矿床学第七章-热水喷流沉积矿床

目的和要求

本章学习热水喷流沉积矿床的概念和理论，它是当今地球科学重大前沿研究领域之一。教学内容一、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第一页，共40页。复习思考题1.基本概念：海底热水喷流作用；2.热水喷流成矿作用的研究意义。第二页，共40页。一、概述

现代海底热水成矿作用是岩石圈与大洋（水圈）在洋脊扩张中心、岛弧、弧后扩张中心及板内活动中心发生热和化学交换作用的产物。交换过程产生了具重要经济意义的金属矿床，对水圈和生物圈产生重大影响，成为当今地球科学重大前沿研究领域之一。

第三页，共40页。

据估计，来自地球深部的物质和热水，约80%通过热水活动在洋脊排放。现代海底热水活动成为监测全球性的物质和热流量的重要窗口，研究全球热状态和物质化学平衡的重要途径。影响水圈的物质组成和化学分布，制约热水喷口生物群的生存与繁衍．成为海洋学家和生物学家的重大研究课题。作为天然实验室进行观察与研究，为古代矿床成因提供不可估价的成因信息，丰富和更新现有的知识储备和成矿理论。第四页，共40页。

指不同成因的（含矿）热水在海底喷溢的过程中，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分别在热液通道和海底沉淀下来而富集成矿的过程。

热水喷流成矿作用第五页，共40页。

海底考察表明：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喷口以上的喷流沉积系统。

补给系统：海底以下-网脉状矿化，矿化晚，属后生成矿作用；

喷流沉积系统：海底以上-层状、似层状或透镜状矿体，同时形成，典型的同生成矿作用。对传统三个成矿系列组合的冲击，产生第四个成矿系列组合，即地壳含矿热水成矿系列组合（陈毓川，1997）。第六页，共40页。热水喷流矿床的特征

（1）伴有典型的喷流岩（exhalite，热水沉积岩）：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）具层控和时控。在一地区矿体赋存于一定层位，如长江中下游铁、铜矿床产于中石炭统黄龙灰岩下部。

（3）矿体呈层状、似层状或透镜状，矿体随地层褶皱而褶皱。部分矿床具典型的“双层”构造，上部层状矿体，下部细脉状、筒状含矿蚀变体。

第七页，共40页。（4）组构和特征组分：具有微层理、微细沉积韵律，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，反映同生沉积特征。

矿石中广泛发育胶黄铁矿，具有两种特征的显微结构：

显微球粒结构同心环带结构其形成最早，被晚期硫化物或氧化物矿物包裹或交代。第八页，共40页。（5）具有两套成矿系统：

不对称蚀变作用：层状矿下盘蚀变，上盘无蚀变。

在火山岩容矿的热水喷流沉积矿床（

VMS

）中，通道常见绿泥石化、硅化及钠长石化、碳酸盐化；层状矿体下盘发育黄铁绢英岩化；在沉积岩容矿的喷流热水沉积矿床（Sedex）中，喷流通道中常见硅化及电气石化、钠长石化；层状矿的下盘仅见白云石化、电英岩化和绿泥石化。第九页，共40页。二、现代热水喷流成矿作用

古代地质记录中，以火山岩为容矿和以沉积岩为容矿岩石的硫化物矿床占重要地位，两大类矿床的现代类比物已在现代海底大量发现，通常形成于张裂或裂谷作用阶段，并随张裂盆地的发育，形成各具特色的硫化物矿床，构成完整的成矿谱系。从146个已知的热水活动区和硫化物矿床，主要分布在4种构造环境：即大洋中脊、洋内弧后、陆内弧后及陆内裂谷。第十页，共40页。1.热卤水成矿作用(1)红海热卤水与裂谷作用有关、受岩浆热驱动的热水对流体系，高密度的热卤水覆盖在尚未固结的含金属软泥上。(2)Salton海热卤水成矿与裂谷作用有关第十一页，共40页。第十二页，共40页。第十三页，共40页。2.现代洋底热水喷流成矿作用（1）现代洋底喷流作用特征：a.构造背景及类型洋中脊弧后盆地和海山b.两种形式高温集中喷流低温渗流第十四页，共40页。c.化学性质通常呈酸性，而海水为偏碱性，利于金属萃取和沉淀。流体中不同元素的来源不同，且同种元素常具有多来源的混源特征。代表了热液循环系统内岩石、岩浆热液、海水相互作用。第十五页，共40页。d.物理性质温度多在2-350℃之间。流量大。盐度变化大。密度较周围海水小。第十六页，共40页。第十七页，共40页。第十八页，共40页。（2）现代洋底喷流成矿作用的机理a.流体与热源被加热的海水岩浆b.流体通道与盖层高孔隙度的熔岩和深断裂阻挡流体渗透，使之集中排泄c.矿质来源及沉淀机制洋壳玄武岩沸腾作用和与冷的海水的混合第十九页，共40页。d.生物媒介作用第二十页，共40页。知识链接——

与VMS有关的大地构造第二十一页，共40页。海底地形1、大洋中脊

2、大洋盆地

3、大陆边缘第二十二页，共40页。大陆边缘

大陆和大洋盆地之间广阔的过渡地带，即从海岸线至深海底之间，叫做大陆边缘（Continentalmargin）。大陆边缘按其形态、地貌单元的发育情况及和板块活动的关系分为:被动大陆边缘（或叫大西洋型大陆边缘）活动大陆边缘（又叫太平洋大陆边缘）,包括：西太平洋型（沟-弧-盆体系型）安底斯型（沟-火山弧型）。第二十三页，共40页。被动大陆边缘1959年，希曾总结了北大西洋详细测深成果，将大陆边缘划分为大陆架、大陆坡和大陆麓三部分：大陆架（shelf）：滨临海岸、浅水、是大陆向海的自然延伸，宽0-1300km，向海微倾斜，坡度1/1000，陆架外缘平均水深130m，最深550m。大陆坡（slope）：位于大陆架向洋一侧，坡度较陡（3°-6°），宽数十-数百公里，坡度1/40—1/6，为陆架外斜坡。大陆麓（rise）：是陆坡坡脚下由沉积物堆积成的和缓平坦坡，宽达数百-上千公里，平均坡度1/300，常从2500-3000m水深处开始至>5000m大洋盆地。大陆边缘滨临大陆这个物源地，是地球上最重要的沉积区，大陆架和陆坡上的沉积物最厚可达数公里；大陆麓上的沉积物最厚可达10km，沉积总量超过大陆架。第二十四页，共40页。第二十五页，共40页。活动大陆边缘A安底斯型：包括：火山弧、弧前盆地、海沟B西太平洋型：大陆边缘的构造单元包括：弧后盆地（边缘海）、岛弧、弧前盆地、海沟第二十六页，共40页。@第二十七页，共40页。岛弧（火山弧）岛弧是指海洋中呈线状分布的弧形列岛。它们大多位于大陆与大洋的交界处。弧的凸面一般都朝向大洋。在大洋一侧有海沟与其平行分布，构成岛弧海沟系。从地质学观点出发，将岛弧的定义说成是有海沟，活火山以及深源地震三种现象的地带，而且这里是现代地壳最活动的地带。岛弧的形成，按板块构造说，是由于从洋中脊上升的地幔对流在大陆附近碰撞岩石圈，大洋壳向大陆壳下面俯冲，形成海沟。俯冲带的前端在地幔中熔融上升成为侵入岩体或火山，形成岛弧。第二十八页，共40页。三、热水喷流矿床的类型

矿床的物质组成

块状硫化物矿床贫硫化物型喷流矿床容矿岩石矿石组成或成矿元素组合大地构造环境缺乏系统的研究第二十九页，共40页。VMS矿床的基本特征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。整合矿体呈层状，块状构造，与上盘界限清楚而向下逐渐过渡为浸染状、细网脉状矿石构成的不整合型矿体。3.上——下，内——外，矿化分带为Cu——Pb——Zn。4.喷流形成的硅质岩（富铁或富锰）分布于块状矿石之上或外延。5.除别子型外，整合矿体的下盘岩石存在绿泥石和绢云母的蚀变。第三十页，共40页。VMS型矿床根据形成的大地构造环境，分为四类：1.黑矿型：指汇聚板块边缘的岛弧火山带和弧后盆地，与双峰（？）拉斑玄武岩，钙碱性熔岩套，火山碎屑岩有关。Pb-Zn-Cu（Ag-Au）2.塞浦路斯型：产在扩张洋中脊和蛇绿岩套有关。Cu，Au3.别子型：产在弧前海沟，与基性岩、拉斑玄武岩，杂砂岩，页岩有关。Cu-Zn（Au）4.诺兰达型：产在消亡板块边缘的俯冲带，与分异完全的玄武岩-流纹安山岩岩套，火成碎屑岩，杂砂岩有关。Zn-Cu（Ag-Au）第三十一页，共40页。第三十二页，共40页。第三十三页，共40页。第三十四页，共40页。第三十五页，共40页。SMS型矿床的基本特征1.矿化围岩为陆源海相碎屑岩和台地相碳酸盐。2.层状矿体由低铜的块状矿石组成的透镜状板状矿体（与围岩整合一致）及其边缘部分组成。3.矿体下盘存在少量网脉状、脉状硫化物，伴随硅化蚀变。4.在水平和垂向上由内向外，由下向上发育（Cu）——Pb——Zn——（Ba）的分带。5.与同沉积断裂系统关系密切。成矿时活动，作为热液通道，后期变形中可能活化。6.通常矿化和含矿围岩中缺乏岩浆成因的组分。不过少数矿区矿化与镁铁质或其它岩浆活动有关。第三十六页，共40页。同沉积断层同沉积断层又称生长断层，主要发育于沉积盆地边缘。在沉积盆地发育过程中断层持续活动，造成盆地不断沉降，沉积持续进行，盆地外围不断隆起。主要特点：1.一般为走向正断层，在剖面上呈上陡下