礦床學(xué)熱水課件

1、1,第九章 熱水噴流沉積礦床,2,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，具有重要的工業(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,概 述,起源： 20世紀(jì)50年代以前提出。 認(rèn)識(shí)： 20世紀(jì)60年代初，在紅海中發(fā)現(xiàn)熱鹵水和多金屬軟泥。 發(fā)展： Rider(1973)將假說(shuō)上升到理論。 動(dòng)發(fā)展力：1976年和1979年，相繼在東太平洋Galapagos擴(kuò)張中心和EPR21N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。 1986年的第七屆國(guó)際礦床成因會(huì)議上，M.J.Russel

2、l正式將這類礦床稱為SEDEX型礦床,研究過(guò)程,3,熱水噴流沉積成礦作用泛指不同成因的(含礦)熱水在噴溢出海底的過(guò)程中，在噴流口以下的熱液通道中通過(guò)充填、交代作用，在噴流口以上的海底則通過(guò)與冷海水之間的相互作用，使熱水中所攜帶的物質(zhì)組分分別在熱液通道和海底沉淀下來(lái)而富集成礦的過(guò)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,概念,這類礦床的其他名稱： “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,4,1）礦床伴有典型的噴流巖。 這些巖石主要是硅質(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

3、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）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，反映了同生沉積的特征。 （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)。在補(bǔ)給通道中充填交代成礦，在海底以上沉積成礦。（同生與后生統(tǒng)一,熱水噴流礦床的特征,5,第一節(jié) 現(xiàn)代熱水噴流成礦作用,6,現(xiàn)代熱水噴流活動(dòng)的大地構(gòu)造背景分為4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Atlantis海淵型,這類現(xiàn)代熱水體系包括2種： 紅海和美國(guó)Salton

4、海的熱鹵水； 洋底熱水噴流體系,7,1964年，在紅海發(fā)現(xiàn)高熱鹵水與Atlantis海淵多金屬軟泥。沉積物平均20m厚，面積50km2，一些富含金屬的樣品中，含有高達(dá)21的ZnO，4的CuO，0.8的Pb，8.5的Fe203和5.7的Mn3O4 成因: 背景:裂谷 模式,一、熱鹵水成礦作用,1.紅海熱鹵水成礦,鹽度:大約為26 礦質(zhì)來(lái)源:對(duì)流水流經(jīng)巖石 搬運(yùn)機(jī)制:氯絡(luò)合物 沉淀機(jī)制:不同性質(zhì)水的混合 成礦溫度:大于200度,8,Salton海位于美國(guó)加利福尼亞南部，熱鹵水溫度最高可達(dá)360，具高鹽度的特點(diǎn)，可達(dá)2530。估計(jì)熱鹵水的體積為11.6 km3，水深達(dá)3km。據(jù)White(1981)

5、的研究，其中含Zn：5X106t，Pb：9X105t，As：l.2X105t，Cu：6X104t，Cd：2X104t和Ag：l X104t。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，分別可達(dá)20和8,2Salton海熱鹵水成礦,成因模式同紅海,9,二、現(xiàn)代洋底熱水噴流成礦作用,目前，已經(jīng)在不同的構(gòu)造環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了100個(gè)以上的地方，有的溫度高達(dá)405，它們主要分布在太平洋，在大西洋、印度洋和地中海也有少量分布。較大的噴流作用已經(jīng)形成了直徑超過(guò)幾百米、高數(shù)十米的熱液構(gòu)造，它們?cè)谘由鞌?shù)公里的噴流區(qū)內(nèi)分布,10,北緯21N東太平洋中脊熱液排放場(chǎng)素描圖 （

6、據(jù)D.F.Sangster,11,Rona et al., 1993,A: py-cp煙囪的水平切面,TAG1986,Kremlin White smoker,TAG1991,MIR Zone Central,MIR Zone Side,B:中央為黃銅礦(cp)閃鋅礦(sp)邊的 白煙囪水平切面,C:死亡煙囪頂部的縱切面，外壁為枝狀構(gòu)造的pyma，中央為近塊狀粗粒cp通道,D:遺留的py-白鐵礦(ma)煙囪壁,活動(dòng)煙囪,12,13,14,Rona et al., 1993,15,缺少象煙囪一樣垂直緊閉管道是彌散式噴射與煙囪最主要的區(qū)別,16,17,相對(duì)于正常深海底的缺乏生物的狀況，現(xiàn)代噴流場(chǎng)所

7、可以說(shuō)是動(dòng)物群的天堂,18,19,熱水噴流的類型主要有兩種：高溫的集中噴流形式；低溫的滲流作用。前者以黑煙囪為代表，形成各類硫化物的沉積；后者則可能形成了廣泛分布的硫酸鹽、鐵的氧化物硅酸鹽錳的氧化物，以及可能的含鈷的錳氧化物結(jié)殼,一) 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,20,1）pH值和酸堿度：所有取樣獲得的噴流流體都是酸性的。 有利于淋濾、萃取成礦物質(zhì)；可蝕變玄武巖形成綠簾石；有助于在噴流口使金屬以硫化物沉淀（海水略偏堿性）。 （2）硫、硒、砷： 硫在酸性噴流流體中以H2S形式存在。當(dāng)熱流體接近或到達(dá)海底并與周?chē)Ｋ旌蠒r(shí)，H2S被氧化，pH值升高，導(dǎo)致硫化物和單質(zhì)硫的形成

8、。單質(zhì)硫?qū)娏骺诟浇幕瘜W(xué)自營(yíng)養(yǎng)顯微生物很關(guān)鍵。As和Se與S相似，比在海水中要富集得多,2熱水流體的化學(xué)性質(zhì),21,3)碳：在酸性的噴流流體中C的主要形式是CO2，同位素表明C并不是全部來(lái)自海水，應(yīng)有巖漿C的加入。 (4)硅：噴流熱水中的主要成分，含量變化不大。 (5)堿土元素：Mg一般在噴流熱液中含量為零，Ca和Be比海水有不同程度的富集。Sr是幾種與海水相比可以富集也可以貧化的元素之一。Sr同位素介于海水和玄武巖相應(yīng)值之間，說(shuō)明Sr來(lái)自于兩個(gè)來(lái)源。 (6)堿金屬元素：Li、K、Rb、Cs這些堿金屬都比海水中呈明顯的富集。Na是噴流熱水中的主要陽(yáng)離子。 (7)B：比海水有某種程度上的富集,

9、22,1)溫度：2350之間變化。 (2)流量：總流量的測(cè)定具有較大的不確定性。Palmerand Edmond(1989)估算出洋中脊的流量是(1.20.3) X1014kga。這相當(dāng)于亞馬孫河的總流量。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，全球海洋水的總量會(huì)在(511)X106年內(nèi)通過(guò)擴(kuò)張洋脊的位置整個(gè)循環(huán)一遍。 (3)鹽度：噴流流體的鹽度從比海水低40到高70之間變化。 (4)密度：現(xiàn)代和古老噴流流體的密度比周?chē)５缀Ｋ拿芏纫?3熱水流體的物理性質(zhì),23,噴流形成硬石膏煙囪，導(dǎo)致內(nèi)外物理化學(xué)條件變化，形成礦物分帶。內(nèi)壁主要為銅的硫化物而外壁主要為Zn的硫化物、硫酸鹽和氧化物。 老的煙囪會(huì)不斷被沉淀的礦物填滿

10、，老煙囪的噴流作用會(huì)停止。隨之溫度就會(huì)降低，由于硬石膏在冷水里比在熱水里的溶解度要大，它會(huì)溶解并使煙囪弱化，而引起坍塌。通過(guò)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,4現(xiàn)代噴流礦床的形成過(guò)程和特征,24,噴流礦化體的礦物組成非常復(fù)雜； 礦化組分：對(duì)現(xiàn)有的硫化物礦和氧化物礦的樣品平均分析結(jié)果表明，Zn、Cu、Pb、Fe達(dá)到工業(yè)品位，而Ag、Au、Hg、Cd、As、Sb等有可能達(dá)到工業(yè)品位,25,熱液流體本質(zhì)上是海水，可被加熱到350，通過(guò)水巖反應(yīng)，使其發(fā)生了化學(xué)成分變化。形成含礦的熱鹵水。 與流體活動(dòng)有關(guān)的熱源是一個(gè)洋殼內(nèi)的巖漿房或新結(jié)晶的巖漿地質(zhì)體,二) 現(xiàn)代洋底噴流成

11、礦作用機(jī)理,1流體與熱源,26,2流體通道 在大洋中脊、弧后盆地和海山附近，有利于熱液流體循環(huán)的高滲透率可通過(guò)熔巖的高孔隙度和強(qiáng)烈的斷裂作用得以實(shí)現(xiàn),3礦質(zhì)來(lái)源及沉淀機(jī)制 礦質(zhì)主要來(lái)自于洋殼玄武巖，由循環(huán)的海水與之反應(yīng)，并萃取其中的金屬。 噴流沉淀的機(jī)制主要有兩個(gè)：熱水流體的沸騰作用和排泄出的流體與周?chē)涞暮Ｋ幕旌?27,4生物媒介作用 動(dòng)物群在礦化中的作用正被不斷認(rèn)識(shí)到。礦物可圍繞管蟲(chóng)的外側(cè)沉淀。當(dāng)一個(gè)動(dòng)物死掉后，保留下來(lái)的孔洞，可作為后期噴流的通道。生物產(chǎn)生的黏液能夠通過(guò)改變局部的氧化還原條件以及提供高吸附接觸表面積，而形成大的金屬和其他元素的富集體,28,洋底噴流成礦作用的模式,29,

12、第二節(jié) 熱水噴流礦床的類型及特征,一、熱水噴流沉積礦床分類,塊狀硫化物礦床 貧硫化物型噴流礦床,30,1)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。 (3)從下向上、從內(nèi)到外存在CuZn Pb礦化分帶，黃鐵礦出現(xiàn)在所有的帶中,二、與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床(VMS,該類礦床礦石中多金屬硫化物體積大于50，礦石具有典型的塊狀構(gòu)造，塊狀硫化物礦床因而得名,一)VMS礦床基本特征,31,5)除別子型礦床外，整合型礦體的下盤(pán)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,4)富鐵(有時(shí)富錳)的

13、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，覆蓋塊狀礦石,32,二)各亞類VMS礦床特征 .黑礦型VMS 礦床形成于匯聚板塊邊緣的島弧火山帶和弧后盆地。容礦巖石為雙峰拉斑玄武巖、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：CuPbZn，有時(shí)富AgAu。形成時(shí)代古元古代、奧陶紀(jì)、中生代、古近紀(jì)、新近紀(jì)。 典型礦床包括日本黑礦、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,33

14、,日本黑礦 礦床產(chǎn)于中新世綠色凝灰?guī)r帶中，該帶出露部分長(zhǎng)達(dá)1500km，寬100km，由3km厚的火山巖和沉積巖組成。黑礦型礦床主要賦存于一層穩(wěn)定的長(zhǎng)英質(zhì)火山碎屑巖和白色的流紋巖穹隆及伴生的火山角礫巖之上。 “黑礦”礦床礦體大多成層狀，也有呈不規(guī)則狀產(chǎn)出者，在層狀礦體的下部常有一些網(wǎng)脈型礦石,34,黑礦型塊狀硫化物礦床的示意剖面圖（據(jù)Franklin 等，1961修改,次火山長(zhǎng)英質(zhì)侵入體,未蝕變海相長(zhǎng)英質(zhì)-中性火山巖,蝕變火山巖,黃色礦石,黑色礦石,泥巖及凝灰?guī)r,燧石、長(zhǎng)英巖+黃鐵礦沸石粘土碳酸鹽赤鐵礦,重晶石,35,礦床中礦物種類繁多。 富含鉛、鋅、銅。 礦石構(gòu)造多為塊狀、紋層狀、浸染狀等。

15、 圍巖蝕變一般為硅化、絹云母化、綠泥石化和泥化，且呈帶狀分布。(xiaye) 礦石具明顯的分帶，每個(gè)帶的主要礦物成分變化： (自上而下)： 黑礦：閃鋅礦、方鉛礦、重晶石； 黃礦：黃鐵礦、黃銅礦； 硅礦：黃銅礦、黃鐵礦、石英； 石膏礦：石膏、硬石膏,36,含礦熱液的化學(xué)成分與海水成分相比，除SO-、Mg、Sr外，其他均大大超過(guò)海水中的含量，但Na含量超過(guò)不多。 據(jù)黑礦的包裹體測(cè)溫資料，成礦溫度約為25050。含鹽度約為5NaCl。 Cuber和大本洋(1978)根據(jù)現(xiàn)在海洋中有孔蟲(chóng)生活環(huán)境的對(duì)比，認(rèn)為黑礦礦化過(guò)程中海水深度大大超過(guò)1800m。據(jù)同位素研究資料：黑礦礦液180為0+5，SD為-30

16、-3，介于海水與巖漿水之間。熱液中金屬的來(lái)源，主要認(rèn)為是從火山巖中萃取出來(lái)的,37,2塞浦路斯型VMS 塞浦路斯型VMS主要產(chǎn)于洋中脊蛇綠巖套上部低鉀枕狀玄武巖中。 礦體也具兩層結(jié)構(gòu)：上部層狀礦體(含化石)和下部網(wǎng)脈狀礦體。 形成時(shí)代主要為寒武奧陶紀(jì)和中生代。 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TurnerAlbright等,38,特羅多斯蛇綠巖的地層柱狀簡(jiǎn)圖（據(jù)Donald A.Singer，1986,塞浦路斯礦床 礦床產(chǎn)于塞浦路斯的特羅多斯蛇綠巖塊，由鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)巖石組成，形成于白堊紀(jì)(約85Ma前)。 枕狀熔巖的層序如圖,上部枕狀熔巖(未 礦化,下部枕

17、狀熔巖,沉積巖,39,典型礦床由塊狀硫化物組成。 礦床又可分為3個(gè)帶： 赭石層 塊狀礦帶 基底硅質(zhì)礦帶 在礦床下部有延深達(dá)數(shù)百米的細(xì)脈帶。 塊狀礦石主要由黃鐵礦和含量不等的白鐵礦組成，所有礦床中都有黃銅礦和數(shù)量不多的閃鋅礦，鈷在有些礦床中含量很高，可達(dá)0.35，鎳在塊狀礦石中含量很低，平均為15X10-，但在脈狀礦石中卻高達(dá)93X10-，在浸染狀礦石中則更高，為220X10,40,41,塞浦路斯型塊狀硫化物礦床成礦模式圖（據(jù)Adamides，1980）圖面垂直于擴(kuò)張軸,42,3別子型VMS 有用元素組合為CuZn(Au)。 主要成礦時(shí)代為元古宙、古生代以及中生。 典型礦床包括加拿大基瓦丁、遼寧

18、紅透山、日本別子、西班牙葡萄牙的里奧廷托、甘肅白銀廠,43,日本別子礦床 該類型礦床賦存在碎屑沉積巖與玄武巖近于相等的地層中。 礦床中典型的礦石礦物為黃銅礦、黃鐵礦及少量閃鋅礦。 礦體呈層狀，很少有或完全沒(méi)有細(xì)脈帶。 礦床的成礦地質(zhì)環(huán)境一般都靠近構(gòu)造交界處，如在洋底與島弧間、洋底與克拉通間或洋底與大陸殼間,44,只有層狀礦體,45,該類型礦床的礦體呈板狀，單層礦體厚度不大，別子礦床最大厚度僅為1020m。 大多數(shù)礦床由兩類礦石組成，即塊狀和條帶狀硫化物礦石。 塊狀礦石由黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、斑銅礦和少量磁鐵礦組成，脈石礦物為石英和碳酸鹽。 條帶狀礦石由黃鐵礦、少量黃銅礦和閃鋅礦組成，脈石礦物

19、為石英、碳酸鹽、鈉長(zhǎng)石、綠泥石和 少量綠簾石、角閃石、電氣石。條帶狀礦石和塊狀礦石往往呈相互過(guò)渡關(guān)系,46,4諾蘭達(dá)型VMS 諾蘭達(dá)型VMS主要產(chǎn)在消亡板塊邊緣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ZnCu，有時(shí)富AgAu。 成礦時(shí)代主要集中在太古宙，故又稱太古宙黑礦型，另外古元古代和前寒武紀(jì)泥盆紀(jì)均可成礦。 典型礦床包括諾蘭達(dá)、基德克里克、杰羅姆、弗林弗隆、克蘭多、西沙斯塔等,47,石英長(zhǎng)石斑巖,48,諾蘭達(dá)礦床 在塊狀礦的層狀透鏡體中，硫

20、化物一般達(dá)80。往上盤(pán)方向，塊狀礦由黃鐵礦和閃鋅礦型互條帶組成，并含少量黃銅礦； 塊狀硫化物常具有明顯的與地層層序相關(guān)的垂直分帶，向上盤(pán)富鋅，向下盤(pán)富銅。 特別值得指出的是，在某些地區(qū)，塊狀礦往往產(chǎn)在火山巖穹隆之內(nèi)，塊狀硫化物是堆積得非常之快，火山活動(dòng)一旦中斷，局部就會(huì)發(fā)生塊狀硫化物堆積,49,在成分上富含Pb、Zn，伴生Ag和Ba，貧Cu，幾乎不含Au。雖然數(shù)量不如與火山巖有關(guān)的塊狀硫化物礦床(VMS)多，但其規(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3l。 世界上著名的礦床有沙利文、布羅肯山、鈉凡、

21、 “銀礦山”、麥根、臘梅爾斯伯格、蒂鈉等礦床。我國(guó)也有廠壩、大西溝、東升廟等礦床，近年來(lái)在我國(guó)南方首次找到云南蒙自白牛廠超大型沉積噴流型銀蘭多金屬礦床,三、沉積巖中的塊狀硫化物礦床(SMS,50,一)SMS礦床基本特征,51,1)礦化圍巖主要有兩類，一類是陸源海相碎屑巖，最典型的是含黃鐵礦的炭質(zhì)頁(yè)巖；另一類為臺(tái)地相的碳酸鹽巖。 (2)層狀礦化帶主要由兩部分組成，一部分是低銅的塊狀礦石組成的整合型的透鏡狀、板狀礦體，與圍巖的層理整合一致；另一部分是經(jīng)濟(jì)價(jià)值很低的、層狀的、由熱水活動(dòng)形成的礦體的外圍邊緣部分。 (3)礦體下盤(pán)存在少量的網(wǎng)脈狀、脈狀硫化物礦化，伴隨有主要是硅化的蝕變，與VMS礦床的筒狀蝕變相似，但強(qiáng)度要小。 (4)明顯的水平分帶，從內(nèi)向外依次為(Cu)PbZn(Ba)變化，垂直方向上自下而上也存在相同的分帶，但往往不如水平分帶清晰。 (5)與同沉積斷裂系統(tǒng)關(guān)系密切，成礦時(shí)活動(dòng)，作為熱水噴流的通道，后期的變形中有可能活化。 (6)通常礦化和含礦圍巖中缺乏巖漿成因的組分,52,沙利文型SMS 沙利文型SMS主要產(chǎn)于大陸裂谷中。 圍巖主要為頁(yè)巖(泥巖)、濁積巖