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热水喷流沉积矿床成矿作用机理
发布时间:2015-03-09 来源:互联网
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热水喷流沉积成矿作用机理

 

 

摘要:热水喷流成矿作用理论是近代成矿理论的重大发现,在现代海底广泛发育且具有较大的经济价值,对此类矿床的科研很热。热水喷流的类型首要有两种,高温的集合喷流形式和低温的渗流作用。前者以黑烟囱为代表,形成各类硫化物的沉积,后者则形成广泛分布的硫酸盐、铁的氧化物—硅酸盐—锰的氧化物。经过对其流体与热源、成矿物质来源及沉淀机制和流体通道等科研,探寻这种矿床的成矿作用机理。

关键词:热水喷流沉积矿床;成矿作用机理;矿床成因;

 

热水喷流沉积矿床的热水介质温度为70350℃或者更高,以沉积的方式形成于水—岩石界面之上水体中的层状、似层状矿床,还包括界面之下充填和交代形式形成的含矿岩体。此类矿床具有重大的经济价值,虽然此刻不允许对海洋矿产实行开发,但是科研很多。经过对热水沉积矿床的成矿作用机理实行科研,弄清成矿过程,便于今后对矿产实行开采。

1、热液流体

流体来源是与热液循环系统密切相连的一个问题。由于块状硫化物矿床形成于海底环境,因此不论是简单的对流循环模式还是双扩散对流模式 ,海水都是流体最为重要的组分,但海水是否是唯一的流体来源却是争论的焦点。HOhmoto等在科研日本黑矿时发现矿石的流体包裹体的δD和δ18D值和盐度与正常海水非常相近,因而认为成矿流体来自海水:海水在深部循环经过火山岩时获得了金属元素和硫等成分。后来的科研发现,成矿流体的δ18O遍及是高正值 ,特别是前寒武纪的块状硫化物矿床成矿流体的δ18O高达 5 ‰~9 ‰。现代海底热液流体中也有类似情况。对于这种高δ18O ,有人认为是岩浆水的参与 ,HOhmoto 等认为用海水与火山岩间的反应也能说明。对现代海底热液流体的对比科研表明,太平洋、大西洋与印度洋各处热液喷口的流体组成与性质均非常一致,再次证明了海水在流体组成中占据主导地位。

考虑到块状硫化物矿床与大地构造及深部岩浆行动的密切联络,岩浆来源的流体也或许对块状硫化物矿床成矿有所贡献。近年来 ,岩浆流体行动证据的找寻工作已取得某些发展。现代海底喷发热液中稀有气体组分的剖析表明,热液流体的氦同位素组成3He/4He具有幔源特征,如印度洋中脊R/Ru7.8-8.0,Okinawa流体 R/Ru值为6.5。氦同位素组成在深部浸染状脉状的硫化物中高达12.329.3,并表现出从深部向上逐渐降低的规律。黑矿矿石的稀有气体75%来自岩浆,并据此推断岩浆来源的流体参与了黑矿的成矿作用。Yang等对与现代海底热液成矿紧密相干的容矿火山岩玄武岩、枕状熔岩等中的熔融包裹体的系列科研获取了岩浆挥发分形成独立流体相,并在其中富集多种金属元素的证据。VSKamenetsky等指出这些流体很或许参与到金属硫化物成矿过程之中。对黑烟囱流体的实地观测表明,火山行动对喷发流体的成分有明显影响,热液在深部很或许产生过蒸汽相和卤水相的分离,低盐度的蒸汽相将迅速喷发,而卤水相则会在热液体系保持较长时间。

对古代块状硫化物矿床成矿流体的科研表明其性质与现代海底黑烟囱流体非常相似,它与海水一同构成了硫化物堆积成矿过程中最首要的两种流体端员。流体混协作用对金属硫化物的沉积和堆积成矿有着重要作用。热液流体在洋底喷出时,与周围的海水产生混合,造成热液流体温度骤降而析出大量金属硫化物。由于从喷口喷溢的热液流体温度盐度和化学组成的差异,它们在喷出后会产生多种形态,黑烟囱、白烟囱最为常见。对现代海底热液矿床矿体内部和深部的科研显示 ,现代海底硫化物堆积过程实际上就是烟囱生长、倒塌堆积和热液流体在其开放空间充填和交代的过程。总之,流体混合是硫化物堆积理论的基础 ,海底界面之上悬浮热柱中硫化物的沉积和海底界面及下方的烟囱丘堤生长协同促成了块状硫化物矿床的形成 ,而成矿热液温度的演化、不同矿物相的交代置换等过程对块状硫化物矿床的矿体构成与化学分带起着关键作用。

2、热液对流模式

此刻最流行的热液对流模式有两类:对流圈模式(图1左右两系统)和含水层模式(图1中间系统)。

对流圈模式的概念是:以海水为主(包括大气降水、岩浆水等)的底下水,受岩浆热或地热和构造热等的作用,在深部被加热并产生对流,沿途从岩石中淋滤出成矿组分,形成含矿热卤水,这些含矿热卤水最后沿断裂喷出,充填通道成矿并在海底沉积成矿.

1 热水喷流沉积硫化物矿床热液对流模式

1 渗透岩;  角砾状矿石; 3 网脉状矿石; 4 非渗透岩; 5 非构造破碎矿石;

6 热液流动路线;7 层纹状矿石; 8 层状矿石

     含水层模式中,含矿热水首要由沉积物埋藏压实期间排出孔隙水构成。孔隙水随地热增温而升温,如果在地热异常区,将出现异常温度,压力也随之增大( 有时可以超过静地压力),与此同时,水盐度也持续随深度而增补,其从矿源岩中萃取和富集金属的能力增强,而且孔隙水的流动缓慢,与岩石的反应充分,最后这些含矿热水被非渗透性岩石封存起来,在或许与地震行动有关的断裂切穿这个封存体时,就成喷出并沉积成矿。

3、成矿物质来源及沉淀机制

对于块状硫化物矿床成矿物质来源的问题,长期没有得到统一的结果。HOhmoto等认为还原海水硫酸盐和岩浆硫是硫的两种首要来源;岩浆硫可以直接来源于岩浆喷气或从火山岩中淋滤出来。对比不同海底热液区硫化物和硫酸盐的硫同位素组成(图1)可以出,各热液行动区硫酸盐矿物的硫同位素组成首要为19‰~24,海水在其中起主导作用;而硫化物的硫同位素组成多集合于1‰~9,不同热液区乃至同一热液矿床中有较大的差异,且硫化物与硫酸盐间的同位素分馏程度也不同,可见各矿床中硫源各异,获取方式也按照具体地质条件而异,如沉积物较多有机质丰富的地层应多考虑生物还原作用,而有膏盐层的地区应考虑其物质溶解对硫源的贡献。

现代海底热液沉积物中硫化物的硫源可大致分三种类型:1)以火成岩来源硫为主,并有海水来源硫局部的加入;2)以沉积物来源硫为主,并有海水来源硫和有机还原硫的加入;3)以火山岩来源硫和沉积物来源硫的混合硫为主,并有海水来源硫的局部加入。

 

2  现代海底热液金属硫化物矿床硫同位素组成对比

 

影响喷流沉淀的机制首要有两个:热水流体的沸腾作用和排泄出的流体与周围冷的海水混合。海底流体混合引起的矿质的快速沉淀有助于在喷流漏附近形成近距离硫化物矿床,而在相对较浅的海水中产生的沸腾作用会形成密度大、向海底下沉的热卤水,从而由其沉淀出远离喷流口的硫化物矿床。

4、热液行动与海底生物圈

现代海洋地质调查取得的另一个重大突破是海底生物圈的发现。经过洋底观测和大洋钻探,在洋底沉积物、洋壳玄武岩中陆续发现了大量细菌行动的证据。而直接在海底喷发的高温黑烟囱流体及其周围的化能自养细菌与生物群落的发现无疑具更深远的意义。1977,首次在加拉帕戈斯隆起2500m水深处发现了热液喷口附近密集的生物群体,随后又在TAGEPR等现代海底热液行动区发现了与热液喷口对应的“热液生物”群体嗜热硫还原性细菌与生物群落的存在或许对金属硫化物矿床的形成有一定的作用,生命行动或许会增进海水硫酸盐还原与热液流体中金属元素的积聚。科研证实低温条件下的细菌作用能使硫化物很大程度的富集。尽管高温热液条件下细菌作用或许会有差异,微生物成矿作用仍然或许产生,OkinawaTrough 中重晶石相对比海水富集重硫,表明海水硫酸盐产生过局部还原,很或许与硫杆菌属细菌的作用有关CVerati 等报道了黑烟囱中细菌行动的证据,黑烟囱表面附着一层不足20m厚、表面和内部都密集分布着微生物印痕的薄层;有的科研者报道澳大利亚皮尔巴拉克拉通太古代块状硫化物矿床中发现黄铁矿化的丝状结构,认为这很或许是古老的线形微生物的遗迹。

 

5、喷流热水沉积成矿科研的趋势

喷流热水沉积成矿理论其科研发扬趋势大概有以下几个方面:

1.对喷流热水沉积成矿的地质环境和深部背景实行科研

首要科研成矿盆地岩石圈的组成、结构、地热状态与热结构以及它们各自的运动、演化过程对成矿的控制造用,乃至科研岩石圈、水圈、大气圈、生物圈的相互作用的动力学特征和演化过程。科研成矿的深部背景首要是科研区域壳幔结构与深部作用对矿床形成的制约和影响。 

2.从成矿系统和成矿作用动力学角度对喷流热水沉积成矿实行科研

成矿系统是指一定的时空域中,成矿物质由分散状态富集成矿作用过程和有关地质因素及地质产物构成的有机整体。当形成喷流热水沉积矿床的成矿系统中各种控制因素在局部地段形成最佳组合时, 就或许形成大型或超大型矿床. 成矿作用动力学则是应用流体动力学的原理, 综合化学动力学、非线性热力学等学科,从静态到动态,从定性到定量,从局部到整个成矿系统对矿床成因实行科研。                              

3.对喷流热水沉积成矿系列实行科研

陈毓川指出在原来的三个矿床系列组合之外( 沉积、变质和岩浆成矿系统组合),还存在第四个成矿系统组合,即地壳含矿热水成矿系列组合。对喷流热水沉积成矿系列的科研首要包括:识别和建立在地质和成矿作用过程中形成的具有内在联络的各种喷流热水沉积矿床的成矿系列;探索不同的历史阶段,不同或相似的地质环境中所形成的喷流热水沉积矿床之间的共性和个性;用喷流热水沉积成矿系列的科研成果引导找矿工作。

 

参考文献

[1]田毓龙.喷流热水沉积矿床科研的现在和发扬.昆明理工学报.1999,(24).

[2]戴问天.海底热液沉积成矿.地质与勘探.1985,(6).

[3]芮宗瑶.海底喷气沉积矿床科研的新发展.国外矿床地质.1989,(3):1-5.

[4]翟裕生.金属成矿学科研的若干发展. 地质与勘探. 1997, 33(1): 5-8.

[5]刘家军,郑明华.硅岩的新成因-热水沉积作用.四川地质学报.1991,(4).

[6]现代海底热液行动与块状硫化物矿床成因科研发展.矿物岩石学通报.2004,24

 

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