李響，葉俊，劉希軍，石學(xué)法，李傳順，閆仕娟

1. 桂林理工大學(xué)廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘察重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西有色金屬隱伏礦床勘察及材料開發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心，桂林 5410042. 自然資源部第一海洋研究所，青島 2660613. 自然資源部海洋地質(zhì)與成礦作用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266061

現(xiàn)代海底熱液活動(dòng)是巖石圈和大洋水圈在大洋中脊、弧后擴(kuò)張中心等環(huán)境發(fā)生能量和物質(zhì)交換的過程，可形成富含Cu、Pb、Zn、Au、Ag等具有潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值的多金屬硫化物礦床[1]。熱液硫化物是熱液活動(dòng)的直接產(chǎn)物，對(duì)其進(jìn)行礦物學(xué)研究，有助于加深對(duì)熱液系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和成礦理論的認(rèn)知。

已有研究表明，慢速擴(kuò)張脊更易形成規(guī)模較大的熱液硫化物堆積體[2]。大西洋中脊是慢速擴(kuò)張脊（擴(kuò)張速率為1～4 cm/a），其特征是巖漿供給率較低，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)熱液對(duì)流循環(huán)的控制作用較大[3]。調(diào)查結(jié)果顯示，北大西洋中脊聚集了大量具有優(yōu)質(zhì)資源前景的熱液硫化物區(qū)，如北大西洋中脊13°30'S處的Semnov熱液區(qū)推測資源量達(dá)40 Mt[4]，北大西洋中脊14°45'S處的Logatchev熱液區(qū)中硫化物礦石的Cu、Au、Ag異常富集[5]。近些年我國在南大西洋中脊開展了大量熱液活動(dòng)的調(diào)查和研究，新發(fā)現(xiàn)熱液活動(dòng)區(qū)十多處[6]。盡管南大西洋具有與北大西洋相似的地質(zhì)、地球物理特征[7]，但由于南大西洋的調(diào)查和研究程度遠(yuǎn)低于北大西洋，南大西洋是否具有與其同等的資源潛力仍值得探索。

2019年，我國第一次在南大西洋中脊發(fā)現(xiàn)了與拆離斷層環(huán)境有關(guān)的“赤狐”硫化物區(qū)，這為我們研究南大西洋中脊拆離斷層控制型熱液硫化物礦床的成礦特征及成礦機(jī)制提供了可能。本文對(duì)赤狐熱液區(qū)的熱液產(chǎn)物開展了詳細(xì)的巖相學(xué)、礦物學(xué)和礦物成分特征研究，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造背景，初步探討了赤狐熱液區(qū)的成礦模式。

1 地質(zhì)背景

大西洋中脊是典型的慢速擴(kuò)張脊，以赤道附近的Romanche海溝為界，可分為北大西洋中脊和南大西洋中脊[8]。拆離斷層作為慢速擴(kuò)張和超慢速擴(kuò)張洋脊發(fā)育的典型斷裂構(gòu)造，在海底擴(kuò)張和熱液流體循環(huán)中起著關(guān)鍵作用[9]。這種低角度拆離層常常將下地殼和上地幔巖石抬升并暴露于海底，從而形成一種形似波紋狀的雜巖體，這種波紋狀雜巖體被定義為大洋核雜巖（OCC）[10-11]。

2011年“大洋一號(hào)”科考船執(zhí)行的DY125-22航次在南大西洋中脊23.7°S附近發(fā)現(xiàn)了一處具波紋狀的海底高地雜巖體，將其命名為“赤狐海丘”[12]。該海丘長16.6 km，寬8.6 km，長軸方向平行于洋脊走向展布。海丘頂部最淺處水深約2380 m，山麓處水深約3300 m。赤狐海丘表面可見一組顯著垂直于洋脊延伸方向的“波紋”。海丘西側(cè)緊鄰中央裂谷東壁，在山麓處與中央裂谷連接；赤狐海丘東側(cè)延伸至黑烏海丘（圖1）。黑烏海丘為同緯度OCC發(fā)育的早期階段產(chǎn)物。從圖中可以看出，赤狐海丘和黑烏海丘共同構(gòu)成一個(gè)復(fù)合核雜巖體。赤狐海丘所在洋脊段呈近NNW向，洋脊整體呈對(duì)稱擴(kuò)張形態(tài)，但海丘對(duì)應(yīng)的洋脊段（約20 km）向西發(fā)生了小幅偏移，且這一小段洋脊呈不對(duì)稱擴(kuò)張的結(jié)構(gòu)形態(tài)，指示該小段洋脊東側(cè)發(fā)育了拆離斷裂。依據(jù)海丘南北兩端洋脊的東向偏移，推測拆離斷層的南北邊界分別對(duì)應(yīng)海丘的南北邊界。

圖1 赤狐熱液區(qū)位置圖Fig.1 Location map of the Chihu hydrothermal field

2 樣品與方法

本文研究樣品共5件，由2019年中國大洋科考52航次第Ⅱ航段通過電視抓斗取得，這些樣品均來自同一個(gè)電視抓斗站位，取樣位置見圖1，樣品特征見圖2和表1。根據(jù)樣品形態(tài)和構(gòu)造特征將樣品分成兩類：硅質(zhì)硫化物和礦化角礫巖。

表1 赤狐熱液區(qū)樣品特征Table 1 Characteristics of Chihu hydrothermal samples

圖2 赤狐熱液區(qū)樣品照片a. 硅質(zhì)硫化物（13-2），可見流體通道構(gòu)造；b. 硅質(zhì)硫化物（13-5），硫化物礦物呈浸染狀分布其中；c. 碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖（13-3），表面覆蓋大量紅色Fe氫氧化物以及白色碳酸鹽礦物，中部出露有黃鐵礦；d.硅質(zhì)礦化角礫巖（13-7），質(zhì)地松散細(xì)膩，表面分布有細(xì)小的黃鐵礦顆粒；e. 硅質(zhì)礦化角礫巖（13-1），可見團(tuán)塊狀硫化物碎塊和蝕變巖屑不均勻分布其中。Fig.2 Typical sulfide images from ChiHu hydrothermal field

首先對(duì)樣品手標(biāo)本進(jìn)行觀察，并使用 TerraSpec Halo手持礦物鑒別儀對(duì)樣品內(nèi)顯著蝕變組分進(jìn)行了初步鑒定。其次將樣品磨制成光薄片，在Zeiss Axioskop 40透/反偏光顯微鏡上進(jìn)行礦物組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造觀察。然后對(duì)特征礦物進(jìn)一步進(jìn)行了礦物化學(xué)成分分析，該工作在JXA-8230電子探針儀器上完成（工作電流1.0×10-8A，電壓15 kV，束斑直徑1.0 μm，標(biāo)準(zhǔn)樣品來自SPI#02753-AB）。對(duì)樣品中蝕變較為嚴(yán)重部分（巖屑或角礫），通過全巖或手工挑選單塊巖屑的方式，將其磨至200目，進(jìn)行了XRD粉晶衍射分析。分析儀器為D/max2500衍射儀，工作條件為：CuKa輻射，工作電壓40 kV，工作電 流100 mA，步 長0.02°(2θ)，掃 描 范 圍 為 3°～75°(2θ)。

3 礦物學(xué)特征

根據(jù)樣品的形態(tài)特征可將其分為硅質(zhì)硫化物和礦化角礫巖兩種類型。在兩種類型礦石中共鑒定出17 種礦物（表2），主要包括金屬硫化物、硅酸鹽礦物、碳酸鹽礦物和鐵氫氧化物。

表2 礦物種類及分布Table 2 Minerals and their distribution

3.1 硅質(zhì)硫化物

硅質(zhì)硫化物結(jié)構(gòu)致密，中央可見不規(guī)則通道構(gòu)造。樣品主要由非晶質(zhì)二氧化硅（體積占比約60%）和多金屬硫化物（體積占比約38%）組成，另可見極少量硅酸鹽礦物和鐵氫氧化物（體積占比約2%）。多金屬硫化物主要包括黃銅礦、黃鐵礦、閃鋅礦、等軸古巴礦、銅藍(lán)等，這些硫化物礦物呈浸染狀分布于非晶質(zhì)二氧化硅中。少量的硅酸鹽礦物和鐵氫氧化物也包裹于非晶質(zhì)二氧化硅中，在局部與硫化物礦物共生。

黃銅礦為硅質(zhì)硫化物中占比最多的硫化物礦物，體積占比約15%。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和粒徑的相對(duì)大小，黃銅礦可分為粗粒團(tuán)塊狀和細(xì)粒浸染狀兩種。粗粒團(tuán)塊狀黃銅礦呈集合體產(chǎn)出，集合體直徑一般為200～1000 μm，大多邊緣平直，且可拼合，表面較為平整，有些周圍可見細(xì)粒狀黃鐵礦與之交代共生（圖3a），有些周圍被銅藍(lán)交代（圖3b）。細(xì)粒浸染狀黃銅礦粒徑一般小于10 μm，多與閃鋅礦交代共生（圖3c），或呈乳滴狀和浸染狀分布于閃鋅礦中（圖3d）。電子探針分析結(jié)果（表3）顯示，粗粒團(tuán)塊狀黃銅礦Cu 含量為32.59%～34.05%，F(xiàn)e含量為30.70%～31.40%，S含量為34.53%～35.17%；細(xì)粒浸染狀黃銅礦Cu含量為 32.93%～33.51%，F(xiàn)e含量為28.90%～29.25%，S含量為34.78%～34.82%。粗粒團(tuán)塊狀黃銅礦的Fe/Cu比值總體高于細(xì)粒浸染狀黃銅礦（圖4）。二者之間在成分以及共生礦物組合上的差異可能反映了礦物形成時(shí)流體的氧化還原條件的差異[13]。

表3 黃銅礦電子探針分析結(jié)果及結(jié)晶分子式Table 3 Chemical composition and crystalline formula of chalcopyrite%

圖3 硅質(zhì)硫化物的礦物特征a. 粗粒黃銅礦（cpy）邊部交代小的粒狀黃鐵礦（py），反射單偏光；b. 銅藍(lán)（cv）包圍黃銅礦（cpy），反射單偏光；c. 閃鋅礦（sp）交代有黃銅礦（cpy），反射單偏光；d. 閃鋅礦（sp）表面有呈“乳滴”狀黃銅礦（cpy），即“黃銅礦病”，反射單偏光； e. 自形黃鐵礦（py）被非晶質(zhì)硅膠結(jié)（asi），反射單偏光；f. 黃銅礦（cpy）表面析出有呈固溶體出溶結(jié)構(gòu)淺粉色等軸古巴礦（iso），并有交代的粒狀黃鐵礦（py），反射單偏光；g. 皂石由于Fe含量的不同顯示出不同級(jí)別干涉色，透射正交偏光；h. 呈鱗片狀滑石，透射正交偏光；i. 皂石中充填有細(xì)小的黃鐵礦顆粒，且晚于皂石形成，應(yīng)為后期富含金屬的流體經(jīng)過皂石在其表面通過卸載作用形成（圖g同視域反射單偏光下視圖）。 Fig.3 Mineralogical characteristics of siliceous sulfides

圖4 硅質(zhì)硫化物中粗粒團(tuán)塊黃銅礦與細(xì)粒浸染狀黃銅礦中Cu-Fe含量變化圖Fig.4 Cu-Fe variation of chalcopyrite in siliceous sulfide

黃鐵礦是硅質(zhì)硫化物中占比僅次于黃銅礦的硫化物礦物，體積占比約為10%。按結(jié)構(gòu)和粒徑差異，黃鐵礦可分為粗粒自形黃鐵礦和細(xì)粒半自形-他形黃鐵礦兩種。粗粒自形黃鐵礦通常以集合體產(chǎn)出，集合體粒徑一般大于200 μm，表面不平整，孔洞發(fā)育，多個(gè)粗粒黃鐵礦集合體之間邊界平直，可拼合（圖3e），且與其他礦物沒有顯著接觸關(guān)系。細(xì)粒半自形-他形黃鐵礦，粒徑一般小于10 μm，與粗粒黃銅礦、等軸古巴礦共生（圖3f）。電子探針分析結(jié)果（表4）顯示，細(xì)粒半自形-他形黃鐵礦的Cu含量為0.44%～1.26%（平均為0.60%），Co含量為0.03%～0.13%（平均為0.32%），而粗粒自形黃鐵礦的Cu含量為0.02%～0.72%（平均為0.30%），Co含量為0～0.06%（平均為0.10%）。細(xì)粒半自形-他形黃鐵礦的Cu和Co含量明顯高于粗粒自形黃鐵礦。已有研究表明海底熱液硫化物中黃鐵礦的Cu、Co含量相對(duì)較高可能指示成礦流體具有較高溫度、較強(qiáng)酸性和還原性[13-14]。因此，細(xì)粒半自形黃鐵礦可能對(duì)應(yīng)了流體相對(duì)較高的流體溫度和還原性，這與粗粒團(tuán)塊狀黃銅礦與之共生的現(xiàn)象一致。

表4 黃鐵礦電子探針分析結(jié)果Table 4 Chemical composition of pyrite%

閃鋅礦約占5%，多呈樹枝狀集合體分布，一般與細(xì)粒黃銅礦共生。閃鋅礦與黃銅礦的接觸關(guān)系有兩種，一種是細(xì)粒黃銅礦圍繞閃鋅礦周邊或空隙分布（圖3c），此種閃鋅礦集合體內(nèi)部較為干凈，另一種是細(xì)粒黃銅礦呈葉片狀或乳滴狀出溶結(jié)構(gòu)星散分布于閃鋅礦集合體中，形成閃鋅礦的“黃銅礦病”[15-16]（圖3d）。電子探針分析結(jié)果（表5）顯示，具有“黃銅礦病”的閃鋅礦中Fe含量明顯較高（6.39%～8.01%），而較為干凈的閃鋅礦的Fe含量較低（最高為2.81%），可能指示兩者形成溫度的差異[17]。

本研究表明，AP患者男女性別比呈逐年升高趨勢，與徐永成和許岸高[3] 研究結(jié)果相近。其結(jié)果表明2006-2011年間的患者男女性別比為1.43，高于2001-2005年間的0.76。本組患者的男女性別比近15年達(dá)到2.449～2.862，大于山東省其他地區(qū)[4]的1.375。之所以出現(xiàn)男女性別比逐漸升高，其原因可能有[ 5-8]：(1)男性的月飲酒率和24 h飲酒率明顯高于女性。(2)男性高脂血癥患病率逐年升高。周歡和戴婉如[9]研究發(fā)現(xiàn)青、中年男性血脂水平及高血脂檢出率明顯較女性高。這可能與男性工作壓力大、社交較廣、高脂高熱量飲食、煙酒刺激等不良因素有關(guān)。

表5 閃鋅礦電子探針分析結(jié)果Table 5 Chemical composition of sphalerite%

樣品局部還可見少量等軸古巴礦，與黃銅礦和黃鐵礦共生，呈網(wǎng)格狀出溶體結(jié)構(gòu)，反射色呈淡粉色（圖3f）。電子探針分析顯示其Cu含量為20.22%～21.16%，平均為20.76%；Fe含量為41.81%～42.93%，平均為42.35%；S含量為35.73%～36.01%，平均為35.87%。結(jié)晶分子式近似為Cu0.88Fe2.04S3.00。另外，樣品中還可見少量銅藍(lán)沿粗粒黃銅礦邊緣或裂隙交代黃銅礦（圖3b），指示礦石經(jīng)歷了后期氧化。

除硫化物外，還可見極少量的皂石、滑石等硅酸鹽礦物碎屑零星分布于非晶質(zhì)二氧化硅基質(zhì)中（圖3g-h），皂石中充填細(xì)小的黃鐵礦顆粒（圖3g，i）。

3.2 礦化角礫巖

礦化角礫巖主要由蝕變巖石角礫、硫化物以及膠結(jié)基質(zhì)組成，其典型特征是樣品斷面可見一定比例的碎屑角礫零散分布于基質(zhì)。按其基質(zhì)的物質(zhì)成分又可將其分為硅質(zhì)礦化角礫巖和碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖。其中硅質(zhì)礦化角礫巖的膠結(jié)基質(zhì)主要為非晶質(zhì)二氧化硅。碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖的膠結(jié)基質(zhì)主要為碳酸鹽。

3.2.1 硅質(zhì)礦化角礫巖

硅質(zhì)礦化角礫巖主要由蝕變巖石角礫、硫化物和非晶質(zhì)二氧化硅組成，三者體積占比分別約為5%、35%和60%。蝕變巖石碎屑粒徑約3～10 mm，顏色呈黃褐色—灰綠色，磨圓度低，呈棱角狀或次棱角狀。巖石碎屑已發(fā)生高度蝕變。通過機(jī)械破碎方式挑選其中一個(gè)粗粒巖屑角礫（粒徑約10 mm），對(duì)其開展XRD分析，結(jié)果顯示該蝕變巖石角礫主要由滑石組成，并含有一定量黃銅礦和黃鐵礦，該結(jié)果與TerraSpec Halo手持礦石分析儀鑒定結(jié)果一致。巖石薄片的顯微鏡下觀察結(jié)果顯示，滑石主要呈細(xì)鱗片狀（圖5a），此外，還可見陽起石、皂石、橙玄玻璃構(gòu)成的晶屑和巖屑角礫，皂石中偶見細(xì)小黃鐵礦包體（圖5b-c），橙玄玻璃呈橙色[18]（圖5d），陽起石整體呈黃褐色，短柱狀，具有微弱多色性（圖5e）。部分巖屑角礫中仍可見更小粒級(jí)的碎屑角礫（圖5f）。

圖5 礦化角礫巖中蝕變巖屑的礦物特征a.細(xì)膩鱗片狀滑石，似蝕變輝石形成，透射正交偏光；b.皂石中夾雜黃鐵礦，反射單偏光；c.皂石中夾雜黃鐵礦，透射正交偏光；d.夾雜在無定形硅（白色）中的橙玄玻璃（橙黃色），透射單偏光；e.短柱狀陽起石，部分可見多色性，整體呈淺黃色，透射正交偏光；f.紅色伊丁石，呈橄欖石假象，下部可見蝕變的他形橄欖石，透射正交偏光；g.菱鎂礦呈細(xì)粒集合體，發(fā)育菱形解理，透射單偏光；h.粒狀白云石（dol），解理發(fā)育，透射正交偏光；i. 白云石和菱鎂礦被紅色Fe氫氧化物覆蓋，透射正交偏光。Fig.5 Mineral characteristics of altered debris in mineralized breccia

硫化物可大致分為兩類，一類呈團(tuán)塊狀，粒徑達(dá)數(shù)厘米，由硫化物礦物集合體構(gòu)成，與蝕變巖石碎屑機(jī)械混雜在一起，二者無交代，共同被非晶質(zhì)二氧化硅膠結(jié)（圖6a-b）；第二類呈浸染狀分布于非晶質(zhì)二氧化硅中（圖6c）。對(duì)于硫化物團(tuán)塊，礦物組成各異，但均由粗大礦物集合體構(gòu)成，具有同心環(huán)帶結(jié)構(gòu)。如有些硫化物團(tuán)塊主要由粗粒黃銅礦組成，呈破碎的同心層狀結(jié)構(gòu)（圖6d），大量次生銅藍(lán)沿黃銅礦晶隙或裂隙對(duì)其強(qiáng)烈交代，指示該硫化物團(tuán)塊經(jīng)歷了較強(qiáng)風(fēng)化和氧化作用；有些硫化物團(tuán)塊主要由黃鐵礦、白鐵礦和黃銅礦組成，呈同心層狀殘片結(jié)構(gòu)（圖6e），中心為粗粒黃銅礦，外層主要為粗粒白鐵礦和黃鐵礦；有些硫化物團(tuán)塊由粗粒黃銅礦和phase A（由一種橙色斑銅礦[19]組成，由俄羅斯科學(xué)家首次在logatchev-1熱液區(qū)發(fā)現(xiàn)并命名，其理想化學(xué)計(jì)量分子式為Cu10Fe3S11），呈較為完整的同心層狀結(jié)構(gòu)，phase A居中，其外圍被一層黃銅礦包裹（圖6f）；還有些硫化物團(tuán)塊主要由粗粒閃鋅礦和少量黃銅礦構(gòu)成。對(duì)于浸染狀硫化物，其粒徑明顯較小，一般為2～50 μm，主要見黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦，大多呈自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)星散分布于非晶質(zhì)二氧化硅中（圖6c、6g）。

圖6 礦化角礫巖中金屬硫化物的礦物特征a.硅質(zhì)碎屑角礫硫化物中蝕變非金屬礦物分布，透射正交偏光；b.碳酸鹽質(zhì)碎屑角礫硫化物中蝕變非金屬礦物分布，透射正交偏光；c.閃鋅礦（sp）、黃銅礦（cpy）、黃鐵礦（py）三者共生，被非晶質(zhì)硅（asi）膠結(jié)，反射光；d.銅藍(lán)（cv）與黃銅礦共生，反射單偏光；e.共生的黃鐵礦（py）和白鐵礦（mar），交代有黃銅礦（cpy），反射單偏光；f.淺橘色礦物Phase A出溶在黃銅礦（cpy）中，表面可見被Cu硫化物切割，反射單偏光；g.自形-半自形黃銅礦（cpy）和黃鐵礦（py）松散分布在非晶質(zhì)二氧化硅中，反射單偏光；h.不規(guī)則黃鐵礦（py）賦存在碳酸鹽礦物中，反射光；i. 黃鐵礦（py）、黃銅礦（cpy）、斑銅礦（bor）三者共生，賦存在碳酸鹽礦物中，反射單偏光。 Fig.6 Mineralogical characteristics of metallic sulfides in mineralized breccia

本研究分別對(duì)硫化物團(tuán)塊和浸染狀硫化物中黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦的礦物成分進(jìn)行了對(duì)比研究。黃鐵礦的電子探針分析結(jié)果顯示硫化物團(tuán)塊中的粗粒黃鐵礦的Fe含量為46.09%～47.36%，Cu含量為0～0.13%，浸染狀細(xì)粒黃鐵礦的Fe含量為44.88%～45.80%，Cu含量為0.09%～0.16%，硫化物團(tuán)塊中粗粒黃鐵礦的Fe含量明顯高于浸染狀細(xì)粒黃鐵礦，而浸染狀細(xì)粒黃鐵礦的Cu含量明顯高于硫化物團(tuán)塊中的黃鐵礦（圖7）。黃銅礦的電子探針分析結(jié)果顯示硫化物團(tuán)塊中粗粒黃銅礦的Cu含量為33.30%～33.65%，F(xiàn)e含量為29.36%～29.87%，浸染狀細(xì)粒黃銅礦的Cu含量為33.55%～34.32%，F(xiàn)e含量為30.01%～30.09%，可見浸染狀細(xì)粒黃銅礦的Cu、Fe含量以及Fe/Cu比值明顯高于硫化物團(tuán)塊中的粗粒黃銅礦。閃鋅礦的電子探針分析結(jié)果顯示硫化物團(tuán)塊中的粗粒閃鋅礦的Fe含量為3.36%～3.66%，明顯低于浸染狀細(xì)粒閃鋅礦的Fe含量8.35%～9.39%。由硫化物團(tuán)塊和細(xì)粒浸染狀硫化物中黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦的化學(xué)成分差異以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造差異可推測其二者的成礦流體環(huán)境存在一定差異。

圖7 硅質(zhì)礦化角礫巖中粗粒與細(xì)粒黃鐵礦的Fe-Cu含量變化圖Fig.7 Fe-Cu variation of pyrite in siliceous mineralized breccia

非晶質(zhì)二氧化硅是該類樣品的基質(zhì)部分，呈非晶態(tài)，將機(jī)械混雜的硫化物團(tuán)塊、碎屑以及蝕變巖石碎屑膠結(jié)在一起。硫化物團(tuán)塊及蝕變巖屑的裂隙和周圍均可見非晶質(zhì)二氧化硅充填和環(huán)帶包裹。浸染狀硫化物主要出現(xiàn)在二氧化硅環(huán)帶內(nèi)部。

3.2.2 碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖

碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖是由蝕變巖屑、硫化物角礫和碳酸鹽基質(zhì)組成，三者體積占比分別約為30%、30%和40%。蝕變巖石碎屑粒徑約2～10 mm，顏色呈黃褐色—灰綠色，棱角分明，蝕變程度較高。全巖XRD（圖8b）分析結(jié)果顯示，該樣品中含有菱鎂礦、白云石、利蛇紋石±纖維蛇紋石、滑石、黃銅礦、黃鐵礦、閃鋅礦等。對(duì)于蝕變巖石角礫，顯微鏡下可見鱗片狀滑石顆粒呈不規(guī)則團(tuán)塊狀或長條狀集合體分布，還可見蛇紋石呈短纖維狀呈放射狀排布，另還可見少量皂石和Fe氫氧化物碎屑。這些巖石碎屑中還有微細(xì)粒黃銅礦和黃鐵礦等硫化物包裹其中。對(duì)于硫化物角礫，肉眼可見粒徑1～3 cm的大塊黃銅礦集合體呈角礫狀出現(xiàn)，這些硫化物角礫近距離排列，邊界可拼合，似機(jī)械破碎所致。顯微鏡下顯示這些黃銅礦集合體由細(xì)粒他形黃銅礦定向聚集在一起，角礫間的拼接帶內(nèi)由碳酸鹽充填和膠結(jié)。除了大塊硫化物角礫外，還可見細(xì)粒（一般小于50 μm）自形黃銅礦和白鐵礦出現(xiàn)在碳酸鹽顆粒晶間，或被其包裹（圖6h-i）。碳酸鹽基質(zhì)主要為菱鎂礦和白云石組成，顯微鏡下可見，在相對(duì)開放的孔洞內(nèi)，菱鎂礦和白云石呈自形粒狀（圖5g-h），并按放射狀方式排列呈圓環(huán)狀，白云石在內(nèi)層，菱鎂礦在外層，白云石表面可見褐色雜質(zhì)，顏色偏暗，而菱鎂礦晶體透光性較好。局部可見白云石和菱鎂礦被紅色的鐵氫氧化物覆蓋（圖5i）。

圖8 礦化角礫巖XRD衍射圖譜Talc-滑石，Cpy-黃銅礦，Py-黃鐵礦，Liz-利蛇紋石，Doi-白云石，Mag-菱鎂礦，Arg-銀鎳黃鐵礦。a. 硅質(zhì)礦化角礫巖（巖屑角礫），b. 碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖（全巖）。Fig.8 X-ray (XRD) diffraction pattern of mineralized breccia

4 討論

4.1 礦化樣品中角礫狀硫化物團(tuán)塊的成因分析

赤狐熱液區(qū)礦化樣品包括硅質(zhì)硫化物、硅質(zhì)礦化角礫巖和碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖三類。三者中均含有呈角礫狀產(chǎn)出的硫化物團(tuán)塊。這些硫化物團(tuán)塊與基質(zhì)中其他浸染狀硫化物呈現(xiàn)顯著差異。首先，硫化物團(tuán)塊通常以礦物集合體形式產(chǎn)出，尺寸可達(dá)數(shù)厘米，而浸染狀硫化物的礦物粒徑通常小于50 μm，顯然硫化物團(tuán)塊與浸染狀硫化物在粒徑上存在數(shù)量級(jí)別差異，指示這兩者可能為不同階段產(chǎn)物。其次，硫化物團(tuán)塊中礦物的化學(xué)成分與浸染狀硫化物中同種礦物的化學(xué)成分存在明顯差異。硅質(zhì)硫化物中粗粒團(tuán)塊狀黃銅礦的Fe含量明顯高于浸染狀硫化物的Fe含量，且粗粒團(tuán)塊狀黃銅礦的Fe/Cu比值整體高于浸染狀產(chǎn)出的細(xì)粒黃銅礦（圖4）。Seyfried曾對(duì)洋中脊熱液流體開展了相平衡實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)流體中Fe/Cu較高時(shí)，往往流體還原性更強(qiáng)[20]。由此推測具有較高Fe/Cu比值的粗粒黃銅礦可能對(duì)應(yīng)于高Fe/Cu比值的流體，進(jìn)而推測硅質(zhì)硫化物中形成粗粒硫化物團(tuán)塊的熱液流體可能具有更強(qiáng)的還原性，而細(xì)粒浸染狀黃銅礦的成礦流體可能具有相對(duì)較弱的還原性，因此我們認(rèn)為硫化物團(tuán)塊與浸染狀硫化物可能為不同階段產(chǎn)物。第三，硫化物團(tuán)塊大多具有一個(gè)典型特征，即多個(gè)團(tuán)塊通常聚集出現(xiàn)，各團(tuán)塊邊界平直，且可完整拼合，似遭受機(jī)械破碎后，又經(jīng)后期膠結(jié)所致。例如硅質(zhì)硫化物中粗粒黃銅礦集合體構(gòu)成的硫化物團(tuán)塊，盡管各團(tuán)塊邊緣已被銅藍(lán)所交代，但彼此之間邊界仍清晰可辨，可吻合對(duì)應(yīng)（圖3b）。粗粒黃鐵礦集合體構(gòu)成的團(tuán)塊間也具有類似的邊緣可拼合特點(diǎn)（圖3e）。與之相反，細(xì)粒浸染狀黃銅礦通常呈細(xì)顆粒單礦物被基質(zhì)包裹，指示其可能與基質(zhì)同時(shí)形成。第四，粗粒黃銅礦團(tuán)塊周邊已被銅藍(lán)顯著交代，指示遭受了顯著的后期氧化作用，而細(xì)粒浸染狀黃銅礦通常較為新鮮，并未被次生含銅礦物蝕變交代，指示角礫狀硫化物團(tuán)塊在形成時(shí)間上可能明顯早于浸染狀硫化物。

大西洋中脊高溫?zé)嵋夯顒?dòng)區(qū)的產(chǎn)物一般呈丘體狀堆積。海水沿構(gòu)造裂隙下滲過程中不斷與圍巖發(fā)生反應(yīng)，從中萃取Cu、Fe、Zn等成礦物質(zhì)，逐漸演化成熱液流體。當(dāng)熱液流體循環(huán)深度到達(dá)熱源頂部的反應(yīng)區(qū)時(shí)，熱液流體因溫度超過450°C而發(fā)生折返，沿裂隙在地表噴出形成聳立的煙囪體。一般煙囪體的形成時(shí)間約數(shù)年至數(shù)百年。當(dāng)熱液流體停止活動(dòng)，煙囪內(nèi)的硬石膏開始發(fā)生逆溶解，使得煙囪體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，同時(shí)煙囪也會(huì)遭受水下環(huán)境的不斷氧化，最終發(fā)生崩塌，在其周圍堆積成丘?？紤]到研究樣品中硫化物團(tuán)塊大多具有坍塌煙囪碎片的特征，例如有些呈棱角狀，有些具有可拼合特征，有些具有同心層狀結(jié)構(gòu)，有些相對(duì)于基質(zhì)中包裹的浸染狀硫化物已遭受顯著氧化，認(rèn)為這些硫化物團(tuán)塊可能就是不同熱液噴發(fā)周期形成的煙囪體倒塌而成的碎片。這些早期堆積形成的煙囪碎片在新一期富硅質(zhì)流體和富碳酸鹽流體的再次灌入交代作用下，被重新膠結(jié)在一起，形成了硅質(zhì)和碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖，與此同時(shí)，流體中也結(jié)晶出細(xì)粒的硫化物顆粒，形成浸染狀硫化物。

4.2 蝕變巖石碎屑角礫對(duì)圍巖類型的指示

已有研究表明大西洋中脊熱液活動(dòng)按照基底巖石類型可分為玄武巖型和超基性巖（輝長巖-橄欖巖）型[4]：玄武巖型的典型熱液區(qū)主要有TAG[21]、Krasnov[4]等；超基性巖型的典型熱液區(qū)主要有Logatchev[5]、Rainbow[22]等。雖然迄今尚未在赤狐熱液區(qū)采集到大塊的超基性巖，但從本文研究的赤狐熱液區(qū)樣品中識(shí)別出的多種蝕變巖屑，結(jié)合赤狐熱液區(qū)產(chǎn)出的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境，可大致推測出該熱液循環(huán)系統(tǒng)的源巖類型。橙玄玻璃（圖5d）一般為玄武玻璃的低溫蝕變產(chǎn)物。皂石等黏土礦物也是玄武巖中常見的低溫蝕變礦物。這種低溫蝕變礦物主要出現(xiàn)在枕狀玄武巖的頂部，蝕變溫度＜150°C[23]。本文研究的樣品中除13-3號(hào)樣品外，其余樣品均顯示出富Si質(zhì)的特征。一般情況下，富Si質(zhì)硫化物在鎂鐵質(zhì)環(huán)境中的含量較超鎂鐵質(zhì)環(huán)境中高[24]，這也說明該熱液環(huán)境很大程度上受到了基性源巖的控制。本文研究的13-3號(hào)樣品為碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖，碳酸鹽礦物、含滑石和蛇紋石巖屑的大量出現(xiàn)，可能與超鎂鐵質(zhì)巖的熱液蝕變作用有關(guān)。據(jù)前人研究，當(dāng)含有CO2的熱液流體與超鎂鐵質(zhì)巖或蛇紋巖發(fā)生反應(yīng)，會(huì)生成滑石、菱鎂礦、白云石以及鐵的氧化物等[25]。這與本研究中對(duì)碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖的礦物組合研究結(jié)果一致。菱鎂礦和白云石的形成反映了流體中Ca濃度較高，這可能與蛇紋石化過程中，斜方輝石等硅酸鹽礦物與熱液流體反應(yīng)時(shí)釋放出的Ca有關(guān)[24]。因此，蛇紋石、滑石及碳酸鹽礦物可作為本研究區(qū)超基性巖參與水巖反應(yīng)的證據(jù)。

Escartin曾對(duì)大西洋中脊13°20'N大洋核雜巖體開展了高精度地形地貌研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在核雜巖前端是一個(gè)連續(xù)的溝槽地貌（moat）以及裙邊地貌（apron），其中溝槽對(duì)應(yīng)于拆離斷層出露于海底的邊界線，而裙邊地貌則是上盤和下盤不斷風(fēng)化累積的大小不等的角礫巖堆積體，巖石類型包含玄武巖、輝綠巖、輝長巖和橄欖巖[10]。赤弧熱液區(qū)目前尚缺乏高精度地形地貌數(shù)據(jù)，但通過樣品中蝕變巖屑的復(fù)雜性和多樣性，結(jié)合熱液區(qū)產(chǎn)出于OCC前端，可推測赤狐區(qū)熱液活動(dòng)整體位于上盤靠近溝槽地貌的邊界處，相當(dāng)于裙邊地貌之上，因此熱液區(qū)源巖類型可能同時(shí)包含基性巖和超基性巖。

4.3 赤狐熱液區(qū)成礦模式

眾多研究已表明現(xiàn)代海底多金屬硫化物的成礦物質(zhì)主要來自于對(duì)基底巖石的淋濾[26-27]。赤狐熱液區(qū)位于拆離斷層上盤，整體位于基性巖基底之上，成礦物質(zhì)主要來自于流體對(duì)基性巖淋濾。研究樣品中蝕變巖石碎屑的蛇紋石+滑石+菱鎂礦礦物組合又指示了超基性巖參與水巖反應(yīng)并提供成礦物質(zhì)的可能。銅鐵硫化物等高溫塊狀硫化物的出現(xiàn)表明其深部存在足以驅(qū)動(dòng)高溫?zé)嵋簩?duì)流的熱源驅(qū)動(dòng)力。已有研究表明，在慢速擴(kuò)張脊上的熱液活動(dòng)可以由三種顯著的潛在熱源驅(qū)動(dòng)[28]：巖漿熱源、超鎂鐵質(zhì)巖石蛇紋石化放熱、深部侵入熱巖體的熱抽取。蛇紋石化放熱一般溫度較低（＜200°C），僅可形成類似Lost City型低溫?zé)嵋簠^(qū)。因此，對(duì)于赤狐熱液區(qū)來說，脊軸深部熱侵入巖體或潛在巖漿房的熱源驅(qū)動(dòng)可能是該熱液區(qū)高溫?zé)嵋寒a(chǎn)物形成的主驅(qū)動(dòng)力，蛇紋石化放熱對(duì)熱液驅(qū)動(dòng)起到了輔助疊加作用。核雜巖體的出露是大型拆離斷裂構(gòu)造的突出證據(jù)，也是熱液流體可能的主要導(dǎo)礦構(gòu)造。大西洋中脊13°31'N的Semenov-4熱液區(qū)位于拆離斷層上盤，核雜巖體前端，基巖為玄武巖，前人研究已證明該熱液區(qū)為典型的“基性巖-超基性巖型”雙源巖控制型熱液區(qū)[29]。赤狐熱液區(qū)很可能與Semenov-4熱液區(qū)具有相似的成礦模式，也是“基性巖-超基性巖型”雙源巖控制型熱液區(qū)。

5 結(jié)論

（1）南大西洋中脊赤狐熱液區(qū)礦化樣品包括硅質(zhì)硫化物、硅質(zhì)礦化角礫巖和碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖三類。三者中均含有呈角礫狀產(chǎn)出的硫化物團(tuán)塊、浸染狀硫化物及蝕變巖石碎屑。

（2）通過對(duì)硅質(zhì)硫化物和礦化角礫巖中硫化物團(tuán)塊以及浸染狀硫化物結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分對(duì)比研究，認(rèn)為這些硫化物團(tuán)塊可能是不同熱液噴發(fā)周期形成的煙囪體倒塌而成的碎片或角礫。這些早期堆積的煙囪碎片在后期富硅質(zhì)流體和富碳酸鹽流體的再次灌入交代作用下，被重新膠結(jié)在一起，形成了硅質(zhì)和碳酸鹽質(zhì)礦化角礫巖。

（3）礦化角礫巖中巖屑物質(zhì)既包含皂石、橙玄玻璃、鐵氫氧化物等基性巖的低溫蝕變產(chǎn)物，又包含滑石、蛇紋石、菱鎂礦、白云石等由超基性巖經(jīng)蛇紋石化和富CO2流體共同作用的蝕變產(chǎn)物，推測赤狐區(qū)位于拆離斷層上盤裙邊地貌雜巖區(qū)，源巖類型可能同時(shí)包含基性巖和超基性巖。黃銅礦、黃鐵礦等高溫硫化物的出現(xiàn)指示深部基性熱源體為熱液流體循環(huán)提供了主要驅(qū)動(dòng)力，但同時(shí)疊加了超基性巖的蛇紋石化放熱作用。因此，初步認(rèn)為赤狐熱液區(qū)可能為基性巖-超基性巖雙源巖控制型熱液區(qū)。

致謝：感謝參加中國大洋52航次“大洋一號(hào)”科考船上的全體科考隊(duì)員和船員。