冲绳海槽海底热液硫化物金银富集机制研究

发布时间：2020-04-27 10:37

【摘要】：自上个世纪七十年代末首次发现海底热液活动以来,海底热液活动以及热液硫化物成矿过程中的金属元素赋存形式及富集机制一直是国际研究热点和前沿问题。产于不成熟弧后盆地中的热液硫化物矿床,其成矿特征不同于洋中脊和成熟弧后盆地,通常具有典型的富Pb-Zn成矿特征,尤其是显著富集金和银。本研究依托“973”项目“典型弧后盆地热液活动及其成矿机理”,利用我国自主调查航次在典型弧后盆地冲绳海槽的中部和南部热液区获取的热液硫化物样品,采用电子探针、扫描电镜/能谱和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱等原位微区分析技术手段,对不同类型热液硫化物中金和银元素赋存形式和富集机制进行了研究。通过对硫化物样品的详细镜下观察、硫化物单矿物中金和银元素的微区分析,并结合热力学模拟计算等方法,揭示了冲绳海槽热液区不同类型热液硫化物中金和银的赋存形式及其差异化富集特征,对深入认识冲绳海槽热液活动和热液硫化物成矿机理提供了重要科学依据。本文主要取得以下认识:1.对冲绳海槽南部的第四与那国海丘和中部的伊平屋北海丘热液区典型热液硫化物样品开展了系统的矿物学和地球化学研究,热液硫化物主要类型为富Zn-Fe-Cu块状硫化物、富Zn-Pb-Ba-Cu块状硫化物和富Si-Ba-Fe块状硫化物。富Zn-Fe-Cu硫化物样品中,闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿占主导,且黄铁矿呈自形-半自形,反映高-中温的成矿条件;富Zn-Pb-Ba-Cu硫化物样品中,其细粒的闪锌矿-黝铜矿-方铅矿组合、普遍存在的重晶石和无定形硅,反映中-低温的成矿条件;富Si-Ba-Fe硫化物样品,以无定形硅和重晶石占主导,富含胶状硫化物矿物,对应低温热液活动。2.识别出冲绳海槽海底热液硫化物中一系列载金矿物和载银矿物,估算了各载金和载银矿物中的金、银含量。其中载金矿物平均含金量从高到低分别为:雌黄、胶状黄铁矿、胶状闪锌矿、黝铜矿;载银矿物平均含银量从高到低分别为:银硫盐矿物和银硫化物、黝铜矿、铜蓝、方铅矿、胶状黄铁矿、胶状闪锌矿、雌黄。根据载金/银矿物的矿物丰度和各载金/银矿物的金/银含量,估算各载金矿物中的金总含量:胶状黄铁矿胶状闪锌矿雌黄黝铜矿黄铜矿、闪锌矿、黄铁矿,和各载银矿物中的银总含量:黝铜矿方铅矿铜蓝≈胶状黄铁矿、胶状闪锌矿黄铜矿雌黄。3.金主要以“不可见金”的形式赋存于载金矿物中:以晶格替代及亚显微自然金包体形式赋存于胶状黄铁矿中,以均匀分布的晶格替代或纳米级包体形式赋存于胶状闪锌矿中,以晶格替代的形式赋存于雌黄、黝铜矿中。银在富银矿物中主要以晶格替代形式赋存:Ag在黝铜矿中替代Cu的晶格位置,在方铅矿中Ag与其他一价元素T1、Cu及三价元素Sb、Bi一起组合替代Pb的晶格位置;银在黝铜矿和方铅矿中的赋存均受到高Sb含量的促进。4.结合金银分布特征及硫化物的矿物组合特征、矿物的形态及其微量元素特征,总结了对应于成矿温度的3组赋金矿物和4组赋银矿物。3组赋金矿物:低温条件(150℃)沉淀的胶状硫化物矿物以及雌黄最富集金;而高温条件(300℃)沉淀的闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿等,以及中温条件(300-150℃)沉淀的黝铜矿,仅赋存痕量或少量金。4组赋银矿物:中温条件(300-150℃)沉淀的黝铜矿和方铅矿最富集银;而高温条件(300℃)沉淀的闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿,低温(150℃)条件沉淀的胶状硫化物矿物及雌黄,以及更低温(100℃)条件沉淀的银硫盐矿物,仅赋存少量或痕量银。在冲绳海槽海底热液硫化物中,金富集于低温成矿条件下,主要产出于热液丘顶部的晚期富重晶石层;而银主要富集于中温成矿条件下,黑矿型的矿石是银的主要产出部位。5.对金银的的迁移形式及沉淀机制的热力学模拟计算显示,温度降低是Ag以及其他贱金属矿物(Ag及Zn、Pb、Cu的迁移以Cl-络合物占主导)沉淀的有效控制因素,这解释了 Ag主要富集在中温的黑矿型矿石中。而冲绳海槽热液流体的高pH值(与厚层沉积物中的有机质反应),促使Au主要以HS-络合物而非C1-络合物迁移。Au的溶解度对热液-海水混合导致的温度、pH变化不敏感,而主要因H2S浓度降低(因海水大量混入热液而被稀释,以及被主成矿期硫化物矿物的沉淀大量消耗)发生沉淀,解释了高含量的Au不在中高温条件下沉淀于主成矿期,而是于晚期低温条件下与胶状硫化物一起沉淀。
【图文】：

可以发现冲绳海槽热液区硫化物矿床多为Ｚｎ－Ｐｂ－Ｃｕ型硫化物矿床，不同于洋内型弧逡逑后盆地产出的Ｚｎ－Ｃｕ型硫化物矿床及洋中脊构造背景产出的Ｃｕ－Ｚｎ型或Ｚｎ－Ｃｕ型硫化物矿床逡逑（图１－１Ａ）。冲绳海槽的海底热液硫化物具有明显的Ｐｂ富集特征，而报道的富铜的样品逡逑非常少。这种差异部分归因于洋中脊和成熟的弧后盆地之下为相对富集Ｃｕ、Ｆｅ的玄武质逡逑岩石，而不成熟的弧后盆地其火山作用产物主要为相对富含Ｐｂ的长英质火山岩系。冲绳逡逑海槽热液硫化物矿床富Ｐｂ还与沉积物的贡献有关（Ｈａｌｂａｃｈ邋ｅｔ邋ａｌ．邋，，邋１９９７）。沉积物对逡逑Ｐｂ的贡献，在发育于沉积物覆盖的洋中脊上的热液硫化物矿床的化学特征上也有所体现逡逑（图１－１Ａ）。贫Ｆｅ是冲绳海槽海底热液硫化物的另一特征，在岛弧背景和东马努斯盆地逡逑发育的热液硫化物大部分样品Ｆｅ的比例也相对较低（图１－１Ｂ）；而洋中脊背景，包括太逡逑平洋东部的沉积物覆盖的洋中脊，发育的海底热液硫化物中Ｆｅ都是占主导的（图１－逡逑１Ｂ）。这主要归因于基岩性质的差异：洋中脊的玄武岩基岩中含Ｆｅ矿物含量高，而冲绳逡逑海槽、东马努斯盆地这些不成熟陆内弧后盆地的长英质基岩中Ｆｅ含量相对较低。这与热逡逑液流体的组成一致：冲绳海槽中热液系统喷出的热液Ｆｅ浓度在８．邋６－４４５邋ｍｊｈｏＩ／Ｌ之间逡逑（Ｋａｗａｇｕｃｃｉ

Ｆｅ邋（ｗｔ．％）逦Ｐｂ邋（ｗｔ邋％）逡逑图１－１全球海底热液硫化物矿床的主量元素三角图逡逑（Ａ）邋Ｚｎ－Ｃｕ－Ｐｂ三角图，冲绳海槽的样品明显富集Ｐｂ；邋（Ｂ）邋Ｐｂ－（Ｃｕ＋Ｚｎ）－Ｆｅ三角图，冲绳海槽的样品明显逡逑相对贫Ｆｅ。数据整理自ＪＡＭＳＴＥＣ邋Ｇ０ＤＡＣ邋（见第２页脚注１）和ＩＳＡ数据库（见第２页脚注２）。逡逑７逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P618.5

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本文编号：2642173