海底热液矿床

图2 “和平号”潜艇在大西洋和平区的“黑色烟筒”上取样
在海底 隆起区 轴部的 火山与 深成高 温热液 的作用 正好聚 集了这 些矿物 (图3)
图3 深成高温热液喷发处的“黑色烟筒”及增长示意图
大面积的 硫化矿首 先是在深 谷断裂的 轴部及在 平缓的中 脊部形成， 如大西洋 和平区的 中脊(图4)
一、大西洋
在大西洋，已拥有冰岛区及中大西洋中脊部分 (介于15°至26°N之间)的资料。在该中脊的 裂谷，以下几个区域TAG (26°N)、MARK (23°N)及南美板块、北美板块与欧亚板块的 三角连接带赋存有多金属硫化物矿体。介于卡 因与阿特兰提断层之间的扩张速度要比太平洋 区低好几倍，一般在2.3～2.5cm/a范围内变化。 在24°N区域内的带延伸约300km。
研究意义之开采难度小，伴生矿多
热液矿开采技术难度较小，(一般只有锰结核 矿的一半水深)，开采效率较高，矿床分布比 较集中，热液矿床自然生长速度比锰结核快 100万倍，此外，海底热液矿床还含有锰结核 矿中所没有的金、银等贵重金属。
研究意义
综上所述，热液矿是一种很有开发前途的大 洋矿产资源，所以被科学家们称之为“未来 的战略性金属。” 在最近20年来，许多工业最发达国家，特别 是美国、俄罗斯、日本和法国，开始了深海 区域地质找矿研究亦即以找多金属硫化矿为 方向。
三角连接带
RTF型让· 的福加三角连接带，连接北美板块 与太平洋板块及让· 的福加板块〔图7〕。 不同的类型是所谓的阿法尔(Afar)三角连接带， 它是属RRr型，在红海边界与阿登斯基湾(r＝ 断臂(failed arm)(图8)。该海的盆地主要有沿 断裂轴星点状分布的岩浆生成物（Dadleg， Jaroszewski 1994），主要赋存含金属软泥。
Turekian (1983)模型
Turekian (1983)建议用下面的模型模拟水对岩 层的渗入，水被矿化后，从底面上流出有： 在对流过程中，海水直接与岩浆体接触并冲刷 岩浆上的孔洞而被矿化，并加热到约350℃。 而后溶液返回到海底表面形成喷泉或黑色烟筒； · 海水渗入岩层系统中，而后与新加热水一起形 成溶液的热源，这就是加拉帕哥斯断裂类烈的 模型； · 对流的结果：远离海洋中脊的水未被加热，但 改变化学成分并流出海底面。
海底热液矿床
海底热液矿床是一类重要的金属矿床,通常产 于海相火山岩系和沉积岩系中,主要由Fe 、 Cu、Zn 和Pb 的硫化物组成,伴有Au、Ag、 Co 等多种有益元素。
海底热液矿床
海底热液矿床的研究意义及发现历史 热液硫化物矿床的生成与赋存区 多金属硫化矿物的分布 含金属软泥
第一节 海底热液矿床的研究意义及发现历史 发现历史 1 人们一直认为从海面越往下，海水的温度越低。 关于海洋中存在相当大的区域流度升高的第一 次信息是从19世纪开始的。由“挑战者”船 (在太平洋地区)和“迎接”号船的 S.O.Makarow在红海对上述说法作了调查。 1948年，瑞典的一艘海洋调查船“信天翁”号， 在红海进行考察时发现，一些深海的水温比海 洋表层的水温要高得多，海水的含盐量也高。
关于当前存在大规模硫化矿物聚集的高温深水热液活动区的第一批资料是
在以下地区获得的
1、东太平洋隆起区—加拉帕哥斯洋脊区 (1977年利用“Alvin”潜水作业观察到的)， 以及21°N区〔美-法-德派遣的 CYAMEX(1979)执行RITA项目(Ranchefeau 等1979)〕 2、在太平洋南部及大西洋，这类矿物的赋存 地点是晚些时候才发现的(Rona 1983， Scott 1987)
热液活动区的分布
对深水高温热液沉积物，其中包括多金属硫 化矿的研究结果，以及已发表和尚未发表的 文献，已由J.S.Gramberg. A.A.Smystow (1988)及A.Usui K.Iigasz (1995)，S. E. Humpehris等(1995)描述过 。（如图1）
图1 全世界海洋热水点以及深水高温热液沉积物赋存体系图
图5 太平洋西北边缘盆地及岛弧区钴结壳（Co、Ni、Pt）与多金属硫化矿（Zn、 Cu、Au）赋存系统地图
第二节 热液硫化物矿床的生成与赋存区
这类矿体最有前景的区域是与平缓中脊及隆 起带的轴部即岩浆体有联系的(图6及图7) 。 该区域的典型特征是火山—热液带，它具有 升高了的热流(通常高于l00mW/m2， l00mW=0.024cal/s)，以及强烈的火山作用和 深成高温热液活动(Kotlinski 1997 a)。应当指 出，深成高温热液的强烈活动可以在高于 60～80mW/m2的区域中观察到。
发现历史2
后来，科学家们在太平洋底部考察中发现，海 底正在张开的裂谷处海水温度竞然高达几百摄 氏度，有些地方还有块状硫化物堆积，形成了 几米甚至几十米高的又粗又大的黑“烟囱”， “烟囱”内乳胶状热液就象滚开的水带眷阵阵 热气不断冒出来。在裂谷附近海底分布有大量 含有重全属的硫化物，形成一系列红、黄、棕、 白、黑色的全属小丘。经探测研究，这是一种 过去人们不知道的热液矿物。
多金属硫化矿物的分布
矿体的聚集取决于它的赋存地点，并具有各种形式。 在太平洋上，在迅速扩张(大于12cm/a)及中等速度 扩张(6～12cm/a)的隆起轴中，通常都有截锥体，一 般高达5m，有时甚至高达25～35m，截锥体基底的 直径达30m. 在隆起轴部矿体聚集呈宽0.5～1.0km的带状，且每 隔100～200m就形成上面提到过的单个“腔环”， 它们经常是被熔化并造成10×100× 200m大小的井 (探险者)或40×200×1000m(加拉帕戈斯)。 沿隆起轴分布在火山两侧的截锥体上，矿体自身的 覆盖层尺寸甚至能达到800×500×9m(Ajnemer等 1988)。但在大西洋上，海脊的扩张速度缓慢(低于 6cm/a经常有高20～30m的半球状堆积，基底的直 径甚至可达200m。
大西洋
Scott等断定(1974，1978)在TAG深成高温热液 区硫化矿具有氧化Mn与Fe的热液壳体(Rona 1980)。在该区的Mn与Fe以及示踪金属元素的含 量比大西洋的其他区域都高。 比较东太平洋隆起区以及TAG区的沉积物中金属 含量表明：前者的Zn、Cu及Ag的含量要高许多 倍。应当记住，在45°N的带状裂谷中含金属的 石灰岩积物中富集有铁、砷及汞。
图8 AFAR三角连接带
热点与海Βιβλιοθήκη Baidu断裂
热点与海洋断裂之间的联系不是偶然的。因为洋中脊 是隆起轴(中心扩张)（Central Spreading），刚性板 块垂直于该轴移动，并导致连续的岩块断裂，使得玄 武岩的熔岩流出来。玄武岩突然间与海水相接触，由 于岩体中的应力作用造成裂隙及断裂。海水渗入断裂 中，加热四周的围岩，改变围岩自身的化学性质并析 出金属，经过多次循环作用形成海底的“黑色烟筒”。 围绕高温热液的蒸发，含矿的热液所形成的硫化物沉 积中含有大量有用金属。这就是多金属深成高温热液 沉积物生成的粗略的看法。K. K. Turekian (1983)及 E.Bonatti(1993)所提供的模型就是对这类沉积物生成 问题的一种解答。
热液活动区的分布
大规模多金属硫矿的远景区域是赋存在沿洋 中脊隆起带的轴部以及延伸性的火山弧 (Bonin区)区域，洋中脊上升很快的东太平洋 隆起区由不大的断裂深谷形成，但有大量的 岩浆溢出、强烈的火山作用和深水高温热液 作用，其结果产生了许多烟雾状的“黑色烟 筒”(black smokers)(图2)。
表1 多金属硫化矿体中金属的平均含量
己确定33种矿物主要硫化矿物有闪锌矿、铁锌矿、 方黄铜矿、铜蓝、斑铜矿、黄铁矿、白铁矿以及硫 化物、石膏、硬石膏、重品石，还有石英、蛋白石。 黄金的最高量富集到3%，在闪锌矿及黄铁矿中则记 录到铂金的含量。通常锌-铜矿体含铜要比铜-锌矿 体的含铜过要高，而锌、铁、硫的含量低，但水银、 硒及银(百万分之409)的含量高。这一类型的矿物通 常赋存于东太平洋隆起的隆起轴两侧的火山锥体上。
Bonatti(1983) 模型
Bonatti(1983)又建议了一个模型，其基本点为生成 的环境（图9）。 他认为，在溶液流出以前就有沉积物在海底的岩浆 覆盖层上生成，但在溶液流出过程中，沉积物则是 溶液的沉淀结果，它与海底水流的作用还需有一段 时间。假若溶液中富集了渗入的金属，则流出后金 属会进入已形成的沉积物中，并形成中间沉积层(图 10)。以水成方式形成的含金属沉积物(从海水中沉淀 出来)与深成高温热液形成的沉积物相比较，其Fe： Mn：(Ni+Co+Cu)的比例是变化的（Bonatti 1981， Usui及Iigasa 1995）。在水成含矿沉积物与深成高 温热液沉积物之间还是相互联系的。
研究意义之储量大 目前，世界各大洋均已发现热液矿床，说明其分布 范围很广，热液矿储量大，矿物质含量高，含有全、 银、铂、铜、锡等多种全属。例如： 1、1981年美国在加拉帕戈斯海底断裂谷发现了一 个大型热波矿，这里水深2600米，分布着许多高520米．宽20-50米，长1-2千米，由块状硫化矿物构 成的山丘，富含铁、铜、锌、锰、镁、铅和硫等各 种矿物。据测定，该区的热液矿床总储量高达2500 万吨，其中可开采的有用金属价值近40亿美元。 2、 处于红海中央裂谷水深1900-2000米的海底，现 已发现了18个含有多种金属软泥的盆地，金属总储 量达8000万吨。
图4 和平区的大规模多金属硫矿物的聚集，雾状“黑色烟筒”
热液活动区的分布
这些中脊是非对称的，受到了断裂深谷断层的 限制。 在深谷的轴部，存在新的火山带，在轴部及深 谷的两侧都集中有强烈的火山作用和深成高温 热液作用。大规模的硫化矿体聚集在中脊的平 缓部位因而也经常有金属的高度富集。 应当指出：在多金属硫化矿物邻近的火山弧 (波宁及玛利亚斯基)以及弧型盆地会形成深成 高温热液含锰层和深成高温热液的氧化铁层 (Usui，Iigasa 1995，图5)
图6- 大西洋TAG区的岩浆体系统
图7太平洋东北沉降带与隆起带板块边界上的 三角连接带的类型
三角连接带
到目前为止的资料表明，寻找大规模硫化矿物 最具有前景的地点是节点状的盆地(nodal basin)，它经常穿越断裂带与转换断层的三角 连接带(triple junction)。
三角连接带
该带的存在是不连续的，具有延伸性特征且断层与裂 隙均具有断距和错位(Jaroszewski，Padleg 1994， KotIinsk 1997)。 如RRT型(R=脊(redge) =扩张轴＝洋中脊，T=沟 (Trench)=海沟＝沉降带)的加拉帕哥斯三角连接带， 连接太平洋板块与柯克斯及纳兹卡板块； RTF型(F=断层( fault)＝转换断层)的内维纳三角连接 带，连接美洲板块与太平洋板块及柯克斯板块； FFT型门多契罗三角连接带，连接美洲板块与太平洋 及哥尔达板块.
图9 海洋断裂带含金属深成高温热液沉积物生成的简化分类
图10 作为海底水循环结果的各种类型的深水高温热液含金属沉积物的分布系统
第三节 多金属硫化矿物的分布
大规模多金属硫化矿物有两类有代表性的地 球化学类型：锌-铜及铜-锌矿(Kotlinski 1997)。 依据它们形成的地点，既可根据它的主要金 属含量也可以用它的伴生元素来区分（表1）。
热液资料来源区2
3、20世纪80年代，在大西洋的海底火山活动区域及 东太平洋的隆起区 确定了多起矿体赋存点(Qudin 1983， Renard等1985， Gramberg，Smyslow 1988， Halbach Nakamura 1989)，晚些时候俄罗 斯也派遣了潜水作业的船 4、日本于1985～1994年研究了这类矿物的聚集，利 用“Hakurei-maru-2”船在东太平洋隆起区及火山岛 弧活动区及西北太平洋弧型盆地进行研究 (Watanabe， Kajamura 1993， Qkamota， Matsuuro 1995)。