海底喷流成矿作用

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第625页（4747字）

泛指含矿水热流体从海底下喷溢而出，并将所携带的成矿组分，在喷口上下或侧近沉淀下来成矿的过程。

由此作用形成的矿床称为海底喷流型矿床。此类矿床主要包括：贱金属硫化物矿床、重晶石矿床、金银矿床、锡矿床等。与矿体共生的、由喷溢形成的一类岩石，一般称之为喷流岩。

喷流岩的存在对判定喷流矿床具有最重要的意义。

喷流型矿床中以块状硫化物矿床最为重要，由于其品位高、规模大、矿化延展稳定，伴生有用组分多，具有很高的经济价值。据估计，世界上大约80%的锌、40%的铅、20%的铜、40%的镉和50%的银采自此类矿床(Hutchiuson，1988)。

喷流型矿床特别是块状硫化物矿床，既显示出典型的同生沉积特征(层状、层纹状矿石)，又具有后生成矿特征(网脉状、角砾状、交代溶蚀等组构以及热液蚀变)。早年，Lindgren(1919)认为此类矿床是由岩浆析出的热液上升，通过选择性交代有利的岩性地层而成矿的。

对Lingdgren观点的反叛最早出现于欧洲。一些学者(如Berggt等)在研究了德国的Rammeloberg块状硫化物矿床后，首次提出了海底同生沉积的观点，他们认为矿床所具有的后生成因特征乃成矿后遭变质作用改造的结果。20世纪30年代初，Bernauer研究了海岛火山附近正在进行的海底热水成矿活动，支持了上述观点。与此同时，德国Schneiderhohu首次把“喷流(exhalatio)”一词引入矿床学。

他认为，对应于侵入岩浆的气成热液矿化期，火山熔岩也有一个“射气阶段”。在大陆的火山喷气孔和热泉中常生成硫磺等射气矿床；在海底则由火山射气和正常沉积联合作用而生成喷气－沉积矿床。

20世纪40～50年代，德国毛赫(Maucher)及其学生系统地研究了中欧地区的块状Pb－Zn矿床，认为这类矿床系海底热水同生沉积的产物，成矿物质可能与地层中的火山岩夹层有关。50年代晚期，Oftedahl(1959)结合对现代火山活动区火山射气成矿现象的观察资料，对已有的火山喷气成矿概念提出修正，强调挪威、瑞典、西班牙、德国等地的块状硫化物矿床以及铁矿床，是由火山喷气与海水相互作用而成的。

50～60年代期间，澳洲的Stanton等人对Brocken Hill和Mount Isa等着名超大型矿床的成功研究，使人们对此类矿床的同生沉积特征又有了进一步的认识。1963年，Nobel提出沉积物成岩压实过程排出的水，可能是一种富金属的成矿热液。

60年代中期在红海裂谷的卤水池中发现富含金属的热卤水及其沉积物；在美国西部撒尔顿发现高热富金属地下卤水，这些是人类第1批获得的含金属热液的直接证据。

70年代初，一些学者(主要是日本学者)对“黑矿”的研究成果，无可辩驳使人们相信此类矿床乃从到达海底的火山喷气作用同生形成的，在成矿流体上升通道内常见脉状矿化、浸染状矿化和热液蚀变现象。

氢氧同位素研究表明成矿流体是一种循环加热的海水。硫同位素还证明矿石中的硫并非来自岩浆，而是与海水或有机物质有关(Sangster，1970)。这一见解到70年代中期被普遍接受。人们的注意力开始转向这一成矿作用发生的全球构造和局部的地质背景、成矿物质来源和成矿流体的演化、组分沉淀的条件和机制等方面。

地球物理学家根据洋壳热流量观测资料曾指出：下渗冷海水的热对流循环，是一种在地质历史上普遍存在的、造成地球冷却的重要机制，其海底露头处就将构成一个热水喷流区。果然，1976年由大洋深潜调查在东太平洋Galapogos Rift首次发现了洋底正在活动的热液喷口。后来又相继发现了百多个类似的海底喷流区，遍及四大洋的洋中脊、裂谷海和弧后扩张中心。水热流体的温度为150～635℃，盐度2．1～62．5，当这些热水注入冷海水(－2℃)后即构成一个个的喷口。

刚出喷口的流体清澈透明，往上由于各种细粒沉淀物的出现而成为冒烟的“烟囱”。沉淀物多以黑色金属硫化物为主(黑烟囱)，局部以重晶石和二氧化硅为主(白烟囱)。

喷出海底的热液主要是被加热的下渗海水，通过与新鲜的海底玄武岩的反应而获得金属组分的。这已为海底钻探和玄武岩／海水反应实验结果所证实。近来，人们对海底喷流及其成矿体系取得了以下重要的共识。

(1)喷流作用一般包含两套成矿系统。

喷口以下的流体补给系统(热液通道)和其上的海底热水化学沉积系统，两者在空间上既可相互叠置，也可相互分离，这取决于成矿流体的密度、海底地形及海流情况。喷口以下形成网脉状、浸染状矿体；喷口上形成层状、似层状矿体。

(2)根据赋矿岩系的不同，可以分出火山－喷流型矿床和沉积－喷流型矿床两大类。火山－喷流型矿床多产在板块增生带(裂谷或洋中脊)或俯冲消减带的火山建造或火山沉积建造中。

洋壳的这些区段其岩石破碎程度高，强烈的火山岩浆活动造成高热流区，海水渗入后被加热环流并与流经的岩石反应后演变为含矿热液。

环流热液既可以在洋壳岩石孔隙和裂隙中通过减压沸腾、与下渗冷海水以及围岩相互作用等方式，生成具后生热液矿化特征的脉状矿体；也可能上升直达海底或在喷口处遵循烟囱－烟丘模式堆积成近源透镜状矿体，或在海底低地以热卤水池的形式生成更具同生沉积特征的远源层状矿体。矿床之下的火山岩中，常有一个大范围的区域性原岩蚀变带。蚀变过程中释放出的元素正是矿床中富集的元素。沉积－喷流型矿床多产在火山活动微弱的大西洋型被动大陆边缘或大陆内部裂谷盆地中，矿床是沉积盆地正常演化过程中可能出现的多种产物之一。沉积物成岩压实和矿物相变，都能释放出大量的水并随成岩压实作用的进行被不断排出。

由于离子过滤效应、残留孔隙水的盐度以及酸度、温度等均将升高。尤其是在欠压实的高压含水层中，孔隙水含量及其压力、温度和盐度都异常地高。

在此条件下铝硅酸盐矿物将发生相转变，促使沉积物质点所携带的成矿组分以氯络合物的形式释放出来，最终演化成为热液。当同沉积期断裂－地震活动或欠压实异常高压系统自身的水热压裂穿透上覆的隔水屏蔽层时，储水层中的热卤水将迅速上升涌向海底并形成卤水池。

各种矿物随之沉淀，在喷口附近较还原环境中多出现黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等；远离喷口较氧化环境中形成重晶石及其他硫盐矿物。

(3)当矿化发育完整时，常出现分带现象。就单个矿床而言，由底部至顶部出现Cu(Au)→Zn、Pb、(Ag)→Fe、Mn、Ba和磁黄铁矿→磁铁矿→铁的氧化物的更迭；在矿田范围内几个矿床之间，出现近中心的Cu(Au)矿床至边部的铜锌(银)矿床、重晶石矿床、铁锰氧化物矿床。

(4)喷流岩常与非喷流岩相互迭置，或在水平方向和垂直方向上相互过渡。

当前，对喷流成矿作用和喷流矿床的研究，在宏观上力图弄清喷流矿床产出的大地构造背景和局部地质环境及其对矿床特征的影响，了解此类矿床与其他类型矿床之间的联系。在微观上，探讨下渗循环加热海水及沉积物成岩压实水与流经的岩石矿物之间的水岩反应机理，研究成矿组分的迁移形式和喷流热液与冷海水之间相互作用的细微机制，以阐明控制此类矿床的元素－矿物－矿(岩)石共生组合和分布特征的基本因素。

此外，海底喷流形成大面积的初步富集矿质的沉积层和对海洋化学循环的影响等方面也日益引起人们的重视。

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(成都理工学院博士生导师郑明华教授、刘建明教授撰)