【正文】 第六章 噴流沉積成礦理論 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 二、古海底噴流沉積塊狀硫化物礦床類型與標(biāo)志特征 第二節(jié) 噴流沉積成礦地質(zhì)理論 一、概述 二、二元結(jié)構(gòu) 三、含礦熱水噴流沉積巖系 四、管道系統(tǒng) 五、層狀硫化物熱液自交代作用 六、晚期熱液活動(dòng)與交代作用 七、多噴口席狀 塊狀礦化 八、銅金礦化與組分遷移演化 第三節(jié) 噴流沉積成礦地球化學(xué)理論 一、巖石化學(xué)標(biāo)志與特征 二、稀土元素 三、流體包裹體 四、同位素地球化學(xué)和年齡 第六章 噴流沉積成礦理論 ?現(xiàn)代海底噴流沉積硫化物礦床的發(fā)現(xiàn)，極大地推動(dòng)了海底熱液成礦理論的發(fā)展，也大大地提高了對古代海底噴流塊狀硫化物礦床的研究水平。噴流沉積成礦作用和成礦理論，構(gòu)成現(xiàn)代成礦理論的核心內(nèi)容。 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 ?海底熱液噴流沉積成礦作用，是當(dāng)前礦床學(xué)、地球化學(xué)研究的前沿課題之一，自 20世紀(jì) 60年代聯(lián)合國進(jìn)行 “ 深海鉆探計(jì)劃 ” 以來，在大洋擴(kuò)張脊附近海底，陸續(xù)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(dòng)及硫化物堆積等現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用。這一發(fā)現(xiàn)，極大地推動(dòng)了海底熱液成礦理論的發(fā)展。海底噴流沉積作用，合理地解釋了許多塊狀硫化物礦床、層狀金屬硫化物、氧化物礦床、層狀非金屬礦床，及許多低溫?zé)嵋旱V床的成礦機(jī)制。因此，這一新的成礦理論，大大提高了對地質(zhì)歷史時(shí)期形成的海底噴流沉積礦床研究的理論水平。噴流沉積是重要的成礦作用，是我國 Cu、 Pb、 Zn、Au、 Ag、 Sn、 Fe、 S等金屬及非金屬礦產(chǎn)資源的重要來源，其中包括許多超大型礦床。 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 ?20世紀(jì) 60年代以來，海底噴流 沉積礦床的研究，取得了突破性進(jìn)展，尤其是對現(xiàn)代海底熱液成礦作用與地質(zhì)歷史時(shí)期中形成的塊狀硫化物礦床的理論研究，及實(shí)際勘查，都取得了豐碩成果。 (一 )現(xiàn)代海底熱水噴流沉積成礦作用概述 ?20世紀(jì) 60年代，在非洲與阿拉伯半島之間，經(jīng)緩慢擴(kuò)張形成的紅海海淵，發(fā)現(xiàn)了規(guī)模巨大的多金屬礦床和含金屬熱鹵水 (Bischoff, 1969)震動(dòng)了整個(gè)地學(xué)界，激起了人們對現(xiàn)代海底熱水成礦作用的極大興趣。自 20世紀(jì) }0年代發(fā)現(xiàn)紅海海底硫化物礦床以來，目前勘查表明，紅海鹵水池含金屬沉積物，是己知最大的現(xiàn)代海底硫化物礦床。其中，亞特蘭提斯礦床，約有 1億噸硫化物及氧化物沉積。與此同時(shí)，在東太平洋脊沉積物中，亦發(fā)現(xiàn)了熱水金屬組分。 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 ?20世紀(jì) 70年代，在大西洋的 TAG熱水區(qū)，發(fā)現(xiàn)了海底熱泉和低溫?zé)崴V床。此后，在 Galapagos擴(kuò)張中心，發(fā)現(xiàn)海底熱泉和熱水噴口生物群。在 1978年，法國在東太平洋北緯 21176。 發(fā)現(xiàn)了正在活動(dòng)的高溫?zé)崛蛪K狀硫化物礦床，從此掀起了研究現(xiàn)代海底熱水成礦作用的熱潮。 ?目前。美國海洋與大氣管理研究中心的科學(xué)家，在中大西洋的研究取得一定突破后，迅速組織開展了太平洋中脊和中大西洋海底調(diào)查。法國科學(xué)家，不僅迅速占領(lǐng)了東太平洋和中大西洋部分海域，而且在向西南太平洋進(jìn)軍，并取得重大進(jìn)展。德國科學(xué)家與法國和日本科學(xué)家一道，在西南太平洋島弧和弧后擴(kuò)張盆地，發(fā)現(xiàn)了具有重大意義的海底熱水活動(dòng)和硫化物礦床。日本地質(zhì)學(xué)家，發(fā)現(xiàn)了全球最大的熱水云團(tuán)和正在活動(dòng)的黑煙囪式塊狀硫化物礦床。加拿大多倫多大學(xué)科學(xué)家，建立了海洋地質(zhì)研究實(shí)驗(yàn)室，重點(diǎn)開展現(xiàn)代海底熱水成礦作用與古代礦床對比研究。 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 ? 80年代末，日本在西南太平洋沖繩海槽內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了黑煙囪式硫化物礦床，為目前在海底發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)類似于 “ 黑礦型 ” 的礦床。關(guān)于海底熱液成礦作用的理論研究，國外在 80年代出版了大量的著作，發(fā)表了大量的文獻(xiàn)。美國學(xué)者 P. A. Rana等 (1984)，在 《 海底擴(kuò)張中心的熱液作用 》 一書中，除深?？疾榈呢S富資料外，對海水對流的模式、海水與玄武巖間的水 巖反應(yīng)、元素的遷移、質(zhì)量平衡及循環(huán)、圍巖蝕變、熱液礦化、生物及微生物的作用，都作了詳細(xì)論述。 T. J. Barretr (1988)主編了海底熱液成礦作用研究專輯。 ? 一般認(rèn)為，從現(xiàn)代海底擴(kuò)張中心噴出的熱液流體，是一種海水。當(dāng)它以對流圈形式在洋殼中循環(huán)時(shí)，已經(jīng)與玄武巖發(fā)生了反應(yīng)，形成了海底成礦熱液。該模型已得到海水 玄武巖反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬和對海底玄武巖觀察的驗(yàn)證。在現(xiàn)代洋殼中，存在熱液對流圈，已得到確切證實(shí)。這些熱液對流圈，首先被提出來用于解釋大洋中脊熱流的測量值與理論值之間的差異，后來又被熱平衡概算的數(shù)學(xué)模型所預(yù)測，最后大洋中脊高溫?zé)嵋簢姵隹诘陌l(fā)現(xiàn)，證實(shí)了它們的存在。由于得到這些真實(shí)現(xiàn)象的驗(yàn)證，對流圈模型是目前關(guān)于火山成因塊狀硫化物礦床形成的最流行的水動(dòng)力模型。 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 ?經(jīng)過對全球 50000km長的大洋中脊約 1%地區(qū)的詳細(xì)勘查，發(fā)現(xiàn)了一百余個(gè)海底金屬礦床及熱液區(qū)。已知的熱液區(qū)，主要分布在東太平洋。在那里，大多數(shù)噴出門發(fā)育在洋脊隆起的中間谷地中，熱液流體直接從火山巖 (主要為玄武巖 )基底中噴射出來。目前研究最多的地區(qū)，是北緯21176。 N處的東太平洋隆起。其中一個(gè)典型丘堤 煙囪聯(lián)合體，含有 2022t的硫化物。在東太平洋隆起 13176。 N處，沿 20km長的軸向盆地地段，已查出 80多個(gè)單獨(dú)的硫化物堆積體。目前所發(fā)現(xiàn)的、可能也是最大的丘堤煙囪礦床，發(fā)育在大西洋中脊中部 26176。 N處的 TAG熱液田中，一個(gè)單個(gè)礦床，估計(jì)含有 450萬噸硫化物。 ?現(xiàn)代海底硫化物丘堤 煙囪礦床的發(fā)現(xiàn) .不僅證實(shí)了關(guān)于火山成因塊狀硫化物礦床成因的熱液噴流沉積模型，而且為闡明成礦過程提供了新的依據(jù)。最重要的進(jìn)展，還包括熱液的化學(xué)和物理數(shù)據(jù)測定結(jié)果，以及根據(jù)這些數(shù)據(jù)模擬熱液系統(tǒng)和熱液礦物的沉淀作用建立起來的數(shù)學(xué)模型。最近，中國留美學(xué)者丁抗博士 (1996)，準(zhǔn)備利用他們發(fā)明的 pH及 Eh傳感器，安裝在海底熱液噴口煙囪內(nèi)，建立觀測站，長期測定尚未與海水混合的海底熱液的物理化學(xué)參數(shù)及其變化。這將大大提高對海底熱液成礦理論的研究水平。 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 ?現(xiàn)代海底熱水成礦作用，是巖石圈與大洋 (水圈 )在洋脊擴(kuò)張中心、島弧、弧后擴(kuò)張中心及板內(nèi)活動(dòng)中心發(fā)生熱和化學(xué)交換作用的產(chǎn)物。這種交換過程，不僅產(chǎn)生了具有重要經(jīng)濟(jì)意義的金屬礦床，而且對水圈和生物圈也產(chǎn)生了重大影響，成為當(dāng)今地球科學(xué)的重大前沿研究領(lǐng)域之一。據(jù)估計(jì)，來自地球深部的物質(zhì)和熱水，約 80%是通過熱水活動(dòng)排放。因此，現(xiàn)代海底熱水活動(dòng)，成為觀察地球物質(zhì)和熱流量的重要窗口。 ?熱水噴流沉積成礦作用，正在海底進(jìn)行。對這一天然實(shí)驗(yàn)室的觀察與研究，不僅為古代礦床成因提供不可估價(jià)的成因信息，同時(shí)，也可豐富和更新我們現(xiàn)有的成礦理論。陸地礦產(chǎn)資源的日趨貧乏，使得許多國家已把戰(zhàn)略眼光盯住海底礦產(chǎn)資源。在短短十幾年時(shí)間里，在占海底不到 1%的地段，已發(fā)現(xiàn)百余個(gè)金屬礦床和熱水區(qū)。 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 ?近年來，現(xiàn)代海底熱水成礦作用研究取得的重大進(jìn)展，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面 :其一，在諸如洋脊、弧后和板內(nèi)火山活動(dòng)中心等海底環(huán)境，大批正在活動(dòng)或業(yè)已停止的熱水區(qū)和硫化物礦床被發(fā)現(xiàn)，不僅為人類提供了重要的金屬礦產(chǎn)資源，而且極大地豐富了礦床學(xué)內(nèi)容 。其二，現(xiàn)代海底硫化物礦床成礦作用的觀察與研究，不僅為研究古代礦床注人了新的活力，而且對我們現(xiàn)有的成礦理論提出了嚴(yán)重挑戰(zhàn)，并已成為成礦理論發(fā)展和開創(chuàng)成礦新理論的搖籃口 ?根據(jù)初步勘察結(jié)果，已知產(chǎn)出的礦床，主要集中在大洋中脊 (海底擴(kuò)張中心 )和火山島弧后面 (弧后盆地 )的離散板塊邊界、島弧和大陸板塊活動(dòng)中心。 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 (二 )現(xiàn)代海底硫化物礦床特征 ?在古代地質(zhì)記錄中。以火山巖為容礦巖石和以沉積巖為容礦巖石的硫化物礦床，占有舉足輕重地位。這兩大類礦床的現(xiàn)代類比物，已在現(xiàn)代海底大量發(fā)現(xiàn)。它們通常形成于張裂或裂谷作用階段，并隨著張裂盆地的發(fā)育，形成各具特色的硫化物礦床，構(gòu)成完整的成礦譜系。在 100多個(gè)熱水活動(dòng)區(qū)中，至少有 15個(gè)金屬硫化物礦床與陸上礦床規(guī)模相當(dāng)。 146個(gè)已知的熱水活動(dòng)區(qū)和硫化物礦床。主要分布在 4種不同的構(gòu)造環(huán)境，即大洋中脊、弧后盆地、島弧和弧前盆地。硫化物礦床，可劃分為兩大類礦床，以火山巖為容礦巖巖石的礦床和以沉積巖為容礦巖石的礦床。 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 ?以火山巖為容礦巖石的硫化物礦床。主要發(fā)育在洋脊環(huán)境和弧后擴(kuò)張盆地環(huán)境。 1)洋脊環(huán)境 ?洋脊環(huán)境，是目前世界海底發(fā)現(xiàn)熱水噴流沉積活動(dòng)和金屬硫化物礦床最多和最重要的環(huán)境。按洋脊擴(kuò)張速率，可分為快速擴(kuò)張脊和慢速擴(kuò)張脊。從熱水漢分布和礦床規(guī)模角度分析，快速擴(kuò)張脊，似乎比慢速擴(kuò)張脊，更具有成礦潛力。 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 ?(1)紅海海淵熱鹵水和硫化物礦床 :是大洋板塊緩慢擴(kuò)張、大洋初期階段形成的典型礦床類型。海淵深達(dá)2022多米，產(chǎn)于轉(zhuǎn)換斷層附近的平行于火山噴發(fā)軸部地帶的狹長盆地中。該礦床金屬儲(chǔ)量，高達(dá) 1億 t，大于日本整個(gè)北鹿盆地黑礦礦床總儲(chǔ)量 (7000萬 t)。礦床主要為含金屬沉積物，伴有硫化物、硫酸鹽、氫氧化合物和碳酸鹽，及大量熱鹵水，尚可見到塊狀硫化物煙囪碎屑。主要礦物組合為鐵蒙脫石、赤鐵礦、硫化物 (閃鋅礦、白鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦 )、重晶石、石青、磁鐵礦和富錳菱鐵礦等。 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 ? (2)中大西洋脊 20176。 N60176。 N硫化物礦床 :熱水活動(dòng)和硫化物礦床，發(fā)生于慢速擴(kuò)張洋脊環(huán)境，形成于洋盆擴(kuò)張的晚期階段。熱水活動(dòng)區(qū)分布較廣，綿延數(shù)千公里，但以 TAG熱水活動(dòng)區(qū)最為強(qiáng)烈和典型。該區(qū)位于中大西洋底裂谷東翼 5 km處，熱水活動(dòng)帶位于裂谷正斷層與轉(zhuǎn)換斷層交匯處的火山中心西緣 20223500m的深水盆地中。有 3種熱水成礦類型 :活動(dòng)的高溫硫化物丘堤，寬約250m，高約 45m，金屬儲(chǔ)量 3百萬噸 5百萬噸 。礦石類型主要有發(fā)育蜂窩狀結(jié)構(gòu)的塊狀 CuFe硫化物、黃鐵礦 閃鋅礦交生的塊狀ZnFe硫化物、塊狀 Fe硫化物及黃灰色晶質(zhì)煙囪碎屑，灰色粗粒硫酸鹽 (石膏 )、碳酸鹽 (方解石 )和鐵氧化物及鐵硫酸鹽 。主要硫化物組合為黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦和白鐵礦 。在停息的熱水硫化物帶，亦可鑒別出塊狀 CuFe硫化物、 ZnFe硫化物、 Fe琉化物、層狀 Mn結(jié)殼及 Fe的氧化物等。在低溫?zé)崴练e帶，在裂谷壁斷塊上發(fā)育不連續(xù)的氧化物 硅酸鹽沉積。 第一節(jié) 古今海底噴流沉積成礦理論 一、現(xiàn)代海底噴流沉積成礦作用與硫化物礦床 ? (3)西 Woodlark盆地硫化物礦床 :形成于迅速擴(kuò)張的 20222300m的深水盆地環(huán)境，發(fā)育于洋盆擴(kuò)張初期階段。其擴(kuò)張軸部延伸到張裂的大陸殼中。礦床分布于擴(kuò)張軸地段破火山口內(nèi)，與玄武質(zhì)安山巖帶有關(guān)。礦床由活動(dòng)的 FeMnSi氧化物沉積、重晶石 非晶硅 硫化物煙囪和 FeMnSi丘堤及重晶石 非晶硅 硫化物組成。主要礦物為重晶石、非晶硅、黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、方鉛礦和水鈉錳礦等。 ? (4)東太平洋硫化物礦床 :形成于中快速擴(kuò)張的大洋中脊環(huán)境，發(fā)育于洋盆擴(kuò)張的晚期階段。熱水活動(dòng)區(qū)斷續(xù)分布于長達(dá)數(shù)千公里的東太平洋隆帶上，但硫化物礦床規(guī)模一般較小，單個(gè)礦床礦石僅幾千噸，礦床主要產(chǎn)于洋底擴(kuò)張中軸附近的軸部地塹、斷塊或裂隙化的擴(kuò)張邊緣帶，以及地塹與海底高地交匯處。在深達(dá) 2600m的軸部地塹盆地，存在塊狀硫化物丘堤和塊狀硫化物礦床。其頂部被煙囪覆蓋，活動(dòng)和停息的煙囪多達(dá) 80余個(gè)。煙囪類型包括富 Cu煙囪