矿床学喷流矿床中南大学地质工程专业A方向

1、矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 矿矿 床床 学学 中南大学中南大学 地质工程专业地质工程专业A方向方向 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 第八章第八章 喷流矿床喷流矿床 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.1 概概 述述 8.1.1 缘起缘起 早在早在 1 948年年 ,瑞典海洋考察船瑞典海洋考察船“信天翁信天翁”号在红号在红 海中部水深海中部水深 1 937的地方的地方 ,发现水温与盐度的异发现水温与盐度的异 常常 6 0年代中期年代中期 ,美、

2、英、德的考察船又在此发现富美、英、德的考察船又在此发现富 含含Fe ,Mn及及Zn ,Cu ,Cd ,Pb和和Ag的多金属软泥的多金属软泥 1978年美、法联合用法国年美、法联合用法国 Caana号深潜器，在东号深潜器，在东 太平洋洋脊太平洋洋脊 21N，首次发现海底热液硫化物，首次发现海底热液硫化物 1979年美国年美国Alvin号深潜器再度下潜，发现了含热号深潜器再度下潜，发现了含热 源硫化物的黑烟囱源硫化物的黑烟囱 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 在在 2 0世纪世纪 80年代年代 ,世界上出现了对海底硫世界上出现了对海底硫 化物矿床作为

3、一种新型潜在矿物原料的广化物矿床作为一种新型潜在矿物原料的广 泛关注。泛关注。 美、法、德、日、加、澳和前苏联等国的美、法、德、日、加、澳和前苏联等国的 科学家相继开展了这方面的调查研究。已科学家相继开展了这方面的调查研究。已 发现的矿点和矿床有发现的矿点和矿床有 139个左右个左右,但规模比但规模比 较大的不足较大的不足 2 0处。处。 根据麻省理工学院海洋学教授埃德蒙的说根据麻省理工学院海洋学教授埃德蒙的说 法，这些热液喷口是地球核心失去热量的法，这些热液喷口是地球核心失去热量的 主要通道，估计在大洋中有主要通道，估计在大洋中有5000个。个。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床

4、中南大学地质工程 专业专业A方向方向 海底多金属硫化物矿床与海底热液活动有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。着密不可分的关系。 海底热液活动作为正发生的成矿作用海底热液活动作为正发生的成矿作用 ,成为成为 我们研究现代海底硫化物矿床的天然实验我们研究现代海底硫化物矿床的天然实验 室室 ,并有助于更新旧有的成矿模式并有助于更新旧有的成矿模式 ;同时与同时与 陆地块状硫化物矿床进行对比陆地块状硫化物矿床进行对比 ,有助于指导有助于指导 海底与陆地找矿工作。海底与陆地找矿工作。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.1.2 概念概

5、念 含矿热流体（热液）喷出海底的过程含矿热流体（热液）喷出海底的过程 称为喷流作用（称为喷流作用（exhalation），由此形），由此形 成的岩石称喷流岩（成的岩石称喷流岩（exhalite）。）。 海底喷流热水沉积作用海底喷流热水沉积作用(Exhalative sedimentation)泛指深部上升的不同成泛指深部上升的不同成 因的含矿热流体在喷出海底的过程中，因的含矿热流体在喷出海底的过程中， 与常温的海水互相反应，致使矿物沉与常温的海水互相反应，致使矿物沉 淀的过程。淀的过程。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 如果该过程中有有用物质的

6、富集，则称海如果该过程中有有用物质的富集，则称海 底喷流沉积成矿作用，形成的矿床称喷流底喷流沉积成矿作用，形成的矿床称喷流 热水沉积矿床（热水沉积矿床（SEDEX矿床矿床），简称喷流），简称喷流 矿床。该类矿床以热液硫化物为主，即海矿床。该类矿床以热液硫化物为主，即海 底热液硫化物矿床。底热液硫化物矿床。 据认为，喷流矿床不仅存在于现代海底，据认为，喷流矿床不仅存在于现代海底， 而且在古代形成的矿床中也大量存在。如而且在古代形成的矿床中也大量存在。如 甘肃西成铅锌矿、四川岬村铅锌矿等，也甘肃西成铅锌矿、四川岬村铅锌矿等，也 有人认为锡铁山铅锌矿、甚至凡口铅锌矿有人认为锡铁山铅锌矿、甚至凡口铅锌

7、矿 都属之。现在看来，这一矿床类型有被扩都属之。现在看来，这一矿床类型有被扩 大的趋势。大的趋势。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.1.3 现代海底热液硫化物矿床的意义现代海底热液硫化物矿床的意义 海底热液矿床和热液矿化作用的研究已成海底热液矿床和热液矿化作用的研究已成 为国际地球科学最为活跃的研究领域之一，为国际地球科学最为活跃的研究领域之一， 究其原因主要有：究其原因主要有： （1）科学家们普遍认为，热液多金属矿床）科学家们普遍认为，热液多金属矿床 是最有开发前景的一种深海底资源。例如是最有开发前景的一种深海底资源。例如 按照陆地矿床前

8、景作过严格评价的红海按照陆地矿床前景作过严格评价的红海 Atlantis正号深渊，在水深大干正号深渊，在水深大干 2000m、面、面 积仅为积仅为 615km2的范围内，含有的金属储的范围内，含有的金属储 量估测为量估测为Zn：3.2106t；Cu：0.8106t； Pb：8104t；Ag：4500t和和Au：45t。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 （2）海底高温活动热液喷口处的矿化作用）海底高温活动热液喷口处的矿化作用 过程及其过程及其“烟囱烟囱”产物是了解地球化学物产物是了解地球化学物 质平衡、循环和热收支等的天然实验室。质平衡、循环和热

9、收支等的天然实验室。 加强现代热液矿化作用的研究有助于理解加强现代热液矿化作用的研究有助于理解 地质记录中各类金属矿床的形成模式和成地质记录中各类金属矿床的形成模式和成 矿机制。矿机制。 （3）活动喷口处发现的与喷口周围小生境）活动喷口处发现的与喷口周围小生境 有关的深海活生物群落的存在，揭示了与有关的深海活生物群落的存在，揭示了与 地球内部热能有关的化学合成的细菌作用地球内部热能有关的化学合成的细菌作用 过程可以替代海洋真光层光合作用过程，过程可以替代海洋真光层光合作用过程， 这对早期生命体演化的认识有着重大意义。这对早期生命体演化的认识有着重大意义。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷

10、流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 因此，人们预测，在未来海洋地球因此，人们预测，在未来海洋地球 科学和海洋矿产资源调查中，热液科学和海洋矿产资源调查中，热液 成因的多金属矿床的探索最有可能成因的多金属矿床的探索最有可能 得到加强。得到加强。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.2 海底热液矿床形成的构造背景海底热液矿床形成的构造背景 8.2.1地理位置地理位置 海底多金属硫化物矿床主要分布在太平洋、海底多金属硫化物矿床主要分布在太平洋、 大西洋、红海大西洋、红海(见图见图)。 在太平洋上在太平洋上 ,有有 3个重要成矿区个重要成矿区

11、: 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 a.东部沿美洲大陆西侧的海域延伸形成一个东部沿美洲大陆西侧的海域延伸形成一个 漫长的矿带漫长的矿带 ,具有代表性的有具有代表性的有 : (1 )南探索者南探索者(Explorer), (2 )努力者努力者 (Endeavour), (3)轴海山轴海山(Axial Seamount), (4)瓜伊马斯海盆瓜伊马斯海盆 (GuaymasBasin), (5)东太平洋北纬东太平洋北纬 2 1(EPR2 1N), (6)东太平洋北纬东太

12、平洋北纬 1 3(EPR1 3N), (7)东太平洋北纬东太平洋北纬 1 1(EPR1 1N), (8)加拉帕格斯加拉帕格斯 (Galapagos), (9)南胡安得福卡南胡安得福卡 (South Juan De Fuca), (1 0 )伊斯卡纳巴海槽伊斯卡纳巴海槽 (Escanaba Trough)等。等。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 b.西太平洋成矿区西太平洋成矿区 : (1 )冲绳海槽的伊是名海洼冲绳海槽的伊是名海洼 JADE区区 (Okinawa Trough ), (2 )马里亚纳马里亚纳(Mariana)。 c.西南太平洋成矿

13、区西南太平洋成矿区 : 劳厄弧后盆地劳厄弧后盆地 (Lau back-arc basin), Manus海盆海盆 , 北斐济盆地北斐济盆地 (NorthFiji basin)。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 大西洋的代表性矿床有大西洋的代表性矿床有 : 大西洋中脊的大西洋中脊的 TAG热液活动热液活动 区区 , 中大西洋脊北纬中大西洋脊北纬 2 3蛇洞蛇洞 (Snakepit)。 红海红海 :Atlantisll深裂谷。深裂谷。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.2.2 构造部位构造部位 目

14、前所发现的目前所发现的“正在形成过程中正在形成过程中”的海底的海底 热液矿，其产地与断裂和火山活动带相联热液矿，其产地与断裂和火山活动带相联 系。主要属两类大地构造：离散型板块边系。主要属两类大地构造：离散型板块边 缘和火山岛弧环境缘和火山岛弧环境 洋脊热液矿化点的初步调查表明，其赋存洋脊热液矿化点的初步调查表明，其赋存 的构造要素包括的构造要素包括 宽宽1km的火山喷出轴向带和宽约的火山喷出轴向带和宽约10km 的活动扩张边缘带，后者与扩张轴相垂的活动扩张边缘带，后者与扩张轴相垂 直；直； 长约长约10km量级的线形扩张块段，它们量级的线形扩张块段，它们 是由断裂带的转换断层切割而成。是由断

15、裂带的转换断层切割而成。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.2.3 形成条件形成条件 喷流作用可以形成于大陆地表、河湖相水喷流作用可以形成于大陆地表、河湖相水 体及海底。但形成有意义的矿床还需要一体及海底。但形成有意义的矿床还需要一 定的条件：定的条件： 海水深度决定喷流热液到达海底以前是海水深度决定喷流热液到达海底以前是 否沸腾。由于沸腾而使得喷出的成矿物否沸腾。由于沸腾而使得喷出的成矿物 质快速地与海水混合而分散开来，而不质快速地与海水混合而分散开来，而不 能形成富厚的大型块状矿化，只能形成能形成富厚的大型块状矿化，只能形成 网脉状矿化和

16、贫矿。这一点对于研究海网脉状矿化和贫矿。这一点对于研究海 底块状硫化物矿床产出的地质环境所必底块状硫化物矿床产出的地质环境所必 须考虑的。须考虑的。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 纯水的临界点决定了爆发性喷发（沸腾）纯水的临界点决定了爆发性喷发（沸腾） 的最大水深。纯水的临界点压力为的最大水深。纯水的临界点压力为 2.16107Pa，对应水深为，对应水深为2160m。在此压。在此压 力下气相和液相无异，均不具可压缩性。力下气相和液相无异，均不具可压缩性。 在更深处岩浆中水的出溶为液态，热液中在更深处岩浆中水的出溶为液态，热液中 的气相呈液态性

17、质，纯岩浆水或过热海水的气相呈液态性质，纯岩浆水或过热海水 均不会排斥围压而发生爆发性膨胀。对于均不会排斥围压而发生爆发性膨胀。对于 块状硫化物矿床而言，一般的成矿温度为块状硫化物矿床而言，一般的成矿温度为 250350，个别达，个别达400。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 抑制沸腾的最低压力为：抑制沸腾的最低压力为：250时为时为 4106Pa，对应水深为，对应水深为400m；300时为时为 7106Pa8106Pa，对应水深为，对应水深为 700 800m。困此，如果。困此，如果 300C的成矿热液喷流到的成矿热液喷流到 浅于浅于 700

18、m的海底，就会发生沸腾现象，而的海底，就会发生沸腾现象，而 不会形成块状矿体，只可能形成网脉状矿不会形成块状矿体，只可能形成网脉状矿 化和浸染状矿化。化和浸染状矿化。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 随成矿溶液盐度的增加，最低抑制沸腾的随成矿溶液盐度的增加，最低抑制沸腾的 压力会有所下降。流体包裹体研究表明，压力会有所下降。流体包裹体研究表明， 块状硫化物矿床的成矿溶液中含有不等量块状硫化物矿床的成矿溶液中含有不等量 的的CO2气体。气体。CO2加入到加入到NaCIH2O体系中体系中 会大大增加最低抑制沸腾压力，如会大大增加最低抑制沸腾压力，如

19、0.2mol的的 CO2加入到中等盐度的加入到中等盐度的250的溶液中，最的溶液中，最 低抑制沸腾压力将增大到低抑制沸腾压力将增大到5.0 106Pa，对，对 应水深为应水深为 500m。因此，一般温度的含。因此，一般温度的含 NaCI和和 CO2的成矿溶液至少要喷射到的成矿溶液至少要喷射到500m 的海底才不致沸腾，而通常深度还将更大。的海底才不致沸腾，而通常深度还将更大。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 实际观察表明，现代海底上硫化物实际观察表明，现代海底上硫化物 活的黑烟囱（活的黑烟囱（Black Smoker）均见于）均见于 深水区，一

20、般达数千米深。深水区，一般达数千米深。 目前已知最浅的黑烟囱距海面目前已知最浅的黑烟囱距海面 1km以以 下，如下，如Jade sit地区为地区为1400m深的海底，深的海底， Lau盆地水深为盆地水深为1700m。 目前已发现的绝大多数海底硫化物矿目前已发现的绝大多数海底硫化物矿 床，尤其是具有经济意义的矿床都是床，尤其是具有经济意义的矿床都是 存在于水深超过存在于水深超过2000米的水域。米的水域。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.3 海底热液硫化物矿床的特征海底热液硫化物矿床的特征 8.3.1 矿床规模矿床规模 已发现的热液矿点大小变

21、化甚剧。大多数已发现的热液矿点大小变化甚剧。大多数 产出规模十分小，它们往往以热液矿物的产出规模十分小，它们往往以热液矿物的 显示物为特征。少数矿床规模在显示物为特征。少数矿床规模在1106t以以 上（脱盐后的干重）。上（脱盐后的干重）。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.3.2 组成成分组成成分 1.矿物成分矿物成分 海底热液矿床的矿物相和形态系列包括了海底热液矿床的矿物相和形态系列包括了 层状、块状、网脉状或浸染状硫化物（高层状、块状、网脉状或浸染状硫化物（高 温终端产物）；或层状硫酸盐、硅酸盐、温终端产物）；或层状硫酸盐、硅酸盐、 碳酸

22、盐、氧化物和氢氧化物（中温终端产碳酸盐、氧化物和氢氧化物（中温终端产 物）。主要矿物以黄铁矿、闪锌矿、黄铜物）。主要矿物以黄铁矿、闪锌矿、黄铜 矿、斑铜矿、白铁矿、方铅矿、磁黄铁矿矿、斑铜矿、白铁矿、方铅矿、磁黄铁矿 为主为主 ,也有一些热液型粘土矿物和非硫化物也有一些热液型粘土矿物和非硫化物 矿物矿物 ,如硬石膏以及非晶质如硬石膏以及非晶质 Si O2 等。等。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 2. 化学成分化学成分 主要元素是主要元素是 Cu, Zn, Pb, Ag, Ba, Ca和和 Au等等 。 微量元素的种类较多微量元素的种类较多 ,

23、以东太平洋以东太平洋 2 1N、 胡安德福卡和加拉帕格斯为例胡安德福卡和加拉帕格斯为例 ,所含微量元所含微量元 素有素有 :B, Bi, Cd, Co, Cr, Cs,Ga, Ge, Hg, Mo, Ni, Pd, Pt, Rh, Sb, Sc, Se, Sr, Tr,Tl, U, Y, W, Zr等等 。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 不同的构造背景所形成的矿床具有不同的不同的构造背景所形成的矿床具有不同的 化学组成化学组成 ： a.在洋脊环境在洋脊环境 ,洋脊为相对富含洋脊为相对富含 Cu和和 Fe的的 玄武质岩石玄武质岩石 ,因而矿床多

24、为因而矿床多为 Cu- Zn型或型或 Cu 型。型。 b.在岛弧张裂环境在岛弧张裂环境 ,岛弧下部的岛弧下部的“基底基底”多多 为陆壳或过渡壳为陆壳或过渡壳 ,火山作用产物主要为相对火山作用产物主要为相对 富含富含 Pb和和 Zn的长英质火山岩系。的长英质火山岩系。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 3. 矿床类型矿床类型 热液成因的矿床形成物各异，但基本上可热液成因的矿床形成物各异，但基本上可 分属三个主要类型：分属三个主要类型： （1）广海型矿床：氧化硅、铁和锰热液沉）广海型矿床：氧化硅、铁和锰热液沉 积矿床，如褐铁矿、赤铁矿和（或）水锰积矿

25、床，如褐铁矿、赤铁矿和（或）水锰 矿。它们可以是低温矿液中未分异的沉淀矿。它们可以是低温矿液中未分异的沉淀 产物或大洋边缘属高温硫化物矿床外围的产物或大洋边缘属高温硫化物矿床外围的 分异产物。分布广，但近期内无应用前景。分异产物。分布广，但近期内无应用前景。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 （2）成层的软泥状金属硫化物矿床。构造）成层的软泥状金属硫化物矿床。构造 活动形成的洼地造成有利干原始含矿溶液活动形成的洼地造成有利干原始含矿溶液 发生分馏作用，形成硫化物、硅酸盐和氧发生分馏作用，形成硫化物、硅酸盐和氧 化物矿床。化物矿床。 最典型的实例为

26、最典型的实例为 Atlantis皿号深皿号深 渊及围区的富金属软泥矿床。渊及围区的富金属软泥矿床。 （3）块状（包括浸染状、网脉状）矿床。）块状（包括浸染状、网脉状）矿床。 形成于高温热液喷气口周围、以小丘状或形成于高温热液喷气口周围、以小丘状或 烟囱状为特征的矿床。含烟囱状为特征的矿床。含Cu、Zn、Fe为主为主 的硫化物，混有硫酸盐、硅酸盐网状脉，的硫化物，混有硫酸盐、硅酸盐网状脉， 如东太平洋海隆和加拉帕戈斯等地热液矿如东太平洋海隆和加拉帕戈斯等地热液矿 床。床。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.4 热液矿化作用热液矿化作用 只要在海

27、水能深入地壳发生热循环的地方均可发只要在海水能深入地壳发生热循环的地方均可发 现热液矿化点。现热液矿化点。 海底热液对流模式可简述为：冷的密度大的碱性海底热液对流模式可简述为：冷的密度大的碱性 海水，在热的高度破碎的地壳加积带即活动大洋海水，在热的高度破碎的地壳加积带即活动大洋 脊轴带不断下降，其渗透深度取决于地壳渗透性脊轴带不断下降，其渗透深度取决于地壳渗透性 和热梯度，而主要受岩浆源影响不断加热的热水和热梯度，而主要受岩浆源影响不断加热的热水 则上升。温度、压力和围岩成分控制了循环热水则上升。温度、压力和围岩成分控制了循环热水 溶液在流动过程中从岩石中浸析出溶液在流动过程中从岩石中浸析出M

28、n、Fe、Zn、 Cu等，并使海水中硫酸盐还原为硫化物，形成了等，并使海水中硫酸盐还原为硫化物，形成了 酸化的富金属的稀释热液流体。酸化的富金属的稀释热液流体。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.4.1热液及矿质来源热液及矿质来源 相当多的研究者认为相当多的研究者认为,易溶解元素易溶解元素 (如如 Pb, Zn, Ag等等 )主要来自淋滤主要来自淋滤 ,而难溶元素而难溶元素 (Cu, Sn, Bi, Mo等等 )主要来自岩浆主要来自岩浆 ;即同一矿床中即同一矿床中 与铜矿化有关的流体主要来自岩浆与铜矿化有关的流体主要来自岩浆 ,而与铅而与铅

29、锌矿化有关的流体多被解释为来自循环海锌矿化有关的流体多被解释为来自循环海 水。水。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.4.2 双对流模式双对流模式 在同一地段的洋底热液系统中可以同时存在两种在同一地段的洋底热液系统中可以同时存在两种 不同盐度的流体不同盐度的流体 ,有些流体的盐度低于正常海水有些流体的盐度低于正常海水 , 另有的盐度另有的盐度 (Na Cl)则高达则高达1 5% 3 2 %。 海底热液喷口的最高温度为海底热液喷口的最高温度为 350左右左右 ,这种高温这种高温 能持续相当长的时间能持续相当长的时间;另外喷口热液的化学组成只另外

30、喷口热液的化学组成只 能在近能在近 400左右的海水与玄武岩实验中产生左右的海水与玄武岩实验中产生,以以 上这些现象用以往单循环对流模式是不易解释的。上这些现象用以往单循环对流模式是不易解释的。 Bischoff和和Rosenbauer根据野外和实验室重新验根据野外和实验室重新验 证证 ,提出新的洋中脊海底热液循环模式提出新的洋中脊海底热液循环模式双扩散双扩散 对流对流(Double- diffusive convection)模式。模式。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 双扩散对流模式认为海底热液活动区有两个对流双扩散对流模式认为海底热液活动

31、区有两个对流 圈圈 :下方是高温高盐度的卤水下方是高温高盐度的卤水 ,顺层分布并对流顺层分布并对流 ; 上方是低温低盐度的海水对流圈上方是低温低盐度的海水对流圈 ,卤水层下方是一卤水层下方是一 个隐伏的岩浆房个隐伏的岩浆房 ,在岩浆房上部有一个破裂锋面在岩浆房上部有一个破裂锋面 , 形成了热阻挡层。热阻挡层的温度估计为形成了热阻挡层。热阻挡层的温度估计为 450 700。下方对流圈中的卤水一部分来自海水。下方对流圈中的卤水一部分来自海水 ,一一 部分来自岩浆部分来自岩浆 ,流体在卤水库中发生相分离流体在卤水库中发生相分离 ,即由即由 于气相逸出使卤水盐度升高。上方海水循环对流于气相逸出使卤水盐

32、度升高。上方海水循环对流 圈是一个单循环圈圈是一个单循环圈 ,在该圈底部在该圈底部 ,海水通过扩散界海水通过扩散界 面被卤水层加热面被卤水层加热 ,并且通过扩散界面传输部分溶解并且通过扩散界面传输部分溶解 组分。卤水层主要形成位于下部的层状矿化组分。卤水层主要形成位于下部的层状矿化 ,往上往上 排泄时也可形成部分不整合矿化排泄时也可形成部分不整合矿化 ,上方海水层形成上方海水层形成 上部的不整合矿化。上部的不整合矿化。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 8.4.3

33、硫化物堆积机制硫化物堆积机制 排泄入海的热液有三种排泄入海的热液有三种 : 1.任何混合程度下密度均高于海水的高盐度任何混合程度下密度均高于海水的高盐度 热液热液 ,可沿坡而下向低洼处淤积形成卤水池可沿坡而下向低洼处淤积形成卤水池 , 发育席状或板状矿床发育席状或板状矿床 ; 2.初始密度小于海水初始密度小于海水 ,但在与海水混合一定但在与海水混合一定 程度后程度后 ,其密度高于海水的热液其密度高于海水的热液 ,可形成锥可形成锥 状或丘状矿床状或丘状矿床 ; 3.在任何混合程度下均小于海水的热液在任何混合程度下均小于海水的热液 ,在在 海水中形成上浮热柱海水中形成上浮热柱 ,仅形成热柱散落而成

34、仅形成热柱散落而成 的薄层沉积。的薄层沉积。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 现代海底热液观察研究表明现代海底热液观察研究表明 ,海底喷出口热海底喷出口热 液流体最高温度可达液流体最高温度可达 350 ,最低温度仅高最低温度仅高 出周围海水几度。高温流体可能代表着原出周围海水几度。高温流体可能代表着原 始的热液流体。其盐度多数不超过海水的始的热液流体。其盐度多数不超过海水的 2 倍倍 ,它们多通过烟囱向海水中排泄它们多通过烟囱向海水中排泄 ,形成上形成上 浮热柱浮热柱 ,其性状类似于其性状类似于 Sato的第三类溶液。的第三类溶液。 然而然而

35、,实地测定和包裹体研究表明实地测定和包裹体研究表明 ,部分热部分热 液流体液流体 ,其其 w(Na Cl)超过超过 7% ,其性状可能类其性状可能类 似于第二类溶液。这些热液流体可能多封似于第二类溶液。这些热液流体可能多封 闭于硫化物丘堤之下。闭于硫化物丘堤之下。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 关于硫化物堆积机理关于硫化物堆积机理 ,人们对古代矿床研究人们对古代矿床研究 认为认为 ,硫化物要么从排泄于海底的热液流体硫化物要么从排泄于海底的热液流体 中直接沉淀中直接沉淀 ,要么金属组分从卤水池中直接要么金属组分从卤水池中直接 淀积而成。淀积而成

36、。 对现代海底硫化物成矿作用观察与研究极对现代海底硫化物成矿作用观察与研究极 大地冲击了这些观念大地冲击了这些观念 ,并给出了全新的硫化并给出了全新的硫化 物堆积机理。现代海底硫化物堆积过程实物堆积机理。现代海底硫化物堆积过程实 际是烟囱生长、倒塌堆积和热液流体在其际是烟囱生长、倒塌堆积和热液流体在其 开放空间充填与交代的过程。开放空间充填与交代的过程。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 硫化物的形成首先通过硫化物烟囱来硫化物的形成首先通过硫化物烟囱来 完成。完成。 最早发育的烟囱可能形成于高渗透性最早发育的烟囱可能形成于高渗透性 的火山的火山

37、-沉积岩系顶部、热液喷出口及沉积岩系顶部、热液喷出口及 其附近。其附近。 晚期发育的烟囱则建筑于硫化物丘堤晚期发育的烟囱则建筑于硫化物丘堤 之上。之上。 硫化物烟囱的生长通常从硬石膏沉淀硫化物烟囱的生长通常从硬石膏沉淀 而始而始 ,高温矿物组合黄铜矿高温矿物组合黄铜矿 -黄铁矿淀黄铁矿淀 积而终。积而终。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 因硬石膏溶解度随温度降低而增大因硬石膏溶解度随温度降低而增大 ,因此在因此在 上浮热液与冷海水间的高热梯度的热界面上浮热液与冷海水间的高热梯度的热界面 上沉淀硬石膏。上沉淀硬石膏。 随高温热液活动随高温热液活动

38、 ,石膏壁向上向外增长。在石膏壁向上向外增长。在 烟囱壁内外温度梯度、物化梯度下烟囱壁内外温度梯度、物化梯度下 ,不同温不同温 度成矿组合相继从烟囱壁向烟囱通道中央度成矿组合相继从烟囱壁向烟囱通道中央 沉淀沉淀 ,形成特殊的环状分带形成特殊的环状分带: 内部带以黄铜矿为主内部带以黄铜矿为主 , 外部带以闪锌矿、方铅矿为主外部带以闪锌矿、方铅矿为主 , 边缘以重晶石和非晶硅为主。边缘以重晶石和非晶硅为主。 矿床学喷流矿床中南大学地质工程矿床学喷流矿床中南大学地质工程 专业专业A方向方向 当烟囱生长至一定高度后当烟囱生长至一定高度后 ,便崩塌形成烟囱便崩塌形成烟囱 碎屑丘堤碎屑丘堤 ,其结果既阻止了热液流体高速、其结果既阻止了热液流体高速、 聚集式喷射聚集式喷射 ,又促使了热液流体在烟囱堤内又促使了热液流体在烟囱堤内 对流循环对流循环 ,同时在丘堤之上形成新的弥散式同时在丘堤之上形成新的弥散式 热液排泄点热液排泄点 ,发育诸如黑烟囱、白烟囱和雪发育诸如黑烟囱、白烟囱和雪 球等球等 ,在丘堤顶部发育热液柱散落物在丘堤顶部发育热液柱散落物 ,降低降低 丘堤渗透性丘堤渗透性 ,并胶结烟囱碎屑并胶结烟囱碎屑 ,形成低渗透形成低渗透 外壳。在硫化物烟囱碎屑丘堤之内外壳。在硫化物烟囱碎屑丘堤之内 ,低渗透低渗透 壳抑制流体外流壳抑制流体外流 ,导致高温液体在丘堤内平导致高温液体在丘堤内平 流