热卤水及其对流循环

2025-04-02 11:44:57

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回答1：

在长期的实践中，经过激烈争论，去伪存真，人们终于认识到了块状硫化物矿床是同生成因的。现在剩下的问题是，成矿物质呈什么形式、以什么方式运移到海底并在那里沉积下来。传统观念认为，成矿流体是岩浆期后溶液，金属主要来自岩浆分异作用。但是，在20世纪60年代中期和70年代末期，在红海深部及东太平洋中脊分别发现的现代海底热液系统，为地质学家们提供了成矿作用的“天然实验室”。根据流体的化学和同位素研究资料，White（1968）指出，红海地热系统成矿流体以海水居主导地位，其中含有溶解的盐类金属来自伴存的蒸发岩和碎屑沉积物。受红海现代热卤水成矿作用的启迪，Anderson（1969）和Hutchinson等（1971）认为，对于古代块状硫化物矿床而言，传送金属的介质是热卤水而不是火山气体。特别是东太平洋21°N黑烟囱的发现，证实了热卤水的温度可高达350℃，而且金属硫化物正从这种卤水中结晶出来，堆积成矿体。根据这一事实，Ableson（1979）在“地质学家的新机会”一文中指出，“这一观测结果，打开了通向成矿作用新观念的大门，提供了关于成矿作用机制方面的新见解。”

东太平洋中脊现代热液系统正在喷发的黑烟囱和白烟囱十分直观地告诉我们，含矿热卤水确系沿着破裂带上升，并直接喷射到海底。上升流体的速度每秒可达数十厘米（白烟囱）和数百厘米（黑烟囱）。在红海地热系统中，虽然未看到正在喷发的“烟囱”，但最近在“Kebrit”海渊发现了呈“烟囱”状的块状硫化物（Blum和Puchelti,1991）。它们具有保存完好的溶液流动的通道，其中有一个完全是由自然硫组成。另外，于1966年和1971年，相隔52个月期间的观测发现，“Atlantis-Ⅱ”海渊下层卤水的水温由56.5℃升高到59.2℃，上层卤水由44.3℃升高到49.7℃。计算表明，这一变化是由大约0.346km³、温度为104℃的卤水输入所致（Ross,1972）。根据海底热液系统的这些事实，Spooner等（1973）、Solomon（1976）、和Bonatti（1978）提出了卤水对流循环的成矿模式（图8-2）。

但是，对流循环的另一个方面，即是冷海水下降活动是否存在。板块构造理论研究认为，岩石圈板块随着远离产生它的轴部带而缓慢冷却，并且通过计算能求出在成熟过程中的板块发生垂向传导的热损失。计算结果表明，理论曲线与实测热流值相符合。但是，在靠近扩散轴的年轻岩石圈处，实测的热流值变化很大，总是大大低于理论值。这种矛盾现象被解释为，在靠近脊轴的地方，大部分热量不是由于热传导而是由于对流（也就是热流上升、冷流下降）损失的（Lister,1972）。热液系统的数学模式表明（Wolery and Sleep,1976;Crane and Normark,1977;Sleep and Wolery,1978），大量的海水被囊括进去了，并且它们能渗入洋壳到达5km的深度。从物理学的角度来看，在多孔的有裂隙的介质中，流体能否产生对流取决于热梯度。如果热梯度超过了绝热梯度，就有可能产生流动。因此，在海底热液系统中，发生海水对流循环是正常现象。毋庸置疑，现代地热和海底热液系统的研究，对矿床学界正确认识块状硫化物矿床的成因起了举足轻重的作用。

图8-2　导致塞浦路斯块状硫化物矿床形成的地热核假想剖面图（据Franklin et al.,1981）

1—枕状熔岩；2—断层；3—块状硫化物；4—岩墙杂岩；5—热液流动线；6—富集Fe、Mn的沉积物；7—辉长岩；8—矿化网脉；9—变质接触线

随着测试技术的提高，稳定同位素和放射性同位素应用价值远胜过作为地球化学示踪物的微量元素。在确定成矿流体成分的起源及成矿作用的物理化学参数方面，稳定同位素（主要是氢、氧、硫同位素）的应用明显取得了极大成功。比如，Ohmoto和Rye（1974）对黑矿型矿床流体包裹体氢、氧同位素研究证明，成矿流体主要来自海水，岩浆水只占少部分（＜25%）。为此，他们提出了远离洋脊环境海水对流核的成矿模式图（图8-3）。尽管对该模式中驱动海水对流的热源问题尚需研究，但它毕竟是在新的科学背景上产生的，推动了人们去思考和探索。

图8-3　Ohmoto和Rye（1974）根据黑矿型矿床中氧和氢同位素数据设想的Kuroko矿石的成因模式

同生成矿论于19世纪起源于欧洲，但是，真正的发展则始于20世纪50年代末期。Of-tedahle（1958）“论喷气-沉积矿床”一文象征“新纪元”的开始，加拿大等地太古宙绿岩带中块状硫化物矿床和日本黑矿型矿床的研究，是新理论产生的源泉。块状硫化物矿床是在海底热液系统卸载通道或其附近形成的认识是完全正确的。

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