矿床学第5章 热水喷流沉积矿床

第五章

热水喷流沉积矿床

1一、热水喷流沉积矿床概述

二、现代热水喷流成矿作用

三、热水喷流沉积矿床的类型及特征

内容提要

2一、热水喷流沉积矿床的概述该类矿床地史上分布广泛、规模大，形成了大量的大型和超大型矿床，具重要的工业价值，热水喷流成矿作用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年代以前不同的学者曾经提出过海底喷气-沉积（exhalativesedimentary）成矿的假说,70代，相继在东太平洋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,以此为基础开始更加深入地研究古老的块状硫化物矿床的形成机制，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RussellM.J.正式将这类矿床称为SEDEX(sedimentaryexhalativedeposit)型矿床31、热水喷流作用和矿床概念

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份分别在热液通道和海底沉淀下来而富集成矿的过程，叫……。——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（Exhalativesedimentarydeposit）”4

1、基本特征①矿床伴有典型的喷流岩；如：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；③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矿石具有微层理甚至微细沉积韵律，常具有顺层条带状、顺层揉皱等构造以及显微球粒状、同心环带、生物和鲕状等结构；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；

5二、现代热水喷流成矿作用

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），这类现代热水体系包括二种：

1.热卤水成矿作用——红海和美国Salton海的热卤水；

2.现代洋底热水喷流成矿作用——洋底热水喷流体系。61.热卤水成矿作用（1）红海热卤水成矿和特征1964年发现的，在红海底部发育着高热卤水与AtlantisⅡ海渊多金属软泥；它是一个与裂谷作用有关的、受岩浆热驱动的热水对流体系高密度热卤水覆盖在尚未固结的含金属软泥上；

现代实例：同生作用——硫化物堆积——工业品位

——在AtlantisⅡ海渊中在许多方面与火山块状硫化物矿床相似的富硫化物沉积物二、现代热水喷流成矿作用

7（2）Salton海热卤水成矿和特征位于美国加里福尼亚南部，与裂谷作用有关热水对流体系，被认为是沉积岩中古老的块状硫化物矿床（a）估计热卤水的体积为11.6km3，水深达3km;（b）热卤水温度最高可达360℃，盐度可达25~30%。（c）成矿元素——Zn（5×106t）、Pb（9×105t）、As（1.2×105t）、Cu（6×104t）、Cd（2×104t）和Ag（1×104t）（White，1981）。二、现代热水喷流成矿作用

8（d）沉淀在卤水排泄口附近的富硫化物硅质沉积物中，含有多种硫化物，Cu和Ag的含量极高，分别达20%和8%；

（e）流体系统热卤水以大气水为主（氢、氧同位素）；（f）成矿作用——高盐度古湖水的蒸发作用地下水对浅部湖相蒸发盐的溶解作用深埋的含石盐的湖相蒸发盐的地下热交代作用；（g）成矿物质——来自于卤水和沉积物的相互作用，氯的络合物型式搬运贱金属元素，硫来自于沉积物中的蒸发盐-硬石膏，若有足够的还原硫持续加入沉淀场所的话，这样的热水体系将形成大型的硫化物矿床二、现代热水喷流成矿作用

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2.现代洋底热水喷流成矿作用①流体与热源②流体通道与盖层③矿质来源及沉淀机制④生物媒介作用

二、现代热水喷流成矿作用

10图现代海底黑烟囱成因示意图（据Goldfarb等，1983）a-烟囱的形成；b-烟囱的生长；c-烟囱的矿物分带；矿物缩写：cp=黄铜矿；cub=方黄铜矿；po=磁黄铁矿；sp=闪锌矿。叠水镁钒是一种新的，羟基硫酸盐-氢氧化物矿物

（a）喷流形成硬石膏烟囱，每天可生长几厘米，成为隔挡臂；（b）烟囱的内、外壁之间存在大的温度变化、PH变化、氧化状态变化、硫的价态变化和成分变化。内壁——铜的硫化物外壁——Zn的硫化物、硫酸盐和氧化物（c）老的烟囱被沉淀的矿物填满，喷流作用停止，随温度的降低，引起坍塌。通过烟囱的不断形成、不断坍塌堆积，最终可形成规模可观的块状硫化物矿床，矿床的通道部分显示后生矿床的特点，而矿床的层状部分则表现为同生矿床的特点11图扩张洋脊或海山上热水循环模式

12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Herzig等，1995）

陆内弧后（Okinawa海槽型）

洋内弧后（Lau盆地型）大洋中脊

陆内裂谷（红海AtlantisⅡ海渊型）现代热水喷流活动的大地构造背景分为四类：大洋中脊、洋内弧后（Lau盆地型）陆内弧后（Okinawa海槽型）、陆内裂谷（红海AtlantisⅡ海渊型）

13一、热水喷流沉积矿床分类从矿床的物质组成出发，划分为两类：第一类：块状硫化物型喷流矿床第二类：贫硫化物型喷流矿床三、热水喷流矿床的类型及特征

14（一）分类1、块状硫化物矿床类型划分（1）容矿岩石分类：Misra（2000）将块状硫化物矿床分为两类：VMS：与火山岩有关的块状硫化物矿床（volcanic-associatedmassivesulfidedeposits－VMS型）SMS：以沉积岩为容矿岩石的块状硫化物矿床（sediment-hostedmassivesulfidedeposits，简称SMS型）（2）按矿石组成、围岩岩性和大地构造环境分类六类：——VMS被细分为塞浦路斯型（Cyprustype）、别子型（Besshitype）、黑矿型（Korokotype）和诺兰达型（Norandatype）4个亚类；——SMS矿床分为沙利文型（Sullivantype）和银矿山型（Silverminestype）两类三、热水喷流矿床的类型及特征

152.贫硫化物型喷流矿床类型鉴于当前的研究程度，从简单实用出发，该类矿床的分类命名主要以形成的矿种为基础，如：热水喷流钴矿床、热水喷流锡矿床等；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.三、热水喷流矿床的类型及特征

16（二）各类型概念和特征1.与火山岩有关的块状硫化物矿床（VMS）（1）概述该类型矿床是世界铜、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。以富硫化物为特征，产于海相火山岩系中的块状硫化物矿床，矿石中硫化物体积大于50%。三、热水喷流矿床的类型及特征

17（2）VMS矿床基本特征（a）与火山岩的关系——与同时代、空间伴生的镁铁质和长英质火山岩、火山碎屑岩密切，矿化发生在火山活动的间歇期；（b）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。后这整合体之下，呈浸染状、细网脉状产出；（c）元素分带——从下向上、从内到外元素呈现Cu（黄铜矿）→Zn（闪锌矿）→Pb（方铅矿）分带；黄铁矿出现在所有的带中三、热水喷流矿床的类型及特征

18（d）伴生岩石——为富铁/有时富锰的硅质岩，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，为海底热水活动的减弱阶段形成，被认为是经化学沉积形成的喷流岩；（e）蚀变——除别子型矿床外，在其它类型的VMS矿床的整合型矿体的下盘，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（图）三、热水喷流矿床的类型及特征

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类型一：黑矿型VMS矿床典型矿床为日本黑矿床，类比矿床有普雷斯科特、萨德伯里盆地、芒特艾萨、新不伦瑞克、东沙斯塔等。特征概括如下：形成环境：矿床形成于会聚板块边缘的岛弧火山带和弧后盆地；容矿岩石：拉斑玄武岩、钙碱性熔岩套（双峰）及火成碎屑岩；矿体特征：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（三层结构），自上而下依次为：黑矿（方铅矿、闪锌矿）——上部黄矿（黄铁矿、黄铜矿）——下部硅矿（强硅化岩石中的网脉状、角砾状黄铁矿和黄铜矿）

——根部成矿元素组合：Cu-Pb-Zn，有时富Ag-Au形成时代：早元古代、奥陶纪、中生代、第三纪（3）各亚类VMS矿床特征20图理想化黑矿剖面示意图（据Sato，1974）矿物缩写：sp=闪锌矿；gn=方铅矿；cp=黄铜矿；py=黄铁矿；ba=重晶石；qz=石英21图VMS矿床模式示意图（据Lydon，1984）矿物缩写：py=黄铁矿；po=磁黄铁矿；cp=黄铜矿；sp=闪锌矿；gn=方铅矿22类型二：塞浦路斯型VMS矿床该类典型矿床为塞浦路斯矿床，类比矿床有危地马拉、加拿大纽芬兰York港、美国俄勒冈Turner-Albright等。形成环境：洋中脊蛇绿岩套上部低钾枕状玄武岩中矿体特征：具两层结构上部：层状矿体（含化石）下部：网脉状矿体矿石矿物：块状构造矿石主要为黄铁矿、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Co、Au、Ag）。蚀变特征：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-奥陶纪以及中生代三、热水喷流矿床的类型及特征

23塞浦路斯型VMS矿床剖面示意图（据Hutchinson等，1971）

24类型三：别子型VMS矿床典型矿床：加拿大基瓦丁、辽宁红透山、日本别子、西班牙-葡萄牙的里奥·廷托、甘肃白银厂等形成环境：产于板块交界处，尤其是弧前海沟中容矿岩石：包括拉斑玄武岩-安山质凝灰岩和角砾岩、陆源碎屑沉积岩（杂砂岩）、局部为黑色页岩矿体形态：呈层状、板状，与围岩产状一致矿石类型：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：Cu-Zn（Au）成矿时代：主要为元古代、古生代以及中生代三、热水喷流矿床的类型及特征

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图别子型VMS综合剖面示意图图日本别子型矿床横剖面图

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26类型四：诺兰达型VMS以加拿大魁北克的诺兰达矿床为代表，主要特征：形成环境：主要产在消亡板块边缘上俯冲带上；容矿岩石：分异完全的玄武岩到流纹安山岩岩套中，有少量火成碎屑岩和杂砂岩地质特征：与黑矿型极为相似，但以其缺少工业意义的Pb矿化区别于黑矿型矿化床成矿元素：主要为Zn-Cu，有时富Ag-Au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-泥盆纪均可成矿三、热水喷流矿床的类型及特征

27诺兰达型VMS矿床剖面示意图（据Franklin，1993）

28（1）概述该类型矿床以其规模大、品位高、矿化延展稳定、伴生有用组分多为特征，富含Pb、Zn，伴生Ag和Ba，贫Cu，几乎不含Au；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加拿大沙利文、英国的银矿山，澳大利亚芒特艾萨、麦克阿瑟、布罗肯山，德国的麦根

、腊梅尔斯伯格

，布罗肯希（南非）尔等矿床我国如（陕西）铅硐山、桐木沟、银硐子，（甘肃）厂坝-李家沟、毕家山；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-多金属矿床

2.沉积岩中的块状硫化物矿床（SMS）29（2）SMS矿床基本特征（a）矿化围岩——两类，——I类：陆源海相碎屑岩，最典型的是含黄铁矿的碳质页岩；

II类：为台地相的碳酸盐，在某些沉积层序中常含凝灰岩薄层（1~10cm厚）；（b）矿化类型：两层层状矿化带为特征，底部网脉状、脉状硫化物矿化不发育。（I）低铜的块状矿石组成的整合型的透镜状、板状矿体，矿体中常发育由方铅矿-闪锌矿-黄铁矿构成的细的、清楚连续的纹层，与围岩的层理整合一致；（II）经济价值很低的层状矿体的外围边缘部分，包括：重晶石、碳酸盐、铁的氧化物、燧石和少量的硫化物