海底热液循环中矿物沉淀过程数值模拟

为了探索高渗透性洋壳中高温热液循环系统的形成机制,以数值模拟为手段研究热液循环中的矿物沉淀过程及其对洋壳渗透率的反馈.在热液对流-矿物反应模型中考虑了硬石膏、黄铁矿和黄铜矿的沉淀和溶解反应,基于矿物的溶度积计算矿物的沉淀/溶解量,并将其转换为渗透率的变化.结果显示,黄铁矿和黄铜矿分布于350~380℃等温线范围内,并随着热液温度升高而逐渐向海底推移.海水被加热及与热液混合过程中沉淀出硬石膏,在热液上升通道两侧形成低渗透性的烟囱状结构,降低了海水-热液混合程度从而使热液温度升高.高温热液通道建立后,便会有更多的金属物质随着高温热液被运输至浅层洋壳或海底.模拟结果为理解海底高温热液喷口的形成机制提供了借鉴.      

玄武岩-海水相互作用与海底热液成矿作用

<正>海底热液活动是二十世纪海洋地质学最重要的发现之一,已成为国际前沿研究热点。海水渗入大洋中脊被地壳下的岩浆加热后,从"黑烟囱"喷口里排出温度高达400℃的热液。这些热液在与周围的冷海水混合时,水中的金属硫化物就沉淀到烟囱和附近海底上。大量事实证明,海底热液性质是由热液与洋中脊玄武岩反应所控制     

地质流体及成矿作用研究综述

地质流体是一定地质作用的产物，而矿床的形成过程与特定地质构造背景下地质流体的产生、运移和聚集有着密切联系。不同成矿流体的成矿机制各有差异。岩浆热液因温度降低、压力减小等因素使热液中成矿物质达到过饱和，从而产生矿质沉淀；沉积盆地含矿热卤水流体在热对流、沉积压实等作用下运移、充填、聚集；与海底基性火山活动有关的现代大洋海底热液形成硫化物矿床；地幔流体的碱交代作用形成大型一超大型中高温热液矿床。在具体的成矿过程中，各种构造环境又对流体中的成矿元素的分配、集中起到至关重要的控制作用。     

热液柱温度异常与地球化学异常研究

现代海底热液活动(Modem Seafloor/Subma-rine Hydrothermal Activity)是普遍发育于海底活动板块边界和板内火山活动中心的一种自然现象,它是大洋与地壳之间能量和质量交换的主要执行者,其产生的巨大热量是不可忽视的能量来源,Lowell等.(1995)的初步计算表明海底热液活动传送的热量占地球总热通量的25%.现代海底热液活动的一个突出表现是高温的热液流体从海底喷出,被周围的海水稀释104～105倍(Lupton等,1985).在热液流体和周围海水混合过程中,发生一系列的沉淀和氧化反应,充满颗粒物的热液柱上升几百米甚至1000m(Gendron等,1993),然后向侧面扩张,最终形成一个明显的具有好几千米空间尺度的水文和物理化学层,这为我们寻找海底热液多金属硫化物和新的热液喷口位置提供了一个放大镜.在对海底热液活动的调查研究过程中,人们逐渐认识到热液流体与大洋沉积物和玄武岩之间的相互作用、热液柱中各种元素的迁移、沉降和吸附等地球化学行为是影响化学元素全球循环的重要因素.     

现代海底热液过程及成矿

原始的海水成分、基岩的组分及结构、热源性质等因素决定着现代海底热液喷口系统的流体成分, 同时, 各种地质构造背景下的岩浆脱气作用也在不同程度上影响热液流体的组成.热液流体一旦喷出海底, 就能形成不同类型的热液沉积体, 包括高温流体形成的金属硫化物或硫酸盐烟囱体、热液丘以及由低温弥散流及非浮力羽流形成的含金属沉积物堆积体.高温烟囱体的形成受控于海水和热液的混合比例, 常常表现为典型的两阶段模式, 即先形成环状硬石膏表层, 然后在其内部发生富Cu硫化物的沉淀.这一模式在更大尺度上也可以观察到, 如TAG热液丘.含金属沉积物遍布海底, 除热液羽流外, 金属硫化物烟囱体在氧化环境中氧化蚀变的产物也是其重要来源.生物的活动贯穿于现代热液过程的始终, 并在烟囱体的形成、分解以及羽流的扩散沉淀过程中起到了重要作用.当前, 热液生物矿化机理、Lost City型热液场以及超慢速扩张洋脊的有关研究是海底这一系统研究的热点, 前两者研究能使人们更好地理解地球早期的演化和生命的起源, 而后者的考察和研究能进一步丰富海底热液成矿理论, 并有助于寻找更大规模的热液矿体.      

现代与古代海底热液成矿作用研究进展

海底热液成矿是近年来地质学家关注的热点问题。现代海底热液成矿作用的研究推动了古块状硫化物矿床成矿过程的认识。结合现今研究成果综合分析表明:海底热液成矿作用主要分布在张性活动板块边界,与大地构造活动紧密相连;成矿金属物质来源具有多元性,金属矿化的类型受基底类型(洋壳-陆壳)和岩性组合(基性岩石-中酸性岩石)的控制,岩浆来源的物质也可能对一些块状硫化物矿床有贡献;主导海底热液成矿作用的核心为对流热循环系统,对流循环具有单循环和双扩散对流模式;海底块状硫化物的堆积过程是烟囱的生长、倒塌堆积和热液流体充填与交代的过程,成矿热液流体的温度和密度在这个过程中起关键作用。基于海底热水矿床的重要性,建立完整的热水喷流成矿理论意义重大。     

新西兰韦斯特兰省南阿尔卑斯山铜金热液体系

新西兰的南阿尔卑斯山是一个现在还在上升的山脉,在阿尔比尼断层附近显示出地热异常,阿尔比尼断层是澳大利亚板块和太平洋板块的分界线。在这个上升带中出现了强烈的热液运动,这种热液运动导致了石英脉中的金属矿化。金的矿化限于绿片岩相的岩石中,而阿尔比尼断层附近的角闪岩相岩石中年轻的石英脉中则富含铜。地下上升的热液和下渗的大气降水溶液之间的相互作用控制着这个复杂的热液体系中金属的搬运活动和沉淀过程。变质热液已与石墨片岩围岩相平衡,并且相对被还原,大气水的渗入和混合增加了氧的活动性而降低了硫的活动性。大气水在下渗过程中被氧化,但温度上升,溶解了一些铜。当这种液体变成还原状态时,溶解的铜便沉淀出来。因此,这个热液体系的中间部分,铜的含量是逐渐增加的,特别是在阿尔比尼断层附近的强烈破碎渗透性较好的岩石中。     

热液成矿作用地球化学:以金矿为例

文中以金矿为例总结了热液成矿地球化学特征,包括热液蚀变、金在成矿热液中的地球化学行为、富集-沉淀机制以及在硫化物中的存在形式。热液蚀变过程中形成的矿物组合反映了成矿流体的地球化学特征,蚀变模式具有重要的找矿勘探意义。在热液体系中,金主要以Au-Cl或者Au-S络合物的形式进行运移,体系温度、压力、氧逸度以及硫逸度等条件的变化是导致络合物分解、金沉淀的主要机制。在较高压力条件下,金趋向于在热液蒸汽相中富集。As和Sb是金矿热液体系中常见的伴生元素,在较低硫逸度条件下,形成自然砷/自然锑-自然金组合。金从热液中沉淀后主要以显微包裹体或者固溶体金的形式赋存于黄铜矿、毒砂、磁黄铁矿以及黄铁矿等硫化物中,而硫化物中固溶体金的量主要受热液H_2S活动性的控制。     

热液中银、铅、锌共生分异的实验研究

对NaCl—HCl—H2O体系中银、铅、锌氯络合物稳定性进行实验研究，结果表明：热液中银、铅、锌氯络合物的稳定性受体系温度、pH、Eh以及组分浓度的控制。相同温度下，H^ 、Cl^-浓度降低，还原硫增加，均使络合物趋于不稳定，发生不同程度的沉淀分异。当t=300℃,[Cl^-]=0.24mol/L,pH＝6．86时，铅氯络合物的沉淀量达55％，锌氯络合物的沉淀量超过92％。热液体系中硫化物的存在，对银的影响最大，溶液中的银氯络合物几乎沉淀完全，浓度可降至检测限以下。而铅和锌的氯络合物相对稳定。热力学计算表明：溶液中的银是以硫化银或自然银的形式沉淀析出。因此，还原硫的存在是导致热液体系中银与铅锌发生分异的重要因素。     

国外有关沉积岩中金矿床的成因模式

本文确认国外沉积岩中金矿床成因模式包括a.成矿物质来源：主要有同生喷气沉积作用,即海底热泉或海底热液环流作用,赋矿围岩沉积岩、沉积变质岩（主要为黑色板岩）;上-下地壳;岩浆热液。b.控矿条件：断裂控矿（主要为冲断层的上盘）;温-压条件,即变质作用退化阶段温-压梯度减小滞后情况下。c.矿质迁移沉淀：含矿流体多以氯和硫氢络合物形式搬运;成矿流体沉淀主要受控于温度、压力、pH、Eh、水/岩交换作用等。d.矿床形成的大地构造环境主要为：早古生代、晚中生代被动大陆边缘的大陆架和浅海域;聚敛性板块边缘部位;大陆拉张构造或裂谷体系。     

现代海底热液多金属硫化物的成矿物源:同位素证据

现代海底热液活动的调查研究已经持续了30多年。尽管提出了多种有关海底热液活动的演化模式,但围绕现代海底热液成矿的物源体系和时空演化问题仍然存在许多谜。因此,从80年代初,人们开始广泛关注现代海底热液沉积物的同位素地球化学研究,解决现代海底热液成矿的物源问题,并揭示热液流体的时空演化规律,进而探索海底热液活动与岩浆．构造活动的关系。     

含矿流体混合反应与成矿作用的动力平衡模拟研究

本文在约定热液体系中成矿元素成矿速率(成矿过程中单位时间内单位体积所合成矿元素重量的变化)的基础上。借助于物质-热-化学-成矿四重全耦合的研究思路，构建了均匀热液体系、层状热液体系、岩浆侵入热液体系下成矿元素的迁移、富集、溶解与沉淀作用数值模型。模拟结果表明；(1)硫化物(H2S)和硫酸盐(SO42-)流体的混合反应是成矿热液体系中铅、锌、铁成矿元素成矿的重要控制因素；(2)均匀介质、岩浆侵入或地质构造的存在，对成矿元素在成矿流体运移的速度、流线、温度分布和成矿元素的溶解与沉淀分布都有着各自的特征．不同的成矿环境或成矿背景制约了成矿元素的迁移与富集以及矿体的产出定位。暗示成矿环境及成矿速率对热液体系中成矿元素的沉淀与溶解具重要作用；成矿流体的混合反应是成矿作用发生的重要机制之一。在成矿理论研究中必须充分考虑不同地质构造因素的约束。     

海底热液成矿活动研究的进展、热点及展望

海底热液活动研究进展迅速,热液矿化作用已成为当前国际地球科学最为活跃的研究领域之一。本文叙述了:(1)热液调查新技术、新方法、矿床赋存状态、主要类型以及热液矿化作用的研究进展:(2)当前国际研究的热点,包括海底热液矿床和构造岩浆背景、热液流体形成和金属浸析作用、热液沉淀过程中的金属分馏作用、热液排放与大洋的质重平衡等。最后强调加强海洋地球科学国内外合作的必要性。     

金在热液系统中的搬运和沉淀

引言了解热液金矿床形成的关键就是要了解在高温高压下含水电解溶液中金络合物平衡的化学知识,关于热液成矿流体中金络合物的稳定性和化学计算(法)至今我们了解甚少,因此我们要了解的溶液中由于温度、压力、氧化电位、PH的变化,溶液中不同成分活度扰动而导致金沉淀的条件是非常有限的,本文目的,只是讨论一下在成矿溶液中金搬运和沉淀的问题,并在我们现有的知识基础上就金在热液中的搬运稻沉淀的控制机理谈几点结论。     

层控铅锌矿中两类矿化的成因及相互关系——以陕南八方山为例

陕西八方山铅锌矿床存在两类密切共生的矿化:富含铅锌的整合层状矿和富含黄铜矿的网脉矿.两种矿化均由海底热液活动一次形成.前者代表矿质沉淀于海底,后者代表矿液补给带.成矿热液来自海水,于同沉积断裂中经循环加热而成.     

深海底热液活动研究热点

深海底热液活动是现代海洋地质科学研究的前沿热点, 我国这方面的研究工作刚刚开展, 亟需对现有研究成果进行总结。本文对海底热液活动的调查研究过程和现状进行了回顾, 重点分析了热液喷溢动力过程的理论研究成果, 从实测事件数据的研究成果中找出了影响热液柱的形态和分布的各种因素, 并对热液烟囱和极端温度微生物等海洋学研究热点进行了分析, 为深海热液活动调查和理论研究提供基础。      

金在现代海底热液系统中的分布及演化

现代海底热液系统内冷海水的下渗和热液流体的上涌及由此引发的水岩反应驱动着金的循环演化,并可在海底形成极具经济前景的富金矿床。海底下覆基岩深部层位中的金会因为水岩反应而大量溶解迁移到热液流体中,金含量可比海水高千倍的热液流体在向海底表面运移过程中发生的相分离作用会进一步富集金,当遭遇冷海水发生混合作用后引发H_2S浓度和温度的降低,由此导致金因溶解度降低而从热液流体中迁移出来并赋存在一同形成的硫化物矿物中。海底硫化物中金含量的分布受到围岩性质和构造环境的控制,形成在岛弧和弧后环境中的硫化物一般比洋中脊环境中的硫化物的金含量高,而在相似构造环境下形成在长英质围岩系统和超镁铁质围岩系统中的硫化物其金含量比镁铁质围岩系统中的高。相对于高温阶段形成的黄铜矿,低温成因的黄铁矿和闪锌矿普遍更富集金。在分布最广的黄铁矿的晶格内,固溶体态金的溶解度受到砷含量的控制,当超过矿物的溶解度时则会出现纳米到微米级金颗粒聚合体。虽然热液硫化物中的金含量比热液沉积物高的多,但由于受其捕获效率的制约,随热液流体运移到海底表面的金还是有相当一部分最终随着羽状流扩散到了远端沉积物中或被海洋水体所接纳。若要更清晰甚至定量化地厘清金在现代海底热液系统中的迁移演化过程及控制因素,则微区、原位和高精度的实验方法、分析技术和模拟研究将是下一步工作的重点。     

现代海底热液沉积矿物中流体包裹体研究的地质意义

本文在总结现代海底热液沉积矿物流体包裹体研究新进展的基础上,分析了当前利用流体包裹体所研究的主要科学问题,包括证实岩浆流体对热液系统的贡献,海底热液系统存在多元循环和多个端元流体混合,流体的混合和不混溶(或相分离)作用是矿质沉淀的两个重要机制;总结了当前流体包裹体实验方法的发展现状,指出存在的主要问题是受制于当前测试分析技术和海底采样能力,并由此提出流体包裹体在现代海底热液研究中应用的发展方向为:开拓流体包裹体的测试手段和开发热液区深海下潜和钻探装备能力等。     

地形环境对海底热液硫化物矿体内部流体循环的影响

在三层结构热液硫化物矿体模型的基础上, 分别构建了具有不同地形环境的海底热液硫化物矿体模型, 利用数值模拟方法, 模拟了具有倾斜海底面和起伏地形特征的硫化物矿体模型内部温度场和流场分布, 并据此探讨了地形环境在大型海底热液硫化物矿体形成过程中的控制作用.模拟结果表明: (1) 倾斜的洋壳层顶面对于矿体内温度场和流场分布的影响程度有限; (2) 矿体地形起伏是控制矿体内流体运移和热场分布的重要因素; (3) 在热液流体喷出区附近硫化物的堆积速度较快, 易于形成矿体的高地形区; 但随着地形的不断升高, 矿体内部的温度场和流场的分布模式会逐渐发生改变, 导致该区域热液喷口逐渐消亡或者改道.      

热液条件下锐钛矿晶体生长的实验

为了解金属离子生长成为热液矿石矿物的过程和机理,使用氟钛酸钾稀溶液在100 MPa和200~400℃条件下开展了一系列等温不等时和等时变温实验.结果显示该热液条件下形成了不同形貌的锐钛矿.随着反应时间和温度的增加,锐钛矿由几十纳米生长至十几微米;10 h以内的晶体生长速度远高于10 h以后,相对高温下的晶体生长速度则高于低温,表明锐钛矿的热液生长与温度、过饱和程度密切相关.综合来看,粒子成核生长、定向附着和奥氏熟化先后控制了热液锐钛矿的生长,而金属在流体中的过饱和程度和溶解-沉淀过程则决定了其生长速度.因而锐钛矿的形态特征可用于指示其形成的温度、世代关系甚至含氟流体的演化历史.