现代海底重要硫化物矿床特征与分布

矿床分类及基本特征~

1.块状硫化物矿床的定义和分类
块状硫化物矿床是矿床家族的重要类型之一。矿床一般由两部分组成，块状硫化物矿体和细脉浸染状硫化物矿体，含有不等量的铜，铅和锌等贱金属，并且常伴生金和银贵金属。金属矿床组合主要由黄铁矿，黄铜矿，磁黄铁矿，方铅矿，闪锌矿及不等量的磁铁矿，重晶石等组成。块状硫化物矿体呈致密块状，硫化物质量分数一般大于 60%，呈层状透镜体沿火山-沉积地层顺层产出。细脉浸染状硫化物矿化经常出现在层状矿体的下部，与下盘地层为不整合接触，具有明显的层控特征。细脉浸染状硫化物矿化经常伴生强烈的热液蚀变，如硅化，绢云母化，碳酸盐化及绿泥石化等，亦被称之为蚀变岩筒或热液补给带。在层状矿体的上部或外围，常出现薄层富铁锰的硅质沉积岩。
根据矿床产出地质环境及容矿岩石组合，块状硫化物矿床被分成火山岩型和沉积岩型两大类。火山岩型块状硫化物矿床（Volcanite-hosted or volcanite-associated massive sulfide de-posit，缩写为VHMS矿床）系指产于海底火山-沉积地层层序之内，与火山活动有关形成的块状硫化物矿床。当强调矿床的成因和成矿作用时，亦被称之为火山成因块状硫化物矿床（Volcanogenic massive sulfide deposit），或火山喷流型（Volcanic exhalative type，简称 Volcex type）块状硫化物矿床。在原苏联该类矿床被称之为“黄铁矿型矿床”，指与优地槽早期地质发展阶段海底细碧-角斑岩系或辉绿岩-钠长斑岩火山建造有关，主要由含铁的硫化物矿石组成的矿床（斯米尔诺夫，1981）；我国早期亦称其为黄铁矿型铜多金属矿床（宋叔和，1982）。然而，除了与火山-沉积作用有关的块状硫化物矿床之外，已知有相当多的矿床产在沉积建造内，与火山活动没有直接的成因联系，它们被称之为沉积岩型或沉积喷流型（Sedex type）块状硫化合物矿床，如我国秦岭西城地区产在碳酸盐岩层中的块状硫化物铅锌矿床，内蒙古狼山地区的块状硫化物矿床，加拿大沙里文，以及澳大利亚芒特艾沙、布鲁肯希尔等块状硫化物矿床。
迄今为止，人们大致从三个角度对火山岩型块状硫化物矿床进行进一步的划分。一是按矿床形成大地构造环境分类，如索金斯（1976）把块状硫化物矿床分成三种主要类型：①黑矿型：矿床产在汇聚板块边缘长英质钙碱性火山岩中；②塞浦路斯型：产在扩张板块中脊部位的蛇绿岩带上部低钾玄武质火山岩中；③别子型：产在碎屑岩和镁铁质火山岩中，没有显示明显的板块构造环境。二是按容矿岩石的性质对矿床分类，如克劳和拉奇（1980）把火山岩型块状硫化物矿床分成三种主要类型：①与太古宙绿岩带长英质火山岩有关的矿床；②与太古宙以后的钙碱性和拉斑玄武质火山岩系有关的矿床；③与镁铁质火山岩有关的矿床。这三种类型的矿床化学特征相似。三是按块状硫化物矿床主要成矿元素组合分类，如索罗门（1976）将矿床分为三大类型：①Zn-Pb-Cu 型；②Zn-Cu 型；③Cu型。
2.昆仑式块状硫化物矿床的厘定
（1）昆盖山北坡块状硫化物矿床的基本特征
昆盖山北坡产出的块状硫化物矿床系指在阿克塔什-萨落依成矿亚带石炭纪双峰态火山岩系内产出的一系列块状硫化物含铜黄铁矿矿床。该成矿亚带迄今已经发现了 20 多处矿床和矿化点，区域成矿特征如前所述。
矿床形成于石炭纪弧后裂谷坳陷带，沿着石炭系双峰态火山岩系的两个层位产出，下石炭统产出的矿床以基性火山岩为容矿主岩，上石炭统产出的矿床以酸性火山岩为容矿主岩（图2-3）。这些矿床产在相同的地质构造环境，形成时间相近，空间上毗邻，成群成带分布，矿化特征相似，具有密切的内在成因联系。
（2）矿床类型的归属
如果将容矿主岩作为矿床分类的标准，昆盖山北坡火山岩型块状硫化物矿床可以明显地进一步划分成基性火山岩型和酸性火山岩型两种类型。习惯上借用这两类矿床各自典型矿床的名字分别称其为萨落依式和阿克塔什式块状硫化物矿床。
然而，当把主成矿元素组合作为矿床分类的标准时，则很难将这些矿床严格地区分开来，因为无论基性火山岩型还是酸性火山岩型块状硫化物矿床，它们的主成矿元素除了硫以外，均以铜为主，含少量的锌，几乎不含铅。在块状硫化物矿床常用的 Cu-Pb-Zn 三角图上的投影，阿克塔什式矿床多数投影点落在了铜型矿床域，矿石的平均成分靠近 Cu端员（图3-16a）；而萨落依式矿床多数投影点也主要落在铜型矿床域，矿石的平均成分也靠近 Cu端员（图3-16b）。就是说，萨落依式和阿克塔什式块状硫化物矿床的矿石成分特征是相似的，这一点反映在矿石矿物组合上也是一致的。二者的矿石矿物主要由黄铁矿组成，少量黄铜矿，微量闪锌矿，几乎不含方铅矿。因此，昆盖山北坡已知的块状硫化物矿床可统称为块状硫化物含铜黄铁矿矿床。

图3-16 矿石成分在 Cu-Pb-Zn三角图上的投影

一般而言，世界范围内已知的块状硫化物矿床中，基性火山岩型矿床的成分主要为Cu型或Cu-Zn型组合，酸性火山岩型矿床的成分主要为Cu-Zn型或Cu-Pb-Zn型组合，它们往往是不同构造环境的产物。显而易见，昆盖山北坡目前已知的块状硫化物矿床，特别是酸性火山岩型块状硫化物矿床的矿石成分和组合特征显示出某些独特性。
（3）昆仑式块状硫化物矿床的厘定
在已知的块状硫化物矿床分类中，基性火山岩型和酸性火山岩型矿床往往形成于不同的构造环境，具有较为明显的不同矿化特征，彼此之间一般没有必然的内在成因联系，分别划归于不同的矿床亚类。然而，在昆盖山北坡产出的块状硫化物矿床，虽然分别以基性和酸性火山岩为容矿主岩，但矿床形成于同一构造环境，产在同构造期形成的双峰态火山岩系之内，矿床特征相似，具有内在的成因联系。考虑到目前世界范围内已经报道的矿床尚没有可与之对比的矿床类型，并且，矿床分类应该充分地反映矿床产出的自然属性特征，因此，我们将昆盖山北坡产出的块状硫化物矿床统称为昆仑式块状硫化物矿床。
简而言之，所谓昆仑式块状硫化物矿床是指产在弧后裂谷构造环境，形成于同构造期双峰态火山岩系之内，矿床沿着早、晚两个火山旋回形成的火山地层层位产出，分别以基性和酸性端员成分的火山岩为容矿主岩，矿化均以铜为主，含少量的锌，基本不含铅，成矿特征和矿床成因都十分相似的这样一组火山岩型块状硫化物含铜黄铁矿矿床。
这种划分的目的是将昆盖山北坡在基性和酸性火山岩中产出的块状硫化物矿床作为同一种矿床类型的两个端员看待，从整体上认识矿床的形成和产出特点，充分地反映矿床形成的自然属性。下面选择萨落依和阿克塔什两个典型矿床，分别论述以基性和酸性火山岩为容矿主岩的矿床特征，有关该类型矿床成因的详细论述见第四章。

与早古生代海底火山作用有关的铜多金属块状硫化物矿床是祁连山最显著的成矿特色（宋叔和，1985；孙海田等，1997），以白银厂铜多金属矿床为代表，50年来的勘查找矿工作取得了重要的成效，已发现矿床、矿点百余处，勘探成型的矿床10余处（图4-3），且以中小型矿床为主，目前已知该带中最具工业价值的矿床还是白银厂矿田。
总体来说，祁连山块状硫化物矿床主要可分为两类：一类是与中酸性火山岩或中酸性、中基性火山岩相关的矿床，类似于日本的黑矿，如白银厂、尕大坂、浪里克等为代表，其成矿环境应是大陆裂谷或岛弧裂谷拉张环境；另一类是与基性火山岩相关的矿床，类似于塞浦路斯型矿床，成矿元素为富铜型或铜锌型，铅含量低，如石居里沟、九个泉、老虎山等，形成于洋壳的扩张环境。祁连山块状硫化物矿床以前一类为主，后一类由于成矿规模较小，一直不为重视，近年来随着北祁连中西段石居里沟富铜矿床规模的进一步扩大（李文渊等，1999；夏林圻等，2001），而受到关注。
两类矿床的形成均与火山岩浆流体有关（Yang et a1.，1996；李文渊等，1999），火山岩浆流体提供了大量聚集的铜、铅、锌、金等金属元素，应该说不论洋底还是陆上，凡是有火山喷发的地方均有形成此类矿床的条件，只是不同源的火山岩浆脱气形成的火山岩浆流体，所含金属元素的不同而造成成矿类型的差异。陆上（大陆裂谷）或过渡壳（成熟岛弧裂谷）火山岩浆熔融有大量硅铝层的物质，更富含水，易于陆壳铅元素的富集，洋壳（洋脊或弧后扩张脊）火山岩浆，系上地幔部分熔融岩浆源，缺少陆壳物质的加入，贫铅而仅富集铜、锌。

图4-3 祁连山块状硫化物矿床和岩浆铜镍硫化物矿床地质分布图

块状硫化物矿床的形成机理颇多争议，深入对石居里沟富铜矿床的勘查研究，发现矿化显著受火山机构制约的火山喷口的控制（李文渊等，1999；夏林圻等，2001），成矿作用发生于火山作用间歇期或火山喷发结束初期，携带大量成矿金属元素的火山岩浆流体与海水、地表水作用形成成矿热液系统，在岩浆热动力作用下循环喷流成矿，因此，形成的矿体总体形状应是一个呈“蘑菇状”的外形，就与洋壳的扩张环境相关的石居里沟等塞浦路斯型富铜矿床而言，一般茎部矿体呈角砾状、块状矿石，外缘为浸染状矿石，富铜，锌含量较低，矿体产状切穿火山岩层，而蘑菇顶翼部矿体多呈似层状或块状，但铜含量低，锌含量增高，表现为锌高于铜，矿体产状多顺层分布（杨合群等，2002）。值得注意的是，祁连山块状硫化物矿床形成于早古生代，矿床形成后遭受多期构造作用改造，原生构造与变形构造并存，现存的矿体形态不可能套合原生的产状形态。研究矿床的后期改造和变形，有助于矿产地的有效勘查。石居里沟矿床应是弧后次生洋壳扩张环境幔源基性火山作用的结果。祁连山白银厂式矿床的找矿勘查工作已较为深入，而石居里沟式矿床的勘查研究工作还亟待加强。
（一）与大陆裂谷环境长英质火山岩有关的铜多金属块状硫化物矿床
目前祁连山已确认的该类矿床（田）仅白银厂和清水沟-白柳沟两处。白银厂是祁连山发现最早和最重要的铜多金属块状硫化物矿田，同时也是中国最早发现的铜多金属块状硫化物矿床（黄铁矿型铜矿床），前人已进行了较为深入的研究，并有论著详述（宋叔和，1955；夏林圻等，1998，2001；孙海田等，1993；彭礼贵等，1995；李向民等，2000等），笔者为方便对比祁连山VHMS成矿特征，仅摘其新的认识特征予以简述。
白银厂矿田位于北祁连山新元古代-早寒武世石灰沟-白银厂裂谷东延部分，构造环境演化上又叠以奥陶纪的岛弧。矿田产于大陆裂谷早期双峰式细碧角斑岩系中的石英角斑岩类的火山碎屑岩内（图4-4）。分别由折腰山（Cu-Zn型）、小铁山（Pb-Zn-Cu型）两个大型，火焰山（Cu-Zn型）一个中型和四个圈（Pb-Zn-Cu）、铜厂沟（Cu-Zn型）两个小型等块状硫化物矿床组成（图4-5）。矿田火山岩是典型的中心式喷发作用产物，其中折腰山、火焰山铜多金属矿床代表了拉薄陆壳地幔柱重熔岩浆爆发间歇期早期火山岩浆流体作用的结果，小铁山铅锌矿床则反映了稍晚期火山岩浆流体的成矿显示。

图4-4 白银厂铜多金属块状硫化物矿区及外围地质略图

据邬介人等（1994）、彭礼贵等（1996）研究，白银厂矿田是一个具有东西两个喷发中心，两个中心喷发口、由若干个受NWW和NEE向断裂控制、排列有序的火山喷口组成的古火山穹隆构造（图4-5）。矿田古火山穹隆，卫星图像上表现为大的环型构造，酸性火山岩居中，周边为基性和中性火山岩，喷发沉积岩系环绕的椭圆形产出特征。中心的酸性火山岩在1600m水平中段其面积向四周扩大，构成一个上小（1900～2000m标高）下大（1600m标高）、地表被剥蚀的上截锥状体。
折腰山矿床是一个大型古火山口（图4-6），东西长逾2km，南北宽1.2km以上。广泛出露的晶屑凝灰岩和凝灰质角砾集块岩呈围合之状，桌子山岩瘤和家鸽山筒状体等石英钠长斑岩体，是指示火山口存在的标志之一，并综合判断为火山作用晚期的产物。折腰山大型铜-锌矿床和火焰山中型铜-锌矿床直接产于西部喷发中心的古火山喷口或其附近，而铜厂沟小型锌-铅-铜矿床则直接产于东部喷发中心的古火山喷口附近，小铁山大型铅-锌-铜矿床和四个圈铅-锌-铜矿床则产于其火山喷口斜坡，总体可分为火山喷口型和火山喷口斜坡型矿床。火山喷口型矿床主要与火山粗碎屑岩密切伴生，火山喷口斜坡型矿床容矿岩石多为细火山碎屑岩，且与石英钠长斑岩相伴产出，受继承性成岩断裂系统控制。

图4-5 白银厂矿区古火山机构地质简图


图4-6 白银厂折腰山火山岩相地质简图

白银厂矿田普遍发育矿柱是其显著特点。折腰山矿床具有特征的“含铜磁黄铁矿矿筒”。矿筒平面呈30m×50m，呈不规则椭圆形，垂直延深达150m以上。主要由磁黄铁矿、黄铁矿和黄铜矿组成，为块状矿石，具环状分带，边部为5～10m厚的晶架状、蜂窝状黄铁矿组成的格架状矿石环带，向内为角砾-密集网脉状-块状分带；矿简中心为磁黄铁矿、方黄铜矿高温矿物组合，边部出现闪锌矿、方铅矿低温矿物组合，其特征与现代大洋“黑烟筒”“有相似之处。折腰山、火焰山矿床的柱状矿体可分为简单柱状体和复合柱状体，小铁山矿床块状矿石同样呈柱状和板柱状矿体特征，这一特征充分反映了热液对流循环成矿的成因，其矿筒和矿柱集中产出部位，代表了成矿流体主喷流通道部位。
白银厂矿田的围岩蚀变有重晶石化、石膏化，与日本“黑矿”类似。矿田蚀变岩筒在平面上呈闭合状面形产出，不受某一岩性控制，垂向上呈筒状延伸。矿田细碧角斑岩系稀土元素含矿石英角斑凝灰岩（La/Yb）N值13.086～5.978，Mg、Fe在矿体及其附近增高，向外逐渐降低，Na由蚀变岩筒中心向外逐渐增高至火山岩正常含量，K则在外带有一高峰值，反映火山岩中钠长石被交代，Na带出，K带入形成绢云母的结果，Si在矿体旁侧最高，随后降低。
白银厂矿田的矿床成因，争议较多。但归纳起来均与热液有关，仅成矿热液来源存在分歧，海底热液对流循环成因的认识占主导地位（夏林圻等，1998）。普遍认为折腰山铜-锌矿床为火山喷口型成因矿床，小铁山铅-锌-铜矿床为火山喷口斜坡型成因矿床。认为白银厂矿田成矿是在酸性火山作用的晚期，随着浅成或超浅成次火山岩相石英钠长斑岩的侵入和管道相石英角斑碎斑熔岩沿火山喷发通道缓慢侵出之后，下渗海水进入浅部岩浆房，经加热和与晚期含矿岩浆热液混合平衡，形成对流循环的成矿流体，并泵送至火山喷口或火山喷口斜坡控制的继承性成岩断裂系统，向上喷流（热泉）。在水岩界面下沉淀出大量成矿元素，形成矿体和对周围火山岩的热液蚀变岩筒，并后期构造变形变质显著。
清水沟-白柳沟矿田20世纪70年代末发现，夏林圻等（1998，2001）、任有祥等（2000）认为该矿田完全可以和白银厂相对比。矿田位于青海祁连县境内，地质上归为北祁连洋的俯冲杂岩带（许志琴等，1994），该俯冲杂岩带由火山岩组成单位和蓝闪片岩为标志的俯冲杂岩单位组成。清水沟-白柳沟矿田产于其中的火山岩组成单位中，该火山岩区域地质调查划归中寒武世的黑茨沟群，成岩时代中寒武世（Sm-Nd等时线年龄545.12±40.95Ma，夏林圻等，1998，2001），主要由细碧岩（基性火山岩）和石英角斑岩（中酸性火山岩）组成。矿田被两个俯冲杂岩带隔开（图4-7），已鉴别出两个受后期推覆构造改造的古火山穹隆构造，东段大柳沟-白柳沟古火山穹隆构造和西段的石头沟-香子沟古火山穹隆构造。任有祥等（2000）认为大柳沟-白柳沟古火山穹隆构造存在三个喷发中心，石头沟-香子沟古火山穹隆构造鉴别出了一个喷发中心。

图4-7 清水沟-白柳沟地区海相火山岩相地质简图

清水沟-白柳沟矿田共发现铜多金属块状硫化物矿床（矿点）12个，自西而东铁矾沟矿点、哈熊沟矿点、五名沟西矿点、雪鸡沟矿化点、下柳沟西山梁矿点、下柳沟矿床、弯阳河矿床、下沟矿床、白柳沟矿点、郭米寺矿床、尕大坂矿点和香子沟矿床（图4-7）。除香子沟硫铁矿床外，其余矿床、点均分布于大柳沟-白柳沟古火山穹隆构造中。对这些矿床、点的分析研究发现，矿化形成于火山穹隆周边，成矿部位位于酸性火山岩和基性火山岩界面的酸性火山岩中。这一特点反映了成矿流体活动的时空范围和成矿空间。值得一提的是清水沟-白柳沟矿田的成矿酸性火山岩较白银厂明显变质程度低，后者已变质成片岩，是成岩成矿时代上的差异还是构造部位的不同所致，尚待进一步研究。
（二）与岛弧裂谷环境长英质火山岩有关的铜多金属块状硫化物矿床
北祁连分布广泛的岛弧火山岩，Sm-Nd和Rb-Sr等时线年龄测定，跨越整个奥陶纪（486～445 Ma）。认为与中奥陶统的中堡群、车轮沟群中的火山岩相当（夏林圻等，1996）。青海门源县浪力克铜矿应属该岛弧环境的VHMS矿床，矿体赋存于冷龙岭下奥陶统下部火山岩组内中基性火山岩-沉积岩系内。火山岩-沉积岩层可划分为上下两个岩性段：上岩性段由偏碱质安山岩、安山玄武岩及其含角砾、凝灰质岩石夹流纹岩、结晶灰岩、板岩等组成，有闪长玢岩的侵入。在火山-沉积岩层位出现矿化带（北带），可能属构造的原因，未沿走向连续延展；下岩性段由偏碱性-钙碱性中性-中基性火山熔岩、凝灰熔岩、角砾熔岩及似层状透镜状次火山岩（闪长玢岩）组成。主矿带（南带）长约1600m，延伸和区域构造线方向与地层产状基本一致，矿体呈似层状、叠瓦状、透镜状赋存于次火山岩（闪长玢岩）及火山岩层中，矿体中有许多带状及透镜状围岩夹层（图4-8、4-9）。矿体有明显的膨缩、分叉、复合现象。近矿围岩有强烈的硅化，由黄铜矿、少量辉铜矿、石英、长石和绿泥石组成。铜平均品位0.53%，锌、铅、金、银很低，显示其稠密浸染状-稀疏浸染状贫铜矿床的特点。对矿床类型的认识，有火山-沉积变质型、斑岩型、次火山热液型等之说。反映了与岛弧火山岩有关的块状硫化物矿床的特点。

图4-8 青海浪力克铜多金属块状硫化物矿床矿区地质图


图4-9 青海浪力克铜多金属块状硫化物矿床剖面地质图

岛弧火山岩系是北祁连山分布广泛的岩石，岩石组合从碱性、拉斑质到钙碱性系列岩石均有产出，为成熟岛弧的火山岩特征，除块状硫化物矿床浪力克中型矿床外，尚有与浅成热液有关的寒山贵金属矿床（后期构造热液再富集）分布，它们应分属中部成矿体系（块状硫化物矿体）和上部成矿体系（浅成热液贵金属矿体），预测应有发现下部成矿体系——斑岩型低品位铜矿的可能。
祁连山块状硫化物矿床形成于岛弧环境的还有南祁连的锡铁山铅锌矿床，可见岛弧环境成因的矿床，铅成矿元素的富集是显著的。
产于奥陶纪扣门子组火山岩带的细碧岩（基性火山岩）中的红沟矿床，成矿特殊。矿床成因认识，前人有较多分歧：①日本别子型铜矿（宋志高，1984）；②产于大洋盆中的火山岩型（塞浦路斯型）矿床（向鼎璞，1985）；③火山沉积-火山热液型矿床（李喜曾，1986）；④形成于弧后或弧间裂谷盆地环境的Cu（Fe）型矿床（孙海田，1993）；⑤介于塞浦路斯型与黑矿型间的过渡型，更倾向于别子型矿床（邬介人等。1994）；⑥北祁连洋盆闭合期中祁连被动大陆北缘裂谷环境形成与细碧岩-角斑岩-石英角斑岩组合有关的块状硫化物型铜矿（夏林圻等，1995）。综合矿床的特征，再考虑整个北祁连造山前构造演化格局，本书认为很可能是残存的北祁连早古生代洋南岸被动陆缘裂谷或向活动陆缘转化火山作用的环境，为过渡壳构造环境的VHMS矿床类型，但尚需进一步研究。
红沟矿床位于北祁连造山带与中祁连地块接壤的大坂山北坡，在青海省门源西南39km的大红沟地区。自20世纪50年代后期发现以来，先后由青海省地质局、青海省冶金地质勘探公司所属地质队进行找矿评价。70年代中期，青海省冶金地质第七勘探队（1977）经过8年努力，最终确定该矿床为一个与海相火山岩有关的中型富铜矿床，伴有多种有益元素。
红沟矿床的容矿火山岩为细碧岩-角斑岩-石英角斑岩岩石组合，具双峰式火山岩特征。由于有超基性岩块、基性岩块出露，王廷印等（1991）将其称为蛇绿岩套或蛇绿混杂岩。矿区北侧地层除早古生界以外，还分布有三叠系红色砂砾岩，以及与大坂山断裂带南侧相似的古元古代片麻岩、斜长角闪岩，故矿区为挟持于前震旦系之间的晚奥陶世海相火山-沉积岩系（图4-3）。晚奥陶世海相火山岩系，以红沟地区最发育，沿大坂山北坡呈NWW向带状延伸长70km，宽5～7km，向北西在祁连县牛心山西南侧再次出露，长约45km，宽3～5km。火山岩系为细碧岩-角斑岩-石英角斑岩组合，矿区内沿有顺层贯入的细粒闪长岩岩床、超基性岩块、辉长岩块，以及石英闪长岩、花岗闪长岩等侵入体。
红沟铜矿床赋存于矿区火山-沉积岩系上部细碧岩-石英角斑岩岩性段。矿体（群）的直接容矿围岩为细碧质火山岩。除V矿（群）外，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ（盲矿）等6个矿体（群）赋存于同一细碧岩层，呈NW-SE向带状分布。矿体呈扁豆状、透镜状及脉状（图4-10、4-11），共44个矿体，规模较大者有19个。勘探表明，近矿围岩为细碧岩、蚀变细碧岩、绿泥石片岩。Ⅰ、Ⅱ等矿群细碧岩层夹于石英角斑质岩层中。V矿带细碧岩层下盘则为角斑岩层，在花岗闪长岩体中偶见块状和浸染状含铜黄铁矿化体，并出现含磁黄铁矿、毒砂等中高温的组合。含矿细碧岩呈层状夹于石英角斑质岩层中，其矿体（群）随细碧质岩层的波动而变化其产状。同时细碧岩层的膨缩与矿体（群）的累计厚度具相关性。在细碧岩层膨大部位，矿体（群）的累计厚度增大，矿体数增多，规模增大。

图4-10 青海红沟铜多金属块状硫化物矿床矿区地质图


图4-11 青海红沟铜多金属块状硫化物矿床矿区地质剖面图

在Ⅰ～Ⅶ矿体群中，以Ⅱ号规模最大，其次为Ⅰ、Ⅳ、Ⅶ矿体（群）。每个矿体群由若干脉状和扁豆状矿体组成，呈平行复脉状产出。已知矿体数10个，其中规模大者10余个。矿体长约8～455m，厚0.4～3.5m，主矿体一般长为80～300m，延伸60～150m。矿体主要由块状含铜黄铁矿矿石与浸染状黄铜矿矿石组成。单个块状铜矿体一般长20～80m，厚1～3m，与围岩界线清楚，浸染状铜矿体一般分布在块状铜矿体两侧。每个矿体（群）中平行的块状富铜矿体一般2～5个，最多者达9个。单个矿体具裂隙充填特征，并为后期断层截切。
矿石以原生矿石为主，以含铜黄铁矿矿石为主，黄铜矿石、含铜磁铁矿矿石、磁铁矿矿石、黄铁矿矿石次之，有少量含铜石英脉产出。主要为块状矿石，浸染状矿石次之。
矿石矿物的分带自上而下：磁铁矿（含少量赤铁矿）→黄铜矿、黄铁矿+磁铁矿→黄铜矿、黄铁矿→（块状）黄铜矿+黄铜矿、黄铁矿。磁铁矿除作为黄铜矿、黄铁矿矿石中金属矿物组成外，还以铜磁铁矿、磁铁矿等矿体出现在黄铁矿型矿体与围岩接触处及尖灭处。
全矿区铜平均品位为3.09%，一般为0.5%～2%，最高者为33%。块状黄铜矿矿石铜品位一般为15%～20%，其他类型矿石铜品位一般为1%～15%，沿矿床走向，主要矿体（群）的铜平均品位呈跳跃式变化，以Ⅵ、Ⅰ、Ⅱ6、Ⅶ矿体为最富，Ⅳ次之，Ⅲ、Ⅱ1、Ⅱ3、V矿体相对较贫。伴生组分富金是其重要特征。全矿区金平均品位为2.28×10-6，银为48.71×10-6，其他4种有益组分，其平均品位分别为硒0.01%、碲0.00115%、钴0.01%、砷0.64%。
容矿岩石的蚀变与区域变质期的结果难以区分。仅在接近矿体的部位，出现宽数em至3m的绿泥石片岩或绿泥石化细碧岩，在矿体外侧绿泥石化减弱。早期认为片理化带系充填交代成矿，因而绿泥石化可能主要与顺层滑脱构造韧性变形的作用有关，非一般成矿热液的产物。在近矿位置岩石硅化、钠长石化、碳酸盐化有增强趋势。蚀变矿物具有一定的分带性，矿体沿细碧岩层中的构造弱带分布，并包裹围岩角砾残块，在所夹围岩中出现较多的石英方解石脉，表明成矿与容矿围岩的岩性、构造、蚀变的相关性。这一切表明构造裂隙在成矿过程中的重要地位。
在矿体围岩（细碧岩）中黄铁矿硫同位素δ34S为6.6‰～8‰，V矿体（群）δ34S为2.51‰～3.95‰，主矿体（Ⅰ～Ⅱ号矿体）δ34S为6.51‰～8‰（李嘉曾，1986），总体上属低正值范畴。较富重硫的原因，则可能与较晚期主成矿阶段海水硫的参与，热卤水温度相对低，受热干扰程度小而保存的分馏特征。全矿区硫同位素组成的差异，表明其均一化程度不太高，不是单一的硫源，不是单阶段成矿的结果。红沟矿区稀土元素研究结果（李嘉曾，1986）表明，含铜黄铁矿矿石与块状黄铜矿矿石具有轻稀土富集和铕负异常的配分模式，与酸性火山岩的特征相似，较晚期形成的块状含铜黄铁矿和块状黄铜矿矿石和容矿岩石（细碧岩）REE分配模式的不一致性也表明，铜的成矿主阶段尚有诸如石英角斑岩类等其他因素参与。

在古代地质记录中，以火山岩为容矿岩石和以沉积岩为容矿岩石的硫化物矿床占有举足轻重地位，这两大类矿床的现代类比物已在现代海底大量发现（图1-2），它们通常形成于张裂或裂谷作用阶段，并随着张裂盆地的发育，形成各具特色的硫化物矿床，构成完整的成矿谱系。在100多个热水活动区中，至少有15个金属硫化物矿床与陆上矿床规模相当。146个已知的热水活动区和硫化物矿床，主要分布在4种不同的构造环境，即大洋中脊、弧后盆地、岛弧和弧前盆地（图1-2，表1-1）。这里，我们将海底硫化物矿床分为以火山岩和以沉积岩为容矿岩石的两大类矿床，按成矿地质背景对现有重要的海底硫化物矿床和热水活动区做一简单概述。

图1-2　不同构造环境中的热水活动区分布比例（Fouquet,1997）

1—弧后盆地；2—岛弧；3—弧前区；4—慢速扩张脊；5—快速扩张脊

（一）以火山岩为容矿岩石的硫化物矿床

1.洋脊环境

洋脊环境是目前世界海底发现热水活动和金属硫化物矿床最多和最重要的环境（表1-1）。按洋脊扩张速率，可分为快速扩张脊和慢速扩张脊。就热水区分布和矿床规模而言，快速扩张脊似乎比慢速扩张脊具有更大的成矿潜力（图1-2）。

（1）红海海渊热卤水和硫化物矿床：是大洋板块缓慢扩张（半速率约1cm/a）、大洋盆地初期阶段形成的典型矿床类型。海渊深达2000余米，产于转换断层附近平行火山喷发轴部地带的狭长盆地中。据估计，该矿床不含盐金属储量高达1亿吨，大于日本整个北鹿盆地黑矿矿床总储量（7000万吨）（Miller,1966;Degens,1969）。矿床主要为含金属沉积物，伴有硫化物、硫酸盐、氢氧化合物和碳酸盐及大量热卤水。此外，尚可见到块状硫化物烟囱（chimney）碎屑。其主要矿物组合为Fe蒙脱石、赤铁矿、硫化物（闪锌矿、白铁矿、黄铜矿、黄铁矿）、重晶石、石膏、磁铁矿和富Mn菱铁矿等。

（2）中大西洋脊20°N～60°N硫化物矿床：热水活动和硫化物矿床发生于慢速扩张（半速率为1.0～1.5cm/a）洋脊环境，形成于洋盆扩张的晚期阶段。热水活动区分布较广，南起15°N，北至60°N，绵延数千公里，但尤以26°N附近的TAG热水活动区最为强烈、最为典型。该区位于中大西洋底裂谷东翼5km处，热水活动带位于裂谷正断层与转换断层交汇处的火山中心西缘的深水（2000～3500m）盆地中，有3种热水成矿类型：①活动的高温硫化物丘堤，宽约250m，高达45m，估计金属储量达3～5百万吨；其矿石类型包括块状Cu-Fe硫化物，具峰窝状结构，黄铁矿-闪锌矿交生的块状Zn-Fe硫化物、块状Fe硫化物及黄灰色晶质烟囱碎屑，灰色粗粒硫酸盐（石膏）、碳酸盐（方解石）和铁氧化物及铁硫酸盐。主要硫化物组合为黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿和白铁矿；②停息的热水硫化物带，亦可鉴别出不活动的块状Cu-Fe硫化物、Zn-Fe硫化物、Fe硫化物、层状Mn结壳及Fe的氧化物和羟氧化物；③低温热水沉积带，在裂谷壁部断块上发育不连续氧化物-硅酸盐沉积（Rona,1980、1985a、b;Rona et al.,1982）。

（3）西Woodlark盆地硫化物矿床：形成于迅速扩张（半速率为2.7～6.0cm/a）的深水（2000～2300m）盆地环境，发育于洋盆扩张初期阶段。其扩张轴部延伸到张裂的大陆壳中。矿床分布于扩张轴地段破火山口内，与玄武质安山岩带有关。矿床由活动的Fe-Mn-Si氧化物沉积、重晶石-非晶硅-硫化物烟囱和Fe-Mn-Si丘堤及窒息的重晶石-非晶硅-硫化物组成（Binns et al.,1993;McConachy et al.,1986）。主要矿物包括重晶石、非晶硅、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、方铅矿、水钠锰矿和钡镁锰矿。

（4）东太平洋21°N～21°S硫化物矿床：形成于中快速扩张（半速率为2.1～3.0cm/a）的大洋中脊环境，发育于洋盆扩张的晚期阶段（Francheteau et al.,1983）。热水活动区断续分布于长达数千公里的东太平洋隆带上，但硫化物矿床规模一般较小，单个矿床矿石仅几千吨，矿床主要产于洋底扩张中轴附近的轴部地堑、断块或裂隙化的扩张边缘带以及地堑与海底高地交汇处。在深达2600m的轴部地堑盆地，出现块状硫化物丘堤和块状硫化物矿床。其顶部被众多烟囱覆盖，据观察，活动的和停息的烟囱多达80余个。其烟囱类型包括富Cu烟囱、富Zn烟囱和富Fe-Cu硫化物烟囱（Bacher et al,1985;Krasnov et al.,1992）。此外，在块状硫化物丘堤和烟囱上，尚发育外表蚀变带。

2.弧后扩张盆地环境

弧后扩张盆地沿西南太平洋展布，北起小笠原岛弧的Sumisu裂谷（弧后盆地），经Okinawa（冲绳）海槽、北Fiji盆地和Mariana（马里亚纳）海槽，向东南折向Manus盆地，抵达Lau盆地。其中，每一弧后扩张盆地拥有自身独特的发育历史，但它们均为中快速（半速率大于2cm/a）扩张产物。

（1）冲绳（Okinawa）海槽硫化物矿床：冲绳海槽是目前已知的唯一发育在厚达20km陆壳基底上的弧后扩张盆地，它是因菲律宾大洋板块向西俯冲而发育的琉球弧发生张裂的产物。因弧后盆地沿岛弧“热线”开裂，因此，该弧后扩张盆地实际上是一种“岛弧裂谷”作用产物。在此深约1200～1600m弧后盆地内，发育双峰岩石组合，由流纹质（英安质）岩石和玄武质岩石构成。沿弧后扩张带出现高热流异常（Kimura et al.,1988）。热水活动区和硫化物矿床形成于裂谷地堑内部的塌陷盆地中，发育于长英质火山岩系顶部。矿床特征十分类似于日本黑矿。矿床由下部硫化物丘堤和生长其上的硫化物-硫酸盐烟囱组成。硫化物丘堤以Zn-Pb-Cu为主，显示明显的矿物分带，顶部为重晶石矿石，下部为由闪锌矿和方铅矿组成的黑矿，底部为似黑矿，黄铜矿含量增多，但不足以形成“黄矿”（Halbach et al.,1989）。因此，认为Okinawa硫化物矿床可能处于黑矿型矿床的早期发育阶段。在硫化物丘堤之下的流纹质岩石，发生明显硅化，发育浸染状矿化，其特征类似于日本黑矿之“硅质矿”。硫化物-硫酸盐烟囱覆于硫化物丘堤之上，高达5m，其喷出的热水温度可高达320℃（Halbach et al.,1993）。烟囱碎屑构成碎屑状或角砾状矿石或矿层，分布于硫化物丘堤顶部及附近。尽管冲绳海槽矿床没有出现黑矿型矿床特征的硅质岩，但发育众多的硅质烟囱。

（2）马里亚纳（Mariana）海槽硫化物矿床：马里亚纳海槽亦是沿岛弧热线劈开而成的弧后扩张盆地，其东侧为Pagan岛弧，西侧为残留弧——西马亚里纳海脊（Hobart et al.,1983）。马里亚纳海槽因强烈扩张出现洋壳，发育典型的大洋中脊玄武岩而非双峰岩石组合。热水活动区和硫化物矿床发育于弧后盆地内沿扩张中轴发育的火山岩附近的裂隙系统和塌陷构造洼地内，水深达3600～3700m（Natland et al.,1982）。其矿化作用总体上类似于大洋中脊情况，以Cu-Zn矿化为主。热水活动区内，存在大量活动的和停息的热水喷口和烟囱。喷出热水高达287℃。烟囱矿物除硫化物外，尚出现大量非晶硅。硫化物主要由闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿及少许方铅矿组成。脉石矿物主要为重晶石和非晶硅（Leinen et al.,1987）。

冲绳海槽和马里亚纳海槽分别代表着弧后扩张盆地发育幼年期和成熟期阶段产物。介于两端元之间尚存在过渡类型，如Lau盆地，形成连续的多金属矿化谱系（Fouquet and Stackelberg et al.,1993）。

3.岛弧环境

岛弧环境的海底成矿作用仅见于西太平洋小笠原岛弧，矿化出现于岛弧海山上或海底火山口内（Urabe et al.,1987）。矿化主要为多金属矿化，在海底堆积物内可鉴别出少量重晶石、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿和黄铜矿、斑铜矿等，见块状硫化物团块和脉状浸染状矿化角砾或团块（Urabe et al.,1990）。总体上矿化较弱，尚未发现具一定规模的矿床。

（二）以沉积岩为容矿岩石的硫化物矿床

（1）Escanaba海槽硫化物矿床：Escanaba海槽是Gorda洋脊南段缓慢（半速率为2.3cm/a）扩张形成的充填沉积物的中轴谷地。沉积物为半远洋沉积和浊流沉积，厚约300～1200m。谷底多平坦，但发育链形分布的沉积丘和直径数公里的火山穹丘或中心。环状沉积丘高达120m，可能是岩浆侵位和块断作用产物。热水活动区和块状硫化物则形成于沉积丘周围的环形凹陷内，其中块状硫化物矿床出露厚度至少100m，据估计，金属储量达几千万吨，系现代海底第二个最大的硫化物矿床（Zierenberg et al.,1993）。

硫化物矿床主要为磁黄铁矿矿床，伴有少量黄铜矿、闪锌矿、毒砂和白铁矿。局部出现富重晶石和多金属硫化物。富磁黄铁矿块状硫化物矿石，富含Zn、Pb、Ag、As、Sb和Sn。碎屑状硫化物矿石见于富磁黄铁矿矿石顶部，硫化物间断出现红褐色含金属泥，并被绿泥石化的半远洋沉积物和浊流泥、粉砂覆盖。此外，尚发育以硫酸盐为主的沉积物，包括产于硫化物丘堤之上的重晶石烟囱和在活动热水喷口附近的硫酸盐泉华。

（2）Middle Valley硫化物矿床：Middle Valley是Juan de Fuca海脊最北端中快速（半速率大于2㎝/a）扩张形成的长约50km的大洋裂谷。它亦由半远洋沉积物和浊积物充填。裂谷谷底总体平坦，但存在平行裂谷中轴断裂分布的若干沉积丘和小火山穹丘。谷底沉积序列厚度不等，从裂谷边缘的几米至谷底中心的几百米。沉积丘和熔岩穹丘之下存在洋中脊玄武岩及岩浆房。该区段出现明显的高热流异常（Devis et al.,1992）。热水活动区有两个，一个为块状硫化物区，矿床厚度超过95m，达超大型矿床规模（几千万吨），另一个为正在喷射高温（265℃）流体的热水区。

在块状硫化物矿区，块状硫化物矿体产出于宽400m、厚60m的沉积物丘中。碎屑硫化物矿层与蚀变的和未蚀变的半远洋沉积和浊流沉积互层产出，硫化物结构表明，硫化物丘堤是硫化物烟囱生长与塌落堆积并被热水流体渗滤的交代产物（Devis et al.,1987）。主要硫化物组合为磁黄铁矿、黄铁矿、白铁矿、闪锌矿、黄铜矿及少许方铅矿。非金属组合主要为重晶石和非晶硅。

综上所述，现代海底热水成矿作用可产生于不同海底环境，但均与海底扩张作用和断陷活动密切相关。尽管不同构造环境的热水流体化学、热传输及矿化类型可能存在重要差异，但基本的热水作用过程是类似的，即具有类似的成矿三部曲：①由扩张中心及其附近岩浆热源驱动海水在海底下循环；②加热的海水与渗透性壳岩发生反应；③热水在海底排泄成矿。

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