现代洋底喷流作用特征
1. 喷流作用的构造背景及类型
全球范围内，正在形成多金属硫化物和富Fe、Mn沉积物的最壮观的现代洋底喷流作用发生在大洋扩张中心的洋中脊，还有少量的喷流系统发生在中等到快速扩张的弧后盆地以及海山上。热水喷流的类型主要有两种，一是高温的集中喷流形式；二是低温的渗流作用。前者以黑烟囱为代表，形成各类硫化物的沉积；后者则可能形成了广泛分布的硫酸盐、铁的氧化物-硅酸盐-锰的氧化物，以及可能的含钴的锰氧化物结壳。低温渗流作用虽然温度较低，但由于发育广泛，估计这种流体活动占洋壳总对流热流的90%，且把大量的物质从洋壳带到海底。
2. 热水流体的化学性质
研究热水流体的性质对分析喷流作用、了解成矿机理具有重要意义。目前通过在典型的黑烟囱的中部取流体样，并通过对烟囱内的堆积体和网脉体中矿物的流体包裹体进行补充研究，已经积累了一定的资料。
（1）PH值和酸碱度：所有取样获得的喷流流体都是酸性的。如在东太平洋岭11oN、13oN、21oN的喷流口中，温度350℃时，PH值在4.1~4.9之间。又如Lau弧后盆地中流体的PH为2，这里的流体含有异常高的某些元素（Cl、As、K、Mn、Zn、Pb和Cd）。喷流流体的酸性特征是在高温反应带，水-岩形成如绿帘石这样矿物引起的：
2Ca2++Fe3++2Al3++3SiO2（水）+7H2O===Ca2FeAlSi3O12（OH）+13H+
绿帘石是被热液流体完全蚀变的玄武岩中常见的一种矿物。另外，海底金属硫化物的沉淀也可以产生酸性条件：
H2S+Me2+====MeS+2H+
流体的这种酸性特征一是有利于淋滤、萃取成矿物质；二是有助于在喷流口使金属沉淀。由于海水略偏碱性（2℃时PH=7.8），会在热流体排泄处周围形成大的PH值梯度，促使成矿物质沉淀。
（2）硫、硒、砷：S在酸性喷流流体中以H2S形式存在。当热流体接近或到达海底并与周围海水混合时，H2S被氧化，PH值升高，导致硫化物和单质硫的形成。单质硫对喷流口附近的化学自营养显微生物是关键的。As和Se与S相似，比在海水中要富集得多。
H2S的δ34S：-2.3‰~+7.8‰，说明它并非完全来自于玄武岩（δ34S=-0.1‰~+0.5‰），必须有某种重硫混入流体中，最可能的来源是硫酸盐。
（3）碳：在酸性的喷流流体中C的主要形式是CO2，尽管有少量的CH4和其它碳氢气体。在Guaymas盆地流体中CO2的含量很高，当围压减小时流体会冒泡。一个显著的例子是Jade矿床，气泡含有86%体积的CO2，3%H2S和11%的（CH4+H2）。负的δ13C值说明喷流溶液中的C并不是全部来自海水（~0‰），应有岩浆C（δ13C=-3.4‰~-4.1‰）的加入。
（4）硅质：是喷流热水中的主要成分，硅的含量变化不大。在沉积物非补偿的洋中脊，喷流流体中SiO2的含量在17.5~22.9mmol/kg。尽管高温反应带内Si的溶解作用被石英控制，但它在海底或紧靠海底附近的沉淀作用，则由具更高溶解度的非晶质硅或蛋白石控制。
（5）碱土元素：Mg一般在喷流热液中含量为零，但个别情况下，具有较高含量。Ca和Be比海水有不同程度的富集。Ba的资料很少，这是因为一接触到海水Ba就会沉淀下来，但Ba在流体中的含量至少应该比海水高两个数量级。Sr是几种与海水相比可以富集也可以贫化的元素之一。Sr同位素界于海水和玄武岩相应值之间，说明Sr来自于两个来源。
（6）碱金属元素：Li、K、Rb、Cs这些碱金属都比海水中呈明显的富集。Na是喷流热水中的主要阳离子。
（7）B：比海水有某种程度上富集。
（8）Al：比海水具有明显的富集，但确切含量尚未确定。在形成硫化物的喷流作用中，Al含量低，不能形成大量的含Al矿物。但在Fe-Si-Mn氧化物矿床中，存在大量富Al的矿物，如绿脱石及相关的粘土矿物。
（9）稀土元素：在几个喷流口分析过REE，其含量要比海富集1~3个数量级，但相对于新鲜玄武岩要贫3~4个数量级。和古老块状硫化物矿床的REE样式相似，在沉淀过程中REE未发生分离。
（10）贱金属和黑色金属：金属含量变化很大，绝大多数情况下比海水极富含这些金属。弧后环境似乎尤为有利，这与古老的有利成矿环境相一致。资料表明，这些金属是以氯的络合物形式搬运的。
（11）金：喷流流体中的金含量尚未分析过，通过热动力学计算表明海底喷流热液可以含高达0.5~1nmol/kg的Au。Au在温度＜300℃时，以Au的二硫化络合物形式（Au（HS）2-）排放到海底，并在晚阶段沉淀下来。早期的高温Cu-Fe硫化物脉中不含金（≤0.2ppm）。
3. 热水流体的物理性质
（1）温度：喷流口热流体的温度是用温度探测器测定的。形成硫化物的热液喷流口的温度在2℃到最高350℃之间变化。更高的温度如405℃甚至420℃也被记录过，但很少见，且不稳定。
（2）流量：总流量的测定具有较大的不确定性。Palmer and Edmond（1989）估算出洋中脊的流量是1.2±0.3×1014kg/a。这相当于Amazon河的总流量， 或是大约0.4~2.5%的全球河流向海洋的排放量（360×1014kg/a）。根据这些数据，全球海洋水的总量会在5~11×106年内通过扩张洋脊的位置整个循环一遍，在太古代会快5倍，因为当时洋壳的地温梯度被认为比现在高得多。单一喷流口和热田流量的估计是确定的，如测得20oN太平洋脊226~351℃单个烟囱的流速为0.7~2.4m/s， 估计其流量是1.6~4.5×1010kg/a，整个热流田的流量是2.9~6.4×109kg/a。
（3）盐度：盐度是指溶解在每公斤海水中的总固体物质的克数。正常海水的盐度35‰，喷流流体的盐度从比海水低40%到高70%之间变化。不同的喷流口差别很大，特殊的例子是，在红海AtlantisⅡ海渊中的热卤水，其盐度是海水的许多倍。盐度变化大和极高盐度的情况，在现代大洋和白垩纪Troodos蛇绿岩的流体包裹体中存在着。与之相似，在几个古老块状硫化物矿床下部的脉和网脉中，流体包裹体的盐度比现今海水的盐度要高得多，如日本黑矿中盐度为3.5~7 %，而在加拿大魁北克某些前寒武纪矿床中的盐度高达46%。
关于喷流流体的盐度高度变化性，目前有几种解释。在AtlantisⅡ深渊，高盐度是溶解了蒸发盐的缘故，蒸发盐与现代年轻洋盆边部与富Zn沉积物互层。但是，这种作用对太平洋或大西洋现代喷流热液以及对古老的火山岩中的硫化物矿床来说是不存在的，因为这些地方并不存在蒸发盐，可能的机制包括与高盐度的岩浆流体混合、与玄武岩水-岩反应。
流体在超临界区的相分离或在较低压力下的沸腾作用是引起盐度变化很大的可能原因。
（4）密度：现代和古老喷流流体的密度比周围海底海水的密度要小。即使超高盐度的AtlantisⅡ海渊中的热流体最初也是上浮的，这是其高温性能所致，但在冷却过程中会变得比海水密度更大。黑烟囱的喷流热水与海水具有最大的密度差，可达0.2~0.3g/cm3，正是因为这种密度差使其喷流作用表现出高温、高速率，形成从海底上升的热液柱。相反地，形成Fe-Si-Mn氧化物矿化的流体具有小得多的密度差，在0.01g/ cm3左右，此时流体仅以每秒几厘米的速率运移。
4. 现代喷流矿床的基本特征
（1）现代喷流矿床的一般特征
现在正在海底形成的热液矿床，在矿物学上是复杂的。简单起见，可分为硫化物和Fe-Si-Mn氧化物两类。这两类矿床形成于相似的构造环境，具有相似的生长结构，只是形成它们的喷流热流体在温度和H2S含量上有明显的区别。
海底热液硫化物矿床是由一系列烟囱堆积而成的。其形成已经被许多考查者进行了详细的记录和描述。最初，喷流形成硬石膏烟囱，每天可生长几厘米。这种硬石膏可以作为后期硫化物沉淀的基底，当足够厚的时候，会阻止周围冷的海水进入烟囱，更热的流体就会充填在喷口中心。烟囱的内、外壁之间存在大的温度变化（350℃→2℃）、PH变化（~4.5→7.8）、氧化状态变化（还原→氧化）、硫的价态变化（高S2- →无S2-）和成分变化（内部比外部海水富集许多组分）。从而导致了烟囱壁从内向外的矿物学分带。在高温的喷流孔中，烟囱内壁主要为铜的硫化物而外壁主要为Zn的硫化物、硫酸盐和氧化物组成。
随后，老的烟囱会不断被沉淀的矿物填满，老烟囱的喷流作用会停止。随之温度就会降低，由于硬石膏在冷水里比在热水里的溶解度要大，它会溶解并使烟囱弱化，而引起坍塌。如果这种作用持续足够长时间的话，会导致相邻的堆积锥结合成一个大的矿床。在构造活跃区形成的堆积锥可能会发生断裂并叠加新的堆积体，形成复杂的内部结构。
通过烟囱的不断形成、不断坍塌堆积，最终可形成规模可观的块状硫化物矿床，矿床的的通道部分显示后生矿床的特点，而矿床的层状部分则表现为同生矿床的特点。海底烟囱的形成过程见图7-2。
图7-2 现代海底黑烟囱成因示意图（据Goldfarb等，1983）
a-烟囱的形成；b-烟囱的生长；c-烟囱的矿物分带；矿物缩写：cp=黄铜矿；cub=方黄铜矿；po=磁黄铁矿；sp=闪锌矿。叠水镁钒是一种新的，羟基硫酸盐-氢氧化物矿物
（2）喷流矿化体的部分矿物学特征
不同地质环境决定着某些矿物的特征。例如，金在绝大多数洋脊和海山的硫化物中，不管其品位如何都是不可见的，但在弧后盆地的原生硫化物中则形成了光学可见的颗粒。磁黄铁矿在Guaymas盆地和Escanada 海沟中比黄铁矿或白铁矿要多得多，这两种沉积环境均具有高有机碳含量，从而形成了还原环境。相反的情况出现在沉积物非补偿的洋脊和弧后盆地中，此时为更氧化条件。
大多数硫化物、碳酸盐、氧化物、硅酸盐及单元素矿物主要是原生成因的，石膏、黄钾铁矾、氯铜矿肯定是风化作用的产物。
在现代喷流矿床中，会出现古老矿床中从不出现的矿物，这是因为成岩和退火作用使该类矿物发生转化和固溶体分离。例如，有一种铜-铁-硫化物，有时描述为“铜磁黄铁矿”或“立方体方黄铜矿”，以前只有在实验室相平衡研究中存在，但在海底矿床中很常见。它在高温下稳定，在冷却过程中会分解成黄铜矿、斑铜矿、方黄铜矿、硫铜铁矿、褐硫铁铜矿、普硫铁铜矿、斜方硫铁铜矿。。另外，SiO2在古老矿床中常以石英或燧石形式存在，而在海底矿床中主要以非晶质硅的形式存在，某些情况下具有可识别的蛋白石-A型或蛋白石-CT型构造。
（4）矿化组分
目前，除对红海AtlantisⅡ海渊进行了全面的经济评价外，其它海底喷流矿床的成分知之甚少。由于拖船或潜艇进行的偶然取样缺乏代表性，连品位也很难计算。目前，对现有的硫化物矿和氧化物矿的样品平均分析结果表明，Zn、Cu、Pb、Fe达到工业品位，而Ag、Au、Hg、Cd、As、Sb等有可能达到工业品位。尽管代表性很差，但可用于对比研究。
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