Question

热液循环成矿机制

Answer 1

（一）热液流体循环

Bishcoff et al.（1989）依据现代大洋海底成矿观察和实验室模拟，提出双扩散对流（double-diffusive convection）模式来解释海底热液循环成矿的理论。认为海底热液系统由两个垂向上分离的对流循环圈组成，下部为热卤水层，加热并驱动上部冷的海水体系循环。来自海水和岩浆的热卤水在卤水库中发生气、液相分离，使热卤水盐度升高。上部海水层是一个单循环圈，在其底部海水通过扩散界面被热卤水加热。热卤水层主要形成位于下部的块状矿化，向上排泄时也可形成不整合矿化，上部海水层形成上部不整合矿化。Rachael et al.（1999）通过取自Escanaba海槽CenterHill地区裂隙水和沉积物样品中的Li、B同位素指出，影响裂隙水化学成分的因素有热的海水与洋壳的相互作用、热液流体与沉积物的相互作用以及热液流体与海水或/和裂隙水的反应。热液循环是海底热液活动和硫化物形成的关键问题。Alt et al.（1999）对ODP（大洋钻探计划）资料研究提出，上升的热液流体与冷的海水混合导致过渡带和上部岩石在混合带发生蚀变，并在补给区海水沿裂隙和断裂进入岩石从而形成硬石膏的沉淀。但依旧有许多问题有待解决，例如海底热液循环、热液喷出后的沉淀过程等认识仍存在不同意见（Wheat，1994）。

（二）硫化物堆积模式及成矿机制

古代块状硫化物矿床成因研究中，硫化物的沉淀堆积模式一直是最富争议的问题，现代海底硫化物成矿作用的直接观察与研究对这一问题的解决提供了实际可能。现代海底热水流体活动中表现出来的烟囱生长、倒塌堆积和热水流体充填交代反映了硫化物堆积的实际过程。硫化物的形成首先是通过硫化物烟囱完成的，最早发育的烟囱形成于高渗透性的火山岩系的顶部、热水喷口及其附近，晚期的烟囱则发育于硫化物丘堤之上。硫化物烟囱的生长通常从硬石膏沉淀开始，以高温矿物组合黄铜矿-黄铁矿沉淀而成。由于烟囱内外温度梯度变化的差异，不同温度成矿组合由烟囱壁向中心内部生长，内部带以黄铜矿为主，外部带以闪锌矿、方铅矿为主，边缘以重晶石、非晶硅为主。当烟囱生长到一定高度后，便崩塌形成烟囱碎屑丘堤，结果阻止热水流体聚集喷射，在烟囱堤内形成对流循环，并在丘堤上形成弥散式热水排泄点，表现为黑烟囱、白烟囱等，热水散落物质逐渐在丘堤表面胶结烟囱碎屑形成低渗透壳，抑制热水流体外流，使丘堤内充分进行循环，形成完整的不同温度的矿物组合，表现为底部浸染状、网脉状矿化与上覆块状硫化物相伴或叠生，以及网脉状矿之上块状矿的特点（Hezig et al.，1995；Ohmoto，1996）。因此，海底硫化物沉淀作用应是烟囱-丘堤共同作用的结果，块状硫化物矿体是硫化物在丘堤内持续稳定环境充填与交代的产物。总体上，热液硫化物堆积体上部以烟囱体为主，下部以块状硫化物为主，深部以网脉状硫化物为主的叠碗状结构（Becker et al.，1996；Humphris et al.，1996；Zierenberg etal.，2000），基本揭示了海底热液活动中成矿发生发育全部过程。

成矿热液系统的成矿过程与温度关系密切，Hannington and Scott（1996）研究认为与温度相关的热液密度对硫化物沉淀有着关键性的作用。当热液密度低于海水密度时，热液呈条斑状散流，与海水快速混合而骤然降温，矿化散布于海水中发生氧化作用，难以形成大规模矿化富集；而热液密度大于海水时，热液则易形成热卤水，在喷口之上沉积，温度逐渐降低，形成与海水相对隔离的环境，故可能造成大规模矿床的堆积。Ohmoto（1996）依据日本黑矿的研究提出的热液矿化模式，成矿热液系统开始排泄的是低温热液（＜15℃），形成赤铁矿，随之热液温度逐步上升，最高可达400℃。温度在180～280℃时，沉积含硬石膏、重晶石、闪锌矿、方铅矿和黝铜矿等细小颗粒的黑色原生矿石；当温度达到280～380℃时更热的热液与黑色原生矿石发生反应，细小颗粒的原生矿石重结晶成大颗粒的矿物，并在底部被黄铜矿交代，而黄铜矿又被黄铁矿交代。这种成因认识强调了热液是深部（1～3km）岩浆侵入引起热穹隆之上循环回流而成的观点，这一认识解释了现代大洋海底并非到处成矿的事实，火山穹隆或洋脊高隆的地方易形成矿化。