国内外火山及火山沉积改造型矿床特征

－1－国内外火山及火山沉积改造型矿床特征及找矿模式1火山及火山沉积改造型矿床1.1火山及火山沉积改造型矿床归属按袁见齐等（1985）[1]对矿床的成因分类方案，内生成矿作用形成的矿床包括岩浆矿床、伟晶岩矿床和气水热液矿床；气水热液成矿作用形成的矿床包括接触交代矿床、热液矿床和火山成因矿床。因此，火山及火山沉积改造型矿床属内生成矿作用形成的气水热液矿床中的火山成因矿床。1）火山成因矿床火山成因矿床（volcanogenicmineraldeposit）：是指在近地表，通过火山作用使成矿物质聚集而形成的矿床。因此，它是与火山岩、次火山岩有成因联系的金属和非金属矿床（袁见齐等，1985）。简言之，是与火山活动有关的矿床。这类矿床出现于火山活动地区，如火山口、火山颈、火山管及其周围，或产于火山碎屑岩、熔岩、火山沉积岩中，以及遭受了变质作用的古火山作用地区[2]。2）火山成矿作用：是指与火山活动有关的成矿作用。不仅包括与地表火山作用有关的各种成矿作用，也包括造成地表火山现象的次火山作用有关的成矿作用。如溢出地表的岩流成矿作用、火山的喷气成矿作用、火山热泉成矿作用、火山沉积成矿作用、以及次火山岩浆成矿作用、次火山气化－热液成矿作用等。这些火山－次火山成矿作用通常是相互联系的[2]。1.2火山成矿作用与矿床类型火山成矿作用较复杂。从火山形成环境，可分为深源的（岩浆源40km，直通地幔）和浅源的（岩浆源与上地壳硅铝层约5～6km）；从火山作用场所，可分为分布面积极广而岩性较单一的海洋和分布较局限而岩性较复杂的陆地；从时间上，可分为现代和古代。由于火山成矿作用划分方案很多，不同作者有不同的划分。袁见齐等（1985）将主要的火山成矿作用分为三类即火山－岩浆成矿作用、火山－次火山气液成矿作用和火山－沉积成矿作用。并分为相应的三类矿床。1.2.1火山－岩浆成矿作用火山－岩浆成矿作用——火山岩浆矿床：岩浆在深部经分异作用形成富集某种成矿物质的特殊熔浆，通过火山喷发作用将含矿熔浆带到地表或火山颈中使成矿物质冷凝聚集而形成的矿床。1）火山岩浆成矿作用——岩浆爆发矿床：经过岩浆的结晶分异或熔离作用后，喷发至近地表而形成的矿床。如产于金伯利岩中的金刚石矿床。2）岩浆喷溢成矿作用——岩浆喷溢矿床：因熔浆沿断裂或火山口喷溢到地表，通过冷凝作用形成的矿床。如智利拉科铁矿床。3）岩浆熔离成矿作用——岩浆熔离矿床：这类矿床主要产于超基性－基性火山岩及次－2－火山岩系中，通过熔离贯入作用或熔离喷溢作用形成。如产于科马提岩系中的硫化镍矿床。1.2.2火山－次火山气液成矿作用火山－次火山气液成矿作用可分为1）火山喷气作用火山喷气作用——火山喷气矿床：火山喷发时因伴随大量气体和重金属化合物，通过与围岩或不同气体间相互作用，或简单升华作用而在火山口、喷气孔及其附近使有用物质堆积而形成的矿床。如智利的自然硫矿床产于火山口中；日本北海道的霍罗别楚自然硫矿床。2）陆相火山热液作用陆相火山热液作用——陆相火山热液矿床：火山喷出的大量含矿气体凝聚的含矿热液与火山岩或围岩发生作用而使成矿物质直接晶出或经化学反应而形成的矿床。这类主要产于基性－酸性火山岩及火山碎屑岩，通过火山喷出的热液交代火山岩及其围岩，或充填在火山岩喷气孔和裂隙中。典型陆相火山－热液矿床的工业类型如（1）玄武岩中的自然铜－沸石矿床（2）安山岩中金－铜石英脉（3）火山岩中金－银碲化物矿床（4）与火山岩有关的铅锌多金属矿床（5）汞和汞锑矿床（6）萤石矿床（7）明矾石矿床3）陆相次火山气液作用陆相次火山气液作用——陆相次火山热液矿床：火山活动晚期或间歇期，因浅成－超浅成次火山岩浆侵入形成的气液与围岩发生作用使有用组份聚集而形成的矿床。在成矿元素被搬运和富集过程中，火山、次火山、火山－侵入活动形成的火山气液是最活跃、最积极的因素。（1）斑岩型矿床(porphyrycopperdeposit)：有关的次火山岩主要是花岗闪长斑岩、石英闪长斑岩等。主要以铜、钼矿床为主，次为钨、锡、金、铅、锌等矿床。如智利世界级斑岩铜矿，我国江西德兴斑岩铜矿。（2）玢岩型矿床：有关的次火山岩主要是闪长玢岩、安山玢岩等。有重要意义的主要是铁，次为磷、硫、石膏矿床。“玢岩铁矿”是我国地质工作者首先提出并研究的，如宁芜玢岩铁矿。4）火山－喷流成矿作用火山喷流成矿作用——火山喷流矿床：可以形成一系列与海底火山喷溢，喷气、热液活动有关的海相火山喷发间歇期或晚期的火山气液喷溢到海底或接近海底环境，使有用组份聚集而形成的矿床。主要以块状硫化物为主的矿床，故常称为块状硫化物矿床。它是铜，锌、铅以及金、银等多种金属的重要来源之一，具有重要的经济价值，故为人们所重视。海相火山喷流成矿作用——海相火山喷流矿床。其主要类型有（1）火山块状硫化物矿床如产于绿色凝灰岩建造的黑矿型、产于细碧角斑岩建造的含铜黄铁矿矿床；这类矿床是很重要的矿床类型。（2）铁矿床如产于流纹岩－安山岩建造的菱铁矿矿床、产于基性－中性火山岩建造的赤铁矿－磁铁矿矿床。－3－1.2.3火山－沉积成矿作用火山－沉积成矿作用——火山沉积矿床：含有成矿物质的火山喷气和热液，经过搬运在沉积盆地中发生各种反应，使有用物质沉积并聚集而形成的矿床。其成矿物质主要来源于火山喷发物，而成矿作用主要是在沉积过程中发生的，即是通过火山沉积作用形成的矿床。火山沉积矿床按环境可分为陆相火山沉积矿床和海相火山沉积矿床，以海相为主。1）陆相火山沉积矿床：主要与陆相火山活动有关，并发生于陆相水域中的火山沉积矿床。有关矿产主要有Fe、Mn、B、Li等。2）海相火山沉积矿床：主要与海相火山活动有关，并发生于海水底面的火山沉积矿床。有关矿产主要有Cu、Pb、Zn、Ag、Fe等。这类矿床是很重要的矿床类型。2现代海底成矿作用2.1引言Lydon（1984,1988）专门论述了块状硫化物矿床的成矿作用与地质特征，包括：(l)硫化物的堆积作用，它形成块状硫化物透镜体，并控制矿体的形态、结构构造和矿物分带等的过程；(2)发生于近源块状硫化物透镜体直接下盘中的、形成热液蚀变管和网脉状矿体的作用；(3)流体在热液系统中流动的原因，它能有助于解释地质背景和矿床的分布；(4)热液流体的成因与性质，它能确定矿石组分的来源和硫化物矿石的化学特征。二十世纪五十年代和六十年代的争论达成了一致的意见，即火山成因块状硫化物矿床形成于海底，由热液流体中沉淀出来的硫化物堆积而成。佐藤(1972)提出，排泄到海水中的热液可分如下三种，其特征取决于热液的初始温度和密度以及后来与海水混合的程度：第Ⅰ类在任何混合程度下其密度都比冷海水大的高盐度热液。第Ⅱ类尽管初始密度比冷海水小，但在混合过程中的第一阶段，其密度最大值可超过冷海水的溶液。第Ⅲ类初始密度比冷海水小，并且在任何混合程度下都保持上浮的溶液。任何海底沉淀都要遵循沉积叠加规律，根据这一当时流行的观点，佐藤(1972)认为他所提出的三类溶液中的每一类都可形成具有特征形态的矿床。第I类溶液形成卤水池矿床，具有特征的板状或席状形态；第Ⅱ类成矿溶液形成锥状或丘状矿床，为典型的近源矿床；从第Ⅲ类成矿溶液中形成的沉淀物被上浮的热液柱分数，仅形成由热柱散落物构成的侧向范围很大的薄层沉积。2.2现代海底的热液活动关于海底扩张中心的现代硫化物矿床，罗娜等人已有评述。1984年，为了查明热液活动，对50000m长的大洋中脊中仅约1％的地区进行了详细的勘查，就发现了约60个热液区。已知的热液区主要分布在东太平洋，那里大多数喷出口发育于洋脊隆起的中间谷地中，热液流体直接从火山岩(主要为玄武岩)基底中喷射出来。在某些地段，如加利福尼亚湾中的瓜伊马斯盆地、胡安德富卡中脊最北部的中央裂谷和邻近戈达中脊的埃斯卡纳巴海槽，热液要通过500m厚的沉积盖层才能排人海底。除中脊隆起中的中央裂谷外，海山山脉也是高温热液排泄和硫化物沉淀的有利环境。喷出口热液流体的温度从400℃到仅高出周围海水几度。人们认为，温度最高的流体属于原始热液流体(如在接近热液系统最高温度－压力条件下与岩储中岩石达平衡的流体)，而－4－温度最低的流体通常为原始热掖流体与被带到地下热液通道中的孔隙水(主要为海水)的混合物。热液流体的盐度不超过现代海水(3.2wt％NaCl)的两倍，正如佐藤所预言的第Ⅲ类溶液那样，这种热液流体可在排泄处形成上浮热柱。红海卤水的盐度达到现代海水的七倍，排泄时的温度超过200℃，象佐藤的第I类溶液那样，这种卤水在铀向裂谷的最底都聚集成卤水池。最近对佐藤所提问题的评价认为，所有高温(300℃)流体最初在海水中都是上浮的。但如果其盐度超过7wt％NaCl，而与海水混合时则会产生逆向浮力。这意味着目前已经研究的所有东太平洋喷出流体均为佐藤的第Ⅲ类溶液，但肉限观察与流体包裹体数据表明，现代洋壳中事实上确实存在象佐藤的第Ⅱ类溶液那样的流体。其盐度高得足以形成逆流热柱。现代海底的硫化物沉淀只限于高温喷出口附近(200℃，但最常见的，300℃)。由上浮热液形成的硫化物矿床以硫化物烟囱为特征，这种烟囱是从硫化物丘堤这个基础上发展起来的(图1)。目前研究得最多的地区是20°N处的东太平洋隆起。那里的一个典型丘堤一烟囱联合体估计含有约1000吨的金属或2000吨的硫化物。在东本平洋隆起13°N处，沿20公里长的轴向盆地地段已查出80多个单独的硫化物矿床，但估计所含的硫化物总共不超过20000吨。目前所发现的、可能也是最大的丘堤－烟囱矿床发育在大西洋中脊中部26°N处的TAG热液田中，那里—个单个矿床估计含有450万吨硫化物。目前未公开的预测是，中央裂谷和埃斯卡纳巴海槽附近的大洋中脊上覆盖有沉积物，这种地段可能发育有比上述更大的硫化物矿床。因丘堤型矿床仅用咬合取样器取样，所以对其矿石品位的估计不可能很精确。目前已知的最大现代海底硫化物矿床是红海卤水池含金属沉积物。其中的亚特兰提斯Ⅱ矿床由约1亿吨硫化物及氧化物沉积物组成，其中含Zn2％、Cu0.4％、Ag0.8g／t、Au0.8g／t及Pb约0.1％。图1现代丘堤—烟囱硫化物矿床的增长示意图（据Lydon,1988）1-热液排泄和烟囱增长的开始；2-老烟囱的倒塌和新烟囱的形成；3-通过烟囱岩屑的堆积使丘堤增长，使热液排泄分流；4-丘堤渗透性下降，丘堤内发生硫化物沉淀、交代和活化作用－5－与现代海底热液喷出口有关的最意想不到的发现是存在大量的以化能自养细菌为基础的生物群和食物链。热液喷出口的大型动物群的特征是：东太平洋为含有硬壳的管虫和大蚌，中大西洋为虾和海葵，巴布亚新几内亚的马努斯盆地为大腹足动物。这些大型动物群，特别是硬壳动物的管状印模，以结构遗迹形式保存在烟囱硫化物中。2.3现代硫化物烟囱和丘堤的堆积作用硫化物烟囱的增长(图2)是从硬石膏沉淀开始的，这种硬石膏的沉淀作用发生在上浮热液流体与周围冷海水之间具有高热梯度的狭窄垂直带中。由于硬石膏的溶解度随温度的升高而下降，因此处于这个热界面上的海水便可沉淀出硬石膏。当现代海水加热（无蒸发）至130℃时，其中就有硬石膏沉淀。只要高温流体仍在活动，形成于热界面上的多孔状硬石膏壁或环就会继续围绕热液喷发向上增长。尽管热液流体可能提供了一些钙，但硫同位素分析表明，硬石育的硫酸盐来自海水。数学模拟表明，分带的原因主要是由于热液穿过硬石膏壁时温度的下降，而不是由于化学梯度的存在，而且在冷却过程中热液流体与冷海水的混合所起的作用大于传导热交换所起的作用。详细地说，烟囱壁中的硫化物沉淀是一个复杂的过程，在这个过程中，由于热液在不规则通道中高速流的动力学性质使烟囱壁内外的压力梯度发生倒转，这在导致热剖面和化学剖面的变化中起着主要作用。因此，任何小体积的烟囱壁中所沉淀的矿物体都是混合矿物组合组成的，它总体上反映较宽范围的物理化学条件。在较长的时期内，矿物带的界线随时间的推移而向外移动，因此较低温的矿物组合被较高温的矿物组合交代，最后硬石膏被烟囱内带中的不含硫酸盐的热液流体溶解，也可在烟囱冷却时被外带中的冷海水所溶解，只剩下硫化物组合，含水氧化硅成为其中的主要脉石矿物。硫化物烟囱垂直增长速度的测量值