热水喷流沉积矿床课件2.ppt
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1、热水喷流沉积矿床 一、热水喷流沉积矿床概述一、热水喷流沉积矿床概述 二、现代热水喷流成矿作用二、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三、热水喷流沉积矿床的类型及特征 热水喷流沉积矿床热水喷流沉积矿床 热水喷流沉积矿床的概述热水喷流沉积矿床的概述一、一、概念概念二、基本特征二、基本特征 v 热水喷流成矿作用是近代成矿理论研究的热水喷流成矿作用是近代成矿理论研究的重大发展,该类矿床地史上分布广泛、规重大发展,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,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具重要的工业价值,热水喷流成矿作用已经成
2、为当前矿床学、地球化学研究的热点经成为当前矿床学、地球化学研究的热点课题之一课题之一 热水喷流沉积矿床的概述热水喷流沉积矿床的概述v 二十世纪五十年代以前二十世纪五十年代以前 不同的学者曾经提出过海底喷气不同的学者曾经提出过海底喷气-沉积沉积(exhalative sedimentaryexhalative sedimentary)成矿的假说,成矿的假说,这这已经很接近目前流行的海底热水喷流沉积已经很接近目前流行的海底热水喷流沉积成矿理论了成矿理论了 由于受当时的技术条件和人们对成矿作用由于受当时的技术条件和人们对成矿作用认识的限制,并未得到普遍的认可认识的限制,并未得到普遍的认可 热水喷流沉
3、积矿床的概述热水喷流沉积矿床的概述v 二十世纪六十年代初,在二十世纪六十年代初,在红海红海AtlantisAtlantis海海渊中发现热卤水和多金属软泥,揭开了现代海渊中发现热卤水和多金属软泥,揭开了现代海底热水活动与金属硫化物沉积成矿研究的序幕底热水活动与金属硫化物沉积成矿研究的序幕v 随后,随后,RiderRider(19731973)把海底喷气把海底喷气-沉积成沉积成矿由假说上升到理论,引起了世界大多数相关矿由假说上升到理论,引起了世界大多数相关学者的共鸣学者的共鸣热水喷流沉积矿床的概述热水喷流沉积矿床的概述v 1976 1976年和年和19791979年年,相继在东太平洋,相继在东太平
4、洋GalapagosGalapagos扩扩张中心和张中心和EPR21EPR21N N 的大洋中脊分别发现了的大洋中脊分别发现了低温海底低温海底热水喷流活动和正在形成硫化物矿床的黑烟囱热水喷流活动和正在形成硫化物矿床的黑烟囱高高温温洋底热水喷流系统。这些发现使喷流成矿作用的研洋底热水喷流系统。这些发现使喷流成矿作用的研究达到新的高潮,并依此为基础开始更加深入地研究究达到新的高潮,并依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和块状硫化物成矿作用研究取得了长足的进展v 1986 19
5、86年的第七届国际矿床成因会议的召开是一个年的第七届国际矿床成因会议的召开是一个重要的标志,当时重要的标志,当时M.J.Russell M.J.Russell 正式将这类矿床称为正式将这类矿床称为SEDEX SEDEX(sedimentary exhalative deposit)(sedimentary exhalative deposit)型型矿床矿床热水喷流沉积矿床的概述热水喷流沉积矿床的概述v 概念:概念:不同成因的(含矿)热水在喷溢出海不同成因的(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
6、通过与冷填、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份分别在热液通道和海底沉淀下来而富集成矿的过程。这种作用使热水中的矿质富集并形成的矿过程。这种作用使热水中的矿质富集并形成的矿床,称之为床,称之为“喷流沉积矿床(喷流沉积矿床(Exhalative Exhalative sedimentary depositsedimentary deposit)”热水喷流沉积矿床的概述热水喷流沉积矿床的概述v 以往,对这类矿床的称谓还不统一以往,对这类矿床的称谓还不统一,不同的学,不同
7、的学者曾冠以者曾冠以“喷气矿床喷气矿床”、“喷流矿床喷流矿床”、“喷流沉喷流沉积矿床积矿床”、“喷流热水沉积矿床喷流热水沉积矿床”、“热水沉积矿热水沉积矿床床”和和“块状硫化物矿床块状硫化物矿床”等名称,为统一起见,等名称,为统一起见,本书将这类矿床统一定名为本书将这类矿床统一定名为“热水喷流沉积矿床热水喷流沉积矿床”,简称简称“热水喷流矿床热水喷流矿床”热水喷流沉积矿床的概述热水喷流沉积矿床的概述v 基本特征基本特征 矿床伴有典型的喷流岩(矿床伴有典型的喷流岩(exhaliteexhalite,热水沉积岩),以此区热水沉积岩),以此区别于其它类型矿床。硅质岩、条带状含电气石岩或电气石岩、别于
8、其它类型矿床。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)、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;重晶石或石膏层等;矿床具有层控及时控特征;矿床具有层控及时控特征;这类矿床的矿体往往呈层状、似层状或透镜状产于地层中,这类矿床的矿体往往呈层状、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。部分矿床具典型的且矿体一般随地层褶皱而褶皱。部分矿床具典型的“双层双层”构造,上部为层状矿体,下部为细脉状、筒状含矿蚀变体;构造,上部为层状矿体,下部为细脉状、筒状含矿蚀变体;矿体和矿石具有微层理甚至微细沉积韵律,常具有顺层条
9、带矿体和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、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;状等结构;具有与现代海底热水喷流成矿作用相似的两套成矿系统;具有与现代海底热水喷流成矿作用相似的两套成矿系统;热水喷流沉积矿床的概述热水喷流沉积矿床的概述现代热水喷流成矿作用现代热水喷流成矿作用 v 目前世界范围内,已发现许多正在形成金属硫化物目前世界范围内,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:的热水体系(图),这类现代热水体系包括二种:红海和美国红海和美国SaltonSalton海的热卤水海
10、的热卤水 洋底热水喷流体系。现代热水喷流作用,虽然目前洋底热水喷流体系。现代热水喷流作用,虽然目前形成的工业矿床很少,但随着经济技术的发展,其产物形成的工业矿床很少,但随着经济技术的发展,其产物将具有巨大的开发利用价值。不过,目前对这种现代成将具有巨大的开发利用价值。不过,目前对这种现代成矿作用研究,其更大意义在于它们提供了无与伦比的天矿作用研究,其更大意义在于它们提供了无与伦比的天然成矿实验室,通过对现代喷流成矿作用的考察和详细然成矿实验室,通过对现代喷流成矿作用的考察和详细研究,将有助于对比研究古老的喷流矿床,建立成矿模研究,将有助于对比研究古老的喷流矿床,建立成矿模式,指导有关矿床的深入
11、研究和勘查评价式,指导有关矿床的深入研究和勘查评价现代热水喷流成矿作用现代热水喷流成矿作用 v 目前世界范围内,已发现许多正在形成金属硫化物目前世界范围内,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:的热水体系(图),这类现代热水体系包括二种:1.1.热卤水成矿作用热卤水成矿作用 2.2.现代洋底热水喷流成矿作用现代洋底热水喷流成矿作用欧亚板块印度-澳大利亚板块太平洋板块欧亚板块非洲板块南极板块加勒比海板块北美板块南美板块苏格兰板块红海Sonne Field Lau 海盆 N.Fiji 海盆 Woodlark 海盆 manus 海盆 Marina 海沟Okinawa
12、 海沟 lzu-Ogasawara 岛弧Salton 海 Guaymas 海盆 Eascanaba 海沟 SJuan de Fuca Explorer Ridge Middle Valley Endeavour Axial 海山 Sea Cliff Lucky Strike Broken Spur TAG Snake Pit Palinuro 海山 CocosPlate21 NEPR13 NEPR11 NEPR9 NEPR17 SEPR18 SEPR20 SEPR21 SEPRNazca板块GalapagosHole 504 B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Herzi
13、g等,1995)陆内弧后陆内弧后(OkinawaOkinawa海槽型)海槽型)洋内弧后洋内弧后(LauLau盆地型盆地型)大洋中脊大洋中脊 陆内裂谷(红海陆内裂谷(红海AtlantisAtlantis海渊型)海渊型)v 现代热水喷流活动的大地构造背景分为四类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(大洋中脊、洋内弧后(LauLau盆地型)盆地型)陆内弧后(陆内弧后(OkinawaOkinawa海槽型)、陆内裂谷(红海海槽型)、陆内裂谷(红海AtlantisAtlantis海渊型)海渊型)1.1.热卤水成矿作用热卤水成矿作用(1 1)红海热卤水成矿红海热卤水成矿 1964196
14、4年在红海发现高热卤水与年在红海发现高热卤水与AtlantisAtlantis海渊多金属软泥,海渊多金属软泥,红海热水系统是一个与裂谷作用有关的、受岩浆热驱动的热红海热水系统是一个与裂谷作用有关的、受岩浆热驱动的热水对流体系,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高密度热卤水覆盖在尚未固结的含金属软泥上 现代实例现代实例:同生作用:同生作用硫化物堆积硫化物堆积工业品位工业品位 AtlantisAtlantis海渊中的富硫化物沉积物在许多方面与火山块状海渊中的富硫化物沉积物在许多方面与火山块状硫化物矿床相似硫化物矿床相似(与火山活动的关系、构造背景、磁黄铁矿(与火山活动的关系、构造
15、背景、磁黄铁矿-黄铜矿黄铜矿-闪锌矿之间闪锌矿之间的分带性、金属的含量、沉积组构以及流体的大多数特点)的分带性、金属的含量、沉积组构以及流体的大多数特点)现代热水喷流成矿作用现代热水喷流成矿作用 1.1.热卤水成矿作用热卤水成矿作用(2 2)SaltonSalton海热卤水成矿海热卤水成矿 位于美国加里福尼亚南部,位于美国加里福尼亚南部,与裂谷作用有关与裂谷作用有关热水对流体系,热水对流体系,被认为是沉积岩中古老的块状硫化物矿床的最好的现代实例。被认为是沉积岩中古老的块状硫化物矿床的最好的现代实例。热卤水温度最高可达热卤水温度最高可达360360,盐度可达,盐度可达2530%2530%。估计热
16、卤水。估计热卤水的体积为的体积为11.611.6kmkm3 3,水深达水深达3 3kmkm。据据WhiteWhite(19811981)的研究的研究,其中含其中含Zn5Zn510106 6吨吨,Pb9Pb910105 5吨,吨,As1.2As1.210105 5吨,吨,Cu6Cu610104 4吨,吨,Cd2Cd210104 4吨,和吨,和Ag1Ag110104 4吨。沉淀在卤水排吨。沉淀在卤水排泄口附近的富硫化物硅质沉积物中,经分析含有多种硫化物,泄口附近的富硫化物硅质沉积物中,经分析含有多种硫化物,且且CuCu和和AgAg的含量极高,分别最高可达的含量极高,分别最高可达20%20%和和8%
17、8%现代热水喷流成矿作用现代热水喷流成矿作用 1.1.热卤水成矿作用热卤水成矿作用(2 2)SaltonSalton海热卤水成矿海热卤水成矿 流体系统的氢、氧同位素显示,热卤水以大气水为主流体系统的氢、氧同位素显示,热卤水以大气水为主 高盐度高盐度古湖水的蒸发作用、地下水对浅部湖相蒸发盐的古湖水的蒸发作用、地下水对浅部湖相蒸发盐的溶解、深埋的含石盐的湖相蒸发盐的地下热交代作用溶解、深埋的含石盐的湖相蒸发盐的地下热交代作用 铅和锶同位素组成证明,少量金属可能是岩浆来源的,但大铅和锶同位素组成证明,少量金属可能是岩浆来源的,但大量金属来自于卤水和沉积物的相互作用量金属来自于卤水和沉积物的相互作用
18、计算获得的金属氯络合物的稳定性与脉状矿化组合及卤水分计算获得的金属氯络合物的稳定性与脉状矿化组合及卤水分析的结果表明:氯的络合物能够有效地搬运贱金属元素析的结果表明:氯的络合物能够有效地搬运贱金属元素 热卤水和后生脉中的硫同位素表明,硫来自于沉积物中的蒸热卤水和后生脉中的硫同位素表明,硫来自于沉积物中的蒸发盐发盐-硬石膏硬石膏 可以认为,如果有足够的还原硫持续加入沉淀场所的话,这可以认为,如果有足够的还原硫持续加入沉淀场所的话,这样的热水体系将有能力形成大型的硫化物矿床样的热水体系将有能力形成大型的硫化物矿床现代热水喷流成矿作用现代热水喷流成矿作用 2.2.现代洋底热水喷流成矿作用现代洋底热水
19、喷流成矿作用(1 1)现代洋底喷流作用特征现代洋底喷流作用特征 喷流作用的构造背景及类型喷流作用的构造背景及类型 热水流体的化学性质热水流体的化学性质 PH PH值和酸碱度;硫、硒、砷;碳;硅质;碱土元素;碱金值和酸碱度;硫、硒、砷;碳;硅质;碱土元素;碱金 属元素;属元素;B B;AlAl;稀土元素;贱金属和黑色金属;金稀土元素;贱金属和黑色金属;金 热水流体的物理性质;热水流体的物理性质;温度;流量;盐度;密度;温度;流量;盐度;密度;现代喷流矿床的基本特征现代喷流矿床的基本特征 现代喷流矿床的一般特征;现代喷流矿床的一般特征;喷流矿化体的部分矿物学特征;喷流矿化体的部分矿物学特征;矿化组
20、分;矿化组分;现代热水喷流成矿作用现代热水喷流成矿作用 (2 2)现代洋底喷流成矿作用机理)现代洋底喷流成矿作用机理 流体与热源流体与热源 流体通道与盖层流体通道与盖层 矿质来源及沉淀机制矿质来源及沉淀机制 生物媒介作用生物媒介作用 现代热水喷流成矿作用现代热水喷流成矿作用 热流柱黑烟(富po)热流柱枕状熔岩枕状熔岩枕状熔岩350 C350 C0.6-0.8m5-6m1-2ma.c.b.cp或cub(+po)位于硬石膏基质中的Cu-Fe硫化物硬石膏+py+sp叠水镁钒基质在硬石膏中po+py+sp共生热液集中流热液分散流硬石膏海水卷入350图 现代海底黑烟囱成因示意图(据Goldfarb等,1
21、983)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 最初,喷流形成硬石膏烟囱,每天可最初,喷流形成硬石膏烟囱,每天可生长几厘米。这种硬石膏会阻止周围生长几厘米。这种硬石膏会阻止周围冷的海水进入烟囱,更热的流体就会冷的海水进入烟囱,更热的流体就会充填在喷口中心。烟囱的内、外壁之充填在喷口中心。烟囱的内、外壁之间存在大的温度变化、间存在大的温度变化、PHPH变化、氧变化、氧化状态变化、硫的价态变化和成分变化状态变化、硫的价态变化和成分变化。从而导致了烟囱壁从内向外的矿化。从
22、而导致了烟囱壁从内向外的矿物学分带(内壁物学分带(内壁铜的硫化物、外铜的硫化物、外壁壁ZnZn的硫化物、硫酸盐和氧化的硫化物、硫酸盐和氧化物)物)随后,老的烟囱被沉淀的矿物填满,随后,老的烟囱被沉淀的矿物填满,喷流作用停止。随温度的降低,引起喷流作用停止。随温度的降低,引起坍塌。坍塌。通过烟囱的不断形成、不断坍塌堆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床的特点,而矿床的层状部分则表现为同生矿床的特点为同生矿床的特点海水盖层岩石渗透带HTRZ岩浆
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