块状硫化物矿床

块状硫化物矿床（Volcanogenic massive sulphide ore deposits，或作 VMS）是种由海底火山活动与热液活动产生之金属硫化物矿，以铜与锌化物矿为主。它们多为经热液沉淀析出在海床而成的层状硫化矿物聚集(stratiform accumulations)，地质时间横跨自太古代至今，时间尺度很广。出现于火山沉积地层层序（volcano-sedimentary stratigraphic successions)之中，且与火山岩同年代(coeval) 及同地层(coincident)。现代海洋中的现生构造为黑烟囱，一种柱状硫化物此金属矿床为多种金属的重要来源，且其杂质较一般沉积岩矿床更少、纯度更高，经提炼后具有惊人的经济价值，可支持科技产品所需的金属原料。世界上主要的VMS矿床都不大，80%的已知矿床各蕴含约0.1-10公吨的矿藏。

块状硫化物矿床在现今海床中的海底火山及中洋脊，以及在弧后盆地及弧前裂谷等地方形成。与其他来源、传播与捕获（trap）相似的矿床不同，VMS矿床跟火山岩以及喷发中心关系紧密。VMS矿床形成与海底火山作用、喷气作用及热液循环过程同时，但中间未有沉积过程参与，所以跟海底喷气沉积矿床矿床不同。VMS矿床的次级分类中，火山作用及沉积喷气作用硫化物矿床（volcanic- and sediment-hosted massive sulfide deposits，或作VSHMS）同时拥有VMS矿床及SEDEX矿床的混合特征。此次级分类的著名矿区包加拿大新不伦瑞克省的巴瑟斯特采矿营（Bathurst Camp）、加拿大育空地区的沃渥林铅锌矿（Wolverine deposit）及西班牙与葡萄牙的伊比利亚黄铁矿带（Iberian Pyrite Belt）。

## 特性

其密度一般为4.5公克／立方公分（海洋地壳平均约为3.0公克／立方公分）。热液硫化物是以下主要金属元素之一大来源：铜、锌、铅、金与银，副产物含铁、钴、锡、钡、硫、硒、锰、铬、铟、铋、碲、镓与锗。其中常见矿物有黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、赤铁矿等。

## 模型

在VMS硫化物中的金属元素及硫元素，是经由热液循环从火山的热液蚀变区被淋洗出来的不相容元素组合。热液循环和金属离子传播一般受地壳中的热所驱动，热源由辉长岩入侵以及海床下方的岩浆库提供。温度较低的海水被带入海床之下、受到高温岩石加热后，形成热液携带大量金属元素及硫元素喷出至海水中。金属矿物碰到低温海水后，会在喷气区域或黑烟囱区域沉淀形成层状硫化矿物聚集。部分矿床的硫化物形成过程中受到蚀变的火山沉积岩（altered volcanosedimentary rocks）或富硫卤水沉积物的入侵。

## 地质学

典型VMS矿床常见于酸性（长英质）火山岩序列的顶层，同层中以凝灰质碎屑岩、燧石及沉积物或细粒凝灰岩为主。矿床的上盘(?)主要为基性（铁镁质）的火山岩，例如安山岩（澳洲西部的Whim Creek & Mons Cupri及加拿大的Millenbach）或玄武岩（澳洲塔斯马尼亚州的Hellyer）或仅有沉积物（澳洲西部的Kangaroo Caves）。VMS矿床附近的沉积物多为燧石（部分含锰）。

VMS矿床常与酸性火成岩在同年代、同地层形成，常见于矿床下方的地层之中，并为矿床的直接下方岩层。矿床上方岩层可能跟下盘同年代且同地层，指示矿化作用发生在喷发间歇期，若是在喷发循环的尾声发生矿化作用可能会位在沉积地层当中。

混合型硅质碎屑组合（见下方）的VMS-SEDEX矿床可能会发产自连续火山层序中的不连续内流（interflow）沉积物或沉积岩组合。综合解释以上各特征，科学家们发展出矿床及热液系统源自海底火山中心的模型。

### 外观

VMS矿床具有多样的外观，最典型的外观为丘状（mound）及碗状（bowl）。碗状VMS成因为热液流体喷出进入海床的低地，因此很容易跟海底喷气沉积矿床混淆。而丘状VMS跟现代的块状硫化物矿床相似，自大量黑烟囱形成丘状况。以沉积岩为主或高渗透性的火山岩环境中发展出来的矿床，则会形成与周围岩石形状相似的片状（tabular）外观。

细脉状硫化物（stringer sulfide，亦称网状矿脉，stockwork）为矿脉支道中椎状、高度蚀变的火山岩或火山物源沉积岩，同时上部由丘状的喷气岩（massive exhalites）所覆盖、裙部（apron）产生层状喷气硫化物在翼侧。

- 网状矿脉的矿物组成以黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿等为主，次要矿物则有石英、绿泥石、少量的碳酸盐和重晶石。
- 丘状喷气岩包含大量层状或角砾状黄铁矿、闪锌矿（部分与方铅矿共生）、赤铁矿和重晶石。喷气岩厚度可达数十米、直径可达数百米。
- 裙部一般而言比较氧化，有层状喷气硫化沉积，跟海底喷气沉积矿床很相似，富集锰、钡及赤铁矿，并有部分燧石、碧玉伴随其中。

### 金属的成带现象

VMS矿床普遍发生金属的成带现象，主要成因为热液流体在循环过程物中遇到环境的物理及化学条件变化所致。理想状态中，成带现象会在热液喷泉系统的核心部位形成块状的黄铁矿与黄铜矿，向外的环状结构由黄铜矿 - 闪锌矿 - 黄铁矿渐变至更外围的方铅矿和含锰方铅矿，最后是燧石 - 锰 - 赤铁矿岩相。而金等元素则呈现垂直成带现象，一般而言在温度较低的VMS上部区域金及银元素较为富集。

VMS矿床的矿物学包含超过 90% 的铁硫化物，主要为黄铁矿，而黄铜矿、闪锌矿以及方铅矿也占一定比例。磁铁矿则就相对少量。脉石（gangue，不具有经济价值的矿物）以石英、黄铁矿或黄磁铁矿为主。因为矿床的高密度，可能会造成重力异常（例如葡萄牙的Neves-Corvo矿床）可用于探勘。

## 分类及分布

在地球历史中，主要的VMS矿床形成于跟火山作用有关的张裂环境，大多位在中洋脊，以及在弧后盆地及弧前裂谷。而矿床可依据其地质背景及基岩，分为铁镁质（例如Cyprus或其他蛇绿岩套矿床）、基岩中铁镁质跟硅质碎屑比例相近的双峰型（例如Noranda 和 Kuroko）、长英质-碎屑硅质型（例如Bathurst）及铁镁质-碎屑硅质型（例如Besshi or Windy Craggy）等，共五类：

### 铁镁质

矿床以铁镁质的基岩为主，大多为蛇绿岩套（sequences）。此类矿床的典型案例为 Cyprus 和 蛇绿岩套以及纽芬兰的阿帕拉契山脉。

### 双峰型铁镁质

矿床以铁镁质的基岩为主，但有高达25%的长英质基岩。此类矿床的典型案例为Noranda, 和 Kidd Creek camps。

### 铁镁质-碎屑硅质

矿床基岩中铁镁质跟硅质碎屑比例相近，且普遍有铁镁质与超铁镁质的侵入岩，长英质基岩比例最低。在变质岩岩体中，VMS矿床可能跟泥质铁镁质（pelitic-mafic）基岩相关。此类矿床的典型案例为日本的别子铜山 Besshi deposits 及加拿大的 Windy Craggy。

### 长英质-碎屑硅质

基岩为大量的长英质火成岩带有碎屑硅质沉积岩，而铁镁质低于10%。这样的地质条件常为以页岩为主的长英质-碎屑硅质或双峰型碎屑硅质。此类矿床的典型案例为加拿大的 The、育空地区的Finlayson Lake areas 及西班牙、葡萄牙的。

### 双峰型长英质

矿床有双峰型层序，以大量长英质为主，带有很少量的沉积岩。此类矿床的典型案例为日本的 The Kuroko deposits（又称日本黑矿）、加拿大的 Buchans deposits 及 瑞典的 Skellefte deposits。

## 参考文献

- Barrie, C. T., and Hannington, M. D., editors, (1999), Volcanic-Associated Massive Sulfide Deposits: Processes and Examples in Modern and Ancient Settings, Reviews in Economic Geology Volume 8, Society of Economic Geologists, Denver, 408 p.
- Guilbert, John M., and Charles 0.113F. Park, Jr., 1986, The Geology of Ore Deposits, pp 572-603, W. H. Freeman, ISBN 0-7167-1456-6
- Gibson, Harold L., James M. Franklin, and Mark D. Hannington, (2000) A genetic model for Volcanic-Associated Massive Sulfide Deposits https://web.archive.org/web/20050221103926/http://www.cseg.ca/conferences/2000/2000abstracts/758.PDF Accessed 12-20-2005
- Roland Maas, Malcolm T. McCulloch, Ian H. Campbell, and Paul R. Coad, (1986) Sm-Nd and Rb-Sr dating of an Archean massive sulfide deposit: Kidd Creek, Ontario, GEOLOGY, v. 14 no. 7 p. 585-588doi: 10/0091-7613(1986)142.0.CO;2 http://geology.gsapubs.org/content/14/7/585.full.pdf
- Walther-Maria Scheid,(2014) World Ocean Review 3, Berlin, maribus gGmbH, 82-93 p.

### 外部链接

- Neptune Minerals - Seafloor Massive Sulphide Deposits
- https://web.archive.org/web/20160529110220/http://worldoceanreview.com/en/wor-3-overview/