火山成因块状硫化物矿床

火山成因块状硫化物矿床研究进展

火山成因块状硫化物矿床( Volcanogenic Massive Sulfide Deposit, 简称VMS 矿床) 是产于海相火山岩系中，主要由Fe、Cu、Zn 和Pb硫化物组成并伴有Au、Ag、Co等多种有益元素, 通常由与地层整合的块状矿体和不整合的网脉状矿体(或矿化带) 组成的集合体。VMS

矿床在海底热水成矿系统中占有重要地位，至今仍是现代矿床学及相关学科研究的重要领域。这类矿床广泛分布于世界各大造山带的不同时代的海相火山岩系中, 是世界Cu、Pb、Zn、Au、Ag 等一系列金属的主要来源之一。

进入70 年代, 由于板块构造理论的兴起, VMS矿床研究达到了一个新的高度, 特别是Frankin等（1981）、Ohmoto 等（1983）和Lydon（1988）对这类矿床的总结,使得人们对火山成因块状硫化物矿床有了较全面的认识。

近几十年来，随着新技术的应用以及对现代海底热水喷口和硫化物堆积体的直接观察，海底块状硫化物矿床特别是火山成因的块状硫化物矿床的研究方面取得了一些重要的进展。

Herzig 等（1995）对海底的现代火山成因矿化, Ohmoto（1996）对古代火山成因矿化(主要是黑矿型矿床) 与现代火山成因矿化的对比研究, 提出了新的成矿成因模式, 极大地丰富

和发展了原有的成矿理论。

现代海底热液成矿作用为研究VMS矿床提供了一种新的途径, DSDP/ ODP钻探资料揭示: VMS 矿床虽然可产生于不同环境, 但均与张裂断陷有关。成矿物质可能来源有2 种: 一种是含矿火山岩系及下伏基底物质的淋滤; 另一种是深部岩浆房挥发份的直接释放。洋中脊海底热液循环呈双扩散对流模式。在有沉积物覆盖的洋中脊, 热液循环更多地考虑流体与沉积物相互作用产生的效果。¼从矿物组合的空间分布来看, 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, 这在不同热液活动区似乎具有普

遍性。

矿床类型

VMS 矿床的分类方案很多。传统的分类方案有根据主要成矿元素组合和含矿岩石的类型特征的分类方案；Sawkins（1976）根据矿床产出的构造环境和含矿火山岩的类型的分类

方案以及以含矿岩石为基础的分类方案。其中Sawkins 的分类方案被广泛使用。他根据与板块构造的关系将层控金属矿床分为：大陆裂谷作用早期的层状铜矿和碳酸盐岩容矿型铅－锌矿床（含密西西比河谷型、阿尔卑斯型和爱尔兰型）；大陆裂谷成熟期的沉积岩容矿型（页岩型或沙利文型）和火山岩容矿型块状硫化物矿床（新不伦瑞克型和布罗肯希尔型）；以及洋盆张开成熟期在大洋中脊的块状硫化物矿床（塞浦路斯型）和与岛弧盆地有关的黑矿型和别子型矿床。

现代热液成矿研究与ODP

现代海底热液矿床的发现, 是全球海洋地质调查近几十年中取得的最重要的科学成就,

这主要依赖于深海钻探计划( DSDP) 和大洋钻探计划( ODP)的实施。

ODP 第118 和176 航次在印度洋中脊钻探的735B 孔保存了高温变质作用、脆性破坏

以及热液蚀变作用的复杂纪录, 使我们可以更好地研究海水在洋壳中的下渗过程和历史。

1991 年9 月ODP 139 航次在北胡安德富卡海脊钻入了由海底逸出的富含金属的热水

型大型海底热液矿床中。在另一相近地点钻透了一个热水上升流带, 其温度接近300 e 。这是迄今为止大洋钻探计划在温度最高的钻区取得的热水渗透的洋壳样品, 为研究洋壳的形

成和演化提供了最为直接的宝贵资料。为了深入研究, 1996 年ODP 168、169航次再次返回

该区实施钻探, 取得重大成果。

2000 年8 月192 航次通过对活动的PACMANUS热液系统的探测, 获得了长英质火山

岩容矿的多金属块状硫化矿的化学通量、流体途径和矿石沉积作用的信息。为获得该区热水作用系统的三维信息, 同年12 月, ODP193 航次再次在该区实施钻探。

成矿环境

VMS 矿床产出的大地构造环境具多样性，如扩张的大洋中脊，岛弧及弧后盆地，会聚型或离散型板块边界及陆内裂谷区等。其中岛弧区是VMS 矿床产出的最重要的地质环境。Suppel（1998）指出前陆褶皱带的裂谷作用对VMS 矿化有明显的控制作用。大多数VMS 矿床所赋存的巨厚围岩记录着岛弧裂谷自成生至成熟过程（Bailes et al.，1999）。矿床就产生于裂谷形成的两个阶段，因此可以认为VMS 矿床的形成是区域伸展作用所伴随异常热流、裂隙及流体循环作用的结果。

大量研究表明，古克拉通基底上的大陆裂谷区（裂陷区）能够形成的较大规模的VMS 矿床，因此其成矿环境的研究逐渐被重视，特别是发育在中晚元古代古陆内裂谷的成矿作用显得更为突出。Sawkins 认为与大陆裂谷作用成熟期有关的块状硫化物矿床中，沉积岩容矿型和火山岩容矿型分别代表了这类矿床的两个端元类型。因此大陆裂谷已成为火山喷流作用的重要构造环境。

对现代和古代硫化物矿床研究表明，硫化物成矿作用应具备5个条件:

( 1) 混合作用, 丘状体中有限的混合作用或者冷的海水与上升热液流体的混合作用将

导致金属硫化物和钙、钡硫酸盐快速沉积。

( 2) 渗透性, 海底渗透性对于热液流体从海底以下向海底表面输出状况起着关键控制

作用。

( 3) 稳定的热液系统, 促使热液对流循环。

( 4) 沸腾作用( 水深) , 使气液相分离, 富集金属元素。

( 5) 地质盖层, 促进硫化物的堆积沉淀。

显然,在海底环境, 只有张裂作用或裂谷作用可以同时满足这5个条件。

VMS 矿床研究随着技术进步而不断发展。在综合运用地层学、构造地质学、（实验）岩石学、矿床学、同位素地球化学等基础上，探讨矿床成因及其形成的古构造环境。总之，VMS 矿床研究近年来已取得了诸多进展，特别在块状硫化物矿床形成的古构造环境的研究方面有长足的进步。

VMS矿床成因的研究

哈钦森（1988）将喷流-沉积矿床分为两大类：一类是以火山岩为容矿岩石的喷流-沉积矿床（VMS），另一类是以火山岩为容矿岩石的喷流-沉积矿床（SEDEX）。对属于前一类的VMS 型矿床，因其与大洋中脊发现的现代热水沉积硫化物极为相似，用洋底热水对流沉积模式来阐明其成因已初步达到共识。SEDEX 型矿床有多种热水对流沉积模式来解释其成因，各有一定的依据，其中最主要的是：盆地压实卤水模式、海底热液对流核模式。

成矿流体研究近年来进展较快。与海相火山岩有关的块状硫化物矿床的成矿流体来源一直颇有争议。有人认为热液流体是高温下循环海水与岩石交换作用的结果，即所谓热液淋滤模式（Lydon, 1984；1988；1997；Franklin，1996）。也有人认为矿床与火山岩在空间上紧密相连，随着压力不断下降，携带大量成矿元素和挥发份的岩浆流体从岩浆中逃逸出来。

关于海底热液流体循环, 现在更多地通过ODP、理论计算和实验模拟来进行研究, ishcoff 等（）[ 62] 根据实地观察和实验室重新验证, 提出洋中脊海底热液循环－双扩散对流

( double-diffusive convection) 模式。认为海底热液系统由两个垂向上分离的对流循环胞组成, 下部为热卤水层, 加热并驱动上部冷的海水循环胞(图1) 。