[科普中國]-熱鹵水成礦作用

熱鹵水成礦作用是指由富含鹽分的溶液—熱鹵水的活動引起的成礦作用。熱鹵水是熱液的 一種，是地質(zhì)作用中以水為主體，含有多種具有強(qiáng)烈化學(xué)活性的揮發(fā)份的高溫?zé)釟馊芤骸猁u水具有十分活潑的化學(xué)性質(zhì)，對于鐵、銅和多金屬塊狀硫化物礦床的形成具重要意義。

成礦機(jī)制根據(jù)熱鹵水產(chǎn)生的機(jī)制分為兩類：①當(dāng)含有鹽類沉積的海相、潟湖相、海陸交互相或陸相沉積物在埋深過程中，受地?zé)岷蛪毫Φ挠绊懀蛊渲懈鞣N形式的水和鹽分釋放而形成熱鹵水；②由下滲的海水在地?zé)岙惓^(qū)被加熱而形成。由于熱鹵水具有十分活潑的化學(xué)性質(zhì)，在與圍巖反應(yīng)過程中可強(qiáng)烈淋取巖石中的成礦元素，并將石膏或硫酸根還原成硫離子1。

成礦意義熱鹵水對于鐵、銅和多金屬塊狀硫化物礦床的形成具重要意義，如現(xiàn)代紅海裂谷的深淵、大西洋、印度洋洋中脊、東太平洋海隆等熱鹵水正在發(fā)生重要成礦作用以及美國索爾頓湖，土庫曼斯坦里海切列肯等地也在發(fā)生的這類成礦作用。研究認(rèn)為，日本黑礦及其他黃鐵礦型銅礦，以及中國長江中下游一些鐵礦與膏鹽沉積有關(guān)2。

紅海熱鹵水成礦1964年在紅海發(fā)現(xiàn)高熱鹵水與AtlantisⅡ海淵多金屬軟泥，揭開了現(xiàn)代海底熱水活動與金屬硫化物沉積成礦研究的序幕。紅海熱水系統(tǒng)是一個與裂谷作用有關(guān)的、受巖漿熱驅(qū)動的熱水對流體系，高密度熱鹵水覆蓋在尚未固結(jié)的含金屬軟泥上，是現(xiàn)今已知的通過同生作用使硫化物堆積，且局部達(dá)到工業(yè)品位的最著名的實(shí)例。

紅海中目前至少已發(fā)現(xiàn)13個熱鹵水池，最大、熱流體活動最強(qiáng)的當(dāng)屬最早發(fā)現(xiàn)的AtlantisⅡ海淵，這里有5km3鹽度大約為26%的熱鹵水，其中溶解了大量的各類金屬組分。1972年顯示的最高溫度60℃左右，比1964年剛發(fā)現(xiàn)時的56℃略高，但熱鹵水底部沉積物中的礦物組合表明這些礦物從200℃以上的流體中沉淀出來。目前普遍接受的看法是，熱鹵水來自于正常的紅海海水，其高鹽度是海水與含蒸發(fā)鹽的中新世沉積物在海底以下發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果。AtlantisⅡ海淵中的含金屬沉積物平均20m厚，在大約50km2的范圍內(nèi)，形成了微細(xì)（大多數(shù)顆粒小于2μm）、薄層的氧化物、硅酸鹽、硫化物、硫酸鹽和碳酸鹽組成的多金屬軟泥，其中的孔隙流體含量可達(dá)95%。一些富含金屬的樣品中，含有高達(dá)21%的ZnO，4%的CuO，0.8的%Pb，8.5%的Fe2O3和 5.7%的Mn3O4，但金屬的總體含量要低得多。這些金屬可能來自于下伏的鎂鐵質(zhì)火山巖和中新世蒸發(fā)巖-頁巖，并以Cl的絡(luò)合物形式搬運(yùn)。硫化物的硫同位素資料表明，硫化物沉淀所需要的還原硫來自于流體中硫酸鹽-硫的無機(jī)還原作用。硫化物的沉淀機(jī)制為兩種流體的混合（Pottorf 和 Barnes，1983）引起的溫度降低所致，一種為淺的流體，溫度低于250℃，其SO42-的含量大于H2S；另一種流體來源更深且更熱，其H2S的含量大于SO42-。

據(jù)大多數(shù)學(xué)者的研究，AtlantisⅡ海淵中的富硫化物沉積物在許多方面與火山塊狀硫化物礦床相似，這些相似性包括與火山活動的關(guān)系、形成的構(gòu)造背景、磁黃鐵礦-黃銅礦-閃鋅礦之間的分帶性、金屬的含量、沉積組構(gòu)以及流體的大多數(shù)特點(diǎn)等3。

Salton海熱鹵水成礦同樣與裂谷作用有關(guān)的Salton海的熱水對流體系，被認(rèn)為是沉積巖中古老的塊狀硫化物礦床的最好的現(xiàn)代實(shí)例。Salton海位于美國加里佛尼亞南部，熱鹵水溫度最高可達(dá)360℃，具高鹽度的特點(diǎn)，可達(dá)25~30%。估計熱鹵水的體積為11.6 km3，水深達(dá)3 km。據(jù)White（1981）的研究，其中含Zn 5×106噸，Pb 9×105噸，As1.2×105噸，Cu 6×104噸，Cd 2×104噸，和Ag1×104噸。沉淀在鹵水排泄口附近的富硫化物硅質(zhì)沉積物中，經(jīng)分析含有多種硫化物，且Cu和Ag的含量極高，分別最高可達(dá)20%和8%。

Salton海中流體系統(tǒng)的氫、氧同位素顯示，這里的熱鹵水以大氣水為主，與經(jīng)過了蒸發(fā)作用的Colorado河水很相似。鹵水的高鹽度被認(rèn)為是幾個作用綜合的結(jié)果，包括古湖水的蒸發(fā)作用、地下水對淺部湖相蒸發(fā)鹽的溶解作用和深埋的含石鹽的湖相蒸發(fā)鹽的地下熱交代作用（McKibben等，1988）。鹵水的鉛和鍶同位素組成證明，少量金屬可能是巖漿來源的，但大量金屬來自于鹵水和沉積物的相互作用。計算獲得的金屬的氯絡(luò)合物的穩(wěn)定性與脈狀礦化組合及鹵水分析的結(jié)果很一致，這表明在富含金屬的這種熱鹵水體系中，氯的絡(luò)合物能夠有效地搬運(yùn)賤金屬元素。熱鹵水和后生脈中的硫同位素表明，硫來自于沉積物中的蒸發(fā)鹽-硬石膏?？梢哉J(rèn)為，如果有足夠的還原硫持續(xù)加入沉淀場所的話，這樣的熱水體系將有能力形成大型的硫化物礦床3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

屈明 - 副研究員 - 西南大學(xué)