2000别风雷_现代海底多金属硫化物矿床

第27卷　第4期 成都理工学院学报 V ol.27N o.4　2000年10月JOU RNAL OF CHENGDU U NIVERSIT Y OF T ECHNOLOGY O ct.2000　[文章编号]1005-9539(2000)04-0335-08

现代海底多金属硫化物矿床a

别风雷1　李胜荣1　侯增谦2　孙岱生1

(1.中国地质大学地质学系,北京100083; 2.中国地质科学院)

[摘要]海底多金属硫化物矿床是热液活动的产物,主要分布在东太平洋海隆、西太平洋构造

活动带、西南太平洋以及大西洋中脊,其产出构造背景为洋中脊、弧后扩张中心及地幔热点处。

该文系统地总结了现代海底多金属硫化物矿床产出的地质背景特点,对各地质环境中矿化的

规律进行了对比,并对其形成机制等热点问题作了概述,详细介绍了矿床成因方面的新进展,

着重阐述了海底多金属矿床的双扩散对流模式。

[关键词]海底多金属硫化物矿床,海底热液活动,大洋中脊,弧后扩张环境,双扩散对流

[分类号]P618.2 [文献标识码]A

1978年,在东太平洋洋脊北纬21°首次发现现代热水活动喷流的黑烟囱及其堆积的硫化物矿石[1],该矿床为应用岩石圈板块构造所预测到的第一种矿床类型。因此,在20世纪80年代,世界上出现了对海底硫化物矿床作为一种新型潜在矿物原料的广泛关注。此后近一二十年来,一些国家如加拿大、美国、法国和日本以及德国对海底多金属硫化物做过许多研究和调查,已发现的矿点和矿床有139个左右[2],但规模比较大的不足20处[3]。海底多金属硫化物矿床与海底热液活动有着密不可分的关系。海底热液活动作为正发生的成矿作用,成为我们研究现代海底硫化物矿床的天然实验室,并有助于更新旧有的成矿模式;同时与陆地块状硫化物矿床进行对比,有助于指导海底与陆地找矿工作。

1　海底多金属硫化物矿床的全球分布及地质构造背景

1.1　地理位置

海底多金属硫化物矿床主要分布在太平洋和大西洋[3],[4],见图1。

在太平洋上,有3个重要成矿区:

a.东部沿美洲大陆西侧的海域延伸形成一个漫长的矿带,具有代表性的有:(1)南探索者(Ex plo rer),(2)努力者(Endeavour),(3)轴海山(Axial Seam ount),(4)瓜伊马斯海盆(Guaym as Basin),(5)东太平洋北纬21°(EPR21°N),(6)东太平洋北纬13°(EPR13°N),(7)东太平洋北纬11°(EPR11°N),(8)加拉帕格斯(Galapago s),(9)南胡安得福卡(South Juan De Fuca),(10)伊斯卡纳巴海槽(Escanaba T rough)等。

b.西太平洋成矿区:(1)冲绳海槽的伊是名海洼JADE区(Okinaw a T rough),(2)马里亚纳(Mariana)。

c.西南太平洋成矿区:劳厄弧后盆地(Lau back-arc basin),M anus海盆,北斐济盆地(North Fiji basin)。

大西洋的代表性矿床有:大西洋中脊的TAG 热液活动区,中大西洋脊北纬23°蛇洞(Snakepit)。

红海:Atlantisll深裂谷。

1.2　地质构造背景

已发现的海底多金属硫化物矿床产出在多种构造环境中,它们是快速扩张大洋中脊,慢速扩张大洋中脊,轴向火山、海山、大陆边缘附近的沉积断裂带,与俯冲带相关的后弧环境等。概括讲,主要分布于洋中脊、弧后扩张中心及地幔热点等。通过对已知海底热液活动区的详细研究,地质构造对多金属硫化物矿床有重要控制作用。

1.2.1　大洋中脊

大洋中脊可分为快速、中速与慢速扩张洋脊。

a[收稿日期]2000-02-21

[基金项目]国家攀登预选项目(95预39)和国家自然科学基金资助项目(49873013) [作者简介]别风雷(1970-),男,博士生,矿床矿物岩石学专业.(E-mail:flbie@)

图1　海底多金属硫化物矿床位置分布图

Fig.1　W or ld map sho wing the locations of the know n hydro thermal polymet allic sulfide depo slts

(据文献[3]和[4]修改)

20世纪70年代末发现东太平洋脊12°N现代洋底地热系统后,大量的热液活动区和硫化物矿床在快速扩张洋脊被发现。研究人员提出了矿床热液活动强度、矿床规模与洋脊扩张速度相关性的各种模型[5],[6]。至1985年,发现大西洋中脊成矿的证据。成熟硫化物丘在TAG区[7]和Snake pit区[8]被发现。现在,人们已认识到在快速、中速、慢速扩张洋脊均会形成矿床。

快速扩张脊与慢速扩张脊在硫化物组合、流体组成和温度方面没有显著不同,但快速扩张的东太平洋脊和慢速扩张的大西洋脊硫化物矿床的不同点之一便是成熟度和规模。成熟度高者出现10～40m 的大硫化物丘。低孔隙度、重结晶和交代反应以及热液活动多期性等现象是成熟硫化物样品的特征。东太平洋区的矿床成熟度及规模普遍不如大西洋。

在快速扩张洋脊,多期热液活动均可发生在不同构造部位,如地堑壁或地堑中心。另外,火山喷发中心呈线性分布,绵延达10km。地堑的宽度是较稳定的,第一次热液喷发也绵延达10km,并形成一些单独的小矿体。如在东太平洋海隆,主要的控矿构造是裂谷轴部地堑中的裂隙,从其中流出最年轻的熔岩,中心式火山的破火山口分布在附近(离轴部不到20km)的翼部。受非转换位移限制的、含矿最富的海岭地段,形态上表现为良好的平顶山状轴部隆起和发育良好的中央地堑。东太平洋海隆轴部矿石堆积的规模是由轴区构造上相同地段的长度(常达40 km)和地堑的宽度(常达1km)决定的。矿石堆积体主要由数十个(有时达数百个)不大的(数百至数万吨)的丘状矿体所组成。在数万年间发育起来的近轴部火山成因矿体储量可达数百万吨[9]。

相比之下,在慢速扩张洋脊,如大西洋中脊,其轴部地质构造复杂得多。大量的喷发中心出现于新火山脊附近,火山喷发的热量相对更为集中,且产出透镜状的地堑,喷流热液被限制在地堑透镜体的宽度范围内,单独和多期次热液活动更集中于喷发中心和透镜状地堑最宽部位,断层为热液流体在新火山脊的高地貌处提供了长期通道,矿床通常位于边缘断裂附近。由于喷发的集中,慢速扩张脊的矿床规模比快速扩张脊的普遍要大,这可能主要归因于两者地堑构造的形态。以东太平洋13°N和大西洋中脊蛇洞为例,图2示之。

在具有中等扩张速度(4～6cm/a)的海岭范围

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