现代海底热液成矿作用的研究

海底热液生物为什么能生存~

现代海底黑烟囱周围生活着密集的生物群落,它们一般以黑烟囱喷口为中心向四周呈带状分布。热液生态系统的初级生产者嗜热细菌和古细菌,其初级能量来源于地球深部上升喷出流体提供的化学能,它们氧化热液中硫化物(如H2S、FeS)和甲烷获得能量,还原CO2制造有机物,而不依赖光合作用。作为食物链源头的细菌类和古细菌类与其他动物有2种生存关系:①直接作为其他动物的食物;②与其他动物之间的共生关系。这些嗜热微生物不仅依存于海底热液活动,同时在热液成矿作用中起着重要的作用。它们可能来源于地下深部生物圈,海底黑烟囱是研究深部生物圈的窗口,对其周围嗜热微生物的研究,对于理解生命起源和生物成矿都有重要的理论意义。

是指所有海底热液活动过程形成的产物，主要包括热液流体，热液柱，热液硫化物，喷口生物，热液蚀变岩石，含金属沉积物和自然元素等。热液产物可以分布在海底表面，也可以分布在海底以下。热液堆积体 由热液产物堆积而成的，主要由从热液流体中沉淀出的硫化物，硫酸盐等矿物组成。若热液堆积体主要由硫化物组成，又称为海底多金属硫化物堆积体，热液产物可以呈烟囱体，丘状体，脉体，网脉体，角砾，壳体和球体等形态产出，除了含有各种硫化物矿物之外，还包括硫酸盐，氧化物等矿物。热液产物地貌： 多个烟囱体聚集分布，成群产出构成烟囱体群，烟囱体或烟囱体群可以分布在丘状体之上，烟囱体坍塌可以堆积成热液丘状体。 热液丘状体主要由坍塌的烟囱体，烟囱体碎块，块状硫化物等堆积而成，在其内部可以分布着脉状和网脉状，存在着早期矿物被后期矿物交代，穿插现象，烟囱体的形态复杂多样，呈筒状，柱状，尖塔状和蘑菇状。热液产物构成的地貌分类： 烟囱体地貌 丘状地貌 烟囱和丘状复合地貌其他形态地貌 热液喷口： 指喷口流体喷出或者曾喷出并且伴随有热液产物形成的部位，烟囱体，丘状体或者海底裂隙处往往拥有众多的流体喷口，可以构成喷口群。喷口区分布着热液喷口的区域，一个热液区可以包括一个或者多个喷口区。热液区由一个或者多个空间位置相对接近，形成环境（构造，沉积物和岩石）基本一致的热液点组成。根据热液区中是否存在正在活动的热液流体，可以分为热液活动区/点和和非活动区/点。热液点：热液产物（热液柱，含金属沉积物除外）的分布点，内部可分布着一个或多个连续或不连续分布的烟囱体（群），丘状体。 一个热液点可以包括一个或者多个喷口区。 有硫化物分布的热液区/点可以称为热液硫化物分布区/点或者多金属硫化物分布区/点。矿体的埋藏情况。矿体有出露地表的、有隐伏地下的。隐伏矿体又分为埋藏矿体和盲矿体。埋藏矿体指矿体生成后曾经在地表出露过，以后又被后来沉积物、火山岩以及土壤层等所覆盖。盲矿体指埋藏在地下基岩中的，即形成后从未出露过地表的矿体。 矿体是矿床的基本组成单位。成岩作用就是在一定的自然条件下，形成岩石的地质作用。如果形成岩石的过程中，伴随有矿产的形成，则称为成矿作用。可见，成岩作用和成矿作用是统一地质作用中的两个方面，即岩石和矿石是统一地质作用的两种产物。成岩作用是非常普遍的地质现象，而成矿作用是比较特殊的地质现象。在地球的演化过程中，只有当分散在地壳上和地幔中的元素在迁移过程中发生富集，才有可能形成矿石。一个热液硫化物分布区可以分布着一个或者多个热液硫化物矿床/堆积体，一个热液硫化物分布点可以分布着一个或者多个热液硫化物矿体/堆积体 现代海底热液成矿作用是海底热液活动的变现形式之一。热液系统由海底热液活动及其所处环境构成的一个有机整体，由海底面以上（烟囱体，丘状体，热液柱和喷口生物组成，包括释放区）和海底面以下（由注入区，反应区和上升区组成）组成。

（一）现代海底热液矿床的发现

依赖于深海钻探计划（DSDP）和大洋钻探计划（ODP）的全球海底地质调查（孙枢，1995），至少已发现了15个与陆上矿床相当的块状金属硫化物矿床，这些矿床主要集中在大洋中脊（海底扩张中心）和弧后盆地扩张脊的离散板块边界，以及岛弧和火山板块中心（Rona and Scott，1993）。洋脊环境是已知目前世界海底热水活动和金属硫化物矿床形成最多和最重要的环境（Fouquet，1997），并且成矿潜力与扩张脊扩张速率的大小有明显关系。根据Rona and Scott（1993）对全球海底热水成矿作用（seafloor hydrothermal mineralization）的统计资料，146个热水活动区有58处有硫化物矿床或矿化存在。其中，东太平洋洋脊、洋隆和转换断层附近26处，中大西洋洋脊裂谷、海岭14处，红海海渊2处、印度洋西南部洋脊1处，西太平洋弧后环境10处，西太平洋岛弧环境4处，以及南太平洋海山环境1处（图2-1）。可见大洋或洋盆环境火山成因块状硫化物矿化地数量占绝对优势，这与地质历史上保留下来的古火山成因的块状硫化物的情形是不一样的，后者由于大洋约1Ma的周期俯冲消减，从而留存下来的主要是岛弧和弧后环境的成矿遗迹（Wilson，1989）。但现代大洋或洋盆的热水成矿活动，对认识古代火山成因块状硫化物矿床的形成提供了极好的直接观察天然实验场所，同时它本身也可产生潜在可利用的矿床。

图2-1 全球现代海底热水成矿活动区（包括块状硫化物矿床）分布图

但就大洋/洋盆、岛弧和弧后环境而言，现代海底火山作用有关的热水成矿作用，其硫化物的成矿特征和成矿过程并不像古代火山成因硫化物矿床的类型划分和成因所认识的那样清晰而明确，不同环境的成矿特征与具体热水成矿活动部位的特征有密切关系（表2-7），每种地质环境由于所处的发展历史不同可能造就不同的成矿特征，难以用一种明确的成矿相和成矿方式来概括。现代海底成矿世界提供了了解这种成矿变化的可能。例如大洋/洋盆的洋脊环境，就洋脊裂谷环境，它可以是洋盆拉张初期（陆间裂谷）洋脊火山活动带，现代红海就是这种环境的实例，而且还存在扩张速率快慢的差异，红海是慢速扩张的例子（半速率≤2cm/a），而西南太平洋的Woodlark盆地扩张轴则为中等-快速扩张的环境（半速率＞2cm/a）；洋盆进一步拉张，形成具一定规模的印度洋型和大规模的大西洋型的大洋洋盆，主要表现为慢速扩张的特点，并分别在大洋中脊裂谷和两翼、海岭、平行洋脊裂谷轴正断层和垂直轴的转换断层交汇处产生热水活动区及其矿化；洋盆成熟期则形成现代太平洋大洋环境，为中等-快速扩张脊的特点（2.1～9.0cm/a），除了表现出大洋中脊、侧翼、海山、平行洋脊断层和转换断层处差异的矿化特征外，大洋不同地域洋脊成矿的差异也是显著的。最给人启发的是岛弧和弧后盆地环境的成矿现象，岛弧环境并不似古代火山成因块状硫化物矿床认识的那样是成矿最发育的地区，仅在西太平洋小笠原岛弧海山或破火山口内见到微弱矿化，尚未发现有一定规模的矿床（Urabe et al.，1991），而是岛弧裂解形成弧后盆地初期和成熟期的环境形成了比较重要的矿床和矿化现象。弧后盆地初期环境完全是以往所认识的岛弧环境成矿的特点，例如冲绳（Okinawa）海槽，劳（Lau）海槽为过渡特征，马里亚纳（Mariana）海槽则已显示为大洋的特征。

表2-7 现代海底硫化物矿床和热液成矿活动特征对比

续表

其中，中大西洋脊裂谷东5km26°08′N、44°49′W附近的热水矿化非常相似于中国甘肃雪泉Ⅷ号沟中奥陶世的古铜-锌型矿化特征，均属发育于平行洋脊轴向的正断层和垂直轴向的转换断层的交汇点位置的热水喷口成矿。只是现代海底的热液成矿因未受改造，成矿特征表现的更清晰罢了，而古代的矿体特征已是遭受成矿后改造的综合作用的产物。洋脊裂谷底部火山中心发育高温硫化物丘，为块状铜-铁、锌-铁和铁硫化物组成，在裂谷壁的下部断层中发育残留带，也由块状铜-铁、锌-铁和铁硫化物组成，并有层状氧化锰结壳等产出，裂谷壁中等深度处则形成低温带，为间歇活动的绿、红色似层状土状沉淀物组成。这些成矿特点有助于对雪泉Ⅷ号沟古代铜-锌型矿床原始成矿过程的认识。

（二）现代海底热液成矿作用观察结果

全球现代海底硫化物矿床或矿化现象调查结果表明，现代海底热液成矿作用密切关系于海底的扩张作用，但硫化物成矿至少有以下3个方面的控制因素：①源自海水和岩浆流体（Yang and Scott，1996，2002）的成矿热水流体；②高位岩浆房加热成矿流体对流循环的岩浆热源；③可使成矿流体（热水）进行循环的断裂裂隙系统。同时，成矿流体中成矿金属组分和成矿后的保存环境亦很关键（Frankin et al.，1981；Ohmoto et a1.，1983；Lydon，1988；Hezig et a1.，1995）。现代海底硫化物矿床成矿作用观察结果表明，海底成矿热水流体与冷海水的混合作用、海底物质的渗透性、成矿热液系统的稳定性、海水的沸腾作用，以及地质盖层条件对硫化物矿床的重要性（Fouquet et al.，1997；崔汝勇，2001；侯增谦等，2003）。

海底烟囱生长过程中，烟囱通道内的成矿热水与海底冷海水有限混合，引起热水对流和硫化物沉积。这种有限混合主要发生在丘状堆积体内部，其顶部通常发育渗透性差的盖层或结壳，防止大量海水的涌入对成矿热液系统的稀释而难于成矿。海底火山岩系的渗透性对成矿热液流体从海底下部向海底表面的输出状况，能否形成有规模的矿床起着关键作用。在渗透性差的火山熔岩地区，断裂裂隙是重要的喷溢排泄位置，因此是否存在断裂、熔岩角砾是影响火山岩地区渗透性的重要条件。长英质火山岩地区，由于火山碎屑物质或高孔隙火山岩系发育，热水流体难以集中，故多形成脉状-网脉状矿化特征，而渗透性差的基性火山岩地区，成矿热水流体通常沿断裂裂隙系统集中排泄，因此多在海底下部形成蚀变-矿化岩筒。由热源和相应的含矿热水构成的成矿热液系统长期稳定的作用是形成较大规模矿床的先决条件，已观察到快速扩张的洋脊热液活动明显有沿轴向移动的特点，显然不利于硫化物的集中沉淀堆积，故亦难形成有规模的矿床。因此，要形成较大规模的矿床必须在同一地点热液循环体系经历几个连续的活动时期才有可能，大西洋TAG热水活动区的现代海底硫化物矿床的形成至少热水活动已经历了26000年的历史和5个以上的热水活动期（Fouquet et al.，1997）。在浅水环境，由于热水流体发生沸腾作用，致使气相和液相分离，从而液相变冷、增加盐度和金属元素富集（以NaCl进入液相），亏损H₂S（进入气相），在海底岩系中形成脉状-网脉状矿体和浸染状矿体，在海底表面仅形成低温的金属元素亏损的热水沉积堆积；而在深水环境，热水流体处于沸腾点之下，仅在海底形成金属硫化物的沉淀伴随有限的网脉矿化。要使硫化物持续堆积必须要有合适的盖层条件，以阻止热水流体的大量排泄，促使热水流体在盖层下大量聚集，同时还可使硫化物堆积后起到保护作用，这些盖层可以是烟囱碎屑和热水沉积物，例如石膏、重晶石和非晶硅等，形成一种结壳层，有时也可以是火山凝灰层。

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新晃侗族自治县19870923971： 热液的产物 - ？
暴婵宝咳： 是指所有海底热液活动过程形成的产物,主要包括热液流体,热液柱,热液硫化物,喷口生物,热液蚀变岩石,含金属沉积物和自然元素等.热液产物可以分布在海底表面,也可以分布在海底以下.热液堆积体 由热液产物堆积而成的,主要由从...

新晃侗族自治县19870923971： 海洋深海浅海的产物和稀有产物, - ？
暴婵宝咳：[答案] 海洋有丰富的生物产物与矿物产物.海洋微生物种类高达100万种以上,其次生代谢产物的多样性也是陆生微生物无法比拟的.... 近年来,科学家们在大洋底发现了33处“热液矿床”,是由海底热液成矿作用形成的块状硫化物多金属软泥及沉积物.

新晃侗族自治县19870923971： 海底热液生物为什么能生存 - ？
暴婵宝咳： 现代海底黑烟囱周围生活着密集的生物群落,它们一般以黑烟囱喷口为中心向四周呈带状分布.热液生态系统的初级生产者嗜热细菌和古细菌,其初级能量来源于地球深部上升喷出流体提供的化学能,它们氧化热液中硫化物(如H2S、FeS)和甲烷获得能量,还原CO2制造有机物,而不依赖光合作用.作为食物链源头的细菌类和古细菌类与其他动物有2种生存关系:①直接作为其他动物的食物;②与其他动物之间的共生关系.这些嗜热微生物不仅依存于海底热液活动,同时在热液成矿作用中起着重要的作用.它们可能来源于地下深部生物圈,海底黑烟囱是研究深部生物圈的窗口,对其周围嗜热微生物的研究,对于理解生命起源和生物成矿都有重要的理论意义.

新晃侗族自治县19870923971： 海底热液活动区是干什么用的?我国为什么去探测? - ？
暴婵宝咳： 海底热液是地壳活动活跃区,岩浆沿着地壳缝隙运到海底,冷却后形成多种矿产. 研究海底热液不但可以勘测矿产资源,增加我国后备资源储量,还可以研究地壳活动规律. 地壳热液区多分布在大洋中脊,我国近海是没有的.根据国际海洋法规定,各国都可以到公海区勘测研究,并且勘测到的资源有优先开采权.

新晃侗族自治县19870923971： 海洋矿藏 - ？
暴婵宝咳： 这个网站很好 http://www.czssx.com/index/zhuanti/2005/01-yuwen/haiyang/haiyangwuchan/haiyangkuangzang.htm 之后是的~ 海洋矿藏 用“聚宝盆”来形容海洋资源是再确切不过的.单就她的矿产资源来说,其种类之繁多,含量之丰富...

新晃侗族自治县19870923971： 海水中的盐是怎么来的 - ？
暴婵宝咳： 海水中的一部分盐来自它对海底的岩石和沉积物的溶解.不过由于海洋中同样有大量的物质,由于各种原因沉到海底,比如海洋生物死后遗骸坠落海底,所以海洋中的盐也会返还给海底的沉积物.因此,靠溶解海底得到的盐份是很少的,总的收...

新晃侗族自治县19870923971： 深海“热液硫化物”之谜? - ？
暴婵宝咳： 洋科学家们经过实地考察后认为:“热液硫化物”是海水侵入海底裂缝,受地壳深处热源加热,溶解地壳内的多种金属化合物,再从洋底喷出的烟雾状的喷发物冷凝而成的,被形象地称为:“黑烟囱”.这些亿万年前生长在海底的“黑烟囱”不...

新晃侗族自治县19870923971： 什么是海底热液矿床 - ？
暴婵宝咳：[答案] 由于裂谷不断扩张,地幔的熔岩流出来,加热了沿裂缝下渗的海水;大量的矿物质和溶解盐类,也趁机溶进海水.在这些热的海水里面,含有丰富的铁、锰、锌和铅等多金属矿物,人们称它为热液矿床.海洋化学家对海底扩张感到兴趣是因为海水会与...

新晃侗族自治县19870923971： 热液的类型 - ？
暴婵宝咳： 岩浆成因热液 岩浆结晶过程中从岩浆中释放出来的热水溶液,最初是岩浆体系的重要组成部分,含H2S,HCL,HF, SO2, CO, CO2, H2, N2等挥发组分,具有很强的形成金属络合物并使其迁移活动的能力.这些“热液”渗入岩体或围岩裂隙中继续...

新晃侗族自治县19870923971： 什么是热液矿藏? - ？
暴婵宝咳： 打一个形象的比喻,海底热液就像海底的金属“温泉”,它像地表的温泉一样,但流出来的不是温水,而是具有工业应用价值的金属硫化物.20世纪60年代中期,美国海洋调查船在非洲东北边上的红海,首次发现了深海热液矿藏.而后,一些国家又陆续在其他大洋发现这种矿藏,一共有30多处.热液矿藏是火山性的金属硫化物,因此又被称为“重金属泥”.它的形成是由于地下岩浆沿海底地壳裂缝渗到地层深处,把岩浆中的盐类和金属溶解,变成含矿溶液,然后受地层深处高温高压作用喷到海底,在深海处泥土中形成丰富的多种金属.通常,深海外温度较低,而这些地方由于岩浆的高温,可使温度高达50℃,故被称为热液矿藏.