沉积环境与沉积相课程论文
——题目：热水沉积及其成矿作用
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热水沉积及其成矿作用
摘要：热水活动在岩石圈中是一种昨常重要的地质和成矿作用，热水沉积成矿作用是当今地质学和地球化学领域的研究热点和重要课题，至今已经取得了许多重要的研究成果。通过对国内外相关研究资料的综合调查分析, 对热水沉积成矿的概念、矿物岩石学标志、地球化学特征、成因机制及其与金属成矿作用的关系等方面进行归纳总结。
关键词：热水沉积；热水沉积成矿；沉积环境；成因机制
近些年来，热水沉积作用的研究在地质和地球化学领域形成了一个热潮。国际上，以60年代基伍湖和红海海底热水沉积物的发现和研究为契机，重新评价热液成矿理论，使喷气溢沉积获得新的发展动力。70年代末期大洋中脊热泉沉积的发现，把热水沉积的研究提高到一个新的阶段，吸引起地学工作者和其它领域的专家的极大关注。热水沉积作用的发现和研究被认为是继板块运动以来地学界的又一重大突破，它使矿床究竟是如何形成的这一古老的命题从单纯的思辩和模拟范畴，变得可以实际观察和操作。据现今正在发生成矿作用的“天然实验室”的各种作用的理解，澄清了许多有关矿床形成的多种假说长期争论不决的状态为在浩瀚的现代海洋底部寻找新的工业矿床开辟了广阔的前景。并藉以在陆地发展为有效的找矿预测理论和方法。
本文综合分析国内外相关资料，对热水沉积成矿的概念、矿物岩石学标志、地球化学特征、成因机制及其与金属成矿作用的关系等方面进行归纳总结，并展望了热水沉积成矿研究的发展趋势。
一、热水沉积作用的概念
热水沉积作用是指循环流动在地球内部的热水体系到达地表或地表附近时所发生的沉积作用、交代——充填作用和热动力作用。根据热水沉积作用发生的环境，可以分成陆相热水沉积作用和海相热水沉积作用。从时代上，可分为现代热水沉积成矿作用和古代热水沉积成矿作用。
现代热水沉积作用主要发生在洋脊扩张中心、岛弧、弧后扩张中心及板内火山活动中心，它是岩石圈物质和能量排放的重要途径。古代热水沉积岩(矿)主要产于被动大陆边缘盆地中，受同沉积断裂的控制，已发现的热水沉积成矿遍布多种地质环境，裂谷系、大陆边缘、克拉通内部都有分布。同沉积断裂控制的深海洼地和古地温异常是热水沉积成矿的理想条件。
总的说来，热水沉积主要与地壳受热——拉张——变薄的裂谷化过程相联系。这种裂谷环境有利于海水的渗透循环，较厚的硅铝质地壳和超厚的沉积柱使得对流循环的热水流体能从中淋滤、萃取出大量有用元素；裂谷带岩浆活动频繁，具有异常的高热流值，可为流体提供物质和能量；同时，裂谷环境中同沉积断裂发育，常成为热水流体运动的诱发因素和流体上升、喷溢的通道。
二、热水沉积岩
热水系统是地球上广泛存在的一类特殊体系，形成了一类特殊的沉积岩——热水沉积岩。热水沉积岩既是热水沉积作用的产物，又是热水沉积型矿床的成因标志和重要的找矿评价标志。
按形成岩石的流体的温度不同可分为中高温热液热水沉积岩和中低温热水沉积岩和热水交代岩。
以岩浆活动形成的热水流体一般为中高温热水流体， 温度在250℃以上， 多形成完整的热水沉积序列， 从横向到纵向具有完整的高温到低温热水沉积组合。而以构造动力及普通地热增温活动所形成的热水流体多为中低温热水流体， 形成温度在250℃以下， 其沉积
物分带不明显， 并且不同的地热区具有不同的沉积组合。主要的岩石类型有钾长石岩、钠长石岩、电气石岩、萤石岩和硅质岩等。
热水沉积岩具有典型的热水沉积组构，主要为块状、纹层状、条带状、网脉状或浸染状构造以及喷气构造；砂屑、微晶粒状、泥晶或泥晶- 微晶胶状结构。陈先沛等(1992)总结热水沉积作用的几个岩石学标志主要为：与沉积物同期的交代、充填结构，喷溢条带和纹层，礁硅岩套。并指出礁硅岩套是重要的热水沉积成矿建造标志和找矿标志。
三、热水沉积的矿物岩石学标志
热水沉积作用较迟 为人们所重视与该作用的性质有关。热水对物质和能量的输送所留下的固态产物和遗迹数量相对于以后散失的大量热水要少得多，因而不易被发现认识。研究热水沉积作用，尤其是地质上已经发生过的热水沉积作用，在很大程度是识别和确定热水沉积作用的标志问题。
热水沉积作用的标志是多方面的现代热水场可以用地球物理、地球化学、地质学的多种 方法实际观测、取样分析、综合比较：对古代热水沉积的研究要困难得多全面介绍有关热水沉积的各种标志不是一篇文章所能包容的。对几种较常见的岩石学标志作简略的介绍。
热水沉积岩种类繁多，主要与热水活动环境、温度压力等物理化学条件等有关。根据热水活动环境，可以分为海相与陆相环境。
海相环境以海水及岩浆水为主要热水流体来源，陆相环境以天水、建造水及岩浆水为热水流体来源。由于流体原始来源环境不同，其成分有较大差别。海水化学成分稳定，其演化成为热水流体具有广泛的可比性，所形成的化学沉积物也可以进行比较。陆相天水与建造水演化为热水流体，主要与水岩作用有关，高温岩浆水的加入及岩浆作用使陆相热水流体成分复杂化，因此陆相热水流体及沉积物的可比性较差。不同的地热环境，因地热温度不同造成热水流体温度及其沉积物成分的差异。以岩浆活动形成的热水流体一般为中高温热水流体，温度在250 ℃ 以上，多形成完整的热水沉积序列，从横向到纵向具有完整的高温到低温热水沉积组合。包括钾长石岩、硅质（化）岩、菱铁绢云硅质岩、电气石岩、钠长石岩、似碧玉岩、方柱黑云岩、萤石岩和透辉石岩。其中热水沉积硅质岩是一种典型的热水沉积岩，包括燧石岩、碧玉岩及隐晶质条带状石英岩等，是热水沉积岩中分布最广的一种岩石。
而以构造动力及普通地热增温活动所形成的热水流体多为中低温热水流体，形成温度在250 ℃ 以下，其沉积物分带不明显，并且不同的地热区具有不同的沉积组合。现代地
热区有许多是中低温地热区，包括一些大洋裂谷区、 活动陆缘海槽，其中热水温度不超过300 ℃,有些在 250 ℃以下，属于中低温热水溶液，溶质及沉积物也不同于高温沉积组合。即使在高温地热区热水溶液在喷流沉积过程中也存在温度的梯度变化及沉积物的相变，存在有中低温热水沉积相带。因此中低温热水沉积岩分布非常广泛，主要是碳酸盐岩类及硫酸盐类岩石。
1、与沉积物同期的交代、充填作用
同沉积的交代、充填作用的发育是判定热水沉积的重要标志之一。就贵州二叠系碳酸盐地层中石英脉及硅化岩和隧石结核的资料作补充说明。
图 1：罗甸城西二叠系灰岩中石英脉、硅化岩燧石结核和碎屑流素描图
贵州罗甸县向西约40km处有完好的二叠系出露。厚数百米的二叠系剖面由两部分组成 ，剖面中、下部为成层规整的薄层、中厚层到厚层的灰黑色泥晶灰岩，剖面上部为碎屑流沉积。二叠系产状稳定，为单斜。环境分析属于较深水的静水盆地。中上部泥晶灰岩中的石膏假晶已碳酸盐化大致均匀散布于泥晶灰岩薄层中，不显定向。石膏晶体假象薄层灰岩的存在，说明沉积物堆积之后有高盐度水介质的存在。上部碎屑流沉积为块状不显层理的砾岩。砾石分布杂乱无定向和粒序现象，基质（泥质和泥晶碳酸盐）支押 属于较典型的盆地边缘碎屑流沉积。
剖面中、下部二叠系灰黑色层状泥晶灰岩中，有上百条的灰白——乳白色的石英脉、
硅化岩和少量灰到灰黑的燧石结核。石英脉多在下部灰岩层，硅化岩和燧石结核多在中上部灰岩中。
石英脉、硅化岩和隧石结核在空间上分布邻近，有垂向 仁的更替,严格或基本顺层，顶走向有过渡和交替现象，它们是在沉积物堆积后 尚未固结时由富硅溶液在软沉积物中充填和交代泥晶和交代泥晶灰岩的结果，但硅化作用的准确时间尚待讨论。
罗甸城西二叠系石英脉、硅化岩和隧石结核以及硅岩提供了热水沉积作用的良好岩石学证据。类似的现象也程度不一的出现于我国南方震旦系、寒武系和泥盆系。
2、湓溢条带及纹层
热水沉积岩石和矿石中最为常见的沉积构造是条带和纹层构造。据热水沉积作用是由盆下源热水喷溢入海盆与海水混合后发生沉淀的特点，认为喷溢纹层有脉动性。无论是一次大的热水事件还是一次小的喷溢都有从出现到增强并逐渐减弱以至消失的过程，因此热水物质的加入有从少到多至极盛后逐渐减少、消失的趋势。当热水沉积物脉动式的注入，与海水迅速反应快速沉积，叠加在均匀的背景沉积之上，由此而产生一种大致对称的结构形式。
纯的化学（或生物化学）沉积物质构成的近于对称的条带、条纹构造属于喷溢条带和纹层，图2的硅岩光面照片素描是这种构造的一个典型实例，中心是硅岩（燧石），两侧对称出现硅岩条带，带的厚度渐次减薄，渡为纹层硅岩。
3、焦硅岩套
焦硅岩套的基本内容是盆地型礁滩相碳酸盐与上覆的硅岩
（广义的）和不稳定的火山岩类有规律的伴生，并且往往是重要的含矿地质体。
国内外的礁硅岩套确有广泛的分布，又是重要的含矿建造。对其中的成矿作用大多数研究者持广义的热水沉积作用观点。因此，礁硅岩套不仅是重要的找矿对象，也是一种判定热水沉积作用的岩石自然组合标志。礁硅岩套的岩石类型和组合情况相当复杂，有必要进一步的研究划分出亚类，以反映热水沉积作用的不同类型及其地质背景的差异。
四、热水沉积地球化学
热水沉积地球化学特征是判定热水沉积成矿的重要依据。研究证明, 把元素地球化学、同位素地球化学和流体包裹体地球化学的研究结合起来，对于判别某些岩石、矿石及矿床的成因是非常有益的。国内外对热水沉积成矿地球化学研究主要以硅质岩为主，其次还有电气石岩、钠长石岩等。陈先沛等、吴志亮、彭军等、陈大经等、候满堂等分别研究不同地区硅质岩(燧石)的沉积地球化学特征，论证了其热水沉积成因及热水沉积成矿作用。不同类型热水沉积岩的地球化学特征不尽完全相同，但也具有相似的典型特征。
热水沉积硅质岩的w (SiO 2)含量较高，一般介于73. 85%～ 97. 08%之间，平均高达 95. 13% ，而其它氧化物含量均很低。 w (Fe2O 3)、w (FeO )、w (M nO )相对富集，而w (A l2O 3)、w (T iO 2)、w (M gO )相对较低。硅质岩中的 Fe、 M n、 A l、 T i等常量元素含量可作为热水沉积作用的判别标志,Fe/T i和A 1/(A 1+ Fe+ M n) 比值也是判断沉积物热水属性的有效地球化学参数。Fe2O3/FeO、SiO2/A l2O3 和SiO2/(N a2O + K2O )比值亦
