海底热液成矿活动研究的进展热点及展望

1、海底热液成矿活动研究的进展、热点及 展望提要海底热液活动研究进展迅速，热液矿化作用已成为当前国际地球科学最为活跃的研究 领域之一。本文叙述了热液调查新技米、新方法、矿床赋存状态、主要类型以及热液矿化作用的研究进展当前国际研究的热，点，包括海底热液矿床和构造岩浆背景、热液流体形成和金属浸析作用、热液沉沈过程中的金属分馏作用、热液排放与大洋的质重平衡等。最后强调加强海洋地球科学国内外合作的必要性。关键词海宜热液成矿活动海底热液矿床继年代中期在红海裂谷首次探测到现代热液多金属软泥以来，年美、法联合用法国 cya na号深潜器，在太平洋海隆，首次发现海底热液硫化物，。翌年，美国号深潜器再度下潜，发现了

2、 黑烟囱。此后，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。目前在大约不到全球海底扩张中心总长度一的地段上，已进行了系统调查，共发现了个热液矿化点，？。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，究其原因主要有科学家们普遍认为，热液多金属矿床是最有开发前景的一种深海底 资源。例如按照陆地矿床前景作过严格评价的红海号深渊，在水深大于、面积仅为砰的范围内，含有的金属储量估测为丫“又，和。海底高温活动热液喷口处的矿化作用过程及其“烟囱”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。加强现代热液矿化作用 的研究有助于理解地质记录中各

3、类金属矿床的形成模式和成矿机制。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，这对早期生命体演化的认识有着重大意义。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，热液成因的多金属矿床的探索最有可能得到加强。洋脊热液矿床的研究进展自从年，载人深潜器“ ”号成功地应用于东太平洋海隆的热液田以来，人们对大洋现代热液活动的认识有了极大增长。目前对这一新颖的矿产资源类型，美、日、德、法等国运用先进的地球物理和地球化学相结合的调查方法，已能较有成效地开展海底热液田的地形、构造和热液源的研究。作者有幸参加

4、了年一月间由德美联合组织的“热液调查” 一航次。目睹了现代海底热液田海上调查的设备和方法，结合文献资料搜集，对该领域的发展现况作如下综述。调查新技术新方法海底热液矿床在赋存的构造背景、矿床规模、产状及其形成过程等方面与其它海底矿产如锰结核等资源存在着很大的不同，对其进行专门调查时必须圈定在非常有限的海底区域内。 因此除了一般通用的地质一地球物理常规设备外，必须配有一些专门的大型新设备系统。其主要特点可概括为卫星导航系统与用于船舶的声学应答器导航系统和 与用于拖曳运载器的超基线定位系统一一比卿相结合，以保证样品所在位置的定位精度误差控制在士内。用多波束海底地形测绘系统反或或可绘制出大比例尺、等深

5、距为的详细海底地形图。以上述水深地形图还包括通常的地热、地磁测量资料为基础，结合走航的海底电视、照相观测系统、温盐深测量和采水系统，地球化学异常标志如、，、等追踪海底热液溢流点。 最后用深潜器观测并直接采样或用电视控制的大型抓斗一取样。海底热液矿床，、，目前所发现的“正在形成过程中”的海底热液矿，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缘和火山岛弧环境，它们的分布涉及到洋盆和岛弧区的岩石学以火山岩为主的或以沉积物为主的、大洋不同演化阶段早期和成熟期和各种扩张速率慢、中到快速扩张速率。洋脊热液矿化点的初步调查表明，其赋存的构造要素包括 宽的火山喷出轴向带和宽约的活动扩张边

6、缘带，后者与扩张轴相垂直 长约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。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显示物为特征。少数矿床规模在护以上脱盐后的干重。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温终端产物或层状硫酸盐、 硅酸盐、碳酸盐、氧化物和氢氧化物中温终端产物。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广海型矿床。氧化硅、铁和锰热液沉积矿床。典型的矿床为极细粒的褐铁矿、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。成层的

7、软泥状金属硫化物矿床。构 造活动形成的洼地造成有利于原始含矿溶液发生分馏作用，形成硫化物、硅酸盐和氧化物矿床。最典型的实例为号深渊及围区的富金属软泥矿床。块状包括浸染状、网脉状矿床。形成于高温热液喷气口周围、以小丘状或烟囱状为特征的矿床。含、为主的硫化物，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床。全球已发现的个热液矿床 的编录统计资料表明，海底热液矿点相对富集在大洋演化的成熟期和中一快速的洋脊扩张 速率的构造背景下。然而对中一快速和缓慢扩张洋脊的热液矿进行比较后，得出结果似乎与早期认识有所不同，即初步显示规模较大的矿床常出现在慢扩张速率情况下，此外被沉积物充填的扩张块段

8、如在一洋脊系统已发现了具有潜在价值的大型的以沉积物为主的热液矿床。 热液矿化作用，、丨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。已建 立的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、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。但是普遍存在于扩张中心轴部的低强度热液活动与极局部分布的、对矿床形成系统起着重要作用的高强度热液活动，这两者是有区别的。低强度热液活动其特

9、征是排出温度镇c，低或中等温度梯度，相对缓慢的流动速率，水岩石体积比通常较高，同时含有含沸石变质岩相的产 物。高强度热液活动的特征是排出温度在C之间，高热梯度，相对快速的流动速率，水岩石体积比通常较低，有含绿片岩变质岩相产物。热液矿化作用直接与大洋岩石圈的热、结构和化 学性质有关，这些性质仅仅受到与海底扩张速率间接有关的作用过程控制。对形成矿床的海底热液对流系统而言，与沉淀物的流量和浓度有关的物理一化学因素对高强度热液活动起 着主导作用。等人通过对东太平洋海隆单个黑烟囱物的测量获得了有关对流热通量值护 和物质流动速率值。这些值可作为各高强度热液矿床形成系统的热和物质转换量。对形成 矿床的热液对

10、流网而言，为了能供给产生一定规模的块状硫化物矿床的热和物质量需要一 个岩浆源。不同模式计算结果表明为了驱动如矿床规模达大小的热液对流网所需供给热量的 岩浆房室体积要比同样规模矿床金属物质通量假定金属从火山岩中浸析形成所需岩浆源体 积约大一个数量级。对于热液来源，日益增多的调查揭示，在洋脊处热液源的化学和物理性质有着重大差异，表现在以下三个方面海水一岩石相互作用中，岩石类型可以是超铁镁岩石和铁镁岩石，从而产生出不同化学溶液热液溶液存在于不同温度和压力场中，因而矿物相分离上表现出相当大的变异最后热液溶液排出方式不同扩散、不连续喷射、灾变性释放引起喷出带内矿化作用效应的差异。此外调查表明，长时间尺度

11、少全球板块运动的重建 ，包括板块边界类型和长度的变化，板块运动的速率和方向，有助于热液活动强度提高，有助于与火山 和构造活动增强有关的热液排出位置的再分布。能形成矿床的高强度热液活动是在岩浆和构造活动相结合，即在既提供了热液又保证了地壳岩石的可渗透性情况下最为有利。海底热液活动研究的热点热液成因的多金属矿床作为一种海底资源目前尚处于探索阶段。十余年来人们尽管对热液活动及其产物的认识有了迅猛的增长，但还存在很多未解决的问题。当前特别引人关注的有以下方面。海底热液矿床和构造岩浆背景即强调比较研究不同构造环境下热 液系统的特点，包括洋中脊不同扩张速率下的热液矿床性质的比较、岛弧包括弧后拉张带和沿火山

12、带本身与洋脊系统热液成矿活动的比较、大洋断裂带的活动部位、热液矿床的寻找。通过不同地质构造环境下的地震反射折射、微地震、重磁深测量、热模式、热液活动观测和构造地貌研究，建立火山、构造和热液作用过程的时、空、扩张速率和块状硫化物矿床沉积 作用间相互关系的运动学模式。热液流体的形成和金属漫析作用海底热液流体是海水与热洋壳反应的产物，循环海水与基质岩石相互作用首先取决于温度、岩石的化学和矿物学、 水化学和水岩石体积比。目前除继续通过大洋深钻探手段研究热水循环和热液蚀变作用深度 外，主要通过重金属与加热海水的精密度实验室试验加强对不同热液系统中水的体积变化 以及水岩石体积比、 浸析温度对热水溶液组分影

13、响的研究。热液沉淀过程中的金属分馏作用通过红海号深渊的热液多金属软泥的研究，人们确定了在热液变冷及与海水混合过程中硫化物、硅酸盐、铁锰氧化物以及其它伴生的次要金属在地球化学上依次分馏沉淀的顺序? “。但是海洋环境的物理化学性质如何对金属的分馏沉淀过程的速率变化施加影响，尚是一个待研究问题，它将有助于我们理解不同海域内热液矿床不同矿物相在海底的三维空 间分布特点。热液排放和大洋的质平衡海底热液溶液可以通过可渗透区的扩散形式，或通过各个喷口以喷射和羽状流呈不连续的或灾变形式产生巨大的热液流。在喷口周围进行详细水样分析后，已经揭示、和？。等可以从喷口处侧向移动相当大的距离。目前除已利用上述元 素的扩

14、散模式作为寻找海底热液矿床的重要地球化学标志外，着重在探索热液灾变性形式的排放过程的矿化作用效应、热液排放作用对海水化学和大洋质量平衡的影响、热液源对铁锰矿热液成因的和水成锰结核形成过程的贡献等。海底现代热液矿化作用和地质记录中块状” ？尽管在地质时期中凡与，但是这类与玄武岩有关，其数量可达总数的，它们，古代块状硫化物矿床，如，但两者在矿床的矿物硫化物矿床的类比研究地质时期内个块状硫化物矿床资料表明 玄武岩有关的各种热液矿床类型都在目前扩张中心发现了类似物 的矿床仅占总数的还不到。大多数古代硫化物矿床与蛇纹岩有关 代表了岛弧或大陆裂谷有关的构遣背景。除上述构造背景特点外 以典型的矿为例，它与洋

15、脊现代热液块状硫化物矿床虽具有相似性学、结构、矿体形状包括宽厚比方面都存在差异。到目前为止，型矿床的现代类似物尚未发现。近年来通过现代和古代矿化热液系统中流体包裹体的温度和盐度测量，认为硫化物矿体的形状与受溶液的温度一盐度性质控制的流体动力学有关。现代海底热液矿床与古代“类似体”的类比研究仍在继续。展望锰结核及金属硫化物是大洋底具有重要经济价值的两类矿床。海底热液成因的金属硫化物作为一种新颖的资源类型，尽管其研究历史仅十余年，但成矿理论初步研究结果表明其资源潜在前景广阔。与锰结核资源相比，由于它具有以下特点矿床产出水深较浅矿体为三维空间除、外还有、等贵金属形成速率快和有可借鉴的选矿冶炼方法等。

16、科学家们甚至认为热液金属硫化物可能成为深海采矿业的佼佼者，可先于锰结核进入商业化生产。因此西方先进国的调查研究发展迅速。海底热液成矿活动研究的国际发展趋势可归纳为四个方面继续运厂。新技术新方法在海底可能出现热液成矿活动的区域，调查寻找新的热液矿化点，分析新的矿化点所含矿物成分、金属含量研制新的仪器设备，拟定远景开发计划。在海底观测和样品采集的基础上，利用先进的仪器设备对其进行多种分析鉴定，以求在类型和结构上有新的发现。加强海底热液矿床成因机制的研究，探讨新的成矿理论，建立和完善形成模式，以新的理论观点指导陆地相应矿产资源的开发。继续加强国际合作和多学科合作研究。“七五”末我国已被批准为国际海底锰结核矿区的先驱投资者，从“八五”开始将继续投入较大力量开展锰结核资源的详查。笔者认为，我国在加入国际深海底资源的勘探活动中，应对近