2000别风雷_现代海底多金属硫化物矿床
第27卷 第4期 成都理工学院学报 V ol.27N o.4 2000年10月JOU RNAL OF CHENGDU U NIVERSIT Y OF T ECHNOLOGY O ct.2000 [文章编号]1005-9539(2000)04-0335-08现代海底多金属硫化物矿床a别风雷1 李胜荣1 侯增谦2 孙岱生1(1.中国地质大学地质学系,北京100083; 2.中国地质科学院)[摘要]海底多金属硫化物矿床是热液活动的产物,主要分布在东太平洋海隆、西太平洋构造活动带、西南太平洋以及大西洋中脊,其产出构造背景为洋中脊、弧后扩张中心及地幔热点处。
该文系统地总结了现代海底多金属硫化物矿床产出的地质背景特点,对各地质环境中矿化的规律进行了对比,并对其形成机制等热点问题作了概述,详细介绍了矿床成因方面的新进展,着重阐述了海底多金属矿床的双扩散对流模式。
[关键词]海底多金属硫化物矿床,海底热液活动,大洋中脊,弧后扩张环境,双扩散对流[分类号]P618.2 [文献标识码]A 1978年,在东太平洋洋脊北纬21°首次发现现代热水活动喷流的黑烟囱及其堆积的硫化物矿石[1],该矿床为应用岩石圈板块构造所预测到的第一种矿床类型。
因此,在20世纪80年代,世界上出现了对海底硫化物矿床作为一种新型潜在矿物原料的广泛关注。
此后近一二十年来,一些国家如加拿大、美国、法国和日本以及德国对海底多金属硫化物做过许多研究和调查,已发现的矿点和矿床有139个左右[2],但规模比较大的不足20处[3]。
海底多金属硫化物矿床与海底热液活动有着密不可分的关系。
海底热液活动作为正发生的成矿作用,成为我们研究现代海底硫化物矿床的天然实验室,并有助于更新旧有的成矿模式;同时与陆地块状硫化物矿床进行对比,有助于指导海底与陆地找矿工作。
1 海底多金属硫化物矿床的全球分布及地质构造背景1.1 地理位置海底多金属硫化物矿床主要分布在太平洋和大西洋[3],[4],见图1。
在太平洋上,有3个重要成矿区:a.东部沿美洲大陆西侧的海域延伸形成一个漫长的矿带,具有代表性的有:(1)南探索者(Ex plo rer),(2)努力者(Endeavour),(3)轴海山(Axial Seam ount),(4)瓜伊马斯海盆(Guaym as Basin),(5)东太平洋北纬21°(EPR21°N),(6)东太平洋北纬13°(EPR13°N),(7)东太平洋北纬11°(EPR11°N),(8)加拉帕格斯(Galapago s),(9)南胡安得福卡(South Juan De Fuca),(10)伊斯卡纳巴海槽(Escanaba T rough)等。
b.西太平洋成矿区:(1)冲绳海槽的伊是名海洼JADE区(Okinaw a T rough),(2)马里亚纳(Mariana)。
c.西南太平洋成矿区:劳厄弧后盆地(Lau back-arc basin),M anus海盆,北斐济盆地(North Fiji basin)。
大西洋的代表性矿床有:大西洋中脊的TAG 热液活动区,中大西洋脊北纬23°蛇洞(Snakepit)。
红海:Atlantisll深裂谷。
1.2 地质构造背景已发现的海底多金属硫化物矿床产出在多种构造环境中,它们是快速扩张大洋中脊,慢速扩张大洋中脊,轴向火山、海山、大陆边缘附近的沉积断裂带,与俯冲带相关的后弧环境等。
概括讲,主要分布于洋中脊、弧后扩张中心及地幔热点等。
通过对已知海底热液活动区的详细研究,地质构造对多金属硫化物矿床有重要控制作用。
1.2.1 大洋中脊大洋中脊可分为快速、中速与慢速扩张洋脊。
a[收稿日期]2000-02-21[基金项目]国家攀登预选项目(95预39)和国家自然科学基金资助项目(49873013) [作者简介]别风雷(1970-),男,博士生,矿床矿物岩石学专业.(E-mail:flbie@)图1 海底多金属硫化物矿床位置分布图Fig.1 W or ld map sho wing the locations of the know n hydro thermal polymet allic sulfide depo slts(据文献[3]和[4]修改) 20世纪70年代末发现东太平洋脊12°N现代洋底地热系统后,大量的热液活动区和硫化物矿床在快速扩张洋脊被发现。
研究人员提出了矿床热液活动强度、矿床规模与洋脊扩张速度相关性的各种模型[5],[6]。
至1985年,发现大西洋中脊成矿的证据。
成熟硫化物丘在TAG区[7]和Snake pit区[8]被发现。
现在,人们已认识到在快速、中速、慢速扩张洋脊均会形成矿床。
快速扩张脊与慢速扩张脊在硫化物组合、流体组成和温度方面没有显著不同,但快速扩张的东太平洋脊和慢速扩张的大西洋脊硫化物矿床的不同点之一便是成熟度和规模。
成熟度高者出现10～40m 的大硫化物丘。
低孔隙度、重结晶和交代反应以及热液活动多期性等现象是成熟硫化物样品的特征。
东太平洋区的矿床成熟度及规模普遍不如大西洋。
在快速扩张洋脊,多期热液活动均可发生在不同构造部位,如地堑壁或地堑中心。
另外,火山喷发中心呈线性分布,绵延达10km。
地堑的宽度是较稳定的,第一次热液喷发也绵延达10km,并形成一些单独的小矿体。
如在东太平洋海隆,主要的控矿构造是裂谷轴部地堑中的裂隙,从其中流出最年轻的熔岩,中心式火山的破火山口分布在附近(离轴部不到20km)的翼部。
受非转换位移限制的、含矿最富的海岭地段,形态上表现为良好的平顶山状轴部隆起和发育良好的中央地堑。
东太平洋海隆轴部矿石堆积的规模是由轴区构造上相同地段的长度(常达40 km)和地堑的宽度(常达1km)决定的。
矿石堆积体主要由数十个(有时达数百个)不大的(数百至数万吨)的丘状矿体所组成。
在数万年间发育起来的近轴部火山成因矿体储量可达数百万吨[9]。
相比之下,在慢速扩张洋脊,如大西洋中脊,其轴部地质构造复杂得多。
大量的喷发中心出现于新火山脊附近,火山喷发的热量相对更为集中,且产出透镜状的地堑,喷流热液被限制在地堑透镜体的宽度范围内,单独和多期次热液活动更集中于喷发中心和透镜状地堑最宽部位,断层为热液流体在新火山脊的高地貌处提供了长期通道,矿床通常位于边缘断裂附近。
由于喷发的集中,慢速扩张脊的矿床规模比快速扩张脊的普遍要大,这可能主要归因于两者地堑构造的形态。
以东太平洋13°N和大西洋中脊蛇洞为例,图2示之。
在具有中等扩张速度(4～6cm/a)的海岭范围・336・成都理工学院学报 第27卷图2 快速扩张脊(EP R13°N)与慢速扩张脊(蛇洞)成矿构造背景比较Fig.2 Schematic com par ison betw een the tectonic setting s o f hydro therma l depo sits at a fast-spr eading r idge(EPR13°N)and a slow-spreading r idge(Snake Pit)(据Y ves F ouquet,et al.,1993[8])内,硫化物矿床发现于东太平洋海隆和大西洋中脊所特有的环境中。
目前,在已知海底矿床中,储量约为25×106t的最大的Galapag os海岭矿床,就像大西洋的大部分矿石堆积一样,由限制裂谷的断裂控制[9](目前有研究人员人认为Galapago s为富锰铁沉积物,而非多金属硫化物)。
1.2.2 弧后扩张环境自冲绳海槽发现硫化物堆积以来,科研人员对现代弧后环境的热液活动进行了大量调查。
它的构造背景和当今陆上古代与长英质火山岩有关的块状硫化物矿床构造背景很相似[10]～[13],两者都是形成于岛弧环境[11]～[14],具有双峰式岩石组合。
它们的基本成矿过程与洋底扩张中心相似,但是流体和矿床的性质受控于反映构造环境的地壳的物理-化学性质。
目前,研究程度较高的弧后环境热液矿床主要是冲绳海槽(Okinaw a T rough)[14],[15],马里亚纳海盆(M ariana)[16]～[18],Manus海盆[19],及劳厄弧后盆地(Lau back-arc basin)[20]和北斐济海盆(Nor th Fiji basin)[21],[22]。
根据弧后环境的构造成熟度,即岛弧的不同发育阶段,可将弧后扩张环境划分为[20],[21]:(1)年轻弧后系统,代表岛弧的弧后扩张初期阶段产物,扩张的弧后区仍以陆壳为主,并发育大量长英质岩系和少量玄武岩,如冲绳海槽[15]。
(2)成熟的弧后系统,代表着弧后扩张晚期产物,弧后区已开裂成洋,发育大量玄武岩系。
其硫化物组成与洋脊矿床接近,如北斐济盆地[21]和马里亚纳海槽[16]～[18],矿床矿石化学特征与洋中脊非常相似。
由于岛弧亲和性火山岩系的分异,Lau弧后扩张盆地发育程度介于年轻弧后系统和成熟的弧后系统之间[20]。
1.2.3 裂谷环境大陆间裂谷区已知的硫化物矿床,按其结构和分布规律,与海洋裂谷区的该类矿床有较大的差别,典型的如红海。
西南阿拉伯大陆边缘开裂伸展及洋化造就了年轻的红海盆地,它是形成慢速扩张洋盆早期阶段的产物,其扩张力似已衰退[4],[23]。
硫化物位于裂谷轴部,为卤水沉积的结果。
2 矿床化学成分特点一般来说,海底多金属硫化物矿床的主要元素是Cu,Zn,Pb,Ag,Ba,Ca和Au等(表1)。
形成的矿物以黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、斑铜矿、白铁矿、方铅矿、磁黄铁矿为主,也有一些热液型粘土矿物和非硫化物矿物,如硬石膏以及非晶质SiO2等。
微量元素的种类较多,以东太平洋21°N、胡安德福卡和加拉帕格斯为例,所含微量元素有:B,Bi,Cd,Co,Cr,Cs, Ga,Ge,Hg,Mo,Ni,Pd,Pt,Rh,Sb,Sc,Se,Sr,T r, T l,U,Y,W,Zr等[3]。
不同的构造背景所形成的矿床具有不同的化学组成[8],[24](表1)。
由于海底热液成矿作用过程基本类似,热液系统的热历史基本一致[24];因此,洋脊与岛弧环境多金属硫化物矿床间矿石化学差异,可能反映不同热液体系内金属浓度的差异和成矿有关的水-岩反应体系的差异[24]。
a.在洋脊环境,洋脊为相对富含Cu和Fe的玄武质岩石,因而矿床多为Cu-Zn型或Cu型。
而在岛弧张裂环境,岛弧下部的“基底”多为陆壳或过渡壳,火山作用产物主要为相对富含Pb和Zn的长英质火山岩系;因而,在海水循环和水-岩反应过程中,岛弧环境的火山-沉积岩系无疑比洋脊环境的玄武岩系提供更多的Pb,Zn和较少的Cu,Fe组分(图3)。
海底热液多金属硫化物分布及控矿因素
海底热液多金属硫化物分布及控矿因素
景 春 雷１，郑 彦 鹏１，刘 保 华２，崔 迎 春１，３
（１．国家海洋局 第一海洋研究所，青岛 ２６６０６１；２．国家深海基地管理中心，青岛 ２６６０６１； ３．海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室，青岛 ２６６０６１）
摘要：基于最新公布的全球热液矿点数据讨论了海 底 热 液 多 金 属 硫 化 物 矿 体 形 成 的 构 造 环 境，探 讨 了 深 部 岩 浆活动、断裂构造以及沉积物盖层等控矿因素对洋 中 脊 多 金 属 硫 化 物 矿 体 成 矿 的 影 响。 研 究 结 果 表 明：海 底 热 液 多金属硫化物矿点主要分布于离散型板块边界和汇聚型板块边界；深部岩浆活动和 断 裂 构 造 是 洋 中 脊 热 液 多 金 属 硫化物成矿最主要的控矿因素；快、慢扩张洋中脊环境 深 部 岩 浆 活 动 和 断 裂 构 造 的 差 异 导 致 在 海 底 形 成 了 不 同 规 模的多金属硫化物矿体。对认识海底热液多金属硫化物矿床分布与成矿规律、以 及 开 展 海 底 多 金 属 硫 化 物 资 源 勘 查具有一定的指导意义。
弧后 盆 地 由 于 演 化 程 度 的 不 同，造 成 不 同 演 化 阶段弧后扩张中心 的 热 液 活 动、形 成 的 多 金 属 硫 化 物矿体类型和规模存在差异。一般认为弧后盆地演 化 程 度 越 高 ，热 液 活 动 越 发 育 ，越 容 易 形 成 多 金 属 硫 化物矿体。位于弧 后 扩 张 初 期 的 弧 后 扩 张 系 统，热 液矿体主要分布在 地 堑 内 部 的 塌 陷 盆 地，其 金 属 类 型 为 Ｚｎ－Ｐｂ－Ｃｕ 型 （如 冲 绳 海 槽［３］）；处 于 扩 张 中 期 的弧后环境，如 劳 海 盆［１２］，热 液 硫 化 物 矿 体 主 要 位 于扩张脊的叠复系统，富含 Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｐｂ和 Ａｕ；而 处于 扩 张 晚 期 的 弧 后 环 境 ，如 北 斐 济 盆 地［１３］，热 液
海底多金属硫化物
海底多金属硫化物1.发现和形成1979年在北纬21度下加利福尼亚（墨西哥）岸外的东太平洋海隆，科学家在勘探洋底时发现位于硫化物丘上的烟囱状黑色岩石构造，烟囱涌喷热液，周围的动物物种前所未见。
后来的研究表明，这些黑烟囱体是新大洋地壳形成时所产生，为地表下面的构造板块会聚或移动，和海底扩张所致。
此外，这一活动与海底金属矿床的形成密切相关。
在水深至3 700米之处，海水从海洋渗入地层空间，被地壳下的熔岩（岩浆）加热后，从黑烟囱里排出，热液温度高达400℃。
这些热液在与周围的冷海水混合时，水中的金属硫化物沉淀到烟囱和附近的海底上。
这些硫化物，包括方铅矿（铅）、闪锌矿（锌）和黄铜矿（铜），积聚在海底或海底表层内，形成几千吨至约一亿吨的块状矿床。
一些块状硫化物矿床富含铜、锌、铅等金属，特别是富含贵金属（金、银）的事实，近年来引起了国际采矿业的兴趣。
在已没有火山活动的地方，也发现了许多多金属硫化物矿床。
2.分布状况多数矿点位于海洋中部，分布于东太平洋海隆、东南太平洋海隆和东北太平洋海隆。
已知大西洋中脊也有一些矿床，但在印度洋海脊至今只找到一处。
大西洋中脊和印度洋中脊的已知硫化物矿床较少，主要原因是在这些地区内进行的勘探活动有限。
全世界共有6万公里的海脊，经过任何勘查的只有5%左右。
80年代中期，在西南太平洋又发现了一些硫化物矿床，位置是在大洋边缘，在大陆和火山岛弧之间的海底，海盆和海脊形成的地方。
在这些所谓弧后扩张中心，岩浆在会聚板块边缘上升到接近表层之处（在会聚板块边缘，通过俯冲过程，一构造板块滑动到另一板块之下）。
这些发现引发了对西太平洋和西南太平洋边缘海盆以及岛弧和弧后体的大规模勘探，结果在澳大利亚东部的劳海盆和北斐济海盆和日本西南的冲绳海槽又发现了其他矿床。
1991年在新喀里多尼亚北部的马努斯海盆等地发现大量与长石火山活动（最强烈的一种火山活动，造成的火山灰流最多）有关的碌化物矿床。
伍德拉克海盆附近也发现了热液矿床，那里的海底扩张延伸到巴布亚新几内亚以东的大陆地壳。
海底热液矿床
图6- 大西洋TAG区的岩浆体系统
图7太平洋东北沉降带与隆起带板块边界上的 三角连接带的类型
三角连接带
到目前为止的资料表明，寻找大规模硫化矿物 最具有前景的地点是节点状的盆地(nodal basin)，它经常穿越断裂带与转换断层的三角 连接带(triple junction)。
三角连接带
该带的存在是不连续的，具有延伸性特征且断层与裂 隙均具有断距和错位(Jaroszewski，Padleg 1994， KotIinsk 1997)。 如RRT型(R=脊(redge) =扩张轴＝洋中脊，T=沟 (Trench)=海沟＝沉降带)的加拉帕哥斯三角连接带， 连接太平洋板块与柯克斯及纳兹卡板块； RTF型(F=断层( fault)＝转换断层)的内维纳三角连接 带，连接美洲板块与太平洋板块及柯克斯板块； FFT型门多契罗三角连接带，连接美洲板块与太平洋 及哥尔达板块.
研究意义之储量大 目前，世界各大洋均已发现热液矿床，说明其分布 范围很广，热液矿储量大，矿物质含量高，含有全、 银、铂、铜、锡等多种全属。例如： 1、1981年美国在加拉帕戈斯海底断裂谷发现了一 个大型热波矿，这里水深2600米，分布着许多高520米．宽20-50米，长1-2千米，由块状硫化矿物构 成的山丘，富含铁、铜、锌、锰、镁、铅和硫等各 种矿物。据测定，该区的热液矿床总储量高达2500 万吨，其中可开采的有用金属价值近40亿美元。 2、 处于红海中央裂谷水深1900-2000米的海底，现 已发现了18个含有多种金属软泥的盆地，金属总储 量达8000万吨。
大西洋
Scott等断定(1974，1978)在TAG深成高温热液 区硫化矿具有氧化Mn与Fe的热液壳体(Rona 1980)。在该区的Mn与Fe以及示踪金属元素的含 量比大西洋的其他区域都高。 比较东太平洋隆起区以及TAG区的沉积物中金属 含量表明：前者的Zn、Cu及Ag的含量要高许多 倍。应当记住，在45°N的带状裂谷中含金属的 石灰岩积物中富集有铁、砷及汞。
现代海底热液硫化物的成矿序列和指示意义——以印度洋中脊为例
现代海底热液硫化物的成矿序列和指示意义——以印度洋中脊为例曹红;孙治雷;刘昌岭;姜子可;徐翠玲;黄威;李东义【摘要】与快速扩张的洋中脊相比,主要由超慢速-慢速扩张洋脊组成的印度洋中脊具有独特的热液硫化物成矿模式.运用高精度矿相显微镜、XRD、电子探针和ICP-AES/MS等测试手段,对印度洋中脊的热液硫化物矿床样品开展了矿物成分、结构构造、地球化学等各方面分析.结果表明,来自中印度洋脊(CIR)艾德蒙德(Edmond)热液区的硫化物A主要由黄铁矿、白铁矿以及黄铜矿构成,其成矿期次可划分为白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)、闪锌矿-黄铜矿阶段(Ⅱ)以及后期石英阶段(Ⅲ),成矿流体温度经历了低-高-低的变化;同样来自于艾德蒙德热液区的硫化物B主要矿物成分为黄铁矿、白铁矿和硬石膏,成矿期次划分为硬石膏-白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)和胶状黄铁矿-石英(Ⅱ)2个阶段,流体温度经历了低-高的变化;与之相比,来自西南印度洋脊(SWIR)龙旂热液区的硫化物C主要由纤铁矿、黄铜矿、黄铁矿和白铁矿组成,成矿期次划分为纤铁矿-白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)和闪锌矿-黄铜矿(Ⅱ)阶段,后期闪锌矿、黄铜矿的出现反映热液流体温度发生了升高.地球化学特征表明,印度洋中脊的热液硫化物总体为富Fe型,并相对富集Co和Ni元素,而Zn和Cu元素的含量相对较低.此外,取自艾德蒙德热液区的硫化物与EPR 21°N热液硫化物组成非常相似,而与慢速扩张脊TAG相比,Pb、Zn、Ag和Sr元素含量较高,Cu和Fe元素含量则较低.【期刊名称】《应用海洋学学报》【年(卷),期】2018(037)004【总页数】15页(P447-461)【关键词】海洋地质学;矿物组成;成矿序列;指示意义;热液硫化物;印度洋中脊【作者】曹红;孙治雷;刘昌岭;姜子可;徐翠玲;黄威;李东义【作者单位】青岛海洋地质研究所、自然资源部天然气水合物重点实验室,山东青岛 266071;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266071;青岛海洋地质研究所、自然资源部天然气水合物重点实验室,山东青岛 266071;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266071;青岛海洋地质研究所、自然资源部天然气水合物重点实验室,山东青岛 266071;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266071;山东省科学院海洋仪器仪表研究所,山东青岛 266001;青岛海洋地质研究所、自然资源部天然气水合物重点实验室,山东青岛 266071;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266071;青岛海洋地质研究所、自然资源部天然气水合物重点实验室,山东青岛 266071;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266071;国家海洋局第三海洋研究所,福建厦门 361005【正文语种】中文【中图分类】P736现代海底热液系统及其相关现象是20世纪自然科学界最激动人心的发现之一[1]，它广泛存在于大洋中脊、弧后盆地等张性构造环境和火山活动区，构成了正在进行的全球性热液成矿系统[2-6].从1977年使用载人潜器探测到现代热液活动现象[7]以来，历经40a的调查表明，在该系统形成的颇具规模的大型多金属硫化物矿床有望成为21世纪人类即将开发的重要海底矿产资源[6].在现代大洋热液活动调查研究中，有关热液系统中的物质来源和成矿机理一直是研究中的焦点问题[8-12]，而系统细致地在全球范围内开展大洋热液硫化物成矿作用研究，针对不同的成矿环境分别建立有普遍意义的海底热液活动及其成矿作用模式，是研究现代大洋热液成矿机理的一项重要内容[13].通过矿物成因指示信息，研究热液硫化物的矿物组成、组构、成矿序列 [14-15]、地球化学特征[11,16-18]可以为进一步探讨热液系统及其成矿作用提供重要理论依据.印度洋中脊超慢速的扩张速率在全球大洋中脊系统中独具特征，是我国大洋科考和资源调查的关键区域.印度洋脊海底基岩类型[19-25]、洋中脊扩张机制与扩张速度[5, 26-29]、深部岩浆活动的形式与规模等[30-31]，都明显不同于快速扩张洋脊，这就使该区热液活动在物质来源、热水循环、水岩反应、喷发频率与热液规模等方面都独具特色[32-35]；同时该区热液硫化物的独特性质也是热液循环系统和成矿机制特征的反映.近年来，我国科学家在印度洋热液调查和研究方面取得了令人瞩目的成就[32,34,36-38]，并发现了一系列热液硫化物矿床[32,33,38].在本研究中，针对印度洋热液活动区热液硫化物的矿物组合、结构构造、地球化学特征进行分析，以此探讨现代洋中脊热液硫化物矿物学、地球化学的控制因素及对热液活动特征的反映.1 研究区域及方法1.1 地质背景印度洋位于印度、澳大利亚和南极洲板块的交接地带(图 1)，侏罗纪以来历经了冈瓦纳古陆和劳亚古陆的裂解和各板块的碰撞拼合，多种板块构造事件诸如超大陆解体、俯冲-碰撞、海底扩张、海底核杂岩、地幔柱(中印度洋的 Kerguelen 地幔柱)和热点(如西南印度洋的 Marion 热点、东南印度洋的 Balleny 热点)等 [39-40]，形成多期扩张中心、多微陆块、多洋底高原和无震海岭的复杂独特构造格局[41-46].根据扩张速率和洋盆演化的统一过程, 整个印度洋中脊划分向西南方向延伸的西南印度洋脊(SWIR)、北部中印度洋脊(CIR)和东南印度洋脊(SEIR)三段，三段洋脊在罗德里格斯三联点(RTJ，坐标：25°30′S，70°06′E)相接.其中SEIR的扩张速率最快(57.5～68.0 mm/a)，CIR的扩张速率次之(25.0～30.0 mm/a)，SWIR的扩张速率最慢(半扩张速率为 6.5～8.0 mm/a)[4,46].2007—2008年，中国大洋协会组织了第20航次的印度洋热液活动科学考察，首次在西南印度洋发现首个热液活动区，并命名为龙旂热液区，同时在中印度洋艾德蒙德热液区也成功获取硫化物样品[33].龙旂热液区坐落于SWIR第28脊段，该脊段处于Indomed(46.0°E)和Galli eni(52.0°E)转换断层之间[33]，平均水深约为3 180 m，最小水深为1 570m[19,35].艾德蒙德热液区(23°52.68′S，69°35.80′E)位于CIR南端(靠近RTJ三联点)，地处CIR第3洋脊段的东部裂谷壁一处正地形之上，水深3 290～3 320 m，热液区并未在中央轴部，而是在裂谷东部6 km处[47].热液区总面积约为6 000m2，通过深潜器观测可见黑烟囱流体在缓慢喷发[48]，现场采样记录表明样品取到甲板之上时温度仍较高(高达60℃)，表明目前在该热液区仍有较高温度的热液流体喷溢[49].图1 印度洋构造背景图Fig.1 Geotectonic setting of the Indian Ocean该图为墨卡托投影，下同1.2 采样及分析方法本研究硫化物样品均采自西南印度洋龙旂热液区以及中印度洋艾德蒙德热液区，采样手段为电视抓斗.图2为样品手标本图，取样站点及手标本描述见表1，其中样品A和B取自艾德蒙德热液区，样品C取自龙旂热液区(图3).采样在甲板拍照描述后，立即保存于-20℃冰箱内，直至实验时取出.图2 印度洋热液区代表性硫化物样品Fig.2 Representative sulfide samples collected from the Indian Ocean hydrothermal fields表1 硫化物样品取样站位及描述Tab.1 Sampling stations and descriptions of the sulfides样品号站位位置水深/m手标本描述A23.878°S,69.597°E3 292黄色多孔状构造,矿物组构具明显分带B23.878°S,69.597°E3 292外层覆盖有红褐色氧化物,内层为黑色硫化物,肉眼可见细小的黄铁矿晶粒C37.778°S,49.648°E2 783深灰色致密块状构造,外层覆盖有氧化物图3 艾德蒙德和龙旂热液区位置Fig.3 Location of the Edmond and Longqi hydrothermal fields红色五角星指示本研究取样的热液区位置图4 热液硫化物样品的 X衍射图及解谱结果Fig.4 X-ray diffraction spectrogram and analysis for hydrothermal sulfides 基于MDI Jade 6的X衍射图图5 艾德蒙德热液区硫化物A的矿相图Fig.5 Photomicrographs of sulfide sample A in the Edmond hydrothermal fieldpy为黄铁矿，ma为白铁矿，sph 为闪锌矿，cp为黄铜矿，co为铜蓝，dg为蓝辉铜矿图6 Edmond热液区硫化物B的矿相图Fig.6 Photomicrographs of sulfide sample B in the Edmond hydrothermal fieldpy为黄铁矿，ma为白铁矿，anh为硬石膏，s为自然硫，ang为铅矾，qtz为石英图7 龙旂热液区硫化物C的矿相图Fig.7 Photomicrographs of sulfide sample C in the Longqi hydrothermal fieldle为纤铁矿，py为黄铁矿，sph为闪锌矿，cp为黄铜矿对样品磨制光片后，在矿相显微镜对矿物的结构构造及其生成顺序进行鉴定.单矿物化学组成采用EPMA-1600电子探针进行测试，根据样品的组成选用纤铁矿、黄铜矿、黄铁矿、白铁矿以及闪锌矿作为标准矿物，以上分析在国家海洋局第三海洋研究所完成.矿物成分的鉴定采用X射线衍射(XRD)和ICP-AES/MS相结合的方法.样品的元素组成分析在中国海洋大学元素分析实验室进行，常量元素采用ICP-AES(OPTIMA 4300，Perkin Elimer公司)进行分析，标准偏差<1%.微量元素采用ICP-MS(Agilent 7500c，安捷伦公司)测试，标准偏差<5%.2 结果与讨论2.1 印度洋中脊热液硫化物的矿物学特征2.1.1 矿物类型 XRD分析表明取自艾德蒙德热液区的硫化物样品A以黄铁矿、白铁矿和铜的硫化物为主，其次是闪锌矿、石英、重晶石、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝(图4a)；硫化物样品B主要由黄铁矿和白铁矿组成，其次为硬石膏、闪锌矿、硅的氧化物(图4b).采自龙旂热液区的硫化物样品C主要由纤铁矿和黄铜矿组成，此外含有少量的黄铁矿、白铁矿、闪锌矿、硬石膏、重晶石以及石英(图4c).2.1.2 矿物组构来自艾德蒙德热液区的硫化物样品A中黄铁矿除少量呈立方体自形晶外(图5a)，大多与白铁矿形成它形粒状集合体(图5b)，并且部分被黄铜矿交代(图5c、d)，少量被黄铜矿包裹(图5e).白铁矿呈半自形粒状集合体产出，并被胶状的黄铁矿包裹，可见重结晶现象(图5f).硫化物中的闪锌矿含量较低，局部可见.产出形式有两种：一种是被黄铜矿交代形成镶边结构(图5g)，另一种是和黄铜矿形成共结边结构(图5h).少量黄铜矿与黄铁矿共生(图5i、j)，大部分黄铜矿交代早期的黄铁矿(图5k).随着后期热液交代和“氧化”作用的进行，黄铜矿依次形成蓝辉铜矿-铜蓝系列次生铜矿物，并呈浸染接触关系(图5l).同样来自艾德蒙德热液区硫化物样品B中黄铁矿主要以胶状产出于硬石膏间隙中(图6a、b)，此外可见少量草莓状黄铁矿(图6c)，另外可见非常完整的似管虫结构(直径为200～400 μm)，内部大多被非定型硅和黄铁矿胶结，外部被黄铁矿的增生边包裹(图6d).少量黄铁矿呈它形粒状与白铁矿形成粒状集合体(图6e)或呈脉状充填于硬石膏间隙中(图6f).微小的亮白色铅矾(PbSO4)(粒径5～20 μm)，分布在闪锌矿之间的微孔隙中或管状生物遗迹的管道壁上(图6g、h为铅矾的电子探针能谱图)，铅矾是热液活动过程中海水与热液快速混合反应的产物.此外在矿物间的孔洞内有少量的自然硫沉淀(图6i、j为自然硫的电子探针能谱图)，自然硫的出现表明内部封闭体系内存在过剩硫[4].硬石膏呈柱状或放射状集合体分布(图6k)，热液区内普遍发育的低温弥散流以及大量分布的富硬石膏块状硫化物表明该热液区深部海底可能存在着高温热液流体与下渗海水的强烈混合，这也为微生物的发育提供了多样化的热液环境[48].局部矿物颗粒之间的孔隙中沉淀有少量自形石英(图6l).与之相比，来自龙旂热液区硫化物样品C中的纤铁矿呈纤维状，晶体形态不完整(图7a-c).黄铜矿则主要呈它形粒状集合体分布于其它矿物之间(图7d-f).局部可见少量的黄铁矿呈它形粒状集合体产出(图7g).闪锌矿偶尔可见，被黄铜矿交代(图7h).2.1.3 成因标志胶状结构是硫化物烟囱中非常常见的组构特征也是其标志性构造.通常由胶状的黄铁矿和白铁矿形成，主要呈环状、层状或球状构造.但是完整胶状构造并不多见，大多由于后期海水的不断溶蚀以及地震等原因造成喷口坍塌，硫化物矿石块呈角砾状堆积，并被后期沉淀的硫化物(多为黄铁矿)胶结[50].硫化物样品A和B中可见大量的胶状黄铁矿及白铁矿，并且胶状构造内部孔隙较为发育(图5f、6a).充填构造与交代结构也是硫化物烟囱中的常见组构.热液硫化物在沉淀过程中，早期所形成的低温硫酸盐矿物(如重晶石、硬石膏等)在热液流体温度高于150℃时便发生溶解，其溶蚀后产生孔洞，并被后期沉淀的硫化物充填或交代[50].如硫化物样品A中可见黄铜矿交代早期黄铁矿(图5g)，硫化物样品B中后期形成的黄铁矿呈脉状充填于硬石膏间隙中(图6f).2.1.4 成矿序列及阶段划分根据硫化物矿物组构的观察和鉴定以及矿物成分分析，对3种类型热液硫化物的矿物沉淀序列和成矿阶段进行了划分.①硫化物样品A艾德蒙德热液区的硫化物A成矿阶段划分为白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)、闪锌矿-黄铜矿阶段(Ⅱ)以及后期蓝辉铜矿-铜蓝阶段(Ⅲ).在阶段Ⅰ中，黄铁矿又可划分为2个世代：先期形成的黄铁矿为六面体自形晶，后期由于温度和压力的急剧变化，黄铁矿与白铁矿形成胶状集合体；白铁矿包裹于胶状黄铁矿之中，其形成要早于黄铁矿.阶段Ⅱ中，先期沉淀的自形-半自形黄铁矿，大多被后期高温的黄铜矿交代，少量与黄铜矿共生；大部分闪锌矿与黄铜矿形成共结边结构，少量闪锌矿被黄铜矿交代形成镶边结构，因此，推断闪锌矿和黄铜矿几乎同时结晶析出.②硫化物样品B同样取自艾德蒙德热液区的硫化物样品B中2种不同形态的黄铁矿形成于2个成矿阶段：早期形成的黄铁矿呈它形粒状与白铁矿形成粒状集合体，穿插于硬石膏之间的孔隙中，后期由于热液流体的不断淋滤，黄铁矿重结晶成胶状结构，最后随着海水的不断加入，导致热液流体氧逸度升高，低温的石英，沉淀析出.成矿期次划分为硬石膏-白铁矿-黄铁矿阶段(I)和胶状黄铁矿-石英阶段(Ⅱ).③硫化物样品C纤铁矿是热液活动熄灭后，烟囱坍塌堆埋和硫化物氧化作用的产物.龙旂热液区硫化物C成矿期次划分为白铁矿-黄铁矿(阶段Ⅰ)和闪锌矿-黄铜矿(阶段Ⅱ)2个成矿阶段，以及后期氧化阶段(纤铁矿).这与该区超慢速扩张的构造扩张环境一致，即在超慢速扩张环境下其稳定的构造环境可以使硫化物保存很久，并遭受较长时间海水的氧化蚀变作用的改造.2.1.5 热液流体演化特征热液硫化物矿物组构与成分组成是不同时期成矿热液流体性质的反映，艾德蒙德热液区硫化物样品A主要的金属硫化物是黄铁矿、白铁矿以及黄铜矿.黄铁矿和白铁矿伴生，表明热液流体的物理化学条件波动较大(白铁矿在pH<4.5，T<200℃条件下稳定，黄铁矿为pH>4.5)[14,51].闪锌矿及黄铜矿的形成反映成矿流体温度的升高；此外，蓝辉铜矿的出现指示后期热液活动逐渐减弱，流体温度随之降低，海水逐渐渗透，流体的氧逸度增大.因此，该热液区成矿流体的温度经历了低-高-低的变化.硫化物中缺失硬石膏，这是由于伴随烟囱的“熄灭”，流体温度降低，硬石膏逐渐发生低温溶解或被后期硫化物交代[50].硫化物B属于中-低温矿物组合，主要由胶状黄铁矿、白铁矿、硬石膏和石英组成，黄铁矿产于硬石膏之间的间隙中，石英在黄铁矿-白铁矿粒状集合体的孔洞中沉淀，这表明伴随着后期流体温度的降低，石英沉淀析出，因此该区热液流体的温度经历了低-高-低的演化.如此大量的硬石膏的堆积，说明热液形成温度高于140℃，且样品形成时间不久，几乎还未受到海水的侵蚀(由于硬石膏的低温溶解)[52].大量的硬石膏与该区海底深部存在着下渗海水与高温热液流体的混合有关[48].石英充填在孔隙中，起到了固结烟囱壁的作用[53-55].而过剩的硫则随着温度的降低结晶析出并在相对封闭的微观空间沉淀[4,56].印度洋艾德蒙德热液区硫化物A和硫化物B 不同的矿物组成代表了硫化物矿体的不同部位以及不同的成矿环境，相对低温的硫化物B位于硫化物矿体的较外层，根据大量的硬石膏推测此处目前或许仍然存在流体的喷溢活动；高温的硫化物A则位于矿体较内层，且该位置喷溢活动已经停止，并不断遭受海水侵蚀，导致蓝辉铜矿的沉淀，以及硬石膏的溶解.龙旂热液区硫化物氧化物样品C以纤铁矿为主，其次含有少量的黄铜矿、黄铁矿、白铁矿、闪锌矿.后期闪锌矿、黄铜矿的出现预示热液流体温度的升高以及热液活动的多期次性.2.2 印度洋中脊热液硫化物的地球化学特征及控制因素2.2.1 成矿元素特征从研究区不同类型热液硫化物化学组成(表2，其中A-1和A-2 是样品A的子样品；B-1 和B-2 是样品B的子样品)可以看出：本区热液硫化物富Fe，Fe的含量占比变化范围较大，介于8.32%～30.35%之间，平均值为17.25%； Zn的含量占比为7 551～99 970 μg/g，平均值为40 300 μg/g；Cu的含量占比较低，平均值为6 700 μg/g，介于2 811～12 900 μg/g之间.此外硫化物相对富集Co(97.3～832.3 μg/g)和Ni(31.35～319.20 μg/g)，表明黄铜矿沉淀形成的温度高于300℃[51, 57].其中龙旂热液区的组成(Fe含量占比平均值为30.35%，Zn、Cu、Pb含量为7 551、12 900 、71.63 μg/g)与以往研究显示该区富铁热液硫化物(Fe、Zn、Cu含量占比介于32.73%～40.24%、1.096%～12.080%、0.44%～3.07%，Pb含量介于52.4～150.0 μg/g)[58]以及烟囱体(Fe 含量占比平均值为45.6%, Cu含量占比平均值为2.83%，Zn含量占比平均值为3.28%)[33]相比相差不大.表2 印度洋热液硫化物主量和微量元素组成Tab.2 Major and trace element composition of sulfides from the Indian Ocean hydrothermal field样号含量占比/%含量/(μg·g-1)KMgFeAlCaCuCoTiRbAsPbA-10.090.088.320.100.756 865246.531.4217.04463.41 582.00A-20.080.0510.950.050.62281197.335.3315.38293.9608.70B-10.110.0618.930.111.466500455.630.4217.44489.817.44B-20.120.0817.720.111.464330245.533.4117.26414.217.26C0.100.0930.350.181.5112900832.333.6516.61213.971.63续表2样号含量/(μg·g-1)CdZnBaSrAgMnCrAuNiMoA-1221.9099 9701 396469.00115.50311.3659.100.130319.20169.80A-294.8042 4901 285453.4057.91530.4182.000.10386.5964.79B-178.3930 5101943398.5078.61218.363.110.42031.3539.71B-255.6521 0001537338.5033.96234.665.760.37932.7237.52C11.59755110010.5544.04444.5157.100.01072.1758.67不仅如此，从印度洋中脊不同位置的热液区来看，其硫化物组成也不尽相同.如从中印度洋艾德蒙德热液区获得的硫化物(样品A和B)和西南印度洋龙旂热液区的硫化物(样品C)相比，其Fe、Cu和Co元素含量明显较低，而Pb、Zn、Ba、Cd、Sr和Ag含量较高.实际上，即使是来自同一热液区，热液硫化物组成也有一定区别：如样品A与B相比，Zn、Cd、Ni、Cr、和Mo含量较高，Fe和Co含量较低.根据热液硫化物Cu、Zn、和Fe的含量占比(图8a), 本区热液硫化物除一个样品(A-1)为富Zn型硫化物外，其余样品均为富Fe型热液硫化物；根据硫化物的Cu、Zn、和Pb的含量占比(图8b)，除热液硫化物样品C的原生硫化物为富Cu型热液硫化物外，其余样品均为富Zn型热液硫化物(图8).图8 印度洋热液区硫化物的Cu-Zn-Fe和Cu-Zn-Pb三角图Fig.8 Cu-Zn-Fe and Cu-Zn-Pb triangle diagrams of sulfides from the Indian Ocean hydrothermal field图a为Cu-Zn-Fe三角图，图b为Cu-Zn-Pb三角图2.2.2 地质环境对硫化物化学组成的影响在现代洋中脊热液系统中，水-岩反应为热液流体提供了丰富的金属元素，因此海底热液沉积物组成一定程度上反映了所淋滤的岩石类型.在洋中脊系统，早期硫化物的溶解，以及玄武岩中的铁镁矿物是Cu、Fe和Zn的主要来源， Pb和 Ba 则主要源自长石的分解，长英质火山岩富集上述元素[59].因此，与洋脊环境的玄武岩系相比，在水-岩反应进程中，岛弧环境的火山-沉积岩系为流体提供更多的Zn和Pb以及较少的Cu和Fe组分[60-61].①硫化物的成分组成及指示意义与海槽区以及弧后盆地热液区硫化物相比，取自印度洋中脊的热液硫化物相对富集Fe和Cu元素，而贫Pb、Au和Ag元素(图9、表3)；而与快速扩张脊EPR 9°～10°N和EPR 13°N相比，印度洋艾德蒙德热液区硫化物相对富含Pb、Ag、Au、Mn和As元素，而Cu和Zn元素的含量较低；但是与EPR 21°N热液硫化物组成较为相似，推测这可能反映了不同热液流体的组成；与慢速扩张脊TAG相比，艾德蒙德热液区硫化物Pb、Zn、Ag和Sr含量较高，Cu和Fe含量较低.总体而言，印度洋艾德蒙德热液区硫化物Pb、Ba、Sr、As和Cd含量较高，这与洋中脊玄武岩环境不同.Christie等(1981)曾提出在大洋扩张中心，由于古老洋壳的增生，存在大量的岩浆分馏形成的中间态到长英质的熔岩 [62]，Engel (1975)也曾报道了CIR Agro断裂带花岗岩的存在 [63]，我们推断热液流体或许与长英质岩浆和玄武岩有关，但是关于热液流体的来源还需进一步的工作.图9 印度洋热液区以及其它热液区硫化物的化学成分分布Fig.9 Bulk geochemistry of sulfides from the Indian Ocean hydrothermal field and comparison with other hydrothermal fields表3 不同热液区硫化物的全岩平均化学组成Tab.3 Average bulk geochemistry of sulfides from different hydrothermal fields热液区含量占比/%含量/(μg·g-1)FeCuZnAsPbBaAgMnAuSr艾德蒙德13.980.514.85415.0556.001 540.071.50324.00.258415.00龙旂30.351.290.76213.971.63100.544.04444.50.01010.55EPR9°～10°N22.2724.980.611020.78250 00024580.02-EPR13°N25.967.838.17154500800491000.26-EPR21°N12.440.5819.762962 1001 500982460.15-TAG38.31.40.03102.1265.7-24.8--2.3Mariana2.391.159.9612674 000333 3001841750.78-Okinawa7.331.7722537142 70027 6002 10015674.6-LauBasin17.14.5617.12 2133 300115 6002565421.4-注：除艾德蒙德和龙旂热液区的数据外，其余数据均来自文献[2]②元素组合及启示对研究区热液硫化物(样品A、B和C)化学成分进行相关性分析，由元素的相关系数矩阵(表4)可以看：Fe和Cu元素的相关性显著，相关系数为0.78.样品中黄铁矿、黄铜矿和白铁矿密切共生，因此Fe和Cu元素之间显著的正相关性是矿物组合关系的反映.Fe与Zn呈很好的负相关(RFe-Zn=-0.82)，这是由于Fe对Zn的置换；Cd和Zn 元素相关性极高，相关系数接近于1；Pb与Cd、Zn、Ag、Sr，以及Zn与Sr也表现出较为显著的正相关(RPb-Cd=0.94，RPb-Zn=0.96，RPb-Sr=0.52，RPb-Ag =0.82；RZn-Sr=0.68)，表明它们经历了相似的地球化学过程，元素Ag与As、Pb之间较高的相关性，这既反映了这些元素在中温热液活动过程中相似的地球化学行为，也有可能是后期热液流体对早期硫化物的淋滤作用的结果，即在较低的温度下(可能小于100℃)，这些元素发生了再活化[3,64].表4 印度洋热液区硫化物部分元素相关性矩阵Tab.4 Correlation matrix of part elements of sulfides in the Indian Ocean hydrothermal field元素FeCaMgCuAsPbCdZnSrAgMnAuFe1.00Ca0.821.00Mg0.510.481.00Cu0.780. 510.721.00As-0.54-0.01-0.19-0.431.00Pb-0.73-0.800.01-0.160.261.00Cd-0.84-0.71-0.12-0.330.570.941.00Zn-0.82-0.73-0.08-0.280.510.961.001.00Sr-0.94-0.65-0.66-0.850.700.520.720.681.00Ag-0.61-0.52-0.11-0.050.580.820.900.900.551.00Mn0.04-0.52-0.220.09-0.830.15-0.14-0.08-0.23-0.191.00Au-0.130.43-0.26-0.460.76-0.40-0.06-0.150.41-0.06-0.841.003 结论(1)印度洋热液硫化物表现为3种类型：其中来自艾德蒙德热液区(样品A)为代表的硫化物以黄铁矿、白铁矿和黄铜矿为主，成矿期次划分为白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)、闪锌矿-黄铜矿阶段(Ⅱ)和后期蓝辉铜矿-铜蓝阶段(Ⅲ)，成矿热液流体温度经历了低-高-低的变化；艾德蒙德热液区(样品B)代表类型的硫化物主要由黄铁矿、白铁矿和硬石膏组成，属于中-低温矿物组合，成矿期次分为硬石膏-白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)、胶状黄铁矿-石英阶段(Ⅱ)，热液流体温度经历了低-高-低的变化；西南印度洋龙旂热液区(样品C)代表类型的硫化物氧化物主要由纤铁矿、黄铜矿、黄铁矿和白铁矿组成，成矿期次划分为白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)和闪锌矿-黄铜矿(Ⅱ)阶段，闪锌矿、黄铜矿的出现反映后期热液流体温度的升高.(2)硫化物总体为富Fe型，Zn 和Cu元素的含量相对较低，相对富集Co和Ni元素.与岛弧环境硫化物相比，Cu和Fe元素含量较高，Zn和Pb元素含量较低，这是不同基岩组成的反映；艾德蒙德热液区硫化物与EPR 21°N热液硫化物组成非常相似, 这在一定程度上反映了热液流体的性质；与慢速扩张脊TAG相比，Pb、Zn、Ag和Sr元素含量较高，Cu和Fe元素含量则较低.表明地质环境对现代热液金属硫化物的控制作用非常明显，可能是其地球化学特征的最重要的影响因素. (3)Fe和Cu元素之间显著的正相关性是矿物组合关系的反映；Pb与Cd、Zn、Ag、Sr，以及Zn与 Sr之间较为显著的正相关性表明它们经历了相似的地球化学进程；As、Pb和Ag元素之间存在的较高相关性是低温再活化作用的物质表现. 致谢：衷心感谢国家海洋局第二海洋研究所的陶春辉研究员为本研究提供了宝贵样品.参考文献：【相关文献】[1] PARSON L M, WALKER C L, DIXON D R. Hydrothermal vents and processes[J]. Geological Society London Special Publications, 1995, 87(1):1-2.[2] FOUQUET Y. Metallogenesis in back-arc environments: The Lau Basin example[J]. Economic Geology, 1993, 88(8):2 154-2 181.[3] SAUTER D, SLOAN H, CANNAT M, et al. From slow to ultra-slow: How does spreading rate affect seafloor roughness and crustal thickness?[J]. Geology, 2011, 39(10):911-914.[4] 翟世奎, 陈丽蓉, 张海启. 冲绳海槽的岩浆作用与海底热液活动[M]. 北京：海洋出版社, 2001.[5] KELLEY D S, KARSON J A, BLACKMAN D K, et al. An off-axis hydrothermal vent field near the Mid-Atlantic Ridge at 30° N[J]. Nature, 2002, 412(6 843):145-149.[6] LIN J, ZHANG C. The first collaborative China-international cruises to investigate Mid-ocean Ridge hydrothermal vents[J]. 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6.喷流沉积成矿理论
第六章 喷流沉积成矿理论
第一节 古今海底喷流沉积成矿理论 一、现代海底喷流沉积成矿作用与硫化物矿床 二、古海底喷流沉积块状硫化物矿床类型与标志特征 第二节 喷流沉积成矿地质理论 一、概述 二、二元结构 三、含矿热水喷流沉积岩系 四、管道系统 五、层状硫化物热液自交代作用 六、晚期热液活动与交代作用 七、多喷口席状-块状矿化 八、铜金矿化与组分迁移演化 第三节 喷流沉积成矿地球化学理论 一、岩石化学标志与特征 二、稀土元素 三、流体包裹体 四、同位素地球化学和年龄
大于日本整个北鹿盆地黑矿矿床总储量(7000万t)。
矿床主要为含金属沉积物，伴有硫化物、硫酸盐、氢 氧化合物和碳酸盐，及大量热卤水，尚可见到块状硫
化物烟囱碎屑。主要矿物组合为铁蒙脱石、赤铁矿、
硫化物(闪锌矿、白铁矿、黄铜矿、黄铁矿)、重晶石、 石青、磁铁矿和富锰菱铁矿等。
第一节 古今海底喷流沉积成矿理论
第一节 古今海底喷流沉积成矿理论
一 、 现 代 海 底 喷 流 沉 积 成 矿 作 用 与 硫 化 物 矿 床 经过对全球50000km长的大洋中脊约1%地区的详细勘查，发现了一百 余个海底金属矿床及热液区。已知的热液区，主要分布在东太平洋。在 那里，大多数喷出门发育在洋脊隆起的中间谷地中，热液流体直接从火 山岩(主要为玄武岩)基底中喷射出来。目前研究最多的地区，是北纬 21°N处的东太平洋隆起。其中一个典型丘堤-烟囱联合体，含有2000t 的硫化物。在东太平洋隆起13°N处，沿20km长的轴向盆地地段，已 查出80多个单独的硫化物堆积体。目前所发现的、可能也是最大的丘堤 -烟囱矿床，发育在大西洋中脊中部26°N处的TAG热液田中，一个单个 矿床，估计含有450万吨硫化物。 现代海底硫化物丘堤-烟囱矿床的发现.不仅证实了关于火山成因块状硫 化物矿床成因的热液喷流沉积模型，而且为阐明成矿过程提供了新的依 据。最重要的进展，还包括热液的化学和物理数据测定结果，以及根据 这些数据模拟热液系统和热液矿物的沉淀作们发明的pH及Eh传感 器，安装在海底热液喷口烟囱内，建立观测站，长期测定尚未与海水混 合的海底热液的物理化学参数及其变化。这将大大提高对海底热液成矿 理论的研究水平。
海底喷流沉积型矿床-sedex
Canningt on H il to n
Zinkgruv e n Dugald Riv e r
Ramp u ra-Ag u ch a El Aguilar Elur a Lishe e n
H.Y .C. M t. Isa Nav an
0
10
20
30
40
50
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Broke n Hill
Re d Dog Howards Pass
H.Y .C. M t. Isa
Sulliv an H il to n
Ge orge Fishe r Ce ntur y
Ji n d in g Gams ber g R amp u r a-Ag u ch a
°30' 141
132°00'
Pine Creek Inlier
Woodcutters
AMRTc HUR BASIN
11°00'
North Australian Proterozoic Zinc Belt
Batten Fault Zone
HYC
Murphy Inlier
MOUNT ISA
Century BASIN
Lady Lore t ta Li k
Lishe e n Blac k M tn.
Dy Grum
Sko rp i o n To m
Balmat -Edwards Duddar
Dariba(se condar y) Silv e rmine s
M oc hia( Zawar)
Super giants (10)
夏塞银多金属矿床中硫化物和硫盐系列矿物特征及其意义
夏塞银多金属矿床中硫化物和硫盐系列矿物特征及其意义黄典豪;胡世华【期刊名称】《矿床地质》【年(卷),期】2000(019)004【摘要】夏塞矿床是大型的热液脉型银多金属矿床.通过对大量矿石光(薄)片观察和电子探针分析表明,除主要(方铅矿、富铁闪锌矿)和次要(黄铁矿、毒砂、磁黄铁矿、黄铜矿等)硫化物外,硫盐系列矿物十分发育,主要有Cu-Sb-Ag硫盐(黝铜矿、含银黝铜矿和银黝铜矿)、Sb-Ag硫盐(深红银矿、辉锑银矿)、Pb-Sb硫盐(脆硫锑铅矿、硫锑铅矿)和Bi-Pb硫盐(斜方辉铋铅矿).此外,尚有少(微)量黄锡矿、锡石、自然铋和银金矿等.银的硫盐矿物和硫化物(辉银矿)乃是获得银的主要工业矿物.这些硫盐系列矿物常与硫化物伴生,多沿方铅矿、富铁闪锌矿、黄铁矿等的解理、裂隙或粒间产出.这些研究结果不仅有助于了解矿化作用过程,而且为矿床评价、组分综合利用和选冶提供重要依据.【总页数】13页(P363-375)【作者】黄典豪;胡世华【作者单位】中国地质科学院矿产资源研究所,北京,100037;四川地质矿产勘查开发局地质矿产研究所,成都,610081【正文语种】中文【中图分类】P618【相关文献】1.黑龙江金厂金矿床流体包裹体中硫化物子矿物特征及其地质意义 [J], 王睿;程军;孙丰月;蔡文艳;王志高;李顺达;王可勇2.四川巴塘夏塞花岗岩和银多金属矿床年龄及硫、铅同位素组成 [J], 应汉龙;王登红;付小方3.夏塞银矿床中硫盐矿物成矿作用的重要意义 [J], 丁奎首;郭敬辉;刘秉光;韩秀伶;杨赛红4.青海省那更康切尔地区银多金属矿床矿石矿物特征及其地质意义 [J], 马生福5.新疆维权银多金属矿床富砷矿物特征及意义 [J], 孟庆鹏; 姚瑶; 况守英; 马龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
世界大洋现代多金属硫化物成矿作用
山带 。带 内发生大 洋壳 的增生 。大多 数热 液呈矿 现象 趋 向于在新 火 山带 ，带 内出现纵 向 轴部槽 或者构 造 断裂 。它们 呈高 出裂 谷 轴 部 ５．０ｍ 的火 山长 拱 ，或 火 山 岩 强 烈 破碎 ０６０
区。
图 １ 世界大洋主要硫 化物矿场分 布
（ 暗色点表示有研究的构筑体 ，编号名称列下 ） ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ１ 冲绳海槽 Ｊ Ｄ ；２Ｂ ｎ ｓ ． ． Ａ Ｅ ．ｅｓ ｅ；３ 帕克 一马努斯 ；４ 白色教堂 ； ． ｉ ｉ ； ． Ｉ ． ５Ｘｎ Ｘｎ ６ 劳盆地北 ； ． ｅ ａ ７ 劳盆地
ＪＯＦ ｑＥ － Ｘ Ｒ、Ｌｓ ｓｉ 中脊 １￣ － Ｉ ｏｔ ｉ 和 ｔ ３Ｎ。
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静 的构造 状态 。活 动带本 身包 括 内裂谷 或称 张裂谷 ，其 内经历 着拉 张过程 。在 拉张 背景 内发 生个别 块体 的垂 向位 移 ，形 成 断 阶 。在 张裂 谷 中央 部 分有 不 宽 的 （ １０ 约 ０ｍ）新 火
一
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硫化 物呈矿 现象局 部于不 同的大地构 造环 境和地 质环 境 中 ：如在 快扩 张和慢 扩 张 的 轴部 裂谷 ；在轴 部或 在 轴外 的火 山 、海 底 山 ；有 沉 积 盖层 的裂 谷 带 （ 与大 陆 边 缘 搭 界 的） ，同俯 冲带 和弧后 扩张带 有关 的环 境 。产 生 或 产生 过硫 化 物 矿堆 积 的 ，常 常是 在 构
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在 太平洋 弧后 盆地 的扩 张带 ：马 努斯 盆 地 和劳 盆 地 ，及 马里 亚 纳槽 谷 。在 ９ 代 ０年
中期曾发现不是同新火 山岩带 ，而是同蛇纹岩带组合的热液场。现今 已知的三大洋的热 液场数超过 １ 多个，其 中不超过 ３ 座伴生有块状硫化物的高温沉积。 Ｏ ０
海底热液多金属硫化物勘探开发与管理研究
海底热液硫化物—深海采矿前沿探索丁六怀，陈新明，高宇清（长沙矿山研究院，湖南长沙 410012）摘 要 ：结合深海采矿 的 现 状 ，以海底热液硫化物这一潜在开采对象为基础 ，对国内外的相关研究与开发动态情况进 行 了 介 绍 ，分析了海底热 液硫化开采远景 ，在剖析海底热液硫化物开采研究现实意义的基础上 ，提出海底热液硫 化物是我国海洋采矿发展 的 新 契 机 ，并建议相关部门结合大洋战略逐步完善我国深海基础机电产品及工程装备研 发 体 系 ，结合海底热液硫化 物探测技术的发展 ，同步开展开采系统的前期研究工作 ，从而引导并推进我国深海采矿 及海洋工程技术的发展 。
关 键 词 ：深 海 采 矿 ；海底热液硫化物 ；开 采 环 境 ；深海基础机电产品及工程装备研发体系 ；海 洋 工 程 技 中 图 分 类 号 ：P74文 献 标 识 码 ：A文 章 编 号 ：1003-2029（2009）01-0126-07底热液硫化物预期商业开采一旦成功，它将直接向世人诠释海洋采矿活动的本质，并直接为世界各国的深海采矿提供一种采矿活动运作的借鉴模式和海底热液硫化物采矿系统参考方案。
因此，海底热液硫化物是一项具有潜在商业开采价 值的矿产资源，有望成为深海采矿的首采对象，承载着海洋采矿的明天。
引言自 20 世纪 70 年代一些发达国家的矿业公司及多国集 团针对海底多金属结核的试采以不具备开采经济性[1]告终以 来，深海采矿的发展一直较为缓慢。
时至今日，许多国家的深 海采矿活动主要在联合国海洋法框架下及国际海底管理局 的引导下开展，相关的深海采矿研究也主要集中在采矿系 统、采矿关键装备样机、采矿系统实验室及浅水试验以及深 海采矿环境影响研究等方面，总体而言，各国在系统方案及 相关技术研究方面尚未取得突破性进展。
深海采矿作为我国长远发展的一项重大策略，相关的研 究工作主要定位于技术的积累和有序发展之上，同时，作为 国际海底管理局的先驱投资者之一，我国基本上是结合先驱 投资合同展开深海采矿研究工作的。
海底硫化物综述
西北大学地质学系研究生综述性课程成绩单教师注意事项：1、课程总成绩应基本符合正态分布；2、若有两种（及以上）方式进行综合考核，需明确各部分所占比例；3、评语中应指出该份作业的特点与不足。
现代海底硫化物矿床研究现状及展望西北大学地质系矿产普查与勘探专业 10级硕士赵军辉学号：201021142 摘要：现代海底热液活动及其资源效应是近30年来地球科学中的重要研究方向。
调查研究表明,海底多金属硫化物矿床是热液活动的产物,有200多个现代海底热液块状硫化物矿床分布于现代海底的各种构造环境中。
因此，现代海底硫化物矿床成矿作用观察与研究,不仅为研究古代矿床注入了新的活力,而且对我们现有的成矿理论提出了严重挑战,并已成为发展和开创成矿新理论的摇篮。
本文主要针对块状硫化物的活动区、成矿物质来源、硫化物堆积机制做一研究。
关键词：海底块状硫化物矿床成矿物质来源硫化物堆积机制1 现代海底热液成矿作用研究的重要进展现代海底热液成矿作用研究近年来已取得重大进展,主要体现在两个方面:(1)大批正在活动或业已停止的热液区和硫化物矿床在诸如洋脊、弧后和板内火山活动中心等海底环境加速发现,不仅为人类提供了重要的金属矿产资源,而且极大地丰富了我们矿床学内容和知识储备；(2)现代海底硫化物矿床成矿作用观察与研究,不仅为研究古代矿床注入了新的活力,而且对我们现有的成矿理论提出了严重挑战,并已成为发展和开创成矿新理论的摇篮。
2 现代海底重要硫化物矿床块状硫化物矿床(MSD)是一类重要的金属矿床,通常产于海相火山岩系和沉积岩系中,主要由Fe、Cu、Zn和Pb的硫化物组成,伴有Au、Ag、Co等多种有益元素。
这类矿床的研究很大程度上得益于对现代洋底热液活动与成矿作用的深化,后者已成为开创和发展成矿新理论的摇篮。
在古代地质记录中,以火山岩为容矿岩石和以沉积岩为容矿岩石的硫化物矿床占有举足轻重地位,这两大类矿床的现代类比物已在现代海底大量发现,它们主要出现于大洋中脊、弧后盆地(弧间裂谷)和板内火山活动中心诸海底环境,通常形成于张裂或裂谷作用阶段,并随着张裂盆地的发育,形成各具特色的硫化物矿床,构成完整的成矿谱系。