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大洋海底热液硫化物组分特征与成矿作用研究

刘激  
【摘要】:热液成矿是一种十分重要的内生成矿作用,它的成矿动力来自于地球内部,火山活动-构造运动-热液通道为热液矿床的形成提供了必要条件。深入了解热液硫化物的组分特征和富集机制对于探索海底热液成矿作用具有重要意义。 本文所研究的热液硫化物样品来自东太平洋海隆Venture热液喷口处(9°46′N~9°51′N),是2001年美国伍兹霍尔海洋研究所利用Alvin号进行现代海底热液活动调查时所采获的。我们通过对样品进行前处理,磨制光片、薄片,提纯单矿物等,开展矿物学和元素地球化学研究。观察硫化物手标本,结合矿相显微镜鉴定发现:靠近“烟囱”壁内侧以富Cu矿物为主,如黄铜矿、斑铜矿、蓝辉铜矿、辉铜矿等;中间以Cu、Zn矿物为主,包括闪锌矿和黄铜矿及二者形成的固溶体出溶物:最外侧是生物成因黄铁矿、硬石膏等。电子探针分析结果表明,EPR9°-10°N热液活动区主要成矿元素有Cu、Fe、Zn、Ba、Ca、Pb等,微量元素为Se、As、Te、Bi、Au、Ag等,主要的阴离子是S~(2-)、SO_4~(2-),而CO_3~(2-)、Cl~-含量较低。 结合元素的地球化学行为进行的热力学计算得出,热液活动过程中温度变化的总趋势由低→高→低:热液活动早期阶段,温度在200℃-400℃之间,形成黄铁矿-闪锌矿的中温矿物组合:中期为热液期,流体温度迅速升高,成矿温度范围在300℃-550℃之间,此时形成黄铁矿-黄铜矿CuFeS_2,斑铜矿Cu_5FeS_4、辉铜矿Cu_2S等高温矿物组合,随着流体f_(O2)和f_(S2)的不断变化生成蓝辉铜矿Cu_9S_5、铜蓝CuS等次生铜矿物;后期随着热液流体不断向通道口运移,冷海水下渗与流体混合使其温度低于250℃,在此过程中热液与围岩发生化学反应形成闪锌矿-磁黄铁矿的低温矿物组合以及闪锌矿-黄铜矿的“固溶体”出溶结构,表现出热液活动的多期性和多阶段性。 热液体系的硫逸度和氧逸度对硫化物的沉淀有直接影响,在碱性溶液中(PH>7)低浓度的S~(2-)即可以与金属离子反应形成难溶的金属硫化物;在高温略显酸性的热液中HS~-和S~(2-)的优势场范围扩大,金属硫化物可以在氧逸度比常温下稍高的环境中生成并稳定。从矿物组合特征来看,EPR9°-10°N热液体系属于中、高温热液系统,热液流体呈酸性,因此HS~-和S~(2-)的优势场范围扩大,有利于金属硫化物的大量沉淀、富集。在多组分的热液体系中,金属元素首先选择形成活度积最小的化合物的离子进行化合沉淀。一种难溶矿物沉淀以后,元素的迁移作用并非停止,矿物与溶液处于动态平衡之中。热液硫化物就是按照这样的交代顺序依次沉淀,从而反映出元素迁移与成矿作用之间的密切联系。


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