西南和中印度洋洋脊熱液硫化物的成礦作用研究.pdf

1、本文以西南印度洋脊(SWIR，46.9°E，63.5°E)和中印度洋脊(CIR，69.6°E)三個(gè)熱液活動(dòng)區(qū)為研究對象，系統(tǒng)研究了硫化物的礦物學(xué)、元素地球化學(xué)以及同位素地球化學(xué)特征，探討了慢速—超慢速擴(kuò)張洋脊熱液區(qū)金屬硫化物的成礦機(jī)制與特征。主要研究成果包括:
　　(1)厘定了SWIR和CIR三個(gè)熱液區(qū)硫化物的礦物組成
　　SWIR和CIR三個(gè)熱液區(qū)硫化物中的礦物主要為磁黃鐵礦、黃鐵礦、白鐵礦、黃銅礦、等軸古巴礦、閃鋅礦以及

2、鐵的氧化物（針鐵礦/纖鐵礦，非定型鐵的氧化物等），其次含有少量的重晶石、石英、銅藍(lán)、未知的Zn-S-Cl-O礦物，微量的鉛礬、自然金、自然硫。但不同熱液區(qū)硫化物組成不同，尤其是SWIR和中印度洋脊相比，差別較大，而SWIR兩個(gè)熱液區(qū)差別較小。
　　SWIR46.9°E熱液區(qū)硫化物為停止噴溢活動(dòng)已久的煙囪體碎塊，這反映了超慢速擴(kuò)張脊的特點(diǎn)，即硫化物可以保存相當(dāng)長的時(shí)間。硫化物為富Fe型高溫礦物(＞335℃)，礦物組合以磁黃鐵礦、黃鐵

3、礦、針鐵礦為主，其次是黃銅礦，黃銅礦出溶等軸古巴礦現(xiàn)象普遍，白鐵礦和閃鋅礦少量，此外還檢測到了自然金的顆粒。
　　SWIR63.5°E與SWIR46.9°E熱液區(qū)硫化物的組成較為相似，同樣屬于富Fe型高溫硫化物，也是停止噴溢活動(dòng)已久的煙囪體碎塊，硫化物經(jīng)歷了相當(dāng)程度的氧化蝕變。不同的是，該區(qū)礦物組合以白鐵礦為主（存在兩個(gè)世代的白鐵礦），其次是等軸古巴礦，未見閃鋅礦和磁黃鐵礦、針鐵礦，鐵的氧化物大多為非定型的鐵氧化合物。
　　

4、CIR Edmond熱液區(qū)硫化物與SWIR差別較大，與其它無沉積物覆蓋洋脊區(qū)也不同，具體表現(xiàn)為大量閃鋅礦以及少量鉛礬的出現(xiàn)。這里既發(fā)育典型的高溫富Fe型硫化物也存在中高溫的富Zn型硫化物以及低溫富Ca硫酸鹽礦物。硫化物以閃鋅礦，黃鐵礦為主，其次是少量的黃銅礦，重晶石，未知的Zn-S-Cl-O礦，以及微量的鉛礬，銅藍(lán)和自然硫;富Ca硫酸鹽礦物主要為硬石膏和黃鐵礦/白鐵礦，其次是極少量的黃銅礦。與SWIR相比，該區(qū)成礦（熱液）溫度整體較低。

5、
　　(2)確定了礦物的生成順序，劃分了熱源成礦作用階段
　　49.6°E熱液區(qū)硫化物成礦期主要?jiǎng)澐譃?個(gè)階段:1）黃鐵礦+黃銅礦+磁黃鐵階段→2）黃鐵礦+閃鋅礦階段→3）膠狀黃鐵礦階段→4）鐵的氫氧化物（針鐵礦/纖鐵礦，非定型鐵的氧化物等）。此外，該區(qū)經(jīng)歷了多期次熱液活動(dòng)，成礦溫度表現(xiàn)為高溫→中高溫→低溫的變化;
　　SWIR63.5°E熱液區(qū)硫化物礦物生成順序?yàn)?早期它形白鐵礦階段→等軸古巴礦階段→自形白鐵礦階段，

6、表明硫化物最初形成于高溫?zé)嵋簢娨绛h(huán)境，但熱液活動(dòng)沒有經(jīng)過較長時(shí)間自高溫向低溫逐漸衰退過程，而是快速停止，然后又經(jīng)歷了較長時(shí)間海水蝕變作用的改造;
　　CIR Edmond熱液區(qū)硫化物成礦作用大體可以分為三個(gè)階段:1）硬石膏+黃鐵礦階段→2）黃鐵礦+閃鋅礦+黃銅礦階段→3）膠狀黃鐵礦+銅藍(lán)+重晶石階段，成礦溫度總體上是由高溫到低溫逐漸演化，但成礦期間發(fā)生過周期性變化，甚至不排除間歇性噴溢的可能。在富Zn型硫化物中存在有大量管狀生物遺

7、跡，標(biāo)志著低溫彌散流活動(dòng)普遍;未知富Zn-Cl-O的礦物是該區(qū)熱液流體極高氯度在礦物學(xué)上的反應(yīng)。推測深部巖漿對淺部洋殼侵位是該區(qū)產(chǎn)生獨(dú)特?zé)嵋毫蚧锏母驹颉?br>　　(3)根據(jù)硫化物礦物的化學(xué)組成特征，探討了成礦環(huán)境條件
　　SWIR49.6°E熱液區(qū)黃鐵礦形成于相對貧硫環(huán)境，且三個(gè)成礦階段的黃鐵礦成分表明其成礦溫度依次降低。該區(qū)磁黃鐵礦屬于富鈷貧鎳型磁黃鐵礦，經(jīng)歷了六方磁黃鐵礦+黃鐵礦→單斜磁黃鐵礦+黃鐵礦的變化，表明熱液流

8、體經(jīng)歷了快速降溫過程。閃鋅礦均為富鐵閃鋅礦，F(xiàn)e的含量變化范圍較大，反映其成礦環(huán)境變化劇烈。等軸古巴礦在SWIR49.6°E熱液區(qū)中三個(gè)樣品中均可見，其微量元素富集特征與黃銅礦相近，均表現(xiàn)為富集Pb和Mo元素。
　　SWIR63.5°E熱液區(qū)硫化物中不同形態(tài)白鐵礦中元素含量差別不大，均富集Au、Cu、 Pb和Mo等元素，其中w(Au)最高為0.13％，w(Zn)最高為0.15％。
　　CIR69.6°E熱液區(qū)富Fe型硫化物的

9、成礦作用溫度高于富Zn型硫化物。在同屬富Zn型硫化物的兩個(gè)世代的黃鐵礦中，富集元素的特征也有著微弱的差異，后期形成的膠狀黃鐵礦中含有“雜質(zhì)”元素較多，Zn和Pb的含量明顯高于較早期形成的黃鐵礦。
　　(4)分析了金屬元素的富集特征，劃分了硫化物的成礦類型
　　SWIR49.6°E和63.5°E兩個(gè)熱液區(qū)的硫化物均表現(xiàn)為較高含量的Fe，較低含量的Cu和Zn;在微量元素組成上，較為明顯富集Co和Mn;其中SWIR49.6°E熱液

10、區(qū)硫化物中Au的含量異常高（平均43.63 ppm）;可以將SWIR硫化物命名為Fe-Co-Au型硫化物元素。CIR Edmond(69.6°E)熱液區(qū)硫化物中Fe、Zn和Ca的含量比例差不多，微量元素組成上表現(xiàn)為富集Pb、Ba、Sr、As和Ag(最高值115.5 ppm)等元素，可以將CIR熱液區(qū)硫化物命名為Fe-Zn-Ag型硫化物。
　　SWIR49.6°E和CIR熱液區(qū)硫化物的稀土元素配分曲線均表現(xiàn)出LREE富集和正Eu異常

11、， REE總量介于當(dāng)?shù)匦鋷r和海水之間，表明REE主要源自海水對玄武巖的淋濾。CIR熱液區(qū)硫化物中突出的正Eu異常，應(yīng)是Eu2+替代Ba2+和Sr2+而進(jìn)入重晶石晶格所致。
　　印度洋與其他洋脊區(qū)熱液硫化物相比，稀土元素總量較高，反映在熱液循環(huán)系統(tǒng)中，水-巖反應(yīng)的時(shí)間長，導(dǎo)致熱液中來自巖石的元素組分大，這與印度洋慢速-超慢速擴(kuò)張脊這種大的構(gòu)造環(huán)境是一致的。
　　(5)根據(jù)Pb和S的同位素組成特征，分析了熱液成礦作用的物質(zhì)來源

12、及成礦作用過程
　　印度洋脊三個(gè)熱液區(qū)的硫化物中的Pb同位素組成均與印度洋中脊玄武巖一致，說明Pb主要來自巖水反應(yīng)。相對于SWIR49.6°E熱液區(qū)硫化物，SWIR63°E和CIR Edmond熱液區(qū)硫化物中的Pb同位素具有相對較少的放射成因。
　　SWIR49.6°E熱液硫化物中的S主要來自幔源S或海水對玄武巖的直接淋濾，這部分S約占總S的81％左右，很可能有巖漿后期熱液直接進(jìn)入了熱液循環(huán)系統(tǒng)。SWIR63.5°E熱液區(qū)硫

13、化物中的S主要來自海水（海水還原硫約占總硫的59％），說明熱液系統(tǒng)處于海水對流的不穩(wěn)定狀態(tài)。另外，異常高的δ34S值也可能與該區(qū)可能存在的長英質(zhì)火山巖或殘留陸殼有關(guān)。CIR Edmond熱液區(qū)硫化物中δ34S值表現(xiàn)出較多的重硫組成和大的變化范圍，說明該區(qū)該下滲海水活躍，來自深部的熱液流體與下滲海水混合作用強(qiáng)烈，海水還原硫最高可達(dá)80％以上，反映多裂隙和極不穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境。
　　印度洋不同脊段熱液區(qū)硫化物呈現(xiàn)出不同的礦物類型，這與其