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第七章 热水喷流沉积矿床

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第七 热水 喷流 沉积 矿床
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第七章 热水喷流沉积矿床第一节 现代热水喷流成矿作用一、热卤水成矿作用二、现代洋底热水喷流成矿作用第二节 热水喷流矿床的类型及特征一、热水喷流沉积矿床分类二、与火山岩有关的块状硫化物矿床( 沉积岩中的块状硫化物矿床( 热水喷流成矿作用是近代成矿理论研究的重大发展,已经成为当前矿床学、地球化学研究的 热点课题之一 。 20世纪 50年代以前,有些学者曾经提出过与热水喷流沉积成矿作用有关的看法,甚至提出过海底 喷气 矿的假说 ,由于受当时的技术条件和人们对成矿作用认识的限制,虽然引起了一定的反响,但并未得到普遍的认可。 随着 20世纪 60年代初,在红海 海渊 中发现热卤水和多金属软泥,揭开了现代海底热水活动与金属硫化物沉积成矿研究的序幕,海底热水喷流沉积成矿作用的研究也开始得到普遍重视。热水喷流沉积矿床历史沿革太平洋洋隆热液活动区与黑烟囱1973) 把 海底喷气 假说上升到理论,引起了世界大多数相关学者的共鸣。1976年和 1979年,相继在东 太平洋 N 的大洋中脊分别发现了 低温海底热水喷流活动和正在形成硫化物矿床的 黑烟囱 —— 高温洋底热水喷流系统。这些发现使喷流成矿作用的研究达到新的高潮,使喷流成矿理论和块状硫化物成矿作用研究取得了长足的进展。1986年的第七届国际矿床成因会议的召开是一个重要的标志,当时 式将这类矿床称为 矿床。喷流沉积矿床定义 海底考察和研究表明,现代洋底高温喷流成矿作用具有两套成矿系统,即喷口以下的 热水补给系统 和喷口以上的 喷流沉积系统 。 热水喷流沉积成矿作用泛指不同成因的(含矿)热水在喷溢出海底的过程中,在喷流口以下的热液通道中通过充填、交代作用,在喷流口以上的海底则通过与冷海水之间的相互作用,使热水中所携带的物质组分分别在热液通道和海底沉淀下来而富集成矿的过程。这种作用使热水中的矿质富集并形成的矿床,称之为“ 喷流沉积矿床 ”。矿床特征 ( 1)矿床伴有典型的喷流岩( 热水沉积岩 ),以此区别于其他类型矿床。这些岩石主要是 硅质岩、条带状含电气石岩或电气石岩、条带状含长石岩或富长石岩、透辉岩与透闪岩(或双透岩)、重晶石或石膏层 等。 ( 2)矿床具有 层控及时控 特征。在某一地区内矿体往往赋存于一定层位,如长江中下游断裂拗陷带中铁、铜矿床多产于中 石炭统黄龙灰岩 下部。 ( 3)这类矿床的矿体往往呈 层状、似层状或透镜状 产于地层中,且矿体一般随地层褶皱而褶皱。部分矿床具典型的 “ 双层 ” 构造,上部为层状矿体,下部为细脉状、筒状含矿蚀变体。( 4)矿体和矿石具有微层理甚至微细沉积韵律,反映了同生沉积的特征。( 5) 具有与现代海底热水喷流成矿作用相似的两套成矿系统。需要强调指出的是,热水喷流成矿作用的研究应包括 现代海底热水喷流作用 和 古老热水喷流矿床 两大部分,可以说前者是后者的重要基础,后者是前者的应用和深化,这两个方面的共同研究正促进着热水喷流沉积成矿理论的发展。第一节 现代热水喷流成矿作用欧亚板块印度o F i e l d La u 海盆 N .F i j i 海盆 W oo dl a r k 海盆 m a 盆 M a r i 海沟O ki na w a 海沟l z u - O g a sa w a r a 岛弧 S a l t G u a y m a s 海盆 E a sc a na 海沟 S n F uc a r e r R i M i e V a l l e y E a vo A x i a l 海山 S e a C l i f f L uc k y S t r i B r n S S n a k e P i t P a l i n ur o 海山 C o c o a t N 13 ° N 11 ° N 9 ° N 17 ° S 18 ° S E P S 21 ° S N a z c a l a p a g ol e 50 4 - 1 岩石圈板块边界与现代海底已知热水喷流系统(黑实心圆) (据 H e rz e t a l , 1995 )  目前世界范围内,已发现许多正在形成金属硫化物的热水体系(图 7这类现代热水体系包括 2种:①红海和美国 ②洋底热水喷流体系。(一)红海热卤水成矿 红海热水系统是一个与裂谷作用有关的、受岩浆热驱动的热水对流体系,是现今已知的通过同生作用使硫化物堆积,且局部达到工业品位的最著名的实例。 红 海中目前至少已发现 13个热卤水池,最大、热流体活动最强的当属最早发现的 海渊 ,这里有56%的热卤水,其中溶解了大量的各类金属组分。 在大约 50成了微细(大多数颗粒小于 2μm )、薄层的氧化物、硅酸盐、硫化物、硫酸盐和碳酸盐组成的多金属软泥,其中的孔隙流体含量可达 95%。 据大多数学者的研究, 海渊中的富硫化物沉积物在许多方面与 火山块状硫化物矿床 相似。(二) 同样与裂谷作用有关的 认为是沉积岩中 古老块状硫化物矿床 的最好的现代实例。 卤水温度最高可达 360℃ ,具高盐度的特点,可达 25%估计热卤水的体积为 11.6 深达 3 1981)的研究,其中含 106t, 105t,105t,104t, 104t,和 104t。沉淀在卤水排泄口附近的富硫化物硅质沉积物中,经分析含有多种硫化物,且 别可达 20%和 8%。 同位素显示,这里的热卤水以 大气水 为主。二、现代洋底热水喷流成矿作用 现代洋底喷流成矿作用的发现和研究明显晚于红海热卤水成矿作用的研究。 1976年,在东太平洋赤道附近的 以 现了密度较低、温度< 13℃ 的热水喷流口。 但更壮观的是 1979年在东太平洋洋隆 21现了贱金属和贵金属硫化物 黑烟囱 ” 。 目前,已经在不同的构造环境中发现了 100个以上的地方,有的温度高达 405℃ ,它们主要分布在太平洋,在大西洋、印度洋和地中海也有少量分布( 1993)。(一) 现代洋底喷流作用特征1. 喷流作用的构造背景及类型全球范围内,正在形成多金属硫化物和富 洋扩张中心的洋中脊 ,还有少量的喷流系统发生在中等到快速扩张的 弧后盆地以及海山上 。热水喷流的类型主要有两种,一是 高温的集中喷流形式 ;二是 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;后者则可能形成了广泛分布的 硫酸盐、铁的氧化物 锰的氧化物 ,以及可能的含钴的锰氧化物结壳。黑烟囱,高温,金属含量高 白烟囱,低温,金属含量低排泄流体的成分黑烟囱: 320C, 黑色,富含金属颗粒;白烟囱: 2 . 5 ) 早元古代( > 1 . 8 ) 前寒武纪 - 泥盆纪 原始型 (A g - A u ) 黑矿型 双峰(?)拉斑玄武岩,钙碱性熔岩套,火山碎屑岩 会聚板块边缘的岛弧火山带和弧后盆地 早元古代( > 1 . 8 ) 奥陶纪 中生代 第三纪 多金属型 ( A u ) 塞浦路斯型 蛇绿岩套,拉斑玄武岩 扩张洋中脊,和蛇绿岩套有关 寒武 - 奥陶纪 中生代 含铜黄铁矿型 基性岩,拉斑玄武岩(?),杂砂岩,页岩(?) 弧前海沟 晚元古代1 . 2 ~ 0 . 8 古生代 铜 - 锌黄铁矿型 (A u ) 沙利文型 页岩(泥岩)、浊积岩 大陆裂谷 中元古代1 . 7 ~ 1 . 0 寒武纪 - 泥盆纪 以碎屑岩为容矿围岩的类型 P b (A g ) 灰岩、白云岩为主 , 砂岩、页岩 陆架 , 同生断裂控制的盆地 晚元古代 ~ 1 . 0 密西西比期 以碳酸盐岩为容矿围岩的类型 P b (A g ) (二)贫硫化物型喷流矿床类型划分现代喷流成矿作用除了形成块状硫化物矿床外,还可形成其他类型的矿化,如低温喷流作用正在形成 硫酸盐、铁的氧化物 锰的氧化物 ,以及可能的含钴的锰氧化物结壳等矿化。因此,地质历史时期,除了块状硫硫化物矿床,热水喷流作用应该会形成其他类型的矿床,各类研究已经不断证明了这一点。但目前相关研究程度要比块状硫化物矿床低得多,应该说尚缺乏系统的研究,更无合理的分类方案。除块状硫化物矿床,目前已经发现并确定为热水喷流矿床的种类和数量很少,很难开展系统的分类研究,本书仅想提供某些思路和初步的想法。鉴于当前的研究程度,从简单实用出发,建议该类矿床的分类命名主要形成的矿种为基础,名称前加上热水喷流的叫法,如热水喷流钴矿床、热水喷流锡矿床等。在我国,贫硫化物喷流矿床研究已有所积累,如近年来发现的青海东昆仑 驼路沟钴矿 , 吉林大横路铜钴矿 (后期又经历了变质作用改造),广西大厂锡矿等已经被研究认为属于 热水喷流矿床 ,相信随着研究的深入,会发现越来越多的贫硫化物型喷流矿床。关于条带状含铁建造( 其成矿作用可能类似于现代洋底正在形成铁的氧化物 锰的氧化物的低温喷流作用。相对块状硫硫化物矿床来说,该类热水喷流矿床中,硫化物含量要低得多,喷流岩( 热水喷流建造成为矿床的主体部分。 在研究贫硫化物喷流矿床时,主要通过地质、地球化学等方法来对比研究喷流岩或热水喷流建造的各类宏观和微观特征,确定其成因,进而有效地帮助确定与喷流岩有关的矿床的形成机制。二、与火山岩有关的块状硫化物矿床( 一)概况世界铜、铅、锌、银、金的主要来源之一,同时作为副产品提供锡、镉、锑、铋等金属。与火山岩有关的块状硫化物矿床与海底火山活动有关,产于海相火山岩系中,与地层整合的矿体呈层状、似层状、透镜状,其下往往有呈脉状、网脉状的矿体,矿石中硫化物体积大于 50%,矿石具有典型的 块状构造 ,块状硫化物矿床因而得名。(二) 1)与同时代的镁铁质和长英质火山岩、火山碎屑岩关系密切,形成于火山活动的间歇期。( 2)矿体有 整合和不整合 两类,整合型矿体呈层状、似层状产出,与上盘岩石界限清楚,而与下盘岩石渐变过渡,矿石具块状构造。在整合矿体下,存在由浸染状、细网脉状矿石组成的不整合型矿体。( 3)从下向上、从内到外存在 铜矿) → 锌矿) → 铅矿)矿化分带 ,黄铁矿出现在所有的带中。( 4)富铁(有时富锰)的硅质岩形成于海底热水活动的减弱阶段,被认为是经化学沉积形成的喷流岩 ,覆盖在块状矿石的顶部或作为整合型矿体水平方向上的外延部分。( 5)除别子型矿床外,其他类型的 合型矿体的下盘岩石中存在 绿泥石和绢云母 的蚀变,形成陡立的管(筒)状蚀变带,通常从内向外具明显的水平分带(如图 7这种管(筒)状蚀变带往往沿垂向上有较大的延伸,如诺兰达型 有的 合型矿体下盘的火山岩中还发育范围大得多的半整合型蚀变,主要有硅化、绿帘石化和碳酸盐化,亏损金属组分,据称是循环的海水与火山岩反应的产物,成矿组分被淋滤出来。管(筒)状蚀变带叠加在半整合蚀变带之上。图 7 - 4 理想化 床剖面示意图 (据 L y d o n , 1 9 8 4 ) P y - 黄铁矿; 磁黄铁矿; 黄铜矿; 闪锌矿; 方铅矿 块状—网脉状矿石统一系统块状硫化物的堆积机制1. 黑矿型 矿岩石为双峰(?)拉斑玄武岩、钙碱性熔岩套及火成碎屑岩。上部矿体为层状,下部矿体为网脉状、细脉状、角砾状。矿石类型具分带现象,自上而下依次为:黑矿(方铅矿、闪锌矿),黄矿(黄铁矿、黄铜矿)、硅矿(强硅化岩石中的网脉状、角砾状黄铁矿、黄铜矿)。成矿元素组合: 时富 成时代早元古代、奥陶纪、中生代、第三纪。典型矿床包括 日本黑矿、普雷斯科特、萨德伯里盆地、芒特艾萨、新不伦瑞克、东沙斯塔 等。 图 7 - 5 理想化黑矿剖面示意图 (据 o , 1974 ) S p - 闪锌矿; 方铅矿; 黄铜矿; 黄铁矿; 重晶石; q z - 石英 2. 塞浦路斯型 浦路斯型 矿体也具两层结构:上部层状矿体(含化石)和下部网脉状矿体。块状硫化物矿石中矿石矿物包括黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等,网脉状矿石中矿石矿物主要有黄铁矿、磁黄铁矿,以及少量黄铜矿和闪锌矿(有少量 细脉带中的长石常被蚀变,蚀变包括硅化、绿泥石化等,另有少量泥化。形成时代主要为寒武 典型矿床包括塞浦路斯、危地马拉、加拿大纽芬兰 国俄勒冈 上部枕状熔岩下部枕状熔岩块状硫化物矿床成矿后脉岩席状杂岩墙网脉状矿化带(孔洞充填状和浸染状硫化物)热液蚀变及浸染状硫化物硫化物矿化褐铁矿沉积(赭土)氧化带块状硫化物带深海 沉积物图 7 - 6 塞浦路斯型 V M S 矿床剖面示意图(据 H u t c h i n s o n e t a l , 1 9 7 1 ) 3. 别子型 子型 容矿岩石包括拉斑玄武岩 源碎屑沉积岩(杂砂岩)、局部为黑色页岩。矿体呈层状、板状,与围岩产状一致。矿石细粒、块状、薄层状矿石,有胶状和草莓状结构的黄铁矿,还有角砾状和细脉状矿石,矿石矿物包括黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、闪锌矿等。有用元素组合为 主要成矿时代为元古代、古生代以及中生代。典型矿床包括加拿大基瓦丁、辽宁红透山、日本别子、西班牙 廷托、甘肃白银厂。 图 7 - 7 别子型 合剖面示意图 图 7 - 8 日本别子 矿床横剖面图 (据 S an g s t e r ,1 9 8 5 a ) (据 S an g s t e r , 1 9 8 5 a ) 1 - 矿体; 2 - 片岩; 3 - 无斑基性片岩; 4 - 泥质片岩; 5 - 千枚岩; 6 - 斜长角闪岩; 7 - 断层 4. 诺兰达型 兰达型 容矿岩石有少量火成碎屑岩和杂砂岩。其矿床地质特征和黑矿型极为相似,和黑矿相比,其最大特点是缺少黑矿型 矿元素主要为 时富 因为其成矿时代主要集中在太古代,故又称太古代黑矿型,另外早元古代和前寒武纪 典型矿床包括诺兰达、基德克里克、杰罗姆、弗林弗隆、克兰多、西沙斯塔等。 图 7 - 9 典型诺兰达型 床剖面示意图 (据 F r a n k l i n , 1 9 9 3 ) 三、沉积岩中的块状硫化物矿床( 沉积岩中的块状硫化物矿床( 在成分上富含 n,伴生 a,贫 乎不含 然数量不如与火山岩有关的块状硫化物矿床( ,但其规模大、品位高、矿化延展稳定、伴生有用组分多。这类矿床构成了全球最重要的铅( 61%)、锌( 54%)资源量,在世界铅锌产量方面分别占 25%和 31%。 世界上著名的矿床有 沙利文、布罗肯山、钠凡、“银矿山”、麦根、腊梅尔斯伯格、蒂钠等矿床。我国也有厂坝、大西沟、东升庙 等矿床,近年来在我国南方首次找到 云南蒙自白牛厂超大型沉积喷流型银 矿床特征( 1)矿化围岩主要有两类,一类是 陆源海相碎屑岩 ;另一类为 台地相的碳酸盐 。 通常矿化和含矿围岩中缺乏岩浆成因的组分 .( 2)层状矿化带主要由两部分组成,一部分是低铜的块状矿石组成的整合型的透镜状、板状矿体;另一部分是经济价值很低的、层状的、由热水活动形成的矿体的外围边缘部分。( 3)矿体下盘存在少量的网脉状、脉状硫化物矿化,伴随有主要是硅化的蚀变,强度小。( 4)明显的水平分带,从内从内向外依次为( → (化,垂直方向上自下而上也存在相同的分带,但往往不如水平分带清晰。( 5)与同沉积断裂系统关系密切,成矿时活动,作为热水喷流的通道,后期的变形中有可能活化。 图 7 - 1 0 理想化 S M S 型 晶石矿床剖面示意图 (据 L a r g e , 1 9 8 3 ) 1 积热液相(闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、雌黄铁矿、黄铜矿,与重晶石、燧石及远洋 / 碎屑沉积岩互层); 2 - 边缘沉积相(重晶石、碳酸盐、铁的氧化物、磷酸盐、黄铁矿、细粒闪锌矿及燧石); 3. - 薄层热液矿物(重晶石、磷灰石、黄铁矿、细粒闪锌矿、燧石); 4 - 喷口杂岩(层状硫化物,被破坏成角砾状、脉状,并被黄铜矿、黝铜矿、毒砂、雌黄铁矿、方铅矿及闪锌矿等广泛交代); 5 - 补给筒(下盘沉积岩,被角砾化和充填,并被石英、碳酸盐、绿泥石、绢云母、电气石及少量硫化物交代); 6. - 不渗透单元的充填、交代和蚀变层状带; 7 - 成矿后沉积岩中热液蚀变带(钠长石、绿泥石、碳酸盐及少量硫化物); 8 - . 断裂悬崖沉积角砾岩 利文型 岩主要为页岩(泥岩)、浊积岩等碎屑岩;成矿时代为元古代、寒武纪 矿元素主要为图 7 - 1 1 沙利文矿床矿化分带剖面示意图 (据 Sa n g s t e r ,1 9 8 5 b ) 2. 银矿山型 矿山型主要指以碳酸盐岩为容矿岩石的矿岩石包括灰岩和白云岩,形成于受同生断裂控制的盆地内。该类型矿床地质特征和沙利文型类似。典型矿床如英国的银矿山、美国的巴尔马特以及爱尔兰的锡尔弗迈因斯矿床等 。 070 5 6图 7 - 1 2 锡尔弗迈因斯矿床横剖面 示意 图 (据 Sa n g s t e r , 1985 b ) 1 - 灰岩、泥灰岩、白云岩; 2 - 细脉浸染状硫化物矿化; 3 - 红色砂岩; 4 - 层状硫化物矿化; 5 - 燧石层; 6 - 角砾岩
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