survey were to study distribution of comparatively shallow deposits (about several ten meters) and to understand topographical and geological features of the sea bottom such as faults and folding from the reflection records. This method is most powerful when the topography is generally flat and the layered structures are expected in the sea area.

 

Frequency of the signal is 3.5kHz, which is rather lower than the other sounders, so that the penetration depth below the sea bottom is deeper than the others, while the transmitting beam angle is large because of low frequency signal and technical restrictions of the instrument. So, it has been pointed out that the reflected signals from the bottom are not only from the bottom below the vessel.

 

The nSBP system should be adopted in the flat field like as ferromanganese sea area, however, nSBP survey was carries out to examine adoptability of this system, which has a narrow transmitting beam angle, in the sea area like this.

 

Survey with various ocean floor topographies such as volcanoes, seamounts, and hydrothermal ore deposit, and continuous data were collected along the all survey lines for data processing and analysis.

 

1) Data acquisition and processing

 

Data acquisition was made simultaneously with bathymetric survey by using single mode, 4 pulse signals at a speed of 10knots. Good quality data with high S/N ratio were collected over the entire sea area without any resetting of the system parameters such as signal strength and pulse. However, due to the limitation of the beam angle, no records were collected in the slope area of more than four degrees, so that little data was recorded over the western side of the sea area where mountainous topography is dominant.

 

During data processing, several typical patterns of nSBP record were defined, then every one minute record on the chart was classified to plot its pattern on the survey lines and a plan map was made showing the type of the record. Bathymetric map was overprinted on the plan map to know the relation of the type with topography.

 

To make a plan map, considering line interval and speed of vessel, one data set (for every one minute) represents the area of 130m in east and west, and 1200m in north and south, and each rectangular area was color coded depending on their type.

 

Definitions of the type were decided based on the following points:

 

  (1) Whether reflection data from the ocean bottom are observed

     

  (2) Whether the layered structures are seen and how is the reflecting intensity (transparency or semi transparency)

     

  (3) Topographic change

 

Records of nSBP are mostly different from the conventional SBP records, so that the classifications were made independently from the SBP. The results of each type are shown in Fig.3­4­4.

 

Especially in the West of the sea area, definition from the record was so hard that the following four groups are adopted. Typical records for each type are shown in Fig.3­4­5.

 

Type A: Sea bottom is clearly detected under which multiple layered (3 to 6 layered) structures are also read. Characteristic patterns of this type are mostly semi transparency data in between the layers and partly no reflection data showing transparency layer. Recording width (penetration depth) is more than 20m.

   

Type B: Sea bottom is clearly detected under which 2­3 layered structure are seen. Basic pattern is the same as Type A, but the recording width is less than 20m. Thickness of layers for both types A and B is easily identified as around 5­10m.

   

Type C: Sea bottom can be clearly identified, but no clear difference between transparent and semi transparent layer under the bottom. For this type, distinction of layer is generally difficult and some are clearly transparent but the others are a mixture of semi transparent layer. This vague pattern is typical in a slope area due to decrease of reflecting signals from the slope.

   

Type T: Only sea bottom is clearly identified and the thickness of the layer is rather thick (about 5m). This type indicates strong reflecting record, showing transparent on the chart record in the lower part. This pattern is often seen in an area with gentle slopes.

   

Type M: No clear record of reflection or no record at all is observed due to steep topography.

 

2) Consideration on distribution of nSBP type

 

As a whole, distribution of nSBP type are clearly separated into two groups in the eastern and the western side of the spreading center which runs in north­south direction in the center of the sea area. In the eastern side, types A, B and T are dominant and in the western side, Types C and M are widely seen. These types suggest that generally flat areas are seen in the eastern side and comparatively rugged terrain in the western side of the spreading center, basically reflecting the general topographic features, but not so much as SBP capability as far as the plan map is concerned. However, in the eastern part of the sea area where flat topography is seen, very detail layered structure can be analyzed from the record along the survey lines, which is very useful data to know distribution of sediments. In more detail, Types A and B are partly seen in the western mountain area, which suggest the distribution of sediments. This means that even in the mountain area, small scale sporadic distribution of sediments could be detected by small beam angle. Therefore, it is clear that horizontal resolution is good enough.

 

Concerning to MBES acoustic reflection image, nSBP patterns are concordant with MBES acoustic reflection image. The MBES acoustic reflection image apparently shows different dark and light distribution in east and west of the spreading center, showing in most part of the eastern side flat contrast with little change and in the western side complex change in contrast although with a little change in sound pressure. These changes are considered to be reflecting complex change in the bottom surface and their texture. The nSBP map coincides well with the MBES acoustic reflection image; the eastern side is flat showing types A and B which suggest the distribution of sediments and the western side shows type C which suggests the complicated topography.

 

In addition to this, in the northeastern part of the sea area where pattern A is seen, about 2.5m length core sample was collected by LC, and it is observed that brown clay is interbedded by over ten layered volcanic sandy sediments. The nSBP record taken on this site 6 to 7 layered structure and the thickness to the lowest part is estimated about 30m. The first layer shows semi transparent layer. If sediments consist of homogeneous grains, no reflection occurred in the layer and it will be reflected as the transparent layer. However, judging from this core sample, it is assumed that many sand stones played complicated reflectors showing semi transparent payer on the record. Also in the eastern sea area where types A and B are widely distributed, most records from the upper layer show semi transparent layer, suggesting the same circumstances as mentioned above.

 

Submarine hydrothermal ore deposits are often found in the so called volcanic zone where submarine hydrothermal venting and spreading center are seen. From the view point of exploration, the nSBP survey could not be a direct exploration method, because no good quality data or poor quality data 

are obtained over the sloped area. However, capability of delineating distribution of sediments and its layer structure is very effective in decision of sampling points and understanding regional volcanic activities, which could be used as a supplementary tool for hydrothermal ore deposit exploration.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER 4 ORE DEPOSITS INVESTIGATION

 

4­1 General

 

Several hydrothermal ore deposits and active chimneys were discovered in the southernmost part of the survey area and the adjoining southern extension of the area (Y. Fouquet et al, 1993). All of these mineralizations are observed on the top of the ridge as the spreading center.

 

High sound amplitude zone in the MBES acoustic reflection image corresponds to the outcrop of the rock, which is considered to be the most promising area for the new volcanic activity. In the survey area, these zones are the spreading center consisting of grabens and ridges running through the center of the area, fault cliffs in the vicinity of the spreading center, knolls in the eastern part of the area, and horsts and knolls in the western part of the area.

 

Ore deposits exploration in this survey was especially focused to the spreading center and the zone where new volcanic rocks distribute, since the above mentioned known deposits were found near the spreading center and are still active even now. Furthermore, characteristic geological features were selected as a target. Taking a regional difference into consideration, we tried to conduct the survey over the entire area as possible.

 

The ore deposits investigation consists of FDC survey, SSS survey and sampling by LC, FPG and CB. Firstly, the FDC survey was carried out in order to observe sea floors, to study the features of volcanic rocks, muddy sediments and geological structures, furthermore to find mineralization and ore deposits. Also, the SSS survey was conducted as a supplementary method to study the precise sea floor topography. On the basis of the results of the FDC observation and MBES acoustic reflection image, sampling survey was carried out. The area of the ore deposits investigation and the location maps of surveys are shown in Fig.4­1­1 and 4­1­2, respectively.

 

By the FDC survey, sea floor observation was selectively made for the spreading center and the overlapping spreading center which from a graben in the center of the area, and the spreading center which forms a ridge in the central to southern part of the area. Sea floor observation was also made for seamount chains in the east of the spreading center and mountain area in the southwestern part of the area.

 

The SSS survey confirmed the precise topography and the geological structure of the spreading center and the overlapping spreading center which from a graben in the center of the area. The FDC survey followed by the SSS survey verified the concordance of the SSS images with real sea floor topography and submarine geology.

 

The objective of LC sampling is basically to collect muddy sediments as basic data for the geochemical survey. Sampling was made near the spreading center which forms a graben and its eastern side in the north of the area, and in the spreading center which form a graben in the central north. In the central south, sampling was made on horsts and grabens crossing over the spreading center.

 

The objective of the FPG sampling is to collect lava samples at the characteristic points in the southernmost part of the survey area. Sampling was made on the steep ridge of the spreading center, the mountain area in the west of the spreading center and the knoll chain in the east of the spreading center.

 

The objective of the CB sampling is to collect lava in the spreading center. Sampling was made on the outcrop detected by the MBES acoustic sounding bathymetry, mainly in the northern part of the area.

 

4­2 SSS Survey

 

The SSS survey, with a purpose of studying submarine precise topography and distribution of sediments, was carried out at three track lines over the overlapping spreading center in central part of the survey area, where outcrops and fractured zones exist and possible hydrothermal activities are expected. In setting the track lines, results of strong reflected signals by the MBES acoustic reflection images which were assumed to be due to the outcrop were considered. The SSS track lines and image maps are shown in Fig.4­2­1.

 

According to the results, several characteristic records indicating submarine precise topography were obtained. Large or small scale faults structures, very strong reflecting signals which indicate wide spreading outcrops, mound shaped structure of plume as a sign of hydrothermal activity and so on were observed. The detailed topographic structure was clarified by this method, helping estimate the potential hydrothermal activities in the survey area.

 

The results of each track line are as follows;

 

(1) Line 95SSS01 

Fault­like records were observed in the vicinity of 20°17’S, 20°22’S and 20°29’S. Near 20°20’S, sounding record was detected showing an outcrop with a diameter of about 25m within a furrow­like structure with a diameter of about 110m. On the whole area, strong reflecting sound signals were recorded from the slope of the propagating spreading center, which are deemed to be due to outcrop of the rock. However, by the FDC, abundant marine sediments were observed, but no eminent outcrop of the 

rock was confirmed.

 

(2) Line 95SSS02 

This track line cuts across the overlapping spreading center in almost east­west direction. Fractured or fault­like structures are dominant on this line. Sounding records suggesting plumes were detected in the vicinity of 20°26’S­20°28’S, 20°31’S and 20deg35’S. Near 20°26’S, a furrow like structure (50­80m) 

was obtained. By the FDC observation, developed fracture zone was found, but no signs of hydrothermal activity were detected.

 

(3) Line 95SSS03 

Fractured or fault­like structures were observed in wide range of the area. Plum­like structures were also observed near 20°20’S, 20°21’S, 20°22’S and 20°30’S, however, by the FDC observation, marine sediments cover thinly the rock with no signs of hydrothermal activity.

 

4­3 FDC Survey

 

The objectives of the FDC survey are to observe submarine geology and structure, and to discover hydrothermal ore deposits. On the basis of the results of bathymetry, the MBES acoustic reflection image and SSS image map, the FDC survey was done with high priority over the spreading center in the Lau Basin, where hydrothermal ore deposits are expected to exist. Besides this, the FDC observation was also carried for characteristic seamounts and knolls. Real­time see floor observation was made through color images by towing the FDC, on which a still camera and a TV camera were also loaded.

 

The track lines for the FDC observation are total 13 lines; 6 lines in Block TS­C, 4 lines in Block TS­D and 3 lines in Block TS­E. As the results of observation, no hydrothermal ore deposit was discovered. As a sign of mineralization, we confirmed yellow precipitations at seven places, brown precipitations at one place, black precipitations at 10 places and white precipitations at 3 points. Each of them is local, showing no positive ore sign or indications. Two Calyptogena magnifica and two Munidopsis sp., which are often seen in an area of hydrothermal activity, were found, but are also no positive signs of hydrothermal activities. Water temperature anomalies were found at 17 points.

 

Locations of all FDC track lines are shown in Fig.4­1­2, and representative photos are shown in Fig.4­3­1. Route maps and the results of FDC survey are shown in Appendix Fig.5 ((1), (2), (3), (4), (5), (6), (7)) and Appendix Table 1, respectively. The results of each track line are as follows:

 

1) 95SFDC01 (See Fig.4­1­2)

 

This line was set with the aim to confirm the known ore deposit in the south of Block TS­E and to observe the geological features in the spreading center where recent volcanic rocks are seen. The line locates along the summit of the spreading ridge. Towing direction is NNE to SSW in parallel with the spreading center, and the observation line length is 6.2 nautical miles.

 

On the northern part of the line, slag lava or aa lava are dominant, while in the south, pillow lava is prominent. Pillow breccia is dominant on the flat ridge in the south. Here, open cracks in width 1 to 3 meters are developed and side walls of the cracks consist of pillow lava of 1 to 3m in size. Pahoehoe lava were found in two places. On the topographic high in the north to the central part of the line, cliffs were developed.

 

Thin sediments totally cover lava, but the feature of lava underneath sediments can be observed. Thickness of sediments ranges from less than 1cm to 10cm. Although the line locates on the ridge and lava are very fresh, sediments are detected as this thickness. Thickness of sediments varies depending on the change of lava unit, not on the change of topography and lava formation.

 

As a sign of mineralization, yellow to brown substances which are assumed to be ferro­oxides were found in three places, and black manganese oxides in three places. The known ore deposit which is called White Church (manganese chimney, chimney of sulfides and barite, and mounds) was not recognized.

 

2) 95SFDC02 (See Fig.4­1­2)

 

This line runs over the spreading center in Block TS­C, where the images suggesting a mound shaped topography were detected by the SSS survey. The line locates on the axial valley in the spreading center. Towing direction is NE to SW crossing the spreading center in low angle and the observation line length is 2.4 nautical miles.

 

Sediments are generally thick ranging from several cm to several 10cm. Sediments are thick in the north of the line and little outcrops are few. Pillow lava and pillow breccia are prominent in the central to central­south of the line. On the summit of the plateau in the south most part, sheet lava are seen.

 

The open cracks are developed on whole line and range from several cm to several meters in width. Big scale cracks are more than 10m in depth.

 

As a sign of mineralization, yellow­brown oxides and black manganese oxides were sporadically observed. One Munidopsis sp. was observed on the center.

 

3) 95SFDC03 (See Fig.4­1­2)

 

The objective of this line is to observe geological structures of the overlapping spreading center. The line crosses the bottom of the graben which is the spreading center in Block TS­C, and crosses the terrace where two spreading center join. Towing direction is NW to SE which crosses at right angles with the spreading center, and the observation line length is 2.4 nautical miles.

 

Near the terrace where two spreading center join thick sediments are seen. Fault cliff in the west of the terrace consists of pillow breccia and brecciated lava. In the center to the central west, pillow lava are widely observed.

 

Open cracks are seen on whole line, and range from several cm to several meters in width. Especially in the eastern part of the line on the terrace, many cracks are seen and some sediments exist even inside the crack. No ore indications are observed.

 

4) 95SFDC04 (See Fig.4­1­2)

 

This observation was carried out in the area where geothermal fluids are expected to erupt out as assumed on the depth profile of SSS results. The line locates in the axial valley of the spreading center. Towing direction is in SSW to NNE in parallel with the spreading center, and the observation line length is 2.4 nautical miles.

 

Sediments are abundant and thick over the whole line. In the south pillow breccia is widely seen, while in the central south pillow lava is dominant. Poor outcrops are seen in the north.

 

The open cracks are developed in the center. In the north, the muddiness of water and dead Calyptogena magnifica were observed, but neither water temperature anomaly nor ore indications were observed.

 

5) 95SFDC05 (See Fig.4­1­2)

 

This line was set in parallel with and about two nautical miles west of the line 95SFDC04. The line crosses the axial valley of the spreading center. Towing direction is SSW to NNE in parallel with the spreading center, and the observation line length is 1.4 nautical miles.

 

Sediments are widely seen with poor outcrop. Open cracks range from several 10cm to 5m in width. Side walls of the cracks consist of mainly pillow lava, pillow breccia, etc.

 

From the center to the south of the line, several hollows of sediments with a diameter of 20­50cm were recognized, but the state under the hollows is unknown because of wide and thick covering of sediments. The muddiness of water was not seen on this line unlike the line 94SFDC04.

 

No ore indications are observed.

 

6) 95SFDC06 (See Fig.4­1­2)

 

This line was carried out in the area where the images suggesting a mound shape topography were recognized by the SSS survey. The line locates over the terrace in the eastern overlapping spreading center. Towing direction is from west to east at right angles with the spreading center, and the observation line length is 0.7 nautical miles.

 

Sediments are developed on the whole line, and pillow lava are sporadically seen on the sediments. There is a cliff consisting mainly of pillow breccia on the eastern end of the line. Sheet lava is recognized on the foot of the cliff, and a white shrimp was found in the south. No ore indications are observed.

 

7) 95SFDC07 (See Fig.4­1­2)

 

This line was set on the overlapping spreading center in the south of Block TS­C in order to observe geological structures across the two spreading center. This line runs over the small knoll in the graben of the western spreading center, and crossing the terrace in the eastern spreading center. Towing direction is from west to east at right angles with the spreading center, and the observation line length is 4.7 nautical miles.

 

Sediments are widely seen from the west to the center of the line, while in the east sediments are poor with many outcrops. In the small knoll on the western spreading center, sediments are predominant, but many cliffs consisting of pillow lava are recognized. Sediments are abundant on the bottom of the graben in the center and the west of the terrace, and outcrops are few. The eastern outcrops consist of 

mainly pillow breccia, pillow lava and lobate lava.

 

On the terrace in the eastern half of the line, many open cracks are developed. The width of open cracks is generally large, ranging from 1 to several ten meters with an average of about 5m. The cracks run in NNW­SSE to N­S direction in parallel with the spreading center. In the area where sediments are predominant, many hollows of sediments with a diameter of 20­50cm are recognized. The graben in the center of the terrace has a width of 200m and the cliffs on both sides have a height of over 50m. Open cracks are also recognized on the summit of the small knoll in the west.

 

No ore indications are recognized.

 

8) 95SFDC08 (See Fig.4­1­2)

 

This observation was carried out in the area where the spreading ridge in the southern part of Block TS­D curves a little towards east in echelon shape. The line locates on the summit of the ridge crossing the spreading center. Towing direction is at right angles with the spreading center from west to east, and the observation line length is 3.4 nautical miles.

 

Thick sediments are predominant with local pillow lava on the margin of the spreading ridge summit in the eastern and the western part of the line. Outcrops are seen in the central spreading center, where pillow lava are predominant. Open cracks with a size of several meters are seen here, and cracks are many especially in the horst. In the west of the horst sheet lava and many collapsed pits of 3­5 meters deep and over 10m in diameters are observed. In the eastern part where sediments are predominant, many small cracks of less than 1 meter in width are seen.

 

No ore indications are recognized.

 

9) 95SFDC09 (See Fig.4­1­2)

 

This line locates on the mountainous area with many small hills in the southwestern part of the Block TS­E, obliquely crossing the ridge which extends from the highest point of the seamount towards the north.

 

Towing direction is from NW to SE, and the observation line length is 6.3 nautical miles.

 

Sediments are not thick on the whole line, but rather thick on flat places or on gentle slopes. On the northwestern slope of the seamount in the northern part of the line, aa lava and pillow breccia are predominant, while in the central to the northern part, pillow lava and pillow breccia are predominant. Aa lava is predominant on the small hill in the southmost part of the line. Granules of black glass as the chilled margin are sporadically deposited like a line.

 

Steep cliffs corresponding to the topography are observed, but cracks are few.

 

As a sign of mineralization, black manganese oxides precipitation was confirmed on the small hill in the south of the line. Also, reddish brown sediments are observed on the northwestern slope of the seamount in the north.

 

10) 95SFDC10 (See Fig.4­1­2)

 

This line locates on the knoll chain which exists in the east of and in parallel with the spreading center in the southern part of the Block TS­D. The line crosses lengthwise the knoll chain and passes over two peaks of the knolls. Towing direction is from north to south along the knoll chain, and the observation line length is 3.3 nautical miles.

 

Sediments are thick on the whole line. The northern knoll consists of pillow lava and pillow breccia. Sediments are predominant in the southern knoll, and pillow breccia and aa lava are recognized. Outcrops are few in between two knolls on the center of the line, but aa lava and sheet lava are recognized.

 

As a sign of mineralization, yellowish brown precipitation of iron oxides is observed on the summit of the northern knoll, and rather many living things are observed from this point towards the north.

 

11) 95SFDC11 (See Fig.4­1­2)

 

This line locates on the small knoll in the east of the spreading center in the northern part of Block TS­E. The line crosses lengthwise the knoll and includes the flat place near the knoll. Towing direction is along the long axis of the knoll from NW to SE, and observation line length is 1.3 nautical miles.

 

Many cliffs consisting of pillow lava and pillow breccia are observed on the northwestern slope of the knoll. On the gentle slope in southeast of the knoll, abundant sediments, some pillow breccia and 

lobate lava are seen.

 

No outcrops are recognized on the flat place around the knoll, totally covered by sediments. A few gravels with a diameter of 10­30cm are sporadically scattered on the surface of sediments.

 

No ore indications are found.

 

12) 95SFDC12 (See Fig.4­1­2)

 

This line was set in the northern end of the echelon shaped spreading center in the south of the Block TS­D. The line crosses the spreading center at slightly oblique angle. Towing direction is from SW to NE obliquely crossing the spreading center, and observation line length is 1.8 nautical miles.

 

Sediments are predominant in the southwestern part of the line, and some aa lava and lobate lava are recognized. Outcrops of pillow lava and pillow breccia are seen in the central to northeastern part of the line.

 

Open cracks range from 1m to 5m in width.

 

As a sign of mineralization, white precipitations (alteration?) were observed on the surface of pillow lava in two places in the central south, of which reddish brown precipitation was also observed in one place.

 

13) 95SFDC13 (See Fig.4­1­2)

 

This line was set in almost flat place on the summit of the spreading ridge in Block TS­D. The line crosses the spreading center which forms a small horst. Towing direction is perpendicular to the spreading center from WSW to ENE, and the observation line length is 2.1 nautical miles.

 

In the west of the line, sediments are predominant, and the cliffs consist of pillow lava. Outcrops are seen on the center, where pillow lava is predominant with locally pahoehoe lava, sheet lava and lobate lava. In the eastern part, pillow lava, aa lava, lobate lava are confirmed with rather abundant sediments compared with the central part.

 

Cliffs and many cracks are few on the whole line. In the center, open cracks are observed on sheet lava and collapsed pits are seen on lobate lava.

 

As a sign of mineralization, white surface rocks were observed on the western end of the line.

 

4­4 Sampling

 

(1) LC 

The object of sampling by LC is to study geological characteristics and conditions by collecting sediments of the sea floor, where the hydrothermal ore is expected to exist, and to provide the information for geochemical survey. In short, a direct object is to find out ore deposits and ore indications, and an indirect object is to select geochemical anomaly. Sampling locations are shown in Fig.4­1­2 and representative photos of sampling are shown in Fig.4­4­1. LC core columnar chart, list of sampling results (Data of sampling locations, etc.) and list of specimen for analysis and identification are shown in Appendix Fig.2, Appendix Table2 and Appendix Table 4, respectively.

 

Sampling locations mainly concentrated in the spreading center of the basin where the hydrothermal activity is expected, but three areas are located according to the purpose of sampling. In Block TS­A, samplings were made with the object of collecting sediments in the remote area from the spreading center where little possibility of hydrothermal activity is expected. While in Block TS­B and Block TS­C, samplings were made with the object of collecting sediments on and near the spreading center, where MBES acoustic reflection image suggested the distribution of sediments. In Block TS­D, sampling were made in order to study geochemical data variation near the spreading center on the base line crossing the spreading center at right angles.

 

The numbers of sampling station are 1 in Block TS­A, 8 in Block TS­B, 8 in Block TS­C, 14 in Block TS­D, totaling 31 stations, in which sediments were collected at 19 stations, while no sediment samples were collected at 3 stations in Block TS­B, 4 in Block TS­C, 5 in Block TS­D, totaling 12 stations. In some stations of no sediments collected, however, basaltic lava fragments of pumice were collected.

 

Columnar cores were split into two portions in depth direction, and after the descriptions the half was appropriated to geochemical analysis and the remaining portion were preserved.

 

Color tones of the sediments were classified by thin color tones based on MUNSELL SOIL 

COLOR CHARTS. Color tones of the sediments in this area are mainly composed of 10YR series (brownish series) and 5Y series (olive and gray series). Grain size is mainly composed of silt and little clay, and partly sand layers are interbedded. The main composition of sediments is fine grain pyroclastics with volcanic ash characteristically interbedded. Followings are the summary for each Block;

 

1) Block TS­A

 

Sampling was made at one station about 25km east of the spreading center as shown in Fig.4­1­2. This station is most remote from the spreading center among all sampling stations and it is assumed that little influence of hydrothermal activities exist in the sediments.

 

The length of columnar core 95SLC27 is 215 centimeters, and brown mud and olive mud are dominant, in which there are 16 layers of black ash or and interbedded with a thickness of about 0.5 to 1 centimeter. These layers are dense in the upper part and the distance of two layers becomes wide towards the bottom. Black volcanic ash consists of black volcanic glass, with partly basaltic fragments and pumice. At the depth of 105 to 115 centimeters and 150 to 180 centimeters of the core, pale gray fine acidic volcanic ashes are interbedded.

 

Calcareous foraminifera shells are recognized in all formation. Water content is low in general.

 

2) Block TS­B

 

In this block, the number of sampling station is eight; 3 stations in the graben of the spreading center, 4 stations in the east of the graben, and one in a small horst. No sediments or rocks were collected at three station on 95SLC23­95SLC25 because the sea floor was outcrop. Both 95SLC26, 95SLC28 and 95SLC30, 95SLC31 locate in the same small graben, while 95SLC29 locate in a small horst between the small grabens. The core collected at 95SLC29 is the longest size of 285 centimeters among all cores.

 

Sediments consisting mainly of brown mud (partly olive mud) are predominant in this block, among which 8­19 layers of black ash of the same volcanic sand are interbedded. Except 95SLC29, 2 to 3 layers of black to gray volcanic ash are interbedded with a thickness of 10 to 30 centimeters and the lower part of the layer gradually change to black volcanic ash in most case. At 95SLC26 and 95SLC28, nearest to the spreading center, the thickest volcanic ash or the same volcanic sand among all of sampling sites are interbedded.

 

At 95SLC29, alternating bed of brown and reddish brown mud are predominant, interbedded irregularly by 1 centimeter thick volcanic sand. Pale gray siliceous wooz exists at the depth of 100 to 105 centimeters, and the same wooz is also recognized at 95SLC30.

 

3) Block TS­C

 

Eight samplings were made mainly in the east of the graben of the spreading center, as shown in Fig.4­1­2. No sediments were collected at four stations; 95SLC16, 95SLC18, 95SLC20 and 95SLC22, but basaltic lava was taken at 95SLC20. Sediments were collected at 95SLC15, 95SLC17 and 95SLC21, but the tip of the LC bit was deformed.

 

Sediments are mainly brown mud, with one to four layers of volcanic ash or the same sand interbedded. The thickness of these layers ranges from 2 to 5 centimeters.

 

Two layers of volcanic sands are seen at 95SLC17, showing the normal grading changing from fine to coarse grain in the layer. Foraminifera is abundant in the bottom part of these sand layers.

 

In general, volcanic ash or sand layers are fewer in this block compared with Block TS­A and TS­B, but the characteristic point is that one layer is thicker than that of the other blocks.

 

4) Block TS­D

 

A base line was set crossing the spreading ridge at right angles as its center. Fourteen samplings were made with the object of studying the change of geochemical characteristics near the spreading center. Topographic features of the sampling area are the alternation of the small scale horst and graven with a short cycle, which are parallel with the spreading center running in NNE­SSW direction . Sampling locations are selected to locate on the small scale horst and graven in 14 stations in total, 2 in a small trench on the spreading center, 7 in the east and 5 in the west of the spreading center as shown in Fig.4­1­2. 

 

The columnar cores were collected at mine stations and their lengths are 55 to 110 centimeters. No sediments were collected at five stations; 95SLC01 and 95SLC02 on the spreading center, 95SLC06 in the eastern side, 95SLC11 and 95SLC12 in the western side, among which small rock fragments were collected at two stations.

 

The surfaces of sediments are mostly brown mud and it has a general tendency to become olive mud in dominant towards the bottom. Several to over ten layers of volcanic ash and sand are interbedded. Volcanic ash consists of black volcanic glass rarely accompanied by basaltic rock fragments. This layer shows the typical grading with abundant foraminifera. Pumice pebbles are partly included in brown mud and there is the tendency that bigger pumices with a diameter of 2 to 5 centimeters exist in the upper part 

of brown mud layer just under the ash layer.

 

As a local characteristic, volcanic ash is dominant in the east of the spreading center and volcanic sands in the west. Subrounded pumice pebbles and basaltic lava fragments were collected at 95SLC01 and 95SLC12, respectively. Little amount of sulfides (pyrite) was recognized in basaltic lava fragments collected at 95SLC12.

 

(2) FPG 

The object of sampling by FPG is to collect rocks or ores. In the southernmost part of the area (Block TS­E), sampling was carried out in three stations; the spreading ridge, seamount which knolls gather to make, and knoll chain in the east of the spreading center, which form a characteristic topographic feature. Sampling locations are shown in Fig.4­1­2 and typical sampling photos are shown in Fig. 4­4­2. List of sampling results such as sampling locations, etc. is shown in Appendix Table 2.

 

Sampling results at each station are summarized as follows;

 

1) 95SFPG01 (See Fig.4­1­2)

 

Sampling was made in the seamount which forms a group of knolls in the west of the spreading center. Samples are basaltic pillow lava as well as brown mud.

 

Basalt has radial joints and the fresh part shows greenish dark gray, partially with brown to yellowish brown weathering. In the surface of lava, chilled margin consisting of dark glass is formed with a thickness of about 4 millimeters. The layers of glassy chilled margin in parallel with the surface are recognized at the interval of about 2 centimeters. The inside of lava is porous with abundant gas cavities and the diameter of gas cavity is increasing towards the center. An average diameter of gas cavity is 2 to 3 millimeters, but the very large gas cavity of 3 by 10 centimeters is also recognized. Phenocrysts are peridotite with a maximum of 3 millimeters and an average of 1 millimeter in size.

 

2) 95SFPG02 (See Fig.4­1­2)

 

Sampling was made on the summit of the spreading ridge. Samples are basaltic aa lava and a little amount of porous pumice and brown muddy substances.

 

Most of basalt is irregular shaped and slaggy aa lava. Some are pahoehoe­like lava with meander ripple marks of several millimeters in width. Basalt is very fragile and easily broken.

 

The fresh part is black to greenish dark gray and reddish brown oxidized part is much. The surface of lava is black glassy chilled margin with a thickness of about one millimeter, and the inside is porous with abundant gas cavities. The diameter of cavity is about one millimeter in average, which is smaller than 95SFPG01. Spindle shaped cavity is also recognized. Peridotite is recognized as phenocryst.

 

3) 95SFPG03 (See Fig.4­1­2)

 

Sampling was made on the knoll chain in the east of the spreading center.

 

Samples are basaltic pillow lava, which show radial joint. The surface of lava is compact black glass with a thickness of about one centimeter. Several centimeters from the surface are greenish gray, to which depth is chilled margin. The surface of glass layer is reddish brown due to oxidation, and the fresh inside is greenish dark gray to black and generally porous except glass part. The number of cavities increases towards inside and cavities are abundant especially within 10 centimeters from the surface. The diameter of cavity is about 2 millimeters and its shape is circle or ellipse. Peridotite with a maximum diameter of 2 millimeters and an average diameter of 0.7 millimeters are recognized as phenocryst.

 

(3) CB 

Sampling by CB was carried out near the spreading center with the object of collecting rocks. The numbers of sampling stations are 11 in total; 5 in Block TS­B, 3 in Block TS­C and 3 in Block TS­D. The towing direction of CB is from west to east or from northwest to southeast taking into consideration the wind and current directions. Therefore, west fallen cliffs or west dipped slopes generally become the target of sampling. Location maps of sampling are shown in Fig.4­1­2, and the representative sampling photos are shown in Fig.4­4­3. List of sampling results such as sampling location data etc. is shown in Appendix Table 2.

 

Most of samples are basaltic lava with a little amount of pumice and brown muddy substances.

 

Followings are the summary of sampling results in each block.

 

1) Block TS­B

 

Five samplings were carried out as shown in Fig.4­1­2; 2 stations on the eastern cliff of the graben which is a margin of the spreading center, 2 stations on the western slope of horst in the east of the spreading center and 1 station on the western slope of the knoll chain about 35 kilometers away from the spreading center.

 

Only basaltic lava were abundantly collected around the spreading center, while pumices as well as basaltic lava were collected in the east of the spreading center. The quantity of pumice increases towards east and basaltic lava decreases on the contrary.

 

At 95SCB07 near the spreading center, pillow lava, pahoehoe lava and sheet lava were collected. Pahoehoe lava shows thin sheet with less than ten centimeters thickness and has black glassy chilled margin on both sides of the sheet. One side shows a characteristic structure with many duplicated ropy folds of about one centimeter diameter. The other side has numerous small projections coated by manganese oxides. Sheet lava also shows thin sheet with black glassy chilled margins on both sides. One side looks like a sharkskin surface and the other side with numerous projections coated by manganese oxides.

 

At 95SBC08 near the spreading center, pillow lava was collected The surface of pillow lava is black chilled margin with a thickness of about 5 millimeters. The inside of lava is porous and the fresh part showing dark gray color. The surface of lava and cracks are brown due to oxidation.

 

Basaltic lava collected at 3 stations in the east of the spreading center are not as much as in the spreading center and many subrounded pumices are collected. As a comparative quantity of basaltic lava and pumice basaltic lava is less in the east. The lava form is indistinct because the size of lava is small. Basalt is oxidized and coated by manganese oxides with the tendency that the oxidation and manganese coating are stronger towards east. Some of basalt are compact and dark gray aphyric and some are greenish gray and porous. Cavities are mostly ellipse with a maximum diameter about 5 millimeters. Some of pumice are pale gray and porous, and some are gray and glossy with bedded and fibrous texture.

 

2) Block TS­C

 

Three samplings were made as shown in Fig.4­1­2; two stations on the western slope of the topographic high in the graben of the spreading center and one station at the eastern cliff of the graben.

 

Basaltic pillow lava were collected at three stations. Cylindrical pillow lava was collected at 95SCB04 on the spreading center. The diameter of cylinder is about 35 centimeters and the core forms a cavity with a diameter of 10 centimeters.

 

The surface of lava is black glassy chilled margin with a thickness of about 1cm, and the inside is black and compact chilled layer, and further inside is dark gray to greenish dark gray fresh lava. Very coarse phenocrysts of feldspar are abundant in the whole part including marginal glass. The maximum length of phenocryst is 10 millimeters with an average of 5 millimeters.

 

No other basaltic lava contains such a large phenocryst of feldspar, so that it is considered to be a zenocryst.

 

Pillow lava collected at 95SCB05 on the spreading center has several black glass layers with a thickness of 2­3 millimeters even in the inside of lava. In between the layers there are greenish gray and fresh nonporphyritic part. The surface of lava is coated by manganese oxides.

 

Pillow lava collected at 95SBC06 in the east of the spreading center are more porous than the above mentioned two samples. The surface is black glass with a thickness of about 4 millimeters, and fresh part inside is dark gray. The shape of cavities is circle to ellipse and the average diameter is about 2 millimeters. The surface of lava is covered by manganese oxides.

 

3) Block TS­D

 

A little amount of pyrite was found in basaltic lava collected by LC sampling on the horst in the west of the spreading center. Therefore, two samplings were carried out on the western foot and the western slope of the horst. In addition to one sampling in the spreading ridge, the total three samplings were made as shown in Fig.4­1­2.

 

At 95SCB03 on the spreading center, basaltic pillow lava was collected. The surface of lava is very thick black chilled margin with a maximum thickness of 7 centimeters. The inner fresh portion shows greenish gray color. The maximum diameter of cavity is about 1 centimeter with an average of 3 millimeter. The part around the crack is yellowish brown due to oxidation. A few pumices were also collected.

 

At 95SCB01 and 95SCB02 in the west of the spreading center, no basalt but pumice pebbles were only collected. Pumice is very porous and the surface is brown to greenish gray. Pebbles are subrounded and the maximum diameter is 15 centimeters.

 

4­5 Survey Results

 

(1) Geology and Rock Facies 

The basement rock of the survey area is basaltic lava and lava forms are pillow, breccia, aa, sheet, pahoehoe, etc.

 

No other rocks except basalt were collected. Sediments covering the basement rock are unconsolidated mud wish consists mainly of volcanic glass with poor clay. Muddy sediments will be mentioned later.

 

In general, rocks well outcrop and sediments are poor in the spreading center. Steep slopes consist of brecciated lava, pillow breccia and aa lava in most cases, while sheet or pahoehoe lava are seen in flat places. On the fault cliff near the spreading center, pillow lava are seen on the summit of the cliff and brecciated lava are distributed in the middle to the lower part of the cliff. On the slope of horst and knoll brecciated lava and pillow lava are dominant, and near the summit pillow lava and lobeit lava are predominant.

 

Lava with columnar joint or platy joint are rarely found. This means that there is no thick lava flow with high viscosity which cause joints to be developed. The intrusive rock which forms a linear and almost vertical board is locally found.

 

In the northern part of the survey area, pillow lava, pillow breccia and brecciated lava are predominant, and open cracks caused by the spreading are found wholely. The width of the open cracks ranges from several centimeters to several 10 meters order in wide variation. Most of the cracks extend in parallel with the spreading center. Collapsed pits are seen in several places.

 

In the southern part of the area, the spreading ridge mainly consists of aa lava and brecciated lava. Pillow lava are also seen in many places. These mostly make a steep slope or cliff unlike the northern area, which suggest the higher viscosity of lava.

 

Lava are generally porous with abundant gas cavities which show circle, ellipse, tube or irregular shapes. The quantity of phenocryst ranges from non or poor to rich. The examples of rich phenocryst are as follows; 95SFPG01 (coarse phenocryst of olivine), 95SCB04 (coarse phenocryst of rich feldspar and fine phenocryst of poor olivine). Judging from the fact that some of coarse grained olivine are xenocrysts (J. W. Hawkins, 1985), feldspars of the latter must be the same.

 

All lava have the chilled margin. The thickness of chilled margins ranges widely from several millimeters to several centimeters. The surface crust is black glass with various thicknesses.

 

Followings are the forms of basalt lava in different types.

 

1) Pillow lava

 

Pillow lava is the most common lava in this area.

 

The sectional shape of lava is mostly round to oval and the external form is pillow to tube. The shape of lava is actually very variable as follows;

 

Elongated tube, curved tube, irregular curved tube, barrel, gourd, a group of several knots, ball, rugby ball, branch shape, etc. On the slope such tube lava hang down.

 

On the surface of lava, cooling cracks like parallel stripes, tortoiseshells and grid lines are common. The cooling radial joints are also abundant. The surface part of lava is fine grained and glassy with the chilled margin, and the crust part is black glass. In general the glass crust is compact and the inside is porous with many gas cavities.

 

In the section of lava, the banded structure like an annual ring in parallel with the surface is occasionally observed. This is formed by the repeats that after the surface of lava flow is cooled and becomes a solid, the inside is still molten and mobile, and then its surface is cooled again. The lava collected at 95SCB04 has a big cavity in the center.

 

After cooling, pillow lava is broken into breccia by the movement of new lava flow, so that pillow breccia is formed.

 

2) Brecciated lava

 

This is lava brecciated and piled after eruption and autobrecciated lava showing a brecciated structure. There are two types of brecciated lava; one is developing upward faster than lateral flow, and the other is formed on the edge of lava flow. The occurrence of the former one causes the abundant supply of lava with high viscosity. The diameter of breccia is mostly several ten centimeters.

 

No typical breccia samples were collected, but there is a tendency that the development of chilled margin is not so stronger than the other lava.

 

3) Aa lava (Slag lava)

 

Aa lava is irregular shape with abundant gas cavities. The surface is very rugged with many projections and wrinkles by the cooling and flow movement. This aa lava is second dominant after pillow lava.

 

4) Sheet lava

 

Surface of sheet lava is flat and plane. This is a pattern of pahoehoe lava or a kind of massive lava. Flow structures seen to be developed under FDC observation.

 

Sheet lava collected with pahoehoe lava at 95SCB07 are thin sheets with the thickness of several centimeters to 10 centimeters, showing platy joint. Both surfaces have a chilled margin with many small projections.

 

5) Pahoehoe lava (Ropy lava)

 

The parallel ropy wrinkles on the lava surface are characteristic.

 

These are observed in the track line of 95SFDC13 and samples were collected at 95SCB07. The thickness of lava is about 4 centimeters and ropy wrinkles consist of chilled glass.

 

(2) Muddy Sediments 

Characteristics of sediments collected by LC are as follows; many ash layers are interbedded, pyroclastics are abundant with less clay, and microfossils are found in all layers.

 

There are two types of volcanic ash; one is black to dark gray, very coarse to fine grained ash, and another is pale gray, fine grained ash. Sediments other than ash are silt consisting mainly of pyroclastics, of which color is separated into brown group and olive group. Brown group which suggests the oxidation decreases from the surface to the bottom, while olive group which suggests the reduced environment increases. Microfossils observed with naked eyes mainly consist of foraminifera of less tan one millimeter. Shells with several millimeters are rarely found. Little amount of fine grain sulfide is confirmed in muddy sediments at several places in the spreading center.

 

The thickness of sediments is less than several ten centimeters in the spreading center, and it tends to increase away from the spreading center.

 

At 95SLC21, the eastern edge of the graben in the spreading center, the thickness of sediments is about one meter, while at 95SLC29, 10 kilometers east away from the spreading center, it is over 3 meters.

 

Black ash is erupted out from volcanic activities of knolls in and around the spreading center and submarine volcanoes in the Tonga Ridge. The thickness of ash and grain size vary according to the location. This is considered to be due to the topography and the current, but in general, grain size becomes coarse and the number of ash layer increases as the location becomes close to the spreading center. The thickness of ash increases in the valley part, but thick ash is also recognized at some places in the east of the spreading center. This is caused by the fact that knoll chains and submarine volcanoes with the new volcanic activity exist in the east of the spreading center. Volcanic ash layer of the ash layer, many foraminifera occur. Basaltic fragments and pumice are partly included.

 

Pale gray volcanic ash is the product of an island arc type acidic volcanic activities in the Tonga Ridge. This ash consists of semitransparent volcanic glass, which shows fine and homogeneous grain size in comparison with black ash.

 

As mentioned above, sediments mainly consist of pyroclastic materials, with many volcanic ash layers interbedded, which indicate the considerable supply of volcanic pyroclastics from island arc, submarine volcanoes and the spreading center.

 

(3) Ore Indications 

Ore indications confirmed by the FDC survey are only precipitations of black manganese oxides and yellowish brown iron oxides, reddish brown and white sediments. The distributions of the above are very local and the scale of the distribution is very small. Total ore indications are found only in eleven places.

 

By the LC sampling, little quantity of sulfides is confirmed in non altered basalt fragments in two places, and small amount of very fine grained sulfides is also found in muddy sediments in several layers.

 

By the FPG and CB sampling, no ore indications are confirmed.

 

As mentioned above, no characteristic signs for hydrothermal ore deposits are found such as 

massive sulfides, chimney, altered clay, hydrothermal living things, etc.

 

Ore indications confirmed in each place are as follows;

 

1) 95SLC12 (See Fig.4­1­2)

 

A small amount of sulfide dissemination is confirmed in basaltic pillow lava fragments collected on the horst about four kilometers west of the spreading center in Block TS­D. Basalt is not altered with naked eyes and no other alteration than sulfides is confirmed.

 

Sulfides are identified to be pyrite by the microscopic observation. The grain size of pyrite is less than one millimeter and the quantity is small.

 

2) 95SLC20 (See Fig.4­1­2)

 

A small amount of sulfide dissemination is confirmed in pillow lava fragments collected on the topographic high in the spreading center in Block TS­C. Basalt is not altered with naked eyes and no alteration but sulfides are confirmed.

 

Sulfides are identified to be pyrite by the microscopic observation. Pyrite is disseminated along the fractures with a grain size of 1 to 2 millimeter and the quantity is small.

 

3) 95SFDC01 (See Fig.4­1­2)

 

Precipitations of manganese oxides and iron oxides are observed on the FDC track line along the spreading ridge in Block TS­E.

 

Black manganese oxides are found in three places. Some are precipitated around the vent of hydrothermal eruption in the sediments and others stick to the rock surface. The latter must have produced due to the direct contact of hydrothermal fluid with rock near the erupting vent like the former.

 

Yellow­yellowish brown­brown iron oxides are found in three places. Some are precipitated along 

the fracture or deposited in the vicinity, and others are precipitated in the inner wall of a small collapse pit. In the latter place, white materials are observed inside the pit, but details are unknown.

 

4) 95SFDC02 (See Fig.4­1­2)

 

Precipitations of manganese oxides and iron oxides are observed on the FDC track line in the graben of the spreading center in Block TS­C.

 

Black manganese oxides and yellowish brown iron oxides are dispersedly observed within the area of about 100 meters. These are deposited around the vent found in the sediments of along the outside of gravels.

 

5) 95SFDC09 (See Fig.4­1­2)

 

Black materials are observed on the FDC track line crossing obliquely the seamount in the west of the spreading center on Block TS­E. Black materials are assumed to be the stick of manganese oxides, but no other detail information is collected.

 

6) 95SFDC10 (See Fig.4­1­2)

 

Brown and white materials are observed at one place on the FDC track line crossing the knoll in the east of the spreading center in Block TS­D. Yellowish brown iron oxides are precipitated on the fracture in the sediments or along the outside of gravels.

 

7) 95SFDC12 (See Fig.4­1­2)

 

Brown and white materials are found on the FDC track line crossing the spreading center in Block TS­D. White ones sticking thinly to the rock surface are found in two places, in one of which brown oxidation on rock surface is also observed.

 

8) 95SFDC13 (See Fig.4­1­2)

 

White materials are found on the FDC track line crossing the spreading center in Block TS­D. These are white alteration on rock surface, but details are unknown.

 

(4) Temperature Anomalies 

On­line measurement of water temperature by CTD was performed simultaneously with the FDC survey for 13 FDC track lines. As the condition of measurement, towing speed is 1 ­ 1.5 knots, and interval of data acquisition is 5s (sampling intervals about 3­4m).

 

Considering variations of background values of temperature and depth along each track line, values regarded as anomalies were determined. Lists of water temperature anomaly are shown in Table 4­5­1, and temperature­CTD depth profiles are shown in Fig. 4­5­1.

 

A few temperature anomalies were detected on 6 FDC track lines. Temperature anomalies change in a range of 0.010 to 0.050degrees Centigrade.

 

In comparison with FDC observation results, Locations of temperature anomalies mostly correspond with the locations where cliffs, fissures and cracks are identified. However, no living things or precipitations which indicate hydrothermal activities were observed. Only on 95SFDC01 track line, gossan of rock and iron oxides are found, and on track lines of 95SFDC09 and 95SFDC10, manganese oxides coatings and yellow precipitations are observed, respectively, of which temperature anomalies may suggest indication of hydrothermal activities.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 CHAPTER 5 RESULTS OF CHEMICAL ANALYSIS AND OBSERVATIONS

5­1 Microscopic Observation of Thin Section

 

Description of the typical samples collected by LC, FPG and CB was conducted by a microscope. Thin sections of 17 samples collected at all the 14 sites were prepared. When samples of different lithology were collected at the same site, thin sections of each lithological facies were prepared. The results of microscopic observation and photographs of typical samples are, respectively, shown in Table 5­1­1 and Fig. 5­1­1.

 

All the samples show a different magnetic intensity. Some of them, such as samples 95SCB07T1 and 95SCB11T are strongly magnetic. The color of these samples varies from gray, dark gray to greenish dark gray.

 

The microscopic observation suggests that all these samples are basalt and based on tile texture and occurrences of phenocryst they are classified into three types of basalt. They are aphyric basalt, hypersthene augite basalt and olivine hypersthene augite basalt. Descriptions of each type are given below.

 

(1) Aphyric basalt 

This type is characterized by rare occurrences of phenocrysts and the hand specimen of this type shows no clear phenocrysts. Six samples of 95SLC12T, 95SEPG02T, 95SCB03T, 95SCB06T, 95SCB07T2 and 95SCB09T are included in this type. The groundmass of this type, consisting of abundant glass with common occurrences of euhedral plagioclase, hypersthene and augite, shows variolitic, spherulitic and intersertal textures. The phenocrysts are tiny and euhedral grains of plagioclase and augite, which rarely occur. These are generally vesicular and no alteration minerals are found.

 

(2) Hypersthene augite basalt 

This type is characterized by a lack of olivine phenocrysts and six samples of 95SLC20T, 95SCB05T1, 95SCB05T2, 95SCB07T1, 95SCB08T and 95SCB10T are included in this type. Some of vitreous basalt show spherulitic texture, and the other samples show variolitic or intersertal textures. Plagioclase, hypersthene and augite commonly occur as phenocrysts and the groundmass consists of the same mineral assemblages as phenocrysts. 95SCB05T2, which does not have plagioclase phenocrysts, is slightly different from other samples. With a small amount of plagioclase even in the groundmass, it is similar to boninite, but it is classified to basalt because of no clinoenstatite. Although all samples do not show the alteration, minute grains of brown minerals rarely occur in the spherulitic glass.

 

(3) Olivine hypersthene augite basalt 

This type is characterized by olivine phenocryst and five samples of 95SEPG01T, 95SEPG03T1, 95SEPG03T2, 95SCB04T and 95SCB11T are included in this type. Olivine phenocrysts are commonly visible in a hand specimen. The texture of this type is intersertal with the exception of one sample which shows variolitic texture. Plagioclase, hypersthene, augite and a small amount of olivine occur as phenocrysts and the same minerals plus glass and iron oxides constitute the groundmass. No alteration is found, but minute grains of brown minerals occur within glass.

 

5­2 Microscopic Observation of Polish

 

A weak dissemination of sulfides was observed in the basalt fragments collected by LC at two sites. A polish was prepared for both of the samples for further examination by microscope. The results of microscopic observation and photographs are, respectively, shown in Table 5­2­1 and Fig. 5­2­1.

 

Both of the samples, 95SLC12T and 95SLC20T, only show a small amount of pyrite. The pyrite is commonly euhedral grain of less than 0.1mm size, and it occasionally shows rounded or shapeless grains. Only a weak mineralization was observed in both of the samples.

 

5­3 X­ray Diffraction Analysis

 

A total of three samples; the above two samples with weak sulfides dissemination collected by LC and one sample with brown oxidation collected by FPG, were examined by X­ray diffraction analysis. In addition to non­orientation power method, orientation method by hydraulic elutriation was conducted for all three samples. The results are shown in Table 5­3­1.

 

The results of X­ray diffraction of three samples reveal only primary minerals of basalt, and no clay minerals and alteration minerals were identified. This, agree with the microscopic observation, suggests that the collected samples are fresh basalt without the significant alteration.

 

5­4 Dating the Rock

 

Dating the rock by K­Ar method was conducted for ten samples of the basalt collected by FPG and CB. The results are given in Table5­4­1.

 

After the sample preparation procedures, such as crushing, grain size adjustment, rinsing and drying, all magnetic minerals were removed. The content of K was determined by atomic absorption spectrometer and the isotopic ratio of Ar was determined by noble gas mass spectrometer. The decay constant of Steiger and Jaeger (1977) was used for calculation of the ages.

 

Because of the low content of K and the high ratio of air contamination in all the samples, the accuracy and precision of the obtained ages are low. Three samples with very low K content, 95SCB04K, 95SCB07K and 95SCB08K, give the ages as old as 12Ma to 35Ma. Because of the unreasonably old ages for the samples of this geologic situation coupled with very low reliability of these samples, these three samples were disregarded for further consideration. Apart from three samples mentioned above, the interpretation of age determination for seven samples is given below. However, it based on data with low reliability and the error range of them is not given here.

 

1) Samples on the Spreading Center

 

The ages of the three samples collected on the spreading center, 95SFPG02K at the south end of the survey area, 95SCB03K at the central south and 95SCB05K at the central north, are, respectively, 0.25Ma, 0.33Ma and 0.5Ma. The ages of the basalt effusion tend to be younger in the south and it increases toward north. These coincide with the evidence that the spreading axis has been extended from north to south and is still extending toward south.

 

2) Samples in the Surrounding Area of the Spreading Center

 

Two samples, 95SCB06K and 95SCB09K, were collected in the north part of the survey area where the geological structure parallel to the spreading axis continues. The former sample was collected on the eastern fault scarp in the graben of the spreading center, and the latter was collected on the scarp further away from the spreading center.

 

The sample 95SCB06K, collected at approximately 2km east of the spreading center, shows 0.4Ma. The sample 95SCB09K, collected at approximately 6km east of the spreading center, shows 1.8Ma. The increase of the basalt age in accordance with the distance from the spreading center agrees with the spreading movement of the basin.

 

3) Samples on the Knoll

 

Two samples, 95SFPG01K and 95SFPG03K, were collected on the knolls in the south end of the survey area where volcanic activities not related to that of the spreading axis took place.

 

The former sample, collected at approximately 18km west of the spreading center, shows 0.55Ma. The latter, collected approximately 17km east of the spreading axis, shows 0.70Ma. The older ages of both samples compared with 95SFPG02K (0.25Ma), which is collected at nearly the same latitude on the spreading center, suggest that these knolls had been formed earlier than the spreading axis. 

 

5­5 Chemical Analysis of Rocks

 

The chemical analyses were conducted for the rock samples and pyroclastics collected by LC, FPG and CB. Depending on the sample amount and the degree of alteration, the analyzed elements of each sample were chosen from three types of elements combination as shown in Table 5­5­1 and Table 5­5­2. The analytical results and basic statistics are given in Table 5­5­3.

 

For the numbering of samples, C1 and C2 were added to LC samples denoting the different depth, while R1 and R2 were added to FPG and CB samples denoting the different lithological facies. The contents inside the parenthesis for LC samples show the sampling depth in centimeters.

 

(1) Analytical Method 

Before the sample preparation, all the samples were rinsed by ultrasonic cleaner and they were dried until they reached a constant weight.

 

The analytical methods and analyzed elements are given below.

 

­          ICP: SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O5, Au, Ag, As, Sb, Cs, Ca, 

Ba, Cu, Pb, Zn, Mn, Fe, Co, Ni, Cr, Cd, Rb, Sr, Ba, Zr, V, Nb, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu

 

­          Neutralization Titration: FeO

 

­          XRF: S

 

­          LECO: CO2

 

(2) Analytical Results 

The analytical results are given below on the basis of each group of analyzed elements.

 

1) Major Elements (A1, chemical compositions of rocks)

 

The analytical results of major elements reflect the lithological facies. The basalt with olivine phenocrysts of 95SFPG01R and 95SFPG03R show higher MgO and lower SiO2, TiO2, Al2O3, FeO and 

Na2O compared with other types. The samples 95SCB04R1 and R2, which include olivine phenocrysts 

with abundant coarse plagioclase grains, show relatively higher Al2O3 and CaO, and lower SiO2, TiO2, 

Fe2O3, Na2O and K2O. No clear chemical difference of major elements is found between aphyric basalt 

and two pyroxenes basalt.

 

The comparison of chemical composition between glass part of chilled margin (R2 and CN at the end of sample number) and the central portion (R1 and R at the end of sample number) of the same body shows that the glass is less oxidized with relatively lower Fe2O3 and higher FeO. There is no relative 

difference between them in other chemical compositions except Fe2O3 and FeO.

 

The six sediments samples consisting of black volcanic glass, 95SLC08C1, 95SLC10C1, C2, 95SLC13C1, C2, and 95SLC14C1, show no clear chemical variation between them, however, when compared with basalt, the sediments tend to be higher in SiO2, K2O, CO2 and lower in MgO and CaO.

 

2) Trace Elements (A2, rare earth elements and related elements)

 

Three samples of 95SCB03R1,R2 and 95SCB06R, compared with other samples, have higher contents of rare earth elements (from Y to Lu). Since the three samples have no common geological and petrological features and have no difference from others, the reasons for higher concentration of rare earth elements in these samples are unknown. Among other samples than these three, no relative difference in rare earth elements is found. No chemical difference between different rock types and lithological facies is observed in these elements.

 

The six samples of sediments (C1 and C2 at the end of sample number) show consistently higher Sr and Ba compared with basalt.

 

3) Minor Elements (A3, base metal and related elements)

 

Except 95SFPG02E with oxidation and 95SLC12M with sulfide dissemination, all the analyzed basalt samples are fresh. 95SFPG02E and 95SLC12M have relatively higher As and Cu compared with other samples. No relative difference in other elements than As and Cu is found, so that the mineralization concluded from the chemical analysis is not confirmed.

 

The four samples with olivine phenocrysts, 95SFPG01R, 95SFPG03R, 95SCB04R1 and R2, show relatively higher Ni and Cr and lower Zn, Mn and Fe.

 

Three samples of 95SFPG01R, 95SFPG03R and 95SCB03R1, show very high S. This reason is unknown, but high S is why three samples show high LOI (major elements analysis).

 

(3) Classification of Basalt 

The chemical compositions of the seventeen basalt samples were considered in various diagrams, such as AFM (Fig.5­5­1), MnO­TiO2­P2O5 (Fig.5­5­2), Zr­Nb­Y (Fig. 5­5­3), SiO2­K2O (Fig. 5­5­4) and 

chondrite normalized pattern (Fig. 5­5­5). The six sediments samples (C1 and C2 at the end of sample number) were excluded from these considerations.

 

1) AFM Diagram

 

Although all the seventeen samples show a scattered distribution, they are plotted in tholeiite field. The two samples, 95SFPG01R and 95SFPG03R, plotted closer to the MgO corner, were collected on the knolls away from the spreading center and they are characterized by olivine phenocrysts. The four samples (95SCB03R1,R2, 95SCB06R, 95SCB09R) are plotted closer to Fe2O3+FeO corner. These 

samples share no common geological and lithological features, but because of higher rare earth elements in them, they also occupy the field separated from others in the chondrite normalized pattern diagram.

 

2) MnO ­ TiO2 ­ P2O5 Diagram

 

95SCB06R is plotted in the field of mid­ocean ridge basalt (MORB), while 95SFPG01R and 95SFPG03R are plotted in the field of calc­alkaline basalt (CAB). All other samples except these three are classified as island­arc tholeiite (IAT).

 

3) Zr ­ Nb ­ Y Diagram

 

All the samples are plotted in the field corresponding to either volcanic arc basalt (VAB) or normal mid­ocean ridge basalt (N­MORB). The volcanic arc basalt (VAB) is, almost synonymous with island­arc tholeiite (ITA).

 

4) SiO2 ­ K2O Diagram

 

Because of the lower K2O content in all the samples, almost all the samples are plotted in the field 

of LOW K SUB­ALKALIC BASALTS.

 

5) Chondrite Normalized Pattern Diagram

 

All the samples show the same chondrite normalized patterns as that of the normal mid­ocean ridge basalt (N­MORB). They are classified into three types of characteristic patterns. Only six typical samples are shown in Fig. 5­5­5. The composition of CI chondrite given by Evensen et al. (1978) is used for the chondrite normalization.

 

Group A:

 

Patterns show the moderate slope between La and Sm, and descend to the left (depleted in light­REE).

 

11 samples: 95SLC20R,CN, 95SCB04R1,R2, 95SCB05R1,R2 95SCB07R1,R2 95SCB08R,CN, 95SCB09

 

Only two samples; 95SLC20R and 95SCB08R, are shown in Fig.5­5­5, and the rest of samples are plotted in the same range as these two.

 

Group B:

 

Patterns show the gentle slope between La and Sm, and descend to the left (depleted in light­REE)

 

5 samples: 95SFPG02R, 95SFPG03R, 95SCB03R1,R2, 95SCB06R

 

Three samples (95SFPG03R, 95SCB03R2 and 95SCB06R) are plotted in Fig. 5­5­5. All five samples show a similar pattern but they have the different concentration of each element. The samples of this group have no common geological features and the reason for this variation of the concentration is unknown. 95SFPG03R, which occupies the lowest side of the Fig.5­5­5, was collected on the knoll closest to the island arc (the Tonga islands).

 

Group C:

 

Pattern shows the gentle slope between La and Sm and almost flat line 

 

1 sample: 95SEPG01R

 

This sample was collected on the knoll west of the spreading center and has the different geological environment from those of other samples.

 

Except for one sample of Group C, the variations of chondrite normalized pattern are not related to the geological and petrological features. The glass part of the child margin (R2 and CN at the end of sample number) and the inner part of the same body (R1 and R at the end of the sample number) shows no differences in chondrite normalized pattern.

 

As mentioned above, the chemical composition suggests that the basalt produced by the volcanic activities of the spreading center in the Lau basin belong to tholeiitic series and they have chemical characters both of the island arc tholeiite and mid­oceanic ridge basalt.

 

5­6 Chemical Analysis of Sea Floor Sediments

 

The chemical analyses of seventeen elements, relating to the hydrothermal activities and mineralization, were conducted for the muddy sediments collected by LC, FPG and CB. A total of 141 samples, consisting of 130 samples collected by LC at 19 sites, 2 samples collected by FPG at 2 sites and 9 samples collected by CB at nine sites, were chosen for the chemical analyses. The results are shown in Table 5­6­1.

 

(1) Analytical Method 

The analytical methods, together with analyzed elements, are shown below. The numbers in the parenthesis following the each element denote the detection limit. After drying until reaching to the constant weight, sample preparation was conducted.

 

­          ICP: Au (2ppb), Au (0.02ppm), As (0.2ppm), Sb (0.2ppm), Cs (0.1ppm), Ca, Ba, Cu, Pb, Zn, Mn, Fe, Co, Ni, Cr, Cd (from Ca to Cd: 0.1ppm)

 

­          XRF: S (50ppm)

 

(2) Statistical Analysis 

The statistical analysis of the analytical results consists of the calculation of basic statistics and the multivariate analysis. The values less than detection limit are replaced with the half value of the detection limit. Cd is excluded for this analysis, since almost samples show the value below than the detection limit. Because geochemical data generally shows a normal distribution in logarithm, the analytical values are converted to logarithm for the following analysis.

 

1) Basic Statistics

 

The basic statistics are given in Table 5­6­2. The reason for high Ca is that the sea floor sediments include calcium carbonate of organic origin such as microfossils. Similarly, the sea floor sediments are rich in Mn and Fe because they include considerable amount of Mn­Fe oxides.

 

The average values of the basalt (Table 5­5­3) are also given in Table 5­6­2. A comparison of these 

average values shows that eight elements of Au, Ag, As, Sb, Cs, Ba, Pb and Mn are higher in the sea floor sediments than in the basalt. Among these, As and Ba show large differences. While, S and Cr are less in the sea floor sediments than in basalt. The averages of the base metal elements (such as Cu, Pb, Zn and Fe), which are related to the minerals occurring in the submarine hydrothermal deposits, are not clearly high to indicate the hydrothermal activities.

 

2) Multivariate Analysis.

 

The factor analysis, one of the multivariate analysis, was conducted for 16 elements (Cd is excluded.) of 141 samples. The communality is estimated from the multiple correlation coefficients. After the varimax rotation, factor loadings and factor scores are calculated. The correlation coefficients and factor loadings are, respectively, shown in Tables 5­6­3 and 5­6­4.

 

As given in Table 5­6­4, following elements of two groups show mutually high positive correlation coefficients in each group.

 

­ As, Sb, Cu, Pb, Zn, Mn, Ni

 

­ Fe, Co

 

Except for these relations, neither positive nor negative high correlation coefficients exist. The results of factor analysis, also, show the large contribution of these two groups of elements.

 

In the factor analysis, the number of factors is decided as 5 from the eigenvalue and cumulative contribution. The results of the factor analysis is given below on each factor.

 

Factor 1 (F1)

 

The factor loading of the each element suggests that As, Sb, Ba, Cu, Pb, Zn, Mn and Ni contribute to F1. This factor seems to be related to hydrothermal activities, but hydrothermal activities are not observed in this survey. Since manganese oxides are attached on the surface of older rock, F1 can be related to the precipitation of manganese on the sea floor. The elements given above are enriched together with manganese oxides in the sea floor sediments.

 

The samples with high F1 factor score have higher concentration of the above elements.

 

Factor 2 (F2)

 

Fe and Co are related to F2. This factor is related to the enrichment of Fe and Co, but the cause of this enrichment is unknown. The form of Fe and Co in the sea water (for example, a complex ion is formed or not, the kind of complex ion) and the precipitating way of these (direct precipitation from the sea water, or precipitation from the pore water in the sediments) is different from that of other elements, so that Fe and Co separately contribute to F2.

 

The samples with high F2 factor score correspond to the samples of high Fe.

 

Factor 3 (F3)

 

Ag and S are related to F3. This seems to be related to hydrothermal activities, but no clear evidence is found. The samples with high F3 factor score correspond to the samples of high Ag and S.

 

Factor 4 (F4)

 

Ca and Cr are related to F4. Calcareous microfossils and the concentration of mafic minerals of volcanic rocks are considered to be the factors controlling F4. The samples with high F4 factor score correspond to the samples with high Ca and Cr.

 

Factor 5 (F5)

 

Cs, Cu and Pb show a slightly higher factor loading, but since there are no elements clearly showing high factor loadings of F5, the interpretation of F5 is difficult.

 

(3) Consideration of the Analytical Results 

From the consideration of the relations among characters of muddy sediments, sampling depth and analytical results, the following characteristic tendencies are obtained. In order to study the change of 

analytical value against the sampling depth in each LC, bar graphs of analytical value for Mn, Cu and Ag, which represent each factor (F1 to F3), are made (Fig. 5­6­1). In this figure, the letters after the LC No. (M1 to M29) mean the difference of sampling depth. The actual sampling depths are shown in APPENDIX Table 4.

 

1) Relation between the nature and the analytical value of LC samples.

 

The black to dark gray volcanic ash and volcanic sand have clearly lower Mn and slightly lower Cu, Pb and Zn compared with the normal muddy sediments.

 

Olive mud is lower in Mn compared with brown mud.

 

2) Relation between the sampling depth and the analytical value of LC samples (See Fig. 5­6­1)

 

There is no clear relation between the sampling depth and the analytical value.

 

Depending on the LC site, some elements decrease the values as the sampling depth increases. The example is Mn of 95SLC17, samples of which are brown mud.

 

3) Relation between the location and the analytical value of LC samples

 

There is no clear relation between the location of LC (relative location on south­north direction, distance from the spreading center and topography) and the analytical values.

 

4) Conclusions

 

The analytical values of As, Sb, Ba, Cu, Pb, Zn, Mn and Ni (contributing to F1 in factor analysis) are low in the volcanic sediments (volcanic ash and sand), and high in the ordinary sea floor sediments (muddy sediments).

 

The vertical variations of chemical composition seem to be controlled by the environments of sedimentation rather than by the depth of sediments.

 

On the basis of the vertical variations of chemical composition, there is no evidence of intensive regional hydrothermal activities at the certain time, because the geochemical anomalies occur very locally.

 

5­7 Microfossil in the Sea Floor Sediments

 

Among the sea floor sediments collected by LC and FPG, four samples were selected for the identification of foraminifera and radiolaria. The results are given in Table 5­7­1. The photographs of representative microfossils are shown in Fig.5­7­1.

 

(1) Foraminifera 

Abundant pieces of foraminifera are found in each of the four samples. The foraminiferas found in the four samples are predominantly planktonic foraminifera and benthonic foraminiferas are rarely found. The fossil zone is based on the classification of Blow (1969) and the geological period is based on Berggren et al. (1985) which is applicable for the lower latitude zone. The results are given below.

 

1) 95SLC15 (Depth: 10 to 15cm) (See Fig. 4­1­2)

 

The planktonic foraminiferas are preserved well. The occurrence of Globigerinella calida suggests that the sample is classified to N23 zone (0 to 0.3Ma). Because the sample contains abundant Globigerinoides sacculifer, it belongs to tropical or subtropical area.

 

2) 95SLC17 (Depth: 40 to 50cm) (See Fig. 4­1­2)

 

The planktonic foraminiferas are preserved well. The occurrence of Globorotalia truncatulinoides and the absence of Globigerinella calida suggest that the sample belongs to early to middle Pleistocene. Because the sample contains abundant Globigerinoides sacculifer, it belongs to tropical or subtropical area.

 

3) 95SFPG01 (See Fig. 4­1­2)

 

The planktonic foraminiferas are preserved well. The occurrences of Globorotalia truncatulinoides, Globigerinella calida and dextral Pulleniatina (genus) suggest that the sample is classified to N23 zone (0 to 0.3Ma). Because Globigerinoides ruber is more abundant than Globigerinoides sacculifer, and Globorotalia inflata, which is common in the middle latitude area, occurs, the sample belongs to subtropical area.

 

4) 95SFPG02 (See Fig. 4­1­2)

 

The planktonic foraminiferas are preserved very well. The occurrence of Globigerinella calida suggests that the sample is classified to N23 zone (0 to 0.3Ma). Because the sample contains abundant Globigerinoides sacculifer, it belongs to tropical or subtropical area.

 

(2) Radiolaria 

In all four samples, radiolarians are very rare and poor in species number. No diagnostic radiolarians provide precise information on the geological age. Rare occurrence of radiolarians suggests that organic particles such as radiolarians were diluted by a very high sedimentation rate.

 

1) 95SFPG01F (See Fig. 4­1­2)

 

Radiolarians are moderately preserved. Little corrosion of the surface of shells is observed. The species of radiolarians are mainly Acrosphaera spinosa (Haeckel), Axoprunum stauraxonium Haeckel and Spongaster tetras tetras Ehrenberg, which live in today's tropical and subtropical regions.

 

2) 95SFPG02F (See Fig. 4­1­2)

 

Radiolarians are moderately preserved. Little corrosion of the surface of shells is observed. The species of radiolarians are mainly Acrosphaera Spinosa, Axoprunum stauraxonium, Didymocyrtis tetrathalamus (Haeckel) and Theocorythium trachelium (Ehrenberg), which live in today's tropical and subtropical regions.

 

3) 95SLC15F (See Fig. 4­1­2)

 

Radiolarians are moderately preserved. Little corrosion of the surface of shells is observed. The species of radiolarians are mainly Acrosphaera spinosa, Axoprunum stauraxonium and Theocorythium 

trachelium, which live in today's tropical and subtropical regions.

 

4) 95SLC17F' (See Fig. 4­1­2)

 

Radiolarians are moderately preserved. Little corrosion of the surface of shells is observed. The species of radiolarians are mainly Axoprunum stauraxonium and Ellipsoxiphus atractus Haeckel, which live in today's tropical and subtropical regions. These possess stout spherical or ellipsoidal shells. Other species having relatively fragile shells such as Acrosphaera spinosa, which is dominant in other samples, are not observed. This fact suggests the sorting by a bottom current or the destruction of shells by the friction with volcanic ash particles.

 

(3) Conclusions 

In all four samples, foraminiferas and radiolarians are composed of the species occurring in the tropical to subtropical regions. The sample of 95SFPG01, which locates in the southmost survey area, namely in higher latitude area, actually includes the foraminifera which is common in the middle latitude area.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER 6 DISCUSSION 

In Lau Basin which is the current spreading back­arc basin, Marian Trough, North Fiji Basin, Okinawa Trough and so on, active hydrothermal activities or hydrothermal deposits are discovered. All these hydrothermal activities occur in the spreading center of the basin.

 

In the Lau back­arc basin, high temperature active chimneys and sulfide ore deposits are confirmed on the southernmost part of the Valu Fa Ridge which is an active spreading center. The survey area includes a part of this hydrothermal activity area in the southern part of the area, and almost part of the Valu Fa Ridge with the northern extension of the ridge as its center.

 

Thus, the survey area is expected to have an enough potential for hydrothermal activity. As a result of survey, however, neither hydrothermal activity, hydrothermal ore deposits nor their indications are found. Although several precipitations of manganese oxides and iron oxides are confirmed, these precipitations are not the evidence suggesting the typical hydrothermal activities. It is the known ore deposits district that shows the most sites of the ore indications.

 

Judging from the geological structure of the spreading center, the survey area is roughly divided into two areas in north and south. In the south the spreading center generally forms ridges, while grabens in the north.

 

In the ridges of the southern part of the area, brecciated lava, aa lava and pillow breccia of basalt are predominant so that much sea water penetrates into gaps (between pebbles) of lava. Under such circumstances, the hydrothermal fluids coming up from the underground mix with cold sea water and cool down, which makes hydrothermal activity hard to come up to the sea floor. From the topographic factor, in steep ridges sea water easily penetrates into the deeper part from the surface.

 

In the grabens of the northern part of the area, open cracks formed by tension stress field due to the spreading are very abundant. It is conceivable that much sea water seeps into the basement rock through these cracks.

 

In the survey area, therefore, the shallow parts of outcropping basement rocks tom generally a discharged zone. The condition that hydrothermal deposits occur in such circumstances is the existence of strong hydrothermal activity as well as a cap rock sealing it in any forms. In the case of the known ore deposits in the southern end of the Valu Fa Ridge, iron­manganese crusts formed by the hydrothermal activity play a roll of cap rock, and chimneys and ore deposits occur along the normal fault made by a tectonic movement.

 

In this survey, we investigated first around this known hydrothermal ore deposits, and then, considering these results and existing data such as literature, we carried out the survey preferentially in the places which have characteristics of geographical and geological structures and which are expected to have a high potential of ore deposits. Because the sea floor sediments in the northern spreading center of the 

survey area are more thickly deposited than those in the southern spreading center, and so on, the volcanic activity of the northern area is judged to be old and inactive. In the southmost part of the Valu Fa Ridge (outside the survey area) where the spreading center is propagating towards south, the volcanic activity is continuously occurring. From these facts, it is concluded that the potential of ore deposits is low in the northern part of the survey area and high in the spreading ridge of the southern part.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER 7 CONCLUSION 

The survey has been undertaken for five­year period starting from fiscal 1995. The survey of the first year, consisting of bathymetric survey and exploration of submarine hydrothermal ore deposit, was carried out within the exclusive economic zone of the Kingdom of Tonga. The actual survey period is 69 days.

 

The survey area locates in the middle to eastern part of the Lau Basin in the west of Tonga Islands. In the Lau Basin, there are two spreading centers running NNE­SSW direction in the central part of the northern area and the eastern part of the southern area. The southern spreading center (Valu Fa Ridge) runs through in the center of the survey area.

 

The survey consists of bathymetric survey by MBES to make a bathymetric map, SSS survey, sea floor observation by FDC, and sampling by LC, FPG and CB for ore deposits survey. Moreover, as a supplementary survey for geological survey, magnetic survey was carried out simultaneously with the bathymetric survey. Water temperature measurements using CTD mounted on FDC were also made.

 

(Bathymetric Survey)

 

The basic track line interval of bathymetric survey is 2 nautical miles with a supplementary line interval of 1 nautical mile in a shallow area. A total line length is 6,060.6 nautical miles.

 

According to the bathymetric map, detail topography of the whole survey area and the spreading center running NNE­SSW direction in the middle of the survey area are clarified, confirming some characteristic topography which suggests the tectonic movement. The spreading center running through the area consists of several grabens and ridges, and the overlapping spreading center was detected in the center of the area.

 

(MBES Acoustic Reflection Image)

 

The acoustic reflection image was made in receiving sound echo from each beam by MBES. This image is useful to clarify the status of sediments to some extent by the strength of acoustic reflection such as high sound echo from the outcrops and low sound echo from thick sediments. Thus, acoustic reflection image is used for distribution of sediments, and is effective data for selecting FDC observation sites and sampling points.

 

In the survey area, high sonic pressure zone which corresponds to NNE­SSW trending spreading center was clearly detected by MBES acoustic reflection image.

 

(SSS Survey)

 

The object of the SSS survey is to study precise topography and distribution of sediments, and to select the site for sea floor observation of FDC. Three survey lines were established around the spreading center in the central part of the area. Total he length is 49.7 nautical miles. The SSS records show linear structures which suggest cracks of rocks, topographic high in the form of a mound, and images which suggest widely distributed outcrops. Furthermore, the detailed distributions of sea floor sediments were clarified, which provide the important information for selecting sea floor observation sites. The records, which might be a plume and a direct sign of hydrothermal activity, were shown in several places.

 

(nSBP Survey)

 

The objects of nSBP survey are to know the distribution of sea floor sediments and under­Sea floor structure. As a result of the survey, submarine structures such as distributions of sediments, etc. were considerably clarified, corresponding well with sounding image map. An application limit, however, is found in the area of steep slope, so that this method could be applied as a supplementary tool for hydrothermal exploration.

 

(Magnetic Survey)

 

As shown in the total magnetic force map, the total magnetic intensity in the survey area is within the range of 42,300­44,800nT, gradually increasing towards the south as a general tendency. This local gradient is concordant with the theoretical global magnetic field.

 

As seen in the IGRF residual magnetic anomaly map, amplitude of anomaly is rather small within the range of ­300­+300nT, and the NNE­SSW trending magnetic anomalous belt is predominant in all over the area, which correspond well with topographic trend of the survey area.

 

As the results of magnetic analysis, several high magnetization belts are detected in "the positive magnetization dominant area". Most of these belts correspond to the ridges. Especially, high magnetization zone in the central part of "the positive magnetization dominant area" is continuous corresponding to the ridges, which are considered to be the spreading center. Furthermore, judging from the characteristics of distribution of positive magnetization dominant area in the northern and southern parts, it is estimated that spreading rate increases towards the north or beginning age of spreading may be earlier in the northern part than that in the southern part.

 

(Geological Structure)

 

The most important and predominant geological structure is the spreading center of the Lau Basin which runs NNE­SSW direction in the survey area. This spreading center consists of several ridges and grabens in echelon array, and in the center of the area overlapping spreading centers are observed at two places. The spreading center in the northern half of the area is formed mainly by grabens, while the southern spreading center by ridges.

 

The NNE­SSW trending lineaments in parallel with the spreading center is predominant, and near the overlapping spreading center or the bended zone, the parallel lineaments with these spreading center are observed. Most of the lineaments mean the cliff of normal fault formed by the spreading movement.

 

(Ore Deposits Investigation)

 

As a part of ore deposits investigation, FDC survey, SSS survey, and sampling by LC, FPG and CB were conducted. The Surveys Were mostly focused to the spreading center where the latest volcanic rocks existed.

 

Firstly, the sea floor observation was made by FDC survey to study the characteristics of volcanic products, muddy sediments and geological structures and to find out ore deposits. The SSS survey was made in a restricted area as a supplement. Then, samplings were carried out based on these survey results.

 

(FDC Survey)

 

In the middle to southern part of the area, 10 track lines were set to run along or across the spreading center, and in the southern part of the area, two track lines were set over the knolls in the east of the spreading center and one on the seamount in the west of it, with 13 track lines in total.

 

As a result, only local precipitations of manganese oxides and iron oxides are confirmed as weak ore indications in several places. No hydrothermal ore deposits, hydrothermal activity, even nor their significant signs were found out.

 

(Temperature Anomaly)

 

On­line temperature measurements were carried out by CTD which is mounted on FDC over all the FDC survey lines.

 

Several temperature anomalies were detected on 6 track lines. Some of them show the values which could suggest the sign of hydrothermal activity, on the contrary, no eminent anomaly is detected in the FDC observations.

 

(Sampling)

 

In the northern part of the survey area, LC sampling was made at 17 stations in the graben of the spreading center and its eastern side. In the central southern part of the area, LC sampling was also made at 14 stations along the baseline crossing the spreading ridge. Collection rate of sediments was very poor on the spreading center because of no sediments or thin sediments, but much better in other area. No ore indication such as argillization is observed in the sediments, but a few pyrites were confirmed in basalt fragments which were collected in two places.

 

FPG samplings were made at three places; the spreading center, the seamount and know chain in the southernmost part of the area. At each site, basalt consisting mainly of pillow lava were collected.

 

CB samplings were conducted at 11 places around the spreading center in the central to northern part of the area. The target of sampling was set to the fault cliffs corresponding to the boundary between grabens and horsts. As a result, basalt consisting mainly of pillow lava were collected at 8 stations.

 

Many basalt lava were collected by FPG and CB, but no ore indications such as mineralization and alteration were observed.

 

(Discussions)

 

As procedure of the actual survey, we firstly made a bathymetric map simultaneously with magnetic map, and on the basis of these and the potential place of known ore deposit, promising areas were selected. After this, the sea floor observation by FDC and the investigation of precise topography and sea floor situation by SSS in some area were made, and the sampling locations were determined. The results of the MBES acoustic reflection image can be used for the estimation how sediments cover the sea floor, so these are useful in selecting outcropped zone.

 

The survey area includes almost all the Valu Fa Ridge except for its southmost part which is a current spreading center. The existence of active hydrothermal activities and ore deposits in the southmost part of Valu Fa Ridge was reported. The survey area includes the north end of these ore deposits and corresponds to the northern extension area of the deposits, so that we expected ore deposits to exist in the survey area. In this survey, however, hydrothermal activity, hydrothermal ore deposits and their significant indications were not observed at all.

 

The biggest reason no hydrothermal ore deposits were observed is presumed that the cap rock sealing the hydrothermal activity has not been formed because the hydrothermal activity has been weak and not been continuous. This presumption is based on the fact that we could find out no hydrothermal activities and hydrothermal ore deposits by the sea floor observations and samplings although young volcanic activities exist, and that the ore indications such as temperature anomalies are local and very weak.

 

Considering the occurrence condition of the known ore deposits, in this survey we carried out the investigation preferentially in the places which have characteristics of geographical and geological structures. Judging from the results of this investigation and the past investigations around this survey area, we concluded that the potential of ore deposits is low in the northern part of the survey area and high in the spreading ridge of the southern part.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

References 

Be, A.W.H., An Ecological Zoogeographic and Taxonomic Review of Recent Planktonic Foraminifera. in Ramsay, A.T.S.(ed.), Oceanoc Micropaleontology. London, Academic Press, v.1, p.1­100, 1977.

 

Berggren, W.A., Kent, D.V., Flynn, J.J., and van Couvering, J.A., Cenozoic Geochronology, Geo1. Soc. Am. Bull., v.96, p.1407­1418, 1985.

 

Blow, W.H., Late Middle Eocene to Recent Planktonic Foraminiferal Biostratigraphy. in Bronniman, P. and Renz, H.H.(ed.), Proc. 1st Int. Conf.Planktonic Microfossils, Genova, 1967, Leiden (EJ. Brill), v.1, p.199­422, 1969.

 

Carbotte, S. and Macdonald, K., East Pacific Rise 8°­10°30min.N, Evolution of ridge segments and discontinuities from SeaMARCII and three­dimensional magnetic studies, Journal of geophysical research, Vol.97,No.B5, p.6959­6982, 1992.

 

Cordell, L. and Henderson, R.G., Iterative Three­dimensional solution of gravity anomaly data using a digital computer, Geophysics, Vol.33, 1968.

 

Evensen, N.M., Hamilton, P.J. and O'Nions, R.K., Rare­earth Abundances in Chondritic meteorites, Geochim. Cosmochim. Acta, v.42, p.1199­1212, 1978.

 

Fouquet, Y., von Stackelberg, U., Charlou, J.L., Erzinger, J., Herzig, P.M., Muhe, R., and Wiedicke, M., Metallogenesis in Back­Arc Environments: The Lau Basin Example, Economic Geology, v.88, p.2154­2181, 1993.

 

Ghaproniere, G.C.H., and Nishi, H., Miocene to Pleistocene Planktonic Foraminifer Biostratigraphy of the Lau Basin and Tongan Platform, Leg.135, Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientific Results, v.135, p.207­229, 1994.

 

Ghaproniere, G.C.H., Styzen, M.J., Sager, W.W., Nishi, H., Quinterno, P.J., and Abrahamsen, N., Late Neogene Biostatigraphic and magnetostratigraphic Synthesis, Leg.135, Proceedings of the ocean Drilling Program, Scientific Results, v.135, p.857­877, 1994.

 

Hawkins, J.W. and Melchior, J.T., Petrology of Mariana Trough and Lau Basin Basalts, Journal of Geophysical Research, v.90, p.11431­11468, 1985.

 

Herzig, P.M., Hannington, M.D., Fouquet Y., von Stackelberg, U., and Petersen, S., Gold­Rich Polymetallic Sulfides from the Lau Back Arc and Implications for the Geochemistry of Gold in Sea­Floor Hydrothermal Systems of the Southwest Pacific, Economic Geology, v.88, p.2182­2209, 1993.

 

Martinez, F., Fryer, P., Baker, N.A. and Yamazaki, T., Evolution of backarc rifting: Mariana Trough, 20­24N, Journal of geophysical research, Vol.100,No.B3, p.3807­3827, 1995.

 

Meshede, A Method of Discriminating between Different Types of Mid­ocean Ridge Basalts and Continental Tholleites with the Nb­Zr­Y Diagram, Chem. Geo1., v.56, p.207­218, 1986.

 

Middlemost, The Basalt Clan, Earth Sci. Rev., v.11, p.337­364, 1975.

Mullen, E.D., MnO/TiO2 /P2O5; A Minor Element Discriminant for Basaltic Rocks of Oceanic 

Environments and its Implication for Petrogenesis, Earth Planet. Sci. Lett., v.62, p.53­62, 1983.

 

Spector, A. and Grant, F.S., Statistical models for interpreting aero­magnetic data. Geophysics, Vol. 35, 1970.

 

Steiger, R. and Jaeger, E., Subcommision on geochronology, Convention on the use of decay constants in geo­and cosmo­chronology, Earth Planet. Sci. Let, v.36, p.359­362, 1977.

 

Wiedicke, M. and Collier, J., Morphology of the Valu Fa Spreading Ridge in the Southern Lau Basin, Journal of Geophysical Research, v.98, p.11769­11782, 1993.

 

Wiedicke, M. and Habler, W., Morphotectonic Characteristics of a Propagating Spreading System in the Northern Lau Basin, Journal of Geophysical Research, v.98, p.11783­11797, 1993.

 

Wilson, M., Igneous Petrogenesis ­­ A Global Tectonic Approach, Unwim Hyman, London, 466p, 1989.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

APPENDIX 

Appendix Table 1                Result of FDC survey   

Appendix Table 2                Result of sampling survey (1)   , (2)

Appendix Table 3                Ore indications   

Appendix Table 4                Sample list of analysis and observation (1)   , (2), (3), (4)

Appendix Table 5                Sea­water sound velocity for MBES   

Appendix Table 6     Weather and sea­state data

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Monthly frequency distribution of wind direction in 1995

                                                Monthly frequency distribution of wind velocity in 1995   

                                                Monthly frequency distribution of weather in 1995   

                                                Monthly frequency distribution of atmospheric pressure in 1995   

                                                Monthly frequency distribution of swell direction in 1995   

                                                Monthly frequency distribution of swell cycle in 1995   

                                                Monthly frequency distribution of swell height in 1995   

                                                Monthly frequency distribution of degree of cloudiness in 1995   

 

Appendix Fig. 1          Bathymetric profiles   

Appendix Fig. 2          MBES Track line map   

Appendix Fig. 3          PGM Track line map   

Appendix Fig. 4          SSS Vehicle position map   

Appendix Fig. 5          Route­maps of FDC observation (1)   , (2), (3), (4), (5), (6), (7)

Appendix Fig. 6          Columnar charts of LC core (1)   , (2), (3)

Appendix Fig. 7          3­D bathymetric map based on MBES. Color change is every 100m