第七章-海底噴流沉積礦床解析教學(xué)課件

熱水噴流沉積礦床

2020/10/1612020/10/1622020/10/1632020/10/164印尼硫磺礦工2020/10/165第一節(jié)熱水噴流沉積礦床概述

第二節(jié)現(xiàn)代熱水噴流成礦作用

第三節(jié)熱水噴流沉積礦床的類型及特征

第七章熱水噴流沉積礦床

2020/10/166熱水噴流沉積礦床的概述一、概念二、基本特征

2020/10/167熱水噴流成礦作用是近代成礦理論研究的重大發(fā)展，該類礦床地史上分布廣泛、規(guī)模大，形成了大量的大型和超大型礦床，具重要的工業(yè)價(jià)值，熱水噴流成礦作用已經(jīng)成為當(dāng)前礦床學(xué)、地球化學(xué)研究的熱點(diǎn)課題之一

第一節(jié)熱水噴流沉積礦床的概述2020/10/168二十世紀(jì)五十年代以前不同的學(xué)者曾經(jīng)提出過海底噴氣-沉積（exhalativesedimentary）成礦的假說，這已經(jīng)很接近目前流行的海底熱水噴流沉積成礦理論了由于受當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件和人們對(duì)成礦作用認(rèn)識(shí)的限制，并未得到普遍的認(rèn)可

第一節(jié)熱水噴流沉積礦床的概述2020/10/169二十世紀(jì)六十年代初，在紅海AtlantisⅡ海淵中發(fā)現(xiàn)熱鹵水和多金屬軟泥，揭開了現(xiàn)代海底熱水活動(dòng)與金屬硫化物沉積成礦研究的序幕隨后，Rider（1973）把海底噴氣-沉積成礦由假說上升到理論，引起了世界大多數(shù)相關(guān)學(xué)者的共鳴第一節(jié)熱水噴流沉積礦床的概述2020/10/16101976年和1979年，相繼在東太平洋Galapagos擴(kuò)張中心和EPR21°N的大洋中脊分別發(fā)現(xiàn)了低溫海底熱水噴流活動(dòng)和正在形成硫化物礦床的黑煙囪——高溫洋底熱水噴流系統(tǒng)。這些發(fā)現(xiàn)使噴流成礦作用的研究達(dá)到新的高潮，并依此為基礎(chǔ)開始更加深入地研究古老的塊狀硫化物礦床的形成機(jī)制，使噴流成礦理論和塊狀硫化物成礦作用研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展1986年的第七屆國(guó)際礦床成因會(huì)議的召開是一個(gè)重要的標(biāo)志，當(dāng)時(shí)M.J.Russell正式將這類礦床稱為SEDEX(sedimentaryexhalativedeposit)型礦床熱水噴流沉積礦床的概述2020/10/1611一、概念不同成因的（含礦）熱水在噴溢出海底的過程中，在噴流口以下的熱液通道中通過充填、交代作用，在噴流口以上的海底則通過與冷海水之間的相互作用，使熱水中所攜帶的物質(zhì)組份分別在熱液通道和海底沉淀下來而富集成礦的過程。這種作用使熱水中的礦質(zhì)富集并形成的礦床，稱之為“噴流沉積礦床（Exhalativesedimentarydeposit）”第一節(jié)熱水噴流沉積礦床的概述2020/10/1612以往，對(duì)這類礦床的稱謂還不統(tǒng)一，不同的學(xué)者曾冠以“噴氣礦床”、“噴流礦床”、“噴流沉積礦床”、“噴流熱水沉積礦床”、“熱水沉積礦床”和“塊狀硫化物礦床”等名稱，為統(tǒng)一起見，本書將這類礦床統(tǒng)一定名為“熱水噴流沉積礦床”，簡(jiǎn)稱“熱水噴流礦床”第一節(jié)熱水噴流沉積礦床的概述2020/10/1613二、基本特征①礦床伴有典型的噴流巖（exhalite，熱水沉積巖），以此區(qū)別于其它類型礦床。硅質(zhì)巖、條帶狀含電氣石巖或電氣石巖、條帶狀含長(zhǎng)石巖或富長(zhǎng)石巖、透輝巖與透閃巖（或雙透巖）、重晶石或石膏層等；②礦床具有層控及時(shí)控特征；③這類礦床的礦體往往呈層狀、似層狀或透鏡狀產(chǎn)于地層中，且礦體一般隨地層褶皺而褶皺。部分礦床具典型的“雙層”構(gòu)造，上部為層狀礦體，下部為細(xì)脈狀、筒狀含礦蝕變體；④礦體和礦石具有微層理甚至微細(xì)沉積韻律，常具有順層條帶狀、順層揉皺等構(gòu)造以及顯微球粒狀、同心環(huán)帶、生物和鮞狀等結(jié)構(gòu)；⑤具有與現(xiàn)代海底熱水噴流成礦作用相似的兩套成礦系統(tǒng)；

第一節(jié)熱水噴流沉積礦床的概述2020/10/1614現(xiàn)代熱水噴流成礦作用

目前世界范圍內(nèi)，已發(fā)現(xiàn)許多正在形成金屬硫化物的熱水體系（圖），這類現(xiàn)代熱水體系包括二種：①紅海和美國(guó)Salton海的熱鹵水②洋底熱水噴流體系?，F(xiàn)代熱水噴流作用，雖然目前形成的工業(yè)礦床很少，但隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，其產(chǎn)物將具有巨大的開發(fā)利用價(jià)值。不過，目前對(duì)這種現(xiàn)代成礦作用研究，其更大意義在于它們提供了無與倫比的天然成礦實(shí)驗(yàn)室，通過對(duì)現(xiàn)代噴流成礦作用的考察和詳細(xì)研究，將有助于對(duì)比研究古老的噴流礦床，建立成礦模式，指導(dǎo)有關(guān)礦床的深入研究和勘查評(píng)價(jià)2020/10/1615現(xiàn)代熱水噴流成礦作用

目前世界范圍內(nèi)，已發(fā)現(xiàn)許多正在形成金屬硫化物的熱水體系，這類現(xiàn)代熱水體系包括二種：1.熱鹵水成礦作用2.現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用2020/10/1616巖石圈板塊邊界與現(xiàn)代海底已知熱水噴流系統(tǒng)（黑實(shí)心圓）（據(jù)Herzig等，1995）

陸內(nèi)弧后（Okinawa海槽型）

洋內(nèi)弧后（Lau盆地型）大洋中脊

陸內(nèi)裂谷（紅海AtlantisⅡ海淵型）現(xiàn)代熱水噴流活動(dòng)的大地構(gòu)造背景分為四類：大洋中脊、洋內(nèi)弧后（Lau盆地型）陸內(nèi)弧后（Okinawa海槽型）、陸內(nèi)裂谷（紅海AtlantisⅡ海淵型）

2020/10/16171.熱鹵水成礦作用（1）紅海熱鹵水成礦1964年在紅海發(fā)現(xiàn)高熱鹵水與AtlantisⅡ海淵多金屬軟泥，紅海熱水系統(tǒng)是一個(gè)與裂谷作用有關(guān)的、受巖漿熱驅(qū)動(dòng)的熱水對(duì)流體系，高密度熱鹵水覆蓋在尚未固結(jié)的含金屬軟泥上現(xiàn)代實(shí)例：同生作用——硫化物堆積——工業(yè)品位

AtlantisⅡ海淵中的富硫化物沉積物在許多方面與火山塊狀硫化物礦床相似（與火山活動(dòng)的關(guān)系、構(gòu)造背景、磁黃鐵礦-黃銅礦-閃鋅礦之間的分帶性、金屬的含量、沉積組構(gòu)以及流體的大多數(shù)特點(diǎn)）現(xiàn)代熱水噴流成礦作用

2020/10/16181.熱鹵水成礦作用（2）Salton海熱鹵水成礦位于美國(guó)加里福尼亞南部，與裂谷作用有關(guān)熱水對(duì)流體系，被認(rèn)為是沉積巖中古老的塊狀硫化物礦床的最好的現(xiàn)代實(shí)例。熱鹵水溫度最高可達(dá)360℃，鹽度可達(dá)25~30%。估計(jì)熱鹵水的體積為11.6km3，水深達(dá)3km。據(jù)White（1981）的研究，其中含Zn5×106噸，Pb9×105噸，As1.2×105噸，Cu6×104噸，Cd2×104噸，和Ag1×104噸。沉淀在鹵水排泄口附近的富硫化物硅質(zhì)沉積物中，經(jīng)分析含有多種硫化物，且Cu和Ag的含量極高，分別最高可達(dá)20%和8%

現(xiàn)代熱水噴流成礦作用

2020/10/16191.熱鹵水成礦作用（2）Salton海熱鹵水成礦流體系統(tǒng)的氫、氧同位素顯示，熱鹵水以大氣水為主高鹽度——古湖水的蒸發(fā)作用、地下水對(duì)淺部湖相蒸發(fā)鹽的溶解、深埋的含石鹽的湖相蒸發(fā)鹽的地下熱交代作用鉛和鍶同位素組成證明，少量金屬可能是巖漿來源的，但大量金屬來自于鹵水和沉積物的相互作用計(jì)算獲得的金屬氯絡(luò)合物的穩(wěn)定性與脈狀礦化組合及鹵水分析的結(jié)果表明：氯的絡(luò)合物能夠有效地搬運(yùn)賤金屬元素?zé)猁u水和后生脈中的硫同位素表明，硫來自于沉積物中的蒸發(fā)鹽-硬石膏可以認(rèn)為，如果有足夠的還原硫持續(xù)加入沉淀場(chǎng)所的話，這樣的熱水體系將有能力形成大型的硫化物礦床現(xiàn)代熱水噴流成礦作用

2020/10/16202.現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用（1）現(xiàn)代洋底噴流作用特征

①噴流作用的構(gòu)造背景及類型②熱水流體的化學(xué)性質(zhì)PH值和酸堿度；硫、硒、砷；碳；硅質(zhì)；堿土元素；堿金屬元素；B；Al；稀土元素；賤金屬和黑色金屬；金③熱水流體的物理性質(zhì)；溫度；流量；鹽度；密度；④現(xiàn)代噴流礦床的基本特征現(xiàn)代噴流礦床的一般特征；噴流礦化體的部分礦物學(xué)特征；礦化組分；現(xiàn)代熱水噴流成礦作用

2020/10/1621（2）現(xiàn)代洋底噴流成礦作用機(jī)理①流體與熱源②流體通道與蓋層③礦質(zhì)來源及沉淀機(jī)制④生物媒介作用

現(xiàn)代熱水噴流成礦作用

2020/10/1622圖現(xiàn)代海底黑煙囪成因示意圖（據(jù)Goldfarb等，1983）a-煙囪的形成；b-煙囪的生長(zhǎng)；c-煙囪的礦物分帶；礦物縮寫：cp=黃銅礦；cub=方黃銅礦；po=磁黃鐵礦；sp=閃鋅礦。疊水鎂釩是一種新的，羥基硫酸鹽-氫氧化物礦物

最初，噴流形成硬石膏煙囪，每天可生長(zhǎng)幾厘米。這種硬石膏會(huì)阻止周圍冷的海水進(jìn)入煙囪，更熱的流體就會(huì)充填在噴口中心。煙囪的內(nèi)、外壁之間存在大的溫度變化、PH變化、氧化狀態(tài)變化、硫的價(jià)態(tài)變化和成分變化。導(dǎo)致煙囪壁從內(nèi)向外的礦物學(xué)分帶（內(nèi)壁——銅的硫化物、外壁——Zn的硫化物、硫酸鹽和氧化物）隨后，老的煙囪被沉淀的礦物填滿，噴流作用停止。隨溫度的降低，引起坍塌。通過煙囪的不斷形成、不斷坍塌堆積，最終可形成規(guī)模可觀的塊狀硫化物礦床，礦床的通道部分顯示后生礦床的特點(diǎn)，而礦床的層狀部分則表現(xiàn)為同生礦床的特點(diǎn)2020/10/1623圖擴(kuò)張洋脊或海山上熱水循環(huán)模式

2020/10/1624熱水噴流礦床的類型及特征

現(xiàn)代熱水噴流作用的研究，為揭示許多礦床的形成機(jī)制奠定了重要基礎(chǔ)。目前已經(jīng)認(rèn)識(shí)到與火山作用有關(guān)的塊狀硫化物礦床、沉積巖中的塊狀硫化物礦床和某些與熱水沉積巖有關(guān)的金屬礦床均與熱水噴流活動(dòng)有關(guān)，構(gòu)成了一類獨(dú)特的礦床類型2020/10/1625一、熱水噴流沉積礦床分類從礦床的物質(zhì)組成出發(fā)，劃分為塊狀硫化物礦床和貧硫化物型噴流礦床兩類1.熱水噴流沉積礦床的分類（1）塊狀硫化物礦床類型劃分（2）貧硫化物型噴流礦床類型劃分2.與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床（VMS）（1）VMS礦床基本特征（2）各亞類VMS礦床特征3.沉積巖中的塊狀硫化物礦床（SMS）（1）SMS礦床基本特征（2）各亞類SMS礦床特征熱水噴流礦床的類型及特征

2020/10/16261、塊狀硫化物礦床類型劃分Misra（2000）按容礦巖石將塊狀硫化物礦床分為兩類：一類主要產(chǎn)在火山巖中，稱為與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床（volcanic-associatedmassivesulfidedeposits，簡(jiǎn)稱VMS型）另一類主要產(chǎn)在沉積巖中，稱為以沉積巖為容礦巖石的塊狀硫化物礦床（sediment-hostedmassivesulfidedeposits，簡(jiǎn)稱SMS型）按礦石組成、圍巖巖性和大地構(gòu)造環(huán)境，VMS又被細(xì)分為塞浦路斯型（Cyprustype）、別子型（Besshitype）、黑礦型（Korokotype），和諾蘭達(dá)型（Norandatype）等4個(gè)亞類；SMS礦床又分為沙利文型（Sullivantype）和銀礦山型（Silverminestype）熱水噴流礦床的類型及特征

2020/10/1627表塊狀硫化物礦床的分類及特征

2020/10/1628（2）貧硫化物型噴流礦床類型劃分鑒于當(dāng)前的研究程度，從簡(jiǎn)單實(shí)用出發(fā)，該類礦床的分類命名主要以形成的礦種為基礎(chǔ)，如熱水噴流鈷礦床、熱水噴流錫礦床等在我國(guó)貧硫化物噴流礦床研究已有所積累，如近年來發(fā)現(xiàn)的青海東昆侖駝路溝鈷礦，吉林大橫路銅鈷礦（后期又經(jīng)歷了變質(zhì)作用改造），廣西大廠錫礦等已經(jīng)被研究認(rèn)為屬于熱水噴流礦床，相信隨著研究的深入，會(huì)發(fā)現(xiàn)越來越多的貧硫化物型噴流礦床熱水噴流礦床的類型及特征

2020/10/1629關(guān)于條帶狀含鐵建造（BIF），其成礦作用可能類似于現(xiàn)代洋底正在形成鐵的氧化物-硅酸鹽-錳的氧化物的低溫噴流作用，這類噴流作用雖然溫度低，但發(fā)育范圍廣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，有利于形成大型的鐵、錳礦床與塊狀硫化物不同，在研究貧硫化物噴流礦床時(shí)，主要通過地質(zhì)、地球化學(xué)等方法來對(duì)比研究噴流巖或熱水噴流建造的各類宏觀和微觀特征，確定其成因，進(jìn)而有效地幫助確定與噴流巖有關(guān)的礦床的形成機(jī)制熱水噴流礦床的類型及特征

2020/10/16302.與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床（VMS）VMS礦床具有重要的工業(yè)意義，是世界銅、鉛、鋅、銀、金的主要來源之一，同時(shí)作為副產(chǎn)品提供錫、鎘、銻、鉍等金屬。與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床與海底火山活動(dòng)有關(guān)，產(chǎn)于海相火山巖系中，與地層整合的礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀，其下往往有呈脈狀、網(wǎng)脈狀的礦體，礦石中硫化物體積大于50%，礦石具有典型的塊狀構(gòu)造，塊狀硫化物礦床因而得名熱水噴流礦床的類型及特征

2020/10/1631（一）VMS礦床基本特征（1）與同時(shí)代的鎂鐵質(zhì)和長(zhǎng)英質(zhì)火山巖、火山碎屑巖關(guān)系密切，形成于火山活動(dòng)的間歇期（2）礦體有整合和不整合兩類，整合型礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，與上盤巖石界限清楚，而與下盤巖石漸變過渡，礦石具塊狀構(gòu)造。在整合礦體之下，存在由浸染狀、細(xì)網(wǎng)脈狀礦石組成的不整合型礦體（3）從下向上、從內(nèi)到外存在Cu（黃銅礦）→Zn（閃鋅礦）→Pb（方鉛礦）礦化分帶，黃鐵礦出現(xiàn)在所有的帶中（4）富鐵（有時(shí)富錳）的硅質(zhì)巖形成于海底熱水活動(dòng)的減弱階段，被認(rèn)為是經(jīng)化學(xué)沉積形成的噴流巖，覆蓋在塊狀礦石的頂部或作為整合型礦體水平方向上的外延部分（5）除別子型礦床外，其它類型的VMS礦床中，整合型礦體的下盤巖石中存在綠泥石和絹云母的蝕變，形成陡立的管（筒）狀蝕變帶，通常從內(nèi)向外具明顯的水平分帶（圖）熱水噴流礦床的類型及特征

2020/10/1632圖理想化VMS礦床剖面示意圖（據(jù)Lydon，1984）礦物縮寫：py=黃鐵礦；po=磁黃鐵礦；cp=黃銅礦；sp=閃鋅礦；gn=方鉛礦2020/10/1633（2）各亞類VMS礦床特征1.黑礦型VMS礦床形成于會(huì)聚板塊邊緣的島弧火山帶和弧后盆地容礦巖石：雙峰（？）拉斑玄武巖、鈣堿性熔巖套及火成碎屑巖上部礦體為層狀，下部礦體為網(wǎng)脈狀、細(xì)脈狀、角礫狀礦石類型具分帶現(xiàn)象，自上而下依次為：黑礦（方鉛礦、閃鋅礦），黃礦（黃鐵礦、黃銅礦）、硅礦（強(qiáng)硅化巖石中的網(wǎng)脈狀、角礫狀黃鐵礦、黃銅礦）成礦元素組合：Cu-Pb-Zn，有時(shí)富Ag-Au形成時(shí)代：早元古代、奧陶紀(jì)、中生代、第三紀(jì)典型礦床：日本黑礦、普雷斯科特、薩德伯里盆地、芒特艾薩、新不倫瑞克、東沙斯塔等

熱水噴流礦床的類型及特征

2020/10/1634圖理想化黑礦剖面示意圖（據(jù)Sato，1974）礦物縮寫：sp=閃鋅礦；gn=方鉛礦；cp=黃銅礦；py=黃鐵礦；ba=重晶石；qz=石英2020/10/16352.塞浦路斯型VMS產(chǎn)于洋中脊蛇綠巖套上部低鉀枕狀玄武巖中礦體具兩層結(jié)構(gòu)：上部層狀礦體（含化石）和下部網(wǎng)脈狀礦體塊狀硫化物礦石中礦石礦物包括黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等，網(wǎng)脈狀礦石中礦石礦物主要有黃鐵礦、磁黃鐵礦，以及少量黃銅礦和閃鋅礦（有少量Co、Au、Ag）。細(xì)脈帶中的長(zhǎng)石常被蝕變，蝕變包括硅化、綠泥石化等，另有少量泥化形成時(shí)代主要為寒武-奧陶紀(jì)以及中生代典型礦床包括塞浦路斯、危地馬拉、加拿大紐芬蘭York港、美國(guó)俄勒岡Turner-Albright等熱水噴流礦床的類型及特征

2020/10/1636塞浦路斯型VMS礦床剖面示意圖（據(jù)Hutchinson等，1971）

2020/10/16373.別子型VMS產(chǎn)于板塊交界處尤其是弧前海溝中容礦巖石包括拉斑玄武巖-安山質(zhì)凝灰?guī)r和角礫巖、陸源碎屑沉積巖（雜砂巖）、局部為黑色頁巖礦體呈層狀、板狀，與圍巖產(chǎn)狀一致礦石細(xì)粒、塊狀、薄層狀礦石，有膠狀和草莓狀結(jié)構(gòu)的黃鐵礦，還有角礫狀和細(xì)脈狀礦石，礦石礦物包括黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦等。有用元素組合為Cu-Zn（Au）主要成礦時(shí)代為元古代、古生代以及中生代典型礦床：加拿大基瓦丁、遼寧紅透山、日本別子、西班牙-葡萄牙的里奧·廷托、甘肅白銀廠

熱水噴流礦床的類型及特征

2020/10/1638

圖別子型VMS綜合剖面示意圖圖日本別子型礦床橫剖面圖

1-礦體；2-片巖；3-無斑基性片巖；4-泥質(zhì)片巖；5-千枚巖；6-斜長(zhǎng)角閃巖；7-斷層2020/10/16394.諾蘭達(dá)型VMS主要產(chǎn)在消亡板塊邊緣上俯沖帶上分異完全的玄武巖到流紋安山巖巖套中容礦巖石有少量火成碎屑巖和雜砂巖其礦床地質(zhì)特征和黑礦型極為相似，和黑礦相比，其最大特點(diǎn)是缺少黑礦型VMS那樣有工業(yè)意義的Pb礦化成礦元素主要為Zn-Cu，有時(shí)富Ag-Au成礦時(shí)代：主要集中在太古代，故又稱太古代黑礦型，另外早元古代和前寒武紀(jì)-泥盆紀(jì)均可成礦熱水噴流礦床的類型及特征

2020/10/1640圖典型諾蘭達(dá)型VMS礦床剖面示意圖（據(jù)Franklin，1993）

2020/10/1641三沉積巖中的塊狀硫化物礦床（SMS）在成分上富含Pb、Zn，伴生Ag和Ba，貧Cu，幾乎不含Au。其規(guī)模大、品位高、礦化延展穩(wěn)定、伴生有用組分多這類礦床構(gòu)成了全球最重要的鉛（61％）、鋅（54％）資源量，在世界鉛鋅產(chǎn)量方面分別占25％和31％世界上著名的礦床有沙利文、布羅肯山、