熱水噴流沉積礦床第七章

熱水噴流沉積礦床熱水噴流成礦作用是近代成礦理論研究的重大發(fā)展，該類礦床地史上分布廣泛、規(guī)模大，形成了大量的大型和超大型礦床，具重要的工業(yè)價值，熱水噴流成礦作用已經(jīng)成為當(dāng)前礦床學(xué)、地球化學(xué)研究的熱點課題之一。20世紀50年代以前，有些學(xué)者曾經(jīng)提出過與熱水噴流沉積成礦作用有關(guān)的看法，甚至提出過海底噴氣-沉積（exhalativesedimentary）成礦的假說，這已經(jīng)很接近目前流行的海底熱水噴流沉積成礦理論了。由于受當(dāng)時的技術(shù)條件和人們對成礦作用認識的限制，雖然引起了一定的反響，但并未得到普遍的認可。隨著20世紀60年代初，在紅海AtlantisⅡ海淵中發(fā)現(xiàn)熱鹵水和多金屬軟泥，揭開了現(xiàn)代海底熱水活動與金屬硫化物沉積成礦研究的序幕，海底熱水噴流沉積成礦作用的研究也開始得到普遍重視。Rider（1973）把海底噴氣-沉積成礦由假說上升到理論，引起了世界大多數(shù)相關(guān)學(xué)者的共鳴。1976年和1979年，相繼在東太平洋Galapagos擴張中心和EPR21°N的大洋中脊分別發(fā)現(xiàn)了低溫海底熱水噴流活動和正在形成硫化物礦床的黑煙囪——高溫洋底熱水噴流系統(tǒng)。這些發(fā)現(xiàn)使噴流成礦作用的研究達到新的高潮，并依此為基礎(chǔ)開始更加深入地研究古老的塊狀硫化物礦床的形成機制，使噴流成礦理論和塊狀硫化物成礦作用研究取得了長足的進展。1986年的第七屆國際礦床成因會議的召開是一個重要的標志，當(dāng)時M.J.Russell

正式將這類礦床稱為SEDEX(sedimentaryexhalativedeposit)型礦床。熱水噴流沉積礦床歷史沿革第七章熱水噴流沉積礦床熱水噴流沉積礦床歷史沿革我國學(xué)者對這類礦床的研究也非常重視。涂光熾等（1988）為噴流沉積礦床給出了詳細的定義：“熱水沉積礦床（即噴流沉積礦床）是指在水溫70~350℃或更高的熱水介質(zhì)（海水、湖水、熱泉水等）中形成的，主體以沉積方式形成于水-巖石界面之上水體中之層狀、似層狀礦體，但也包括此界面之下可能存在的以充填和交代形成的筒狀、錐狀或面型熱液含礦蝕變體，兩者可共生或分別出現(xiàn)”。韓發(fā)等（1989a，1989b，1990）在研究廣西大廠錫礦時首次提出了該礦床為熱水噴流成因。徐克勤等（1996）強調(diào)指出，自20世紀60年代聯(lián)合國“深海鉆探計劃”以來的深海考察，在大洋擴張脊附近海底發(fā)現(xiàn)了黑煙囪、白煙囪和熱泉噴涌，并有生物、微生物活動及硫化物堆積等現(xiàn)代海底噴流成礦作用，這些發(fā)現(xiàn)極大地推動了海底熱水噴流沉積成礦理論的發(fā)展。陳毓川（1997）指出在原來的3個礦床系列組合之外（沉積、變質(zhì)和巖漿成礦系列組合），還存在第四個成礦系列組合，即地殼含礦熱水成礦系列組合。第七章熱水噴流沉積礦床噴流沉積礦床定義海底考察和研究表明，現(xiàn)代洋底高溫噴流成礦作用具有兩套成礦系統(tǒng)，即噴口以下的熱水補給系統(tǒng)和噴口以上的噴流沉積系統(tǒng)。補給系統(tǒng)在海底以下的通道中形成網(wǎng)脈狀礦化和強烈蝕變，礦化明顯晚于周圍的圍巖，屬后生成礦作用；而噴流沉積系統(tǒng)則在海底以上形成層狀、似層狀或透鏡狀礦體，與其圍巖近于同時形成，屬于典型的同生成礦作用。顯示出熱水噴流礦床與其他類型礦床的重要區(qū)別。熱水噴流沉積成礦作用泛指不同成因的（含礦）熱水在噴溢出海底的過程中，在噴流口以下的熱液通道中通過充填、交代作用，在噴流口以上的海底則通過與冷海水之間的相互作用，使熱水中所攜帶的物質(zhì)組分分別在熱液通道和海底沉淀下來而富集成礦的過程。這種作用使熱水中的礦質(zhì)富集并形成的礦床，稱之為“噴流沉積礦床（Exhalativesedimentarydeposit）”。以往，對這類礦床的稱謂還不統(tǒng)一，不同的學(xué)者曾冠以“噴氣礦床”、“噴流礦床”、“噴流沉積礦床”、“噴流熱水沉積礦床”、“熱水沉積礦床”和“塊狀硫化物礦床”等名稱，為統(tǒng)一起見，本書將這類礦床統(tǒng)一定名為“熱水噴流沉積礦床”，簡稱“熱水噴流礦床”。第七章熱水噴流沉積礦床礦床特征（1）礦床伴有典型的噴流巖（exhalite，熱水沉積巖），以此區(qū)別于其他類型礦床。這些巖石主要是硅質(zhì)巖、條帶狀含電氣石巖或電氣石巖、條帶狀含長石巖或富長石巖、透輝巖與透閃巖（或雙透巖）、重晶石或石膏層等。（2）礦床具有層控及時控特征。在某一地區(qū)內(nèi)礦體往往賦存于一定層位，如長江中下游斷裂拗陷帶中鐵、銅礦床多產(chǎn)于中石炭統(tǒng)黃龍灰?guī)r下部。（3）這類礦床的礦體往往呈層狀、似層狀或透鏡狀產(chǎn)于地層中，且礦體一般隨地層褶皺而褶皺。部分礦床具典型的“雙層”構(gòu)造，上部為層狀礦體，下部為細脈狀、筒狀含礦蝕變體。第七章熱水噴流沉積礦床礦床特征（4）礦體和礦石具有微層理甚至微細沉積韻律，常具有順層條帶狀、順層揉皺等構(gòu)造以及顯微球粒狀、同心環(huán)帶、生物和鮞狀等結(jié)構(gòu)，反映了同生沉積的特征。此外，礦石中常廣泛發(fā)育膠黃鐵礦。（5）具有與現(xiàn)代海底熱水噴流成礦作用相似的兩套成礦系統(tǒng)。Hutchison（1988）認為熱水通道周圍有明顯的蝕變，層狀礦的下盤也具有蝕變，而上盤一般不具有蝕變現(xiàn)象，并稱之為不對稱蝕變作用（底蝕構(gòu)造）。Large（1992）的研究指出上盤也有微弱的蝕變現(xiàn)象。芮宗瑤（1989）指出，在火山巖容礦的熱水噴流沉積礦床（VMS）中，噴流通道常見明顯的綠泥石化、硅化，有時還能見到鈉長石化以及鐵鎂碳酸鹽化。在噴口以上的層狀礦體的下盤可見到明顯的黃鐵絹英巖化；在沉積巖容礦的噴流熱水沉積礦床（Sedex）中，噴流通道中常見的蝕變是硅化，有時也還有電氣石化、鈉長石化，在沉積的層狀礦的下盤僅見到白云石化、電英巖化和綠泥石化。第七章熱水噴流沉積礦床噴流沉積礦床——“同-后生共生型”經(jīng)典的成礦學(xué)說對不同的成礦作用只強調(diào)它們的區(qū)別與對立，認為多數(shù)礦床不是外生就一定是內(nèi)生，不是同生就一定是后生。熱水噴流沉積成礦理論打破了礦床成因上的“非此即彼”的思想僵局，認為該類礦床的形成中既包括“火”的力量，又包括“水”的力量，既有同生成礦作用，又有后生成礦作用。一般而言，往往以同生作用形成的礦體占主體，以后生成礦作用形成的礦體為輔。這種同生成礦作用和后生成礦作用同時發(fā)生于一個礦床中的現(xiàn)象，屬于噴流沉積礦床的特有屬性，與典型的熱液礦床特點（后生礦床）以及典型的沉積礦床（同生礦床）都完全不同，也明顯不同于后生礦床疊生于同生礦床之上的疊生成礦作用，而是在同一成礦過程中，后生和同生成礦作用同時存在，且空間上二者密切相關(guān)。第七章熱水噴流沉積礦床噴流沉積礦床——“同-后生共生型”為了突出這類礦床的獨有特征，并與其他類型礦床相區(qū)別，本教材建議用“同-后生共生型”（epi-syngenic）礦床來概括熱水噴流成礦作用的本質(zhì)特征（此概念在第二章“礦床學(xué)的某些基本概念”中已經(jīng)提到并作了簡單解釋），這也是本教材明確把熱水噴流礦床劃分為獨立的類型并作為獨立一章進行討論的重要理論依據(jù)。需要強調(diào)指出的是，熱水噴流成礦作用的研究應(yīng)包括現(xiàn)代海底熱水噴流作用和古老熱水噴流礦床兩大部分，可以說前者是后者的重要基礎(chǔ)，后者是前者的應(yīng)用和深化，這兩個方面的共同研究正促進著熱水噴流沉積成礦理論的發(fā)展。第七章熱水噴流沉積礦床第一節(jié)現(xiàn)代熱水噴流成礦作用

目前世界范圍內(nèi)，已發(fā)現(xiàn)許多正在形成金屬硫化物的熱水體系（圖7-1）。這類現(xiàn)代熱水體系包括2種：①紅海和美國Salton海的熱鹵水；②洋底熱水噴流體系。（一）紅海熱鹵水成礦1964年在紅海發(fā)現(xiàn)高熱鹵水與AtlantisⅡ海淵多金屬軟泥，揭開了現(xiàn)代海底熱水活動與金屬硫化物沉積成礦研究的序幕。紅海熱水系統(tǒng)是一個與裂谷作用有關(guān)的、受巖漿熱驅(qū)動的熱水對流體系，高密度熱鹵水覆蓋在尚未固結(jié)的含金屬軟泥上，是現(xiàn)今已知的通過同生作用使硫化物堆積，且局部達到工業(yè)品位的最著名的實例。紅海中目前至少已發(fā)現(xiàn)13個熱鹵水池，最大、熱流體活動最強的當(dāng)屬最早發(fā)現(xiàn)的AtlantisⅡ海淵，這里有5km3鹽度大約為26%的熱鹵水，其中溶解了大量的各類金屬組分。AtlantisⅡ海淵中的含金屬沉積物平均20m厚，在大約50km2的范圍內(nèi)，形成了微細（大多數(shù)顆粒小于2μm）、薄層的氧化物、硅酸鹽、硫化物、硫酸鹽和碳酸鹽組成的多金屬軟泥，其中的孔隙流體含量可達95%。據(jù)大多數(shù)學(xué)者的研究，

AtlantisⅡ海淵中的富硫化物沉積物在許多方面與火山塊狀硫化物礦床相似，這些相似性包括與火山活動的關(guān)系、形成的構(gòu)造背景、磁黃鐵礦-黃銅礦-閃鋅礦之間的分帶性、金屬的含量、沉積組構(gòu)以及流體的大多數(shù)特點等。一、熱鹵水成礦作用（二）Salton海熱鹵水成礦同樣與裂谷作用有關(guān)的Salton海的熱水對流體系，被認為是沉積巖中古老的塊狀硫化物礦床的最好的現(xiàn)代實例。Salton海位于美國加利福尼亞南部，熱鹵水溫度最高可達360℃，具高鹽度的特點，可達25%~30%。估計熱鹵水的體積為11.6km3，水深達3km。據(jù)White（1981）的研究，其中含Zn5×106t，Pb9×105t，As1.2×105t，Cu6×104t，Cd2×104t，和Ag1×104t。沉淀在鹵水排泄口附近的富硫化物硅質(zhì)沉積物中，經(jīng)分析含有多種硫化物，且Cu和Ag的含量極高，分別可達20%和8%。Salton海中流體系統(tǒng)的氫、氧同位素顯示，這里的熱鹵水以大氣水為主。一、熱鹵水成礦作用二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用現(xiàn)代洋底噴流成礦作用的發(fā)現(xiàn)和研究明顯晚于紅海熱鹵水成礦作用的研究。1976年，在東太平洋赤道附近的Galapagos擴張中心，在以Fe蒙脫石和Mn氧化物組成的隆起上，發(fā)現(xiàn)了密度較低、溫度＜13℃的熱水噴流口。但更壯觀的是1979年在東太平洋洋隆21oN的地方，發(fā)現(xiàn)了賤金屬和貴金屬硫化物-硫酸鹽組成的“黑煙囪”。目前，已經(jīng)在不同的構(gòu)造環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了100個以上的地方，有的溫度高達405℃，它們主要分布在太平洋，在大西洋、印度洋和地中海也有少量分布（RonaandScott，1993）。較大的噴流作用已經(jīng)形成了直徑超過幾百米、高數(shù)十米的熱液構(gòu)造，它們在延伸數(shù)公里的噴流區(qū)內(nèi)分布。（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征1.噴流作用的構(gòu)造背景及類型全球范圍內(nèi)，正在形成多金屬硫化物和富Fe、Mn沉積物的最壯觀的現(xiàn)代洋底噴流作用發(fā)生在大洋擴張中心的洋中脊，還有少量的噴流系統(tǒng)發(fā)生在中等到快速擴張的弧后盆地以及海山上。熱水噴流的類型主要有兩種，一是高溫的集中噴流形式；二是低溫的滲流作用。前者以黑煙囪為代表，形成各類硫化物的沉積；后者則可能形成了廣泛分布的硫酸鹽、鐵的氧化物-硅酸鹽-錳的氧化物，以及可能的含鈷的錳氧化物結(jié)殼。低溫滲流作用雖然溫度較低，但由于發(fā)育廣泛，估計這種流體活動占洋殼總對流熱流的90%，且把大量的物質(zhì)從洋殼帶到海底。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征2.熱水流體的化學(xué)性質(zhì)——研究熱水流體的性質(zhì)對分析噴流作用、了解成礦機理具有重要意義。目前通過在典型的黑煙囪的中部取流體樣，并通過對煙囪內(nèi)的堆積體和網(wǎng)脈體中礦物的流體包裹體進行補充研究，已經(jīng)積累了一定的資料。（1）pH值和酸堿度（2）硫、硒、砷（3）碳（4）硅質(zhì)（5）堿土元素（6）堿金屬元素（7）B（8）Al（9）稀土元素（10）賤金屬和黑色金屬（11）金二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征2.熱水流體的化學(xué)性質(zhì)（1）pH值和酸堿度所有取樣獲得的噴流流體都是酸性的，如在東太平洋嶺11oN、13oN、21oN的噴流口中，溫度350℃時，pH值在4.1~4.9之間；又如Lau弧后盆地中流體的pH為2，這里的流體含有異常高的某些元素（Cl、As、K、Mn、Zn、Pb和Cd）。噴流流體的酸性特征是在高溫反應(yīng)帶，水-巖形成如綠簾石這樣礦物引起的：2Ca2++Fe3++2Al3++3SiO2（水）+7H2O===Ca2FeAlSi3O12（OH）+13H+綠簾石是被熱液流體完全蝕變的玄武巖中常見的一種礦物。另外，海底金屬硫化物的沉淀也可以產(chǎn)生酸性條件：H2S+Me2+====MeS+2H+流體的這種酸性特征一是有利于淋濾、萃取成礦物質(zhì)；二是有助于在噴流口使金屬沉淀。由于海水略偏堿性（2℃時PH=7.8），會在熱流體排泄處周圍形成大的PH值梯度，促使成礦物質(zhì)沉淀。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征2.熱水流體的化學(xué)性質(zhì)（2）硫、硒、砷硫在酸性噴流流體中以H2S形式存在。當(dāng)熱流體接近或到達海底并與周圍海水混合時，H2S被氧化，PH值升高，導(dǎo)致硫化物和單質(zhì)硫的形成。單質(zhì)硫?qū)娏骺诟浇幕瘜W(xué)自營養(yǎng)顯微生物是關(guān)鍵的。As和Se與S相似，比在海水中要富集得多。H2S的δ34S：-2.3‰~+7.8‰，說明它并非完全來自于玄武巖（δ34S=-0.1‰~+0.5‰），必須有某種重硫混入流體中，最可能的來源是硫酸鹽。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征2.熱水流體的化學(xué)性質(zhì)（3）碳——在酸性的噴流流體中C的主要形式是CO2，盡管有少量的CH4和其他碳氫氣體。在Guaymas盆地流體中CO2的含量很高，當(dāng)圍壓減小時流體會冒泡。一個顯著的例子是Jade礦床，氣泡含有86%體積的CO2，3%H2S和11%的（CH4+H2）。負的δ13C值說明噴流溶液中的C并不是全部來自海水（~0‰），應(yīng)有巖漿C（δ13C=-3.4‰~-4.1‰）的加入。（4）硅質(zhì)——噴流熱水中的主要成分，硅的含量變化不大。在沉積物非補償?shù)难笾屑?，噴流流體中SiO2的含量在17.5~22.9mmol/kg。盡管高溫反應(yīng)帶內(nèi)Si的溶解作用被石英控制，但它在海底或緊靠海底附近的沉淀作用，則由具更高溶解度的非晶質(zhì)硅或蛋白石控制。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征2.熱水流體的化學(xué)性質(zhì)（5）堿土元素——Mg一般在噴流熱液中含量為零，但個別情況下，具有較高含量。Ca和Be比海水有不同程度的富集。Ba的資料很少，這是因為一接觸到海水Ba就會沉淀下來，但Ba在流體中的含量至少應(yīng)該比海水高兩個數(shù)量級。Sr是幾種與海水相比可以富集也可以貧化的元素之一。Sr同位素界于海水和玄武巖相應(yīng)值之間，說明Sr來自于兩個來源。（6）堿金屬元素——Li、K、Rb、Cs這些堿金屬都比海水中呈明顯的富集。Na是噴流熱水中的主要陽離子。（7）B——比海水有某種程度上富集。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征2.熱水流體的化學(xué)性質(zhì)（8）Al——比海水具有明顯的富集，但確切含量尚未確定。在形成硫化物的噴流作用中，Al含量低，不能形成大量的含Al礦物。但在Fe-Si-Mn氧化物礦床中，存在大量富Al的礦物，如綠脫石及相關(guān)的粘土礦物。（9）稀土元素——在幾個噴流口分析過REE，其含量要比海富集1~3個數(shù)量級，但相對于新鮮玄武巖要貧3~4個數(shù)量級。和古老塊狀硫化物礦床的REE樣式相似，在沉淀過程中REE未發(fā)生分離。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征2.熱水流體的化學(xué)性質(zhì)（10）賤金屬和黑色金屬——金屬含量變化很大，絕大多數(shù)情況下比海水極富含這些金屬?；『蟓h(huán)境似乎尤為有利，這與古老的有利成礦環(huán)境相一致。資料表明，這些金屬是以氯的絡(luò)合物形式搬運的。（11）金——噴流流體中的金含量尚未分析過，通過熱動力學(xué)計算表明海底噴流熱液可以含高達0.5~1nmol/kg的Au。Au在溫度＜300℃時，以Au的二硫化絡(luò)合物形式（Au（HS）2-）排放到海底，并在晚階段沉淀下來。早期的高溫Cu-Fe硫化物脈中不含金（≤0.2×10-6）。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征3.熱水流體的物理性質(zhì)（1）溫度——噴流口熱流體的溫度是用溫度探測器測定的。形成硫化物的熱液噴流口的溫度在2℃到最高350℃之間變化。更高的溫度如405℃甚至420℃也被記錄過，但很少見，且不穩(wěn)定。（2）流量——總流量的測定具有較大的不確定性。PalmerandEdmond（1989）估算出洋中脊的流量是1.2±0.3×1014kg/a。這相當(dāng)于Amazon河的總流量，或是大約0.4%~2.5%的全球河流向海洋的排放量（360×1014kg/a）。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，全球海洋水的總量會在5~11×106年內(nèi)通過擴張洋脊的位置整個循環(huán)一遍，在太古代會快5倍，因為當(dāng)時洋殼的地溫梯度被認為比現(xiàn)在高得多。單一噴流口和熱田流量的估計是確定的，如測得20°N太平洋脊226~351℃單個煙囪的流速為0.7~2.4m/s，估計其流量是（1.6~4.5）×1010kg/a，整個熱流田的流量是（2.9~6.4）×109kg/a。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征3.熱水流體的物理性質(zhì)（3）鹽度鹽度是指溶解在每公斤海水中的總固體物質(zhì)的克數(shù)。正常海水的鹽度35‰，噴流流體的鹽度從比海水低40%到高70%之間變化。不同的噴流口差別很大，特殊的例子是，在紅海AtlantisⅡ海淵中的熱鹵水，其鹽度是海水的許多倍。鹽度變化大和極高鹽度的情況，在現(xiàn)代大洋和白堊紀Troodos蛇綠巖的流體包裹體中存在著。與之相似，在幾個古老塊狀硫化物礦床下部的脈和網(wǎng)脈中，流體包裹體的鹽度比現(xiàn)今海水的鹽度要高得多，如日本黑礦中鹽度為3.5%~7%，而在加拿大魁北克某些前寒武紀礦床中的鹽度高達46%。關(guān)于噴流流體的鹽度高度變化性，目前有幾種解釋。在AtlantisⅡ深淵，高鹽度是溶解了蒸發(fā)鹽的緣故，蒸發(fā)鹽與現(xiàn)代年輕洋盆邊部與富Zn沉積物互層。但是，這種作用對太平洋或大西洋現(xiàn)代噴流熱液以及對古老的火山巖中的硫化物礦床來說是不存在的，因為這些地方并不存在蒸發(fā)鹽，可能的機制包括與高鹽度的巖漿流體混合、與玄武巖水-巖反應(yīng)。流體在超臨界區(qū)的相分離或在較低壓力下的沸騰作用是引起鹽度變化很大的可能原因。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征3.熱水流體的物理性質(zhì)（4）密度——現(xiàn)代和古老噴流流體的密度比周圍海底海水的密度要小。即使超高鹽度的AtlantisⅡ海淵中的熱流體最初也是上浮的，這是其高溫性能所致，但在冷卻過程中會變得比海水密度更大。黑煙囪的噴流熱水與海水具有最大的密度差，可達0.2~0.3g/cm3，正是因為這種密度差使其噴流作用表現(xiàn)出高溫、高速率，形成從海底上升的熱液柱。相反的，形成Fe-Si-Mn氧化物礦化的流體具有小得多的密度差，在0.01g/cm3左右，此時流體僅以每秒幾厘米的速率運移。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征4.現(xiàn)代噴流礦床的基本特征（1）現(xiàn)代噴流礦床的一般特征現(xiàn)在正在海底形成的熱液礦床，在礦物學(xué)上是復(fù)雜的。簡單起見，可分為硫化物和Fe-Si-Mn氧化物兩類。這兩類礦床形成于相似的構(gòu)造環(huán)境，具有相似的生長結(jié)構(gòu)，只是形成它們的噴流熱流體在溫度和H2S含量上有明顯的區(qū)別。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征海底熱液硫化物礦床是由一系列煙囪堆積而成的。最初，噴流形成硬石膏煙囪，每天可生長幾厘米。這種硬石膏可以作為后期硫化物沉淀的基底，當(dāng)足夠厚的時候，會阻止周圍冷的海水進入煙囪，更熱的流體就會充填在噴口中心。煙囪的內(nèi)、外壁之間存在大的溫度變化（350℃→2℃）、PH變化（4.5→7.8）、氧化狀態(tài)變化（還原→氧化）、硫的價態(tài)變化（高S2-→無S2-）和成分變化（內(nèi)部比外部海水富集許多組分）。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征海底熱液硫化物礦床是由一系列煙囪堆積而成的。隨后，老的煙囪會不斷被沉淀的礦物填滿，老煙囪的噴流作用會停止。隨之溫度就會降低，由于硬石膏在冷水里比在熱水里的溶解度要大，它會溶解并使煙囪弱化，而引起坍塌。如果這種作用持續(xù)足夠長時間的話，會導(dǎo)致相鄰的堆積錐結(jié)合成一個大的礦床。在構(gòu)造活躍區(qū)形成的堆積錐可能會發(fā)生斷裂并疊加新的堆積體，形成復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征海底熱液硫化物礦床是由一系列煙囪堆積而成的。通過煙囪的不斷形成、不斷坍塌堆積，最終可形成規(guī)?？捎^的塊狀硫化物礦床，礦床的通道部分顯示后生礦床的特點，而礦床的層狀部分則表現(xiàn)為同生礦床的特點。海底煙囪的形成過程見圖7-2。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征4.現(xiàn)代噴流礦床的基本特征（2）噴流礦化體的部分礦物學(xué)特征不同地質(zhì)環(huán)境決定著某些礦物的特征。例如，金在絕大多數(shù)洋脊和海山的硫化物中，不管其品位如何都是不可見的，但在弧后盆地的原生硫化物中則形成了光學(xué)可見的顆粒。磁黃鐵礦在Guaymas盆地和Escanada

海溝中比黃鐵礦或白鐵礦要多得多，這兩種沉積環(huán)境均具有高有機碳含量，從而形成了還原環(huán)境。相反的情況出現(xiàn)在沉積物非補償?shù)难蠹购突『笈璧刂?，此時為更氧化條件。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征4.現(xiàn)代噴流礦床的基本特征（2）噴流礦化體的部分礦物學(xué)特征大多數(shù)硫化物、碳酸鹽、氧化物、硅酸鹽及單元素礦物主要是原生成因的，石膏、黃鉀鐵礬、氯銅礦肯定是風(fēng)化作用的產(chǎn)物。在現(xiàn)代噴流礦床中，會出現(xiàn)古老礦床中從不出現(xiàn)的礦物，這是因為成巖和退火作用使該類礦物發(fā)生轉(zhuǎn)化和固溶體分離。例如，有一種銅-鐵-硫化物，有時描述為“銅磁黃鐵礦”或“立方體方黃銅礦”，以前只有在實驗室相平衡研究中存在，但在海底礦床中很常見。它在高溫下穩(wěn)定，在冷卻過程中會分解成黃銅礦、斑銅礦、方黃銅礦、硫銅鐵礦、褐硫鐵銅礦、普硫鐵銅礦、斜方硫鐵銅礦。另外，SiO2在古老礦床中常以石英或燧石形式存在，而在海底礦床中主要以非晶質(zhì)硅的形式存在，某些情況下具有可識別的蛋白石-A型或蛋白石-CT型構(gòu)造。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（一）現(xiàn)代洋底噴流作用特征4.現(xiàn)代噴流礦床的基本特征（3）礦化組分目前，除對紅海AtlantisⅡ海淵進行了全面的經(jīng)濟評價外，其他海底噴流礦床的成分知之甚少。由于拖船或潛艇進行的偶然取樣缺乏代表性，連品位也很難計算。目前，對現(xiàn)有的硫化物礦和氧化物礦的樣品平均分析結(jié)果表明，Zn、Cu、Pb、Fe達到工業(yè)品位，而Ag、Au、Hg、Cd、As、Sb等有可能達到工業(yè)品位。盡管代表性很差，但可用于對比研究。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（二）現(xiàn)代洋底噴流成礦作用機理1.流體與熱源熱液流體本質(zhì)上是海水，可被加熱到350℃（或許在某些情況下會更高），通過水-巖反應(yīng)，使其發(fā)生了化學(xué)成分變化。其中所含的金屬主要是Fe、Mn，少量的Cu、Zn及微量的其他金屬。與正常的海水相比，金屬元素富集程度很高。大多數(shù)情況下，流體中還原硫的含量高，使金屬以硫化物的形式沉淀出來，但某些流體還原硫的含量低，而沉淀出氧化物。循環(huán)的海水通過在海底以下與堆積很厚的玄武巖相互反應(yīng)，會形成含礦的熱鹵水，此時其中溶解的金屬含量可達幾個mg/g。與流體活動有關(guān)的熱源是一個洋殼內(nèi)的巖漿房或新結(jié)晶的巖漿地質(zhì)體。通過地震勘探，已經(jīng)在東太平洋洋中脊以下1.2~2.4km的深度上和在Lau弧后盆地之下3km處發(fā)現(xiàn)了巖漿作用。在作為熱源的地質(zhì)體的上部會形成高溫反應(yīng)帶，向下循環(huán)的海水被加熱，并與洋殼玄武巖反應(yīng)。這種反應(yīng)帶很少能在現(xiàn)代洋底出露，但可在古老的地質(zhì)體中見到，如塞浦路斯的特若多斯蛇綠巖中，循環(huán)流體在大范圍內(nèi)從玄武巖中帶走了金屬和堿質(zhì)，留下了稱做“綠簾石巖”的耐火殘留，由綠簾石和石英組成。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（二）現(xiàn)代洋底噴流成礦作用機理1.流體與熱源一個玄武質(zhì)巖漿體，當(dāng)從700℃開始冷卻時，會使同樣體積或其1/3質(zhì)量的海水形成高溫（＞300℃）流體（Cathles，1981，1993）。因此，有人計算認為，要從含100×10-6金屬（主要是Fe）和足夠的還原S（＞100×10-6）的噴流流體中，形成一個1Mt硫化物礦床的話，在沉淀出所有的金屬的前提下，將需要大約5×109t（大約6×109m3）的300℃海水（密度為0.8g/cm3），這就要求存在一個質(zhì)量大約為15×109噸或體積大約為5×109m3（密度為2.8g/cm3）的侵入體作為驅(qū)動熱液循環(huán)體系的動力。該侵入體的范圍可以是10km2×500m，這與在古老地體中觀測到的以及在現(xiàn)今洋中脊之下地震探測到的情況相一致。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（二）現(xiàn)代洋底噴流成礦作用機理2.流體通道與蓋層要使海水在幾公里深的洋殼中發(fā)生大規(guī)模的循環(huán)，流體運移通道是必須的。一是使海水在洋殼內(nèi)向下循環(huán)；二是使被加熱、富含金屬元素的熱流體集中向海底排泄，以保證集中富集成礦。在大洋中脊、弧后盆地和海山附近，有利于熱液流體循環(huán)的高滲透率可通過熔巖的高孔隙度和強烈的斷裂作用得以實現(xiàn)。熔巖形成枕狀和舌狀熔巖，孔隙度可達20%~40%。正如在古老的塊狀硫化物礦體下部見到的情況一樣。熱液流體向上運移的通道在古老的塊狀硫化物礦床中普遍存在，以近直立的、切穿地層的綠泥石、石英-絹云母蝕變“管”為標志。現(xiàn)代海底雖然很難觀察到，但直接和間接證據(jù)仍表明相似的構(gòu)造控制了流體向上運移和排泄。在某些地段對洋殼鉆探時，見到了礦化脈體和蝕變玄武巖。在Galapagos洋中脊硫化物礦床之下，斷裂作用暴露了溫度達350℃的蝕變帶和網(wǎng)脈狀礦化。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（二）現(xiàn)代洋底噴流成礦作用機理2.流體通道與蓋層蓋層巖石作為不滲透層，起阻隔高溫反應(yīng)帶流體滲漏，并圈閉含金屬熱液使其集中排泄到海底的作用。蓋層巖可以是厚的沉積物，塊狀熔巖，或者正常的空洞被新生礦物充填的多孔熔巖?？傮w講，沉積物是最有效的蓋層，因此已知的現(xiàn)代洋底和古老的多金屬硫化物礦床都產(chǎn)在沉積物中。蓋層使流體在高溫反應(yīng)帶中保持較長的時間，以便有效地把金屬從源區(qū)汲取出來。同時，它也阻止了熱液流體的滲透散失，而有利于富集形成大型礦床。深穿透性的斷裂為流體的補充和排泄提供了通道，這種構(gòu)造把熱液流體排泄在一個局限的范圍內(nèi)，對形成大型礦床非常有利。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（二）現(xiàn)代洋底噴流成礦作用機理3.礦質(zhì)來源及沉淀機制資料表明，現(xiàn)代洋底噴流成礦作用的成礦物質(zhì)主要來自于洋殼玄武巖，由循環(huán)的海水與之反應(yīng)，并萃取其中的金屬。此外，可能有少量礦質(zhì)由巖漿活動提供。影響噴流沉淀的機制主要有2個：熱水流體的沸騰作用和排泄出的流體與周圍冷的海水的混合。海底流體混合引起的礦質(zhì)的快速沉淀有助于在噴流口附近形成近距離硫化物礦床，而在相對淺的海水中發(fā)生的沸騰作用，會形成密度大、向海底下沉的熱鹵水，從而由其沉淀出遠離噴流口的硫化物礦床。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（二）現(xiàn)代洋底噴流成礦作用機理4.生物媒介作用相對于正常深海底的缺乏生物的狀況，現(xiàn)代噴流場所可以說是動物群的天堂。Tunnicliffe（1991）發(fā)現(xiàn)噴流口存在大型動物群236個種，其中223是生物學(xué)上的新種，許多都是化學(xué)自營養(yǎng)的。此外，還存在大量的顯微動物群，包括喜高溫的細菌。細菌非常普遍，可以與大型動物群一起完全覆蓋一個礦床。動物群在礦化中的作用正被不斷認識到。礦物可圍繞管蟲的外側(cè)沉淀。另外，當(dāng)一個動物死掉后，保留下來的孔洞，可作為后期噴流的通道。生物產(chǎn)生的黏液能夠通過改變局部的氧化還原條件，以及提供高吸附接觸表面積，而形成大的金屬和其他元素的富集體。在Fe-Si-Mn氧化物礦床中，非晶質(zhì)的鐵氫氧化物和硅質(zhì)常具有獨特的分枝結(jié)構(gòu)，可能是以細菌為基礎(chǔ)沉淀形成的。二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（二）現(xiàn)代洋底噴流成礦作用機理二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用一、熱水噴流沉積礦床分類大量資料顯示，地質(zhì)歷史上熱水噴流作用形成了為數(shù)眾多、類型多樣的礦床，其中人們研究最多、最成熟的是塊狀硫化物礦床，但目前尚缺乏包含所有噴流沉積礦床的系統(tǒng)分類。鑒于塊狀硫化物礦床類型、特征以及成礦機制研究等都已經(jīng)形成比較完整的體系，因此本書建議首先從礦床的物質(zhì)組成出發(fā)，把熱水噴流沉積礦床劃分為塊狀硫化物礦床和貧硫化物型噴流礦床兩個大類，在此基礎(chǔ)上，再進一步劃分若干類型。第二節(jié)熱水噴流礦床的類型及特征熱水噴流沉積礦床分類歷史沿革Sangster（1976）根據(jù)容礦巖系及成礦環(huán)境將塊狀硫化物礦床劃分為：①火山巖為主環(huán)境的礦床；②沉積巖為主環(huán)境的礦床；③火山-沉積環(huán)境中的礦床。Klau和Large（1980）又根據(jù)火山巖組合的差別，把與火山巖的塊狀硫化物礦床分成兩種類型：①與太古代綠巖帶中的長英質(zhì)火山巖有關(guān)的礦床；②與鎂鐵質(zhì)火山巖有關(guān)的礦床。Lydon(1983)，Large（1984）將沉積巖中的塊狀硫化物礦床分為：③碎屑巖容礦塊狀硫化物礦床；④碳酸巖容礦塊狀硫化物礦床。Solomon（1976）按礦石組成或成礦元素組合將塊狀硫化物礦床分為Zn-Cu型、Pb-Zn-Cu型和Cu型等。Hutchison(1973)將其劃分為原始型（Zn-Cu型）、多金屬型（Pb-Zn-Cu型）、含銅黃鐵礦型、銅-鋅黃鐵礦型（Cu-Zn型）以及以碎屑巖為圍巖的類型（Pb-Zn型）和以碳酸鹽為圍巖的類型（Pb-Zn型）。一、熱水噴流沉積礦床分類Sillitoe（1973）按塊狀硫化物礦床形成的板塊構(gòu)造環(huán)境，把在洋殼擴張中心形成的礦床與在島弧或大陸邊緣環(huán)境形成的礦床區(qū)別開來。前者通常含有較高的Cu、Zn；后者Pb-Zn-Ag-Ba含量升高。Sawkins（1976，1984）把塊狀硫化物礦床分成4類：①塞浦路斯型，產(chǎn)在洋中脊部位的蛇綠巖帶上部低鉀玄武巖中；②黑礦型，礦床產(chǎn)在會聚板塊邊緣的長英質(zhì)鈣堿性火山巖中；③別子型，產(chǎn)在碎屑沉積巖和鎂鐵質(zhì)火山巖中，形成于弧前海溝或不明確的板塊構(gòu)造環(huán)境；④沙利文型，大陸裂谷晚階段形成的沉積塊狀硫化物礦床。一、熱水噴流沉積礦床分類熱水噴流沉積礦床分類歷史沿革Misra（2000）在前人分類的基礎(chǔ)上，按容礦巖石將塊狀硫化物礦床分為兩類：一類主要產(chǎn)在火山巖中，稱為與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床（volcanic-associatedmassivesulfidedeposits，簡稱VMS型），與前人火山成因塊狀硫化物礦床的叫法有所區(qū)別；另一類主要產(chǎn)在沉積巖中，稱為以沉積巖為容礦巖石的塊狀硫化物礦床（sediment-hostedmassivesulfidedeposits，簡稱SMS型），SMS型礦床的提出，目的是能與VMS礦床對應(yīng)起來，便于系統(tǒng)對比、討論，本書接受這種提法。一、熱水噴流沉積礦床分類熱水噴流沉積礦床分類歷史沿革Misra（2000）在前人分類的基礎(chǔ)上，按容礦巖石將塊狀硫化物礦床分為兩類：按礦石組成、圍巖巖性和大地構(gòu)造環(huán)境，VMS又被細分為塞浦路斯型（Cyprustype）、別子型（Besshitype）、黑礦型（Korokotype），和諾蘭達型（Norandatype）和瑪塔比型（Mattabitype）等5個亞類，其中最后2個亞類絕大多數(shù)特征相近，但瑪塔比型含鉛較高，而諾蘭達型不含鉛。一、熱水噴流沉積礦床分類熱水噴流沉積礦床分類歷史沿革為了應(yīng)用方便，本書參考Misra（2000）的方案，首先把塊狀硫化物礦床分為VMS型和SMS型兩類。VMS礦床的細分基本采用Misra（2000）的分類，但不把瑪塔比型單獨分類，只是在諾蘭達型中提到其特征。SMS礦床的細分，則參考Lydon（1983）和Large（1984）的分類，即碎屑巖容礦和碳酸巖容礦2個亞類，但為了顧及習(xí)慣，并和VMS礦床的亞類劃分統(tǒng)一，建議仍用典型礦床命名，分別稱為沙利文型（Sullivantype）和銀礦山型（Silverminestype）。本書分類方案一、熱水噴流沉積礦床分類一、熱水噴流沉積礦床分類（二）貧硫化物型噴流礦床類型劃分現(xiàn)代噴流成礦作用除了形成塊狀硫化物礦床外，還可形成其他類型的礦化，如低溫噴流作用正在形成硫酸鹽、鐵的氧化物-硅酸鹽-錳的氧化物，以及可能的含鈷的錳氧化物結(jié)殼等礦化。因此，地質(zhì)歷史時期，除了塊狀硫硫化物礦床，熱水噴流作用應(yīng)該會形成其他類型的礦床，各類研究已經(jīng)不斷證明了這一點。但目前相關(guān)研究程度要比塊狀硫化物礦床低得多，應(yīng)該說尚缺乏系統(tǒng)的研究，更無合理的分類方案。除塊狀硫化物礦床，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并確定為熱水噴流礦床的種類和數(shù)量很少，很難開展系統(tǒng)的分類研究，本書僅想提供某些思路和初步的想法。鑒于當(dāng)前的研究程度，從簡單實用出發(fā)，建議該類礦床的分類命名主要形成的礦種為基礎(chǔ)，名稱前加上熱水噴流的叫法，如熱水噴流鈷礦床、熱水噴流錫礦床等。一、熱水噴流沉積礦床分類在我國，貧硫化物噴流礦床研究已有所積累，如近年來發(fā)現(xiàn)的青海東昆侖駝路溝鈷礦，吉林大橫路銅鈷礦（后期又經(jīng)歷了變質(zhì)作用改造），廣西大廠錫礦等已經(jīng)被研究認為屬于熱水噴流礦床，相信隨著研究的深入，會發(fā)現(xiàn)越來越多的貧硫化物型噴流礦床。關(guān)于條帶狀含鐵建造（BIF），其成礦作用可能類似于現(xiàn)代洋底正在形成鐵的氧化物-硅酸鹽-錳的氧化物的低溫噴流作用。相對塊狀硫硫化物礦床來說，該類熱水噴流礦床中，硫化物含量要低得多，噴流巖（exhalite）或熱水噴流建造成為礦床的主體部分。在研究貧硫化物噴流礦床時，主要通過地質(zhì)、地球化學(xué)等方法來對比研究噴流巖或熱水噴流建造的各類宏觀和微觀特征，確定其成因，進而有效地幫助確定與噴流巖有關(guān)的礦床的形成機制。（二）貧硫化物型噴流礦床類型劃分一、熱水噴流沉積礦床分類概況VMS礦床具有重要的工業(yè)意義，是世界銅、鉛、鋅、銀、金的主要來源之一，同時作為副產(chǎn)品提供錫、鎘、銻、鉍等金屬。與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床與海底火山活動有關(guān)，產(chǎn)于海相火山巖系中，與地層整合的礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀，其下往往有呈脈狀、網(wǎng)脈狀的礦體，礦石中硫化物體積大于50%，礦石具有典型的塊狀構(gòu)造，塊狀硫化物礦床因而得名。二、與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床（一）VMS礦床基本特征（1）與同時代的鎂鐵質(zhì)和長英質(zhì)火山巖、火山碎屑巖關(guān)系密切，形成于火山活動的間歇期。（2）礦體有整合和不整合兩類，整合型礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，與上盤巖石界限清楚，而與下盤巖石漸變過渡，礦石具塊狀構(gòu)造。在整合礦體下，存在由浸染狀、細網(wǎng)脈狀礦石組成的不整合型礦體。（3）從下向上、從內(nèi)到外存在Cu（黃銅礦）→Zn（閃鋅礦）→Pb（方鉛礦）礦化分帶，黃鐵礦出現(xiàn)在所有的帶中。（4）富鐵（有時富錳）的硅質(zhì)巖形成于海底熱水活動的減弱階段，被認為是經(jīng)化學(xué)沉積形成的噴流巖，覆蓋在塊狀礦石的頂部或作為整合型礦體水平方向上的外延部分。二、與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床（一）VMS礦床基本特征（5）除別子型礦床外，其他類型的VMS礦床中，整合型礦體的下盤巖石中存在綠泥石和絹云母的蝕變，形成陡立的管（筒）狀蝕變帶，通常從內(nèi)向外具明顯的水平分帶（如圖7-4）。這種管（筒）狀蝕變帶往往沿垂向上有較大的延伸，如諾蘭達型VMS礦床中可達數(shù)百米。在有的VMS礦床內(nèi)，整合型礦體下盤的火山巖中還發(fā)育范圍大得多的半整合型蝕變，主要有硅化、綠簾石化和碳酸鹽化，虧損金屬組分，據(jù)稱是循環(huán)的海水與火山巖反應(yīng)的產(chǎn)物，成礦組分被淋濾出來。管（筒）狀蝕變帶疊加在半整合蝕變帶之上。二、與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床1.黑礦型VMS礦床形成于會聚板塊邊緣的島弧火山帶和弧后盆地。容礦巖石為雙峰（？）拉斑玄武巖、鈣堿性熔巖套及火成碎屑巖。上部礦體為層狀，下部礦體為網(wǎng)脈狀、細脈狀、角礫狀。礦石類型具分帶現(xiàn)象，自上而下依次為：黑礦（方鉛礦、閃鋅礦），黃礦（黃鐵礦、黃銅礦）、硅礦（強硅化巖石中的網(wǎng)脈狀、角礫狀黃鐵礦、黃銅礦）。二、與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床1.黑礦型VMS成礦元素組合：Cu-Pb-Zn，有時富Ag-Au。形成時代早元古代、奧陶紀、中生代、第三紀。典型礦床包括日本黑礦、普雷斯科特、薩德伯里盆地、芒特艾薩、新不倫瑞克、東沙斯塔等。二、與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床2.塞浦路斯型VMS塞浦路斯型VMS主要產(chǎn)于洋中脊蛇綠巖套上部低鉀枕狀玄武巖中，礦體也具兩層結(jié)