(一)红海热卤水成矿
1964年在红海发现高热卤水与AtlantisⅡ海渊多金属软泥,揭开了现代海底热水活动与金属硫化物沉积成矿研究的序幕。红海热水系统是一个与裂谷作用有关的、受岩浆热驱动的热水对流体系,高密度热卤水覆盖在尚未固结的含金属软泥上,是现今已知的通过同生作用使硫化物堆积,且局部达到工业品位的最著名的实例。
红海中目前至少已发现13个热卤水池,最大、热流体活动最强的当属最早发现的AtlantisⅡ海渊,这里有5km3盐度大约为26%的热卤水,其中溶解了大量的各类金属组分。1972年显示的最高温度60℃左右,比1964年刚发现时的56℃略高,但热卤水底部沉积物中的矿物组合表明这些矿物从200℃以上的流体中沉淀出来。目前普遍接受的看法是,热卤水来自于正常的红海海水,其高盐度是海水与含蒸发盐的中新世沉积物在海底以下发生反应的结果。AtlantisⅡ海渊中的含金属沉积物平均20m厚,在大约50km2的范围内,形成了微细(大多数颗粒小于2μm)、薄层的氧化物、硅酸盐、硫化物、硫酸盐和碳酸盐组成的多金属软泥,其中的孔隙流体含量可达95%。一些富含金属的样品中,含有高达21%的ZnO,4%的CuO,0.8的%Pb,8.5%的Fe2O3和 5.7%的Mn3O4,但金属的总体含量要低得多。这些金属可能来自于下伏的镁铁质火山岩和中新世蒸发岩-页岩,并以Cl的络合物形式搬运。硫化物的硫同位素资料表明,硫化物沉淀所需要的还原硫来自于流体中硫酸盐-硫的无机还原作用。硫化物的沉淀机制为两种流体的混合(Pottorf 和 Barnes,1983)引起的温度降低所致,一种为浅的流体,温度低于250℃,其SO42-的含量大于H2S;另一种流体来源更深且更热,其H2S的含量大于SO42-。
据大多数学者的研究, AtlantisⅡ海渊中的富硫化物沉积物在许多方面与火山块状硫化物矿床相似,这些相似性包括与火山活动的关系、形成的构造背景、磁黄铁矿-黄铜矿-闪锌矿之间的分带性、金属的含量、沉积组构以及流体的大多数特点等。
(二)Salton海热卤水成矿
同样与裂谷作用有关的Salton海的热水对流体系,被认为是沉积岩中古老的块状硫化物矿床的最好的现代实例。Salton海位于美国加里佛尼亚南部,热卤水温度最高可达360℃,具高盐度的特点,可达25~30%。估计热卤水的体积为11.6 km3,水深达3 km。据White(1981)的研究,其中含Zn5×106吨,Pb9×105吨,As1.2×105吨,Cu6×104吨,Cd2×104吨,和Ag1×104吨。沉淀在卤水排泄口附近的富硫化物硅质沉积物中,经分析含有多种硫化物,且Cu和Ag的含量极高,分别最高可达20%和8%。
Salton海中流体系统的氢、氧同位素显示,这里的热卤水以大气水为主,与经过了蒸发作用的Colorado河水很相似。卤水的高盐度被认为是几个作用综合的结果,包括古湖水的蒸发作用、地下水对浅部湖相蒸发盐的溶解作用和深埋的含石盐的湖相蒸发盐的地下热交代作用(McKibben等,1988)。卤水的铅和锶同位素组成证明,少量金属可能是岩浆来源的,但大量金属来自于卤水和沉积物的相互作用。计算获得的金属的氯络合物的稳定性与脉状矿化组合及卤水分析的结果很一致,这表明在富含金属的这种热卤水体系中,氯的络合物能够有效地搬运贱金属元素。热卤水和后生脉中的硫同位素表明,硫来自于沉积物中的蒸发盐-硬石膏。可以认为,如果有足够的还原硫持续加入沉淀场所的话,这样的热水体系将有能力形成大型的硫化物矿床。
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