第十章 块状硫化物矿床

－红海热卤水成矿
• 1964年发现； • 高热卤水＋金属软泥； • 已发现13个卤水池，最大者Atlantis II 温度60C， 盐度26％； • Atlantis II厚20m,面积50Km2; • 微细薄层氧化物、硅酸盐、硫化物、碳酸盐； 金属含量高； • 与裂谷作用有关。 • －类似VMS
热卤水成矿作用（2）
5)围岩蚀变： 类型：SI 化、 SER 化、 CHL 化、泥化。 蒙脱石—沸石带（矿体上盘外带） 分带： （外） SER-CHL-PY 带（矿体上盘内带） SER-CHL-Q 带（矿体内） （内） SI 化带（矿体下盘） 6)矿石分带： 自上而下：硅质泥岩（原层 HM+MN 矿）+硅质铁矿 －－－－－－－－－－－（重晶石带） 黑矿： SPH+GN+重晶石 黄矿： PY+CP 硅矿： CP+PY+Q 石膏矿： 石膏+硬石膏
2
现代海底热液成矿作用 的研究历史
①60年代(1966)，在非洲与阿拉伯半岛间经缓慢扩张形成的 红海海缘，发现规模巨大的多金属矿床（约1亿吨）和金 属热卤水，激发起现代海底热液成矿作用研究的兴趣。 ②地球物理学家推测海水通过洋壳发生热对流循环活动。 ③70年代(1977)，在大西洋的TAG热液区发现了海底热泉和 低温热液矿床，随之在Galapagos扩张中心亦发现海底热 泉和热液喷口(hydrothermal vents)生物群。
④美国 美国以Rona博士为首的科学家在大西洋取得一定突破后， 美国 迅速组织人马开展太平洋（13 0 S～210N）和大西洋脊 （260S～300N）海底调查。 法国IFREMER机构科学家迅速占领中太平洋和中大西洋部 法国 分海域，并进军西南太平洋，且取得重大进展。 德国起步相对较晚，但后来居上，与法、日科学家一道在 德国 西南太平洋岛弧和岛弧盆地发现了具重大意义的海底热 液活动和硫化物矿床。 日本以Urabe 为首的科学家有西南太平洋站稳脚跟并取得 日本 突破后，立即向另一科学至高点－东太平洋快速扩张脊 进军，1995年发现了全球最大的热液云团 （hydrothermal Plume），1996年又发现正在活动的黑烟 阁式块状硫化物矿床。
SubSub-seafloor replacement models
cross cutting replacement pipes stratiform replacement of permeable volcaniclastic units
“黑矿”型VMS矿床 黑矿” 矿床
1)矿区岩石 矿区岩石：火山熔岩+火山碎屑岩+(侵入岩、角 矿区岩石 砾岩)+沉积岩。 火山熔岩：绿色凝灰岩、矿床产于其中。 火山熔岩 近矿岩石： 近矿岩石 （１）中酸性熔岩+火山碎屑岩为主，次有斑 状次火山岩的侵入岩和角砾岩； （２）沉积岩：含Fe 、Mn的炭质、石墨质泥 岩和页岩。
二、块状硫化物矿床 块状硫化物矿床
（一）VMS型（与火山岩有关的块状硫化物矿床） 型 与火山岩有关的块状硫化物矿床） 1、诺兰达型； 2、黑矿型； 、黑矿型； 3、塞浦路斯型； 4、别子型。 （二）SEDEX型（SMS型）（沉积岩中的块状硫化 型 型
物矿床） 物矿床）
1、沙利文型 、 2、银矿山型
1 意义：
①这种作用产生了具重要经济意义的金属矿床； ②这种作用对水圈和生物圈产生重大影响，成为地学重大研 究前缘之一； ③地球深部的物质和热液约有80%是通过热液活动在洋脊排放 的，因此，现代海底热液活动成为监测全球性物质和热量流的重 要窗口，是研究全球热状态和物质化学平衡的重要途径。 ④热液喷口生物群的生存与繁衍，已成为海洋学家和生物学 家的重大研究课题。 ⑤既可为古代矿床成因提供不可估价的成因信息，又可丰富 和更新我们现有的知识储备和成矿理论。 ⑥在短短十几年时间里，在占海底不到1%的地段，已发现百 余个金属矿床的热液区，海洋已成为各大国争夺资源的主战场。
（4）热液流体对流循环
A.单途径循环: A.单途径循环: 单途径循环
过去普通认为，深处高热岩浆加热驱动海水， 形成单途径循环（Single-pass circulation）热液 流体，其与围岩反应并从中萃取成矿物质，形 成的热流体上升、排泄、形成块状MS矿床和 黑烟囱。
B. 双扩散对流循环模型 双扩散对流循环模型: 在高位岩浆侵入体中，确实存在高温高盐度流体 包裹体。因此，Bischoff and Roserbauer提出了 双扩散对流循环模型，即：
海底热液系统是由两个垂向上分离的对流环胞构 成，下部为热卤水层，加热并驱动上部冷的海水循环 胞，卤水层因高热和高盐度可作为稳定介质，并通过 其与海水层界面进行热和物质（盐和金属组分）扩散。
C.“密度窗”模型： C. 密度窗”模型： 密度窗
认为热卤水的性状类似于壳下玄武岩浆。在稳定 条件下，因其密度较大，而稳定地处在上部低盐低温 海水单元之下。岩浆或构造事件，可扰乱卤水与海水 的双扩散状态，海水向卤水注入势必导致卤水密度降 低而出现重力不稳定性，从而穿过“密度窗”向上运 移并与循环海水混合，形成较高盐度富含金属物质的 热液流体。
（一）VMS型（与火山岩有关 型
的块状硫化物矿床） 的块状硫化物矿床）
Volcanogenic Massive Sulfide (VMS)
vs
VolcanicVolcanic-Hosted Massive S、长英质火山岩、火山碎屑岩有关，形成于火山活动 间歇期； （2）呈整合或不整合型。整合型呈层状、似层状，具“双层结构” 特征； （3）分带(下→上；中心→外测)：Cu→Zn → Pb； （4）常形成富Fe(Mn)的硅质岩-喷流岩； （5）蚀变有硅化、绿泥石化、碳酸盐化，下盘见明显分带。 （6）典型代表：日本黑矿。
我国在前处海洋调查船也正式下水，参与争夺，但乞今 我国 仅开展海底Fe、Mn结核研究，尚未开展海底热液成矿 作用研究。
3 现代海底热液成矿作用
3－1 热卤水成矿作用
A－红海热卤水成矿－类似VMS B－Salton海热卤水成矿－类似SEDEX
3－2 现代洋底热水喷流成矿作用－黑烟囱
3－1 热卤水成矿作用（1）
VolcanicVolcanic-Hosted Massive Sulfide Deposits
Over 700 VHMS deposits have been recorded worldworld-wide Range in size from less than 100,000 tonnes to over 300,000,000 tonnes Most of the top 50 deposits* are from 7 major VHMS districts
• 1976年发现于东太平洋扩张中心； • 温度<13C－405C的热水喷口； • 1979年发现黑烟囱－由浅金属、贵金属硫化物 ＋硫酸盐组成； • 主要分布于太平洋，也见于大西洋、印度洋和 地中海。 • 构造环境多样； • 规模较大。
现代洋底热液作用特征
（1）构造背景及类型； （2）热液的化学性质； （3）热液的物理性质； （4）现代海底硫化物矿床（海底硫化物矿 床）特征。 P136－138
by 1983, 50 sites (hydrothermal activity and sea-floor mineralisation) by 1993, 140 sites by 2002, 217 sites by 2005, >300 sites (>100 high-T venting & polymetallic sulfide deposits) Until now, < 1% of seafloor explored in detail
2)矿体产状 矿体产状：多呈层状，其下有一些网脉型矿石。 矿体产状 3)矿石矿物 矿石矿物：矿物种类多，主要为硫化物：富含 矿石矿物 Pb、Zn、铜较少。 硫化物： Py+Sph+Gn+Cp+斑铜Bn+黝铜矿； Ag-Au矿： 银金矿、自然银； 硫酸盐： 石膏、硬石膏、重晶石； 氧化物、硅酸盐：Hm。 4)矿石构造：块状、浸染状、纹层状、角砾状。 矿石构造 矿石构造
（2）成矿物质来源 ）
流体与热液： 成矿流体：海水。 热源：洋壳内的岩浆房或结晶的岩浆地质体。 金属物质： 火山成因块状硫化物矿床的成矿物质主体 源自含矿火山岩系（洋壳玄武岩）及其下伏基 底物质，是由循环的热液从中淋滤出来的。
（3）流体通道与盖层 ）
• 流体通道：高孔隙度的熔岩、断裂。 流体通道： • 盖层：不渗透层：沉积物、块状熔岩等。 盖层：
（上）
（下）
7)成矿环境（构 造）： 与熔岩 穹丘密切相关： 黑矿穹丘的一 侧或穹丘之间 的洼地中。
4 现代海底重要硫化物矿床
产出构造环境：
大洋中脊； 洋内弧后盆地（弧间盆地），如Lau盆地型； 陆内弧后，如Okinawa海槽型 陆内裂谷（板内火山活动中心），如红海 Atlantis II海渊型。
矿床分类：
以火山岩为容矿岩石的矿床(VHMS)； 以沉积岩容矿岩石的矿床(SEDEX)。
（1）成矿地质背景 ）
－Salton海热卤水成矿
• • • • • 与裂谷作用有关； －类似SEDEX；水深3Km； 高温达360C，盐度25－30％；体积11.6Km3; 硫化物和金属含量高，聚集于卤水排泄口附近； 热卤水已大气降水为主，物质主要来自浅部岩石，部 分来自深部岩浆。硫来自沉积物中蒸发岩。
3－2 现代洋底热水喷流成矿作用
*(based on tonnes of contained Cu + Zn + Pb metal)
Genetic Models
Seafloor deposition
seafloor exhalative systems zone refining in mounds metalliferous sediment (exhalite)