黃威，陶春輝，廖時理，路晶芳，崔汝勇，丁雪

1. 中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，自然資源部天然氣水合物重點實驗室，青島 266071

2. 青島海洋科學與技術試點國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術功能實驗室，青島 266071

3. 中國地質(zhì)大學地球物理與空間信息學院，武漢 430074

4. 自然資源部第二海洋研究所，自然資源部海底科學重點實驗室，杭州 310012

黃金（以下簡稱金）在人類經(jīng)濟生活中占據(jù)著重要地位，因其具有強抗腐蝕性、極佳的導電導熱性等特征而在現(xiàn)代高新技術產(chǎn)業(yè)中被廣泛應用。地球上的金基本都深藏在地核中，難以被利用?，F(xiàn)代勘探開發(fā)技術所能及的地殼金含量又極低，往往需要富集千倍以上才具有經(jīng)濟價值。火山成因塊狀硫化物（VMS）礦床是金的重要賦存載體，目前已知的最古老的VMS礦床形成于34.5億年前[1-2]，在相當長的一段時間內(nèi)VMS礦床一直是金的主要產(chǎn)出源之一[3]，在金的勘探開發(fā)中占據(jù)著重要的位置?，F(xiàn)代洋脊熱液系統(tǒng)是古代VMS成礦系統(tǒng)的現(xiàn)代類比物，調(diào)查研究程度較低卻極具經(jīng)濟潛力和科學價值。洋脊熱液系統(tǒng)正持續(xù)不斷地將散布在洋殼和上地幔巖石中的金運載富集到海底表面，未來很可能成為重要的金供給源。

洋脊是地球上規(guī)模最大的山脈體系，貫穿四大洋，蜿蜒起伏約6萬km[4-5]，主要由鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)類巖石所組成。海水下滲被加熱后對這些巖石的淋濾反應，是包括金在內(nèi)的眾多金屬物質(zhì)在海底硫化物堆積體中富集的主要起因。金在洋脊硫化物堆積體中的分布極不均一，形成在超鎂鐵質(zhì)圍巖中的硫化物堆積體遠比鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體富集金，但金在這兩類圍巖中的含量差異并不明顯。這種反差暗示了圍巖中金含量的多少并不是決定金在洋脊硫化物堆積體中富集與否的主要因素。洋脊熱液系統(tǒng)具有復雜的成礦作用過程，其控制金在這兩類硫化物堆積體中富集的因素都有哪些，彼此間的差異和聯(lián)系如何，地位孰輕孰重？針對這些問題，本文對金在這兩種洋脊熱液系統(tǒng)內(nèi)各階段的聚集演化作用過程進行深入梳理和詳細探討剖析。研究表明，由熱液流體從深部圍巖中運移出來的金，僅有極少部分堆積在了當前具備開發(fā)利用可行性的硫化物堆積體內(nèi)[6-7]，這一現(xiàn)狀表明加深對洋脊熱液貴金屬成礦機制和控礦因素的理解具有現(xiàn)實緊迫性。這不僅將有利于我國洋脊硫化物資源環(huán)境調(diào)查研究工作，也可以為未來海底人工干預富集成礦進行必要的知識儲備，盡可能避免貴重資源的流失。

1 聚集過程各階段的差異性表現(xiàn)

1.1 水巖反應差異

超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)在洋脊金成礦作用間的差異，首先體現(xiàn)在參與水巖反應的圍巖屬性特征的不同上（表1）。洋脊熱液硫化物堆積體內(nèi)的成礦物質(zhì)主要來自反應源區(qū)圍巖中的各種金屬。圍巖屬性特征的差異會直接導致成礦熱液流體在物理化學組成上的變化，并最終傳導到賦存在海底的硫化物堆積體內(nèi)金屬物質(zhì)的含量高低分布[8]。金在大洋巖石圈內(nèi)屬于痕量元素，分布極不均一，目前的測試研究工作尚欠全面和系統(tǒng)，難以準確地勾勒出其在洋殼和上地幔各層位中的含量分布特征。當前通過對全球各地上地幔輝石巖、橄欖巖等的測試，并借助理論成分模型及假想加權計算，得出的原始地幔中金的平均含量值約為1.7×10-9[9-10]?？紤]到洋殼與上地幔間質(zhì)量相差近兩個數(shù)量級[11]且洋殼并不富集金，所以許多研究者也認為金在現(xiàn)今上地?；蛱潛p地幔中的含量值與此相當[12-13]。而代表著洋殼上部巖層的洋脊玄武巖具有更多的實測金含量數(shù)據(jù)，顯示金的平均含量值低于上地幔，約為 1.0×10-9～1.2×10-9[14-17]。

金在超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)圍巖中的分布會受到巖漿作用過程的影響。金在地幔巖漿熔融過程中一般展示出的是中等不相容性[9,13]，但在因氧逸度較低而呈現(xiàn)出硫飽和性的洋脊區(qū)域，金則主要展示出相容性元素的特征[18]，這是因為金具有在巖漿硫化物相內(nèi)比硅酸鹽相富集3～4個數(shù)量級的能力[12,19-21]，會使之隨著熔離出來的密度較大的硫化物而下沉富集，從而導致金被隔離在虧損地幔源巖中。但硫化物熔體珠滴能附著在巖漿揮發(fā)分氣泡底部借以上浮漂移，又使金具備一定程度向上富集的能力[22]。因此，以上這些因素大大降低了金在現(xiàn)今洋殼和上地幔各垂向巖層中出現(xiàn)含量巨大差異的可能性，這也已經(jīng)在對全球各洋殼深部層位多個航次的鉆探研究工作中得到印證[23]。在上述條件的約束下，洋脊熱液系統(tǒng)中的超鎂鐵質(zhì)源巖與席狀巖墻和深成雜巖體層段等鎂鐵質(zhì)源巖[7,8,24-25]的平均金含量比值應該不超過1.7。

表1 超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)在水巖反應階段對金在海底富集的不同影響Table 1 Different effects for the gold enrichment during the seafloor fluid-rock interaction in the mafic-hosted and ultramafic-hosted hydrothermal systems

不同洋脊噴口流體的物質(zhì)組成間存在著顯著差異。發(fā)生在洋脊超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)內(nèi)的水巖反應，會在海底之下形成上涌的含金流體，這種成礦流體的成分會因為自身與圍巖間的物質(zhì)交換而不斷發(fā)生變化。通過對這種流體進行測試研究，可以很好地彌補當前無法直接觀測深部反應區(qū)內(nèi)各種作用過程的缺陷。但遺憾的是，受測試分析能力和樣品極易遭受污染等條件的制約，到目前為止僅在東太平洋海隆21°N熱液區(qū)進行過一例現(xiàn)代洋脊熱液流體的金含量精確測試研究工作[26]。根據(jù)已有經(jīng)驗，與其他微量元素一樣，全球洋脊不同熱液區(qū)熱液流體中的金含量也存在巨大差異[27-29]。在海底之下反應區(qū)的最深處，初始狀態(tài)時的超臨界流體溫度最高可達數(shù)百乃至上千攝氏度[30-31]。根據(jù)軟硬酸堿理論，軟陽離子Au+容易與比軟陰離子HS-更硬的Cl-離子結合，形成穩(wěn)定的絡合物，此時的金可能大量以AuCl2-的形式存在[31-32]。當熱液流體不斷上涌運移，因傳導性和混合冷卻使溫度降至到約500～150 ℃，H2S含量為約0.001～1 mol/kg時，金才主要以 Au（HS）2-和 AuHS 的形式存在[31,33-34]。此時，金的溶解度與溫度、H2S的濃度呈明顯正相關關系，且現(xiàn)代洋脊熱液流體中的金應該遠未達到飽和[26,31,35]。因此，理論上溫度更高或H2S含量更高的熱液流體，與賦存有更多巖漿硫化物且金含量更高的超鎂鐵質(zhì)圍巖相互作用，能從圍巖中淋濾出更多的金。

此外，超鎂鐵質(zhì)巖與鎂鐵質(zhì)巖在物理屬性特征上也不一樣。廣泛存在的超鎂鐵質(zhì)巖蛇紋石化反應會導致該類巖石體積膨脹、密度變小、裂隙增多[28,36]，這使得熱液流體在不斷遭受改造中有了更多與圍巖發(fā)生反應的機會；且蛇紋石化放熱反應還能提供更多的熱源，對圍巖中金的淋濾效率和淋濾程度都將提升，也更不容易與圍巖達到緩沖平衡。與鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)相比，以上這些因素更有利于金持續(xù)地從圍巖內(nèi)遷移出來，并匯聚到上涌熱液流體中，因此，超鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)內(nèi)的成礦流體應該賦存著更多的金。

1.2 運移堆積差異

金在超鎂鐵質(zhì)與鎂鐵質(zhì)洋脊熱液硫化物堆積體中的分布差異，并不僅僅受到成礦熱液流體金含量的影響。金在隨這兩種形成于不同類型圍巖中的流體向海底面遷移擴散，以及與硫化物一起從流體內(nèi)析出堆積的過程中，還受到其他多種因素的制約，這也最終傳導到這兩類硫化物堆積體中金的迥異賦存狀態(tài)上（表2）。首先，金在超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)中的運移，明顯受控于熱液流體上涌的強弱程度及持續(xù)時間。熱液區(qū)噴口流體的溫度并非穩(wěn)定不變，在不少熱液區(qū)，噴口流體的溫度在短短數(shù)年乃至數(shù)月內(nèi)就會發(fā)生極大的變化[27,37-38]。這其中，規(guī)模較大的洋脊熱液系統(tǒng)內(nèi)一個完整的流體噴發(fā)過程包括受火山-巖漿事件啟動的初始期、高強度熱液噴發(fā)和化學組分大幅度變化的演化期、隨后較長時間內(nèi)流體化學和熱量的相對穩(wěn)定期、最后熱量釋放完畢噴發(fā)事件終止，等待下一個火山-巖漿事件的開啟[8,39]。因此，即使在同一個噴口，金的運移受熱液活動周期性變化的影響巨大，這必然導致該時期內(nèi)沉淀在熱液硫化物中的金在含量和規(guī)模上出現(xiàn)差異。

其次，不同類型熱液系統(tǒng)流體中的溶解態(tài)有機化合物和氣態(tài)物質(zhì)可以影響金的富集運移過程。超鎂鐵質(zhì)與鎂鐵質(zhì)熱液流體噴口溫度間沒有明顯的差異[35,40-44]，但超鎂鐵質(zhì)熱液流體常具有高含量的溶解態(tài)碳氫化合物、氫氣以及低含量的Si[8,40,45-46]，這與形成在鎂鐵質(zhì)圍巖系統(tǒng)內(nèi)的熱液流體不同。H2和如CH4等簡單有機物與成礦流體內(nèi)的金可能不會發(fā)生反應，但其相對高含量卻有利于熱液流體發(fā)生相分離。目前已有研究表明溶解態(tài)非生物有機化合物和更具還原性的環(huán)境也許會利于金的富集運移[31,40,47]。此外，在洋脊熱液系統(tǒng)中常見的富硫酸性環(huán)境下，硫含量和溫度高低對于金在蒸汽相和流體相間的分配影響巨大，熱液流體內(nèi)的金具有明顯地傾向于富集在蒸汽相中的特征[31]。熱液流體中高濃度的硫非常有利于金的富集運移，此時流體內(nèi)以AuHS以及可能存在的AuHSH2S形式賦存的金含量相對較高。這兩種含金物質(zhì)不帶電荷，揮發(fā)性較強，相分離后更容易上涌到海底面的相對低氯度的富蒸汽相流體，很可能會比殘留鹵水相攜帶出更多的金[31]。實驗表明，金在蒸汽相和流體相間的分配系數(shù)最高值并不是出現(xiàn)在溫度可高達800 ℃的富硫巖漿環(huán)境中，而是在溫度約為350～500 ℃的富硫熱液環(huán)境下[48-50]。但是由于采樣的困難，目前尚難以獲得不同熱液區(qū)海底面之下各深度層段內(nèi)運移流體中的硫與金的含量及相關性特征，僅依靠已知的洋脊噴口流體中的少量H2S數(shù)據(jù)，難以確定哪種圍巖類型的熱液流體對金的富集運移更有利。但與鎂鐵質(zhì)熱液流體相比，超鎂鐵質(zhì)熱液流體中更富集的溶解態(tài)非生物有機化合物和氣態(tài)物質(zhì)確實更利于金的富集運移。

表2 超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)在運移堆積階段對金在海底富集的不同影響Table 2 Different effects for the gold enrichment during the seafloor migration and accumulation of the metallogenic material in the mafic-hosted and ultramafic-hosted hydrothermal systems

最后，不同熱液系統(tǒng)內(nèi)含金硫化物堆積體的形成模式差異也會影響金的富集程度。在熱液成礦流體與海水混合形成硫化物的過程中，金會伴隨硫化物一同堆積在近噴口區(qū)域內(nèi)。從現(xiàn)代海底多金屬結核和結殼中金的含量分布來看[51]，相對吸附能力較差的熱液硫化物，在形成過程中從海水內(nèi)吸附的金的含量可以忽略不計。因此，硫化物堆積體中金的噸位由成礦熱液匯入的金的規(guī)模決定。在含金硫化物堆積體持續(xù)性形成和生長過程中，熱液區(qū)的構造環(huán)境會直接制約其形態(tài)及規(guī)模。與鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)不同，超鎂鐵質(zhì)圍巖環(huán)境下熱液流體的噴發(fā)集中度較低，難以形成真正的丘狀體，熱液區(qū)內(nèi)高溫成礦流體的“彌散性”噴發(fā)導致了其形成的硫化物堆積體相對平坦，與鎂鐵質(zhì)熱液區(qū)內(nèi)常見的圓錐形硫化物堆積丘體明顯不同[40]，這必然會影響金的展布特征。超鎂鐵質(zhì)圍巖環(huán)境下熱液流體的彌散性噴發(fā)是近海底面高溫流體循環(huán)廣泛存在的必然結果，這會造成巖層的高度蝕變，并使得海底面之下硫化物的沉淀作用、大范圍的網(wǎng)脈狀成礦作用以及塊狀硫化物完全交代超鎂鐵質(zhì)巖石的作用增強[40]。蜂窩狀煙囪體能給金的沉淀堆積帶來更多有利因素，當它出現(xiàn)在超鎂鐵質(zhì)圍巖熱液區(qū)時，也許會因為熱液流體的彌散性低速噴發(fā)而比集中式噴發(fā)的鎂鐵質(zhì)圍巖熱液區(qū)更有利于金的富集[47]。東太平洋海隆等快速擴張洋脊發(fā)育著鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)，其巖漿噴發(fā)速度過快，占據(jù)了熱液噴口最發(fā)育的洋脊裂谷，熔巖阻礙熱液活動的持續(xù)，并將已經(jīng)形成的硫化物堆積體就地掩埋。超鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)基本都發(fā)育在慢速—超慢速擴張的洋脊上，火山活動頻率相對較低且缺乏巖漿噴發(fā)事件[35,40,52]，所以能持續(xù)性地形成規(guī)模巨大的硫化物堆積體，從而富集更多的金。前人的測試分析工作也證實了以上觀點，即12個洋脊超鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體的平均金含量高達6.9×10-6，51個無沉積物覆蓋的洋脊鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體的平均金含量僅為1.3×10-6，而洋脊位置靠近大陸受陸源沉積稀釋影響的3個硫化物堆積體的平均金含量則更低，只有0.4×10-6[53]。

1.3 后期活化差異

洋脊熱液硫化物堆積體在其形成中及形成后，由于處在氧化性環(huán)境下，堆積體內(nèi)裂縫和裂隙發(fā)育，上涌的還原性熱液流體以及氧化性海水的循環(huán)作用，會持續(xù)不斷地對其進行充填和交代改造（表3）。金在硫化物堆積體不同層位中的分布差異極大，幾乎無一例外地展示出深部含量遠低于淺部的特征[54]，揭示了金在堆積體形成后會從深部向淺部活化遷移。此特點已經(jīng)在對諸如TAG、SnakePit以及Middle Valley硫化物堆積體的鉆探研究工作中得到了證實（圖1）。硫化物煙囪體微尺度上金的內(nèi)外層含量差異，也許是由形成溫度的不同而導致其溶解度降幅不一造成的，但堆積體數(shù)百米尺度下金含量的內(nèi)外差異只能表明硫化物形成后會經(jīng)歷廣泛的蝕變再改造。這個過程中發(fā)生的持續(xù)性重結晶作用，尤其是斑狀變晶生長過程會導致金從早期形成的硫化物內(nèi)遷移出去[55-56]，從而進入殘余流體中。

表3 超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)在后期活化階段對金在海底富集的不同影響Table 3 Different effects for the gold enrichment during the seafloor weathering and migration of the sulfide deposits in the mafic-hosted and ultramafic-hosted hydrothermal systems

圖1 洋脊硫化物堆積體內(nèi)金的分布及活化遷移示意圖硫化物堆積體從內(nèi)到外其賦存礦物的粒徑逐步變小，結晶度變差，而金的含量則逐步升高。圖中Snakepit、TAG以及Middle Valley熱液丘體表層樣和內(nèi)部鉆探取心樣品中金平均含量的數(shù)據(jù)（單位：10-6）引自文獻[54]。圖中的綠色箭頭表示金從堆積體內(nèi)部層位向外部層位的活化遷移。Fig.1 Schematic diagram showing the occurrence, remobilization and redistribution of gold within a hydrothermal sulfide deposit from mid-ocean ridge From the inner toward the outer in the sulfide deposit, the mineral grains become smaller, their crystal forms become imperfect, but the content of gold increases systematically. The average bulk concentrations （unit: 10-6）of surface samples and the drill core samples from the Snakepit, TAG and Middle Valley massive sulfide deposits are from[54]. The features of the remobilization and redistribution of gold within the sulfide deposit are shown with green arrows.

在熱液流體與冷海水混合而形成硫化物的過程中，金會以以下幾種形式與硫化物一同沉淀出來：①進入硫化物晶格中；②在硫化物從晶雛開始不斷生長過程中被吸附在其內(nèi)外層面上；③以包體的形式賦存在硫化物的缺陷內(nèi)。不同的賦存形式所對應的金在形成后所遭受的微環(huán)境改造差異巨大[57-59]，包體金和吸附金更容易大規(guī)模地從硫化物中被遷移出來。在硫化物形成后，由于類似于蓋層的遮蔽效應而阻礙高溫熱液流體與冷海水的繼續(xù)有效混合，使得這些流體滯留在年輕而極多孔隙的硫化物內(nèi)。這種溶解態(tài)金并未飽和的高溫流體與硫化物接觸面廣，比較容易再次從硫化物中淋濾出金。除非這些高溫流體被徹底封閉在某個空間內(nèi)緩慢降溫，使得其賦存的金完全沉淀出來，否則海底淺表層連通性滲透性極佳的環(huán)境以及持續(xù)不斷的高溫、高浮力流體的大量供給，必然會不斷淋濾剛形成的硫化物，帶走剛形成的金，繼而在新的海底表面與冷海水混合達到過飽和而沉淀。周而復始，就會使得金始終趨向于富集在海底表面最新形成的硫化物中，直到整個區(qū)域的熱液活動熄滅為止。由于海底之下先期形成的金被后期熱液流體反復淋濾，大量遷移到海底表面，這必然會造成包括金在內(nèi)的眾多與溫度呈正相關關系的金屬元素進一步匯入海洋水體中，而無法被海底硫化物所捕獲，從而嚴重降低成礦效率。因此，熱液硫化物堆積體中金的大規(guī)模趨外性富集遷移幾乎與硫化物的形成同步。大規(guī)模向上遷移并串聯(lián)堆積體內(nèi)各部位的熱液流體停止噴發(fā)后，以孤立溶液的滲濾及與硫化物的交代置換反應為主。雖然這些反應會伴隨著從硫化物堆積體誕生到消亡的整個過程[60-62]，但只會造成金的區(qū)域性富集或虧損，而難以造成這種貫穿整個堆積體的規(guī)律性分布現(xiàn)象。前期巨大的熱液堆積形成作用過程結束后，堆積體內(nèi)部的交代作用及外部的風化作用的影響開始變得重要起來，硫化物等含金物質(zhì)的溶解和重沉淀作用會造成金的長時間、多頻次活化遷移，且硫化物堆積體被海水所包圍，內(nèi)部裂隙裂縫發(fā)育的特征更適合后期交代改造作用的發(fā)生，因此，可能在遠離原位置的堆積體其他層位形成含高品位金的富礦體[63]。此時，超鎂鐵質(zhì)熱液堆積體平坦的分布特征使得堆積體能更多地與海水接觸，從而釋放出更多的金進入海水中。

洋脊處圍巖的硅化蝕變和流體通道內(nèi)硅質(zhì)物的沉淀析出，常會造成流體超壓及巖石爆裂。在超鎂鐵質(zhì)圍巖環(huán)境下，圍巖的硅化蝕變會形成關鍵的低滲透率蓋層，導致出現(xiàn)誘發(fā)水力壓裂所必需的超壓現(xiàn)象，使得水力壓裂作用頗為活躍[40]。這也會進一步加劇超鎂鐵質(zhì)熱液流體噴溢活動的分散性，加之無處不在的海底之下的流體循環(huán)，必然使得超鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體內(nèi)的金在垂向和水平的分帶性上都不如鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體那么明顯，可能是造成金的后期活化遷移與鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體迥然不同的重要原因之一。雖然現(xiàn)在尚無對超鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體進行精細鉆探研究的實例，但綜上所述，超鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體內(nèi)金的含量更高，往往意味著包體金和吸附金的比例也更高，因而具有更容易活化遷移的特征，也很可能造成了其外部層位比鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體更富集金。

2 誘發(fā)差異性聚集的因素評估

隨著近年來在洋脊上發(fā)現(xiàn)的超鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體越來越多，過去認為的慢速和超慢速擴張洋脊巖漿供給不足的本質(zhì)特征，會阻礙甚至杜絕在其上發(fā)育一定規(guī)模的熱液活動的觀點，已經(jīng)被徹底否定。如今看來，在這些洋脊段上巖漿活動和構造活動的結合可以形成可供熱液流體高效循環(huán)的通道，導致在海底之上出現(xiàn)強勁的熱液噴發(fā)現(xiàn)象，并形成大規(guī)模的硫化物堆積體[8]。洋脊處超鎂鐵質(zhì)圍巖熱液硫化物堆積體高度富集金的屬性特征[40,53]，使之在資源前景和成礦機制上的重要性日益凸顯。洋脊作為地球上最大規(guī)模的山脈系統(tǒng)，巖石類型相對單一，基本都可納入鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)巖的范疇，在此對貴金屬金在這兩類熱液系統(tǒng)內(nèi)的差異性聚集及誘發(fā)因素進行剖析和評估（圖2）。

超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)圍巖所構成的這兩類洋脊熱液系統(tǒng)中，金在源區(qū)圍巖含量之比不超過1.7的情況下，最終大幅升高到了匯聚地硫化物堆積體中的5.3[53]。該比值是搜集整理了大量洋脊超鎂鐵質(zhì)與鎂鐵質(zhì)熱液硫化物金含量的平均值后得出的。由于目前采集和分析的樣品大多來自于硫化物堆積體表層，深部樣品的金含量信息我們還知之甚少，且目前還未對洋脊超鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體進行過詳細的鉆探研究，所以5.3這個值實際上更多指示的是賦存在這兩類熱液系統(tǒng)表層的硫化物平均金含量的差異。饒是如此，這一比值仍能顯示出金在這兩類熱液系統(tǒng)從源到匯的相近遷移過程中，受到了諸多不同因素的影響，導致金的聚集差異逐步擴大，并最終使得超鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體中的金含量遠大于鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體。金在洋脊熱液系統(tǒng)中的遷移演化過程十分復雜，影響因素極多。通過細致歸納，總結出以下4種造成金在超鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物中的富集程度遠比鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物高的主要因素，即①圍巖的物理化學屬性優(yōu)勢；②熱液流體中的溶解態(tài)非生物有機質(zhì)及氣態(tài)物質(zhì)含量高；③形成區(qū)域的裂隙發(fā)育；④堆積體所處位置構造穩(wěn)定。

圖2 金在兩類不同結構形貌的圍巖洋脊熱液系統(tǒng)中的遷移演化及影響因素a. 超鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)，b. 鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)；圖中的OR代表溶解態(tài)非生物有機質(zhì)和CH4、H2等氣態(tài)物質(zhì)，底圖改編自文獻[40]。Fig.2 Schematic model for the differences of the morphology, structure, evolution and effect factors between a) mafic-hosted and b)ultramafic-hosted hydrothermal systems on the mid-ocean ridge OR represents the abiotic organic compounds, gaseous species such as CH4 and H2. adapted from reference[40].

在以上4種主要因素中，圍巖的物理化學屬性對于金在洋脊超鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體內(nèi)的相對富集，可能起著最為關鍵性的控制作用。相比于鎂鐵質(zhì)圍巖，超鎂鐵質(zhì)圍巖與下滲被加熱改造的海水之間的相互作用，不僅會使得巖層中的金更多地遷移進入熱液流體內(nèi)，導致上涌的成礦熱液流體內(nèi)更富含金，而且還會大量形成有利于金向海底面快速上涌的溶解態(tài)非生物有機化合物和氣態(tài)物質(zhì)，同時以上反應所處的更具還原性的環(huán)境也有利于金的活化遷移。其次，蛇紋石化放熱反應和蛇紋石族礦物自身的孔隙等因素造成的裂隙發(fā)育、滲透率高的屬性特征，既有利于水巖相互作用大面積、長時間、更徹底地從圍巖內(nèi)淋濾出金，有效避免水巖反應緩沖平衡的實現(xiàn)，又十分有利于金隨熱液流體的向上遷移及在海底面的堆積形成。再次，超鎂鐵質(zhì)圍巖內(nèi)熱液流體噴溢活動的分散性，以及形成的硫化物堆積體展布更廣更平坦的特征，更有利于金的后期活化遷移，這很可能會造成超鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體表層樣品中金的高豐度，同時也會造成金在水平和垂向分帶性上可能都不如鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體那么顯著。金的這種趨外富集效應在硫化物從熱液流體內(nèi)剛沉淀形成時就已開始，堆積體外部層位硫化物中的金，可能相當部分來自于對內(nèi)部早期形成硫化物的淋濾。此外，最近對海底硫化物堆積體內(nèi)金的平均含量與無沉積物覆蓋洋脊擴張速率之間關系的統(tǒng)計學研究工作，揭示了它們之間存在的明顯負相關關系[47]。而超鎂鐵質(zhì)巖主要分布在慢速—超慢速擴張洋脊上的特征，也印證了超鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)對于金富集的獨特優(yōu)勢。

洋脊硫化物堆積體所處位置的構造特征對于金的富集同樣十分重要。構造的穩(wěn)定性使得整個堆積體可以長期存在，這既能讓它有充分的空間和時間來生長壯大，容納更多包括金在內(nèi)的各種金屬資源，又給后期活化遷移等作用的發(fā)生創(chuàng)造了充足條件。這對于慢速—超慢速擴張洋脊上超鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)內(nèi)金的大規(guī)模形成堆積十分有利，反之則可能出現(xiàn)諸如東太平洋海隆那樣，硫化物堆積體在形成之初規(guī)模尚小時，就面臨著被火山或巖漿活動破壞的危險[8,40]。此外，對于單個的硫化物堆積體而言，其賦存區(qū)熱液活動的強弱與周期性變化、分布位置和堆積體形貌的優(yōu)劣等眾多因素，都會直接影響到金的聚集，甚至可能導致部分鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體富集金，而一些超鎂鐵質(zhì)圍巖硫化物堆積體并不富集金現(xiàn)象的出現(xiàn)[64-66]。

3 結語與展望

孕育洋脊熱液系統(tǒng)和極具經(jīng)濟價值的硫化物堆積體的圍巖，主要由超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)侵入巖所組成。金首先被下滲加熱的海水從這些圍巖中淋濾出來，接著隨熱液流體上浮運移，在近海底面與冷海水混合，而從流體中析出并賦存在硫化物堆積體內(nèi)，然后在形成中及之后的漫長歲月里接受不同程度的活化遷移改造。在以上相近的作用過程中，超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)卻各自具有迥異的載金屬性特征及富集演化歷程，最直觀的差異即這兩類不同熱液系統(tǒng)內(nèi)的金在匯源端員間的比值高低相差數(shù)倍。造成以上差異性聚集現(xiàn)象的原因在于超鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)相對于鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)具有以下有利因素：①圍巖具有高金含量和高孔高滲等物理化學屬性優(yōu)勢；②熱液流體中的溶解態(tài)非生物有機質(zhì)及氣態(tài)物質(zhì)含量高；③形成區(qū)域的裂隙發(fā)育；④堆積體所處位置構造穩(wěn)定。這些因素造成了超鎂鐵質(zhì)熱液系統(tǒng)在源區(qū)巖層端就更富集金，裂隙裂縫發(fā)育使得水巖反應更徹底、對金的淋濾效率更高，導致熱液流體中更富金，且熱液流體內(nèi)有機質(zhì)和氣態(tài)物質(zhì)的高含量，使金在熱液流體的上涌運移過程中更具有優(yōu)勢，而所處區(qū)域構造相對穩(wěn)定和硫化物堆積體的獨特結構特征，也利于金的長時間富集堆積和趨外富集活化遷移。理解掌握以上諸多信息，對于我們在洋脊處勘探開發(fā)熱液成因的貴金屬資源具有重要意義。

當然，受限于當前我們的研究程度和認知能力，可能還有很多暫不為我們所知的因素，擴大或者縮小了金在這兩類洋脊熱液系統(tǒng)中的聚集差異，這也驅(qū)使著我們進一步對全球各洋脊熱液活動區(qū)內(nèi)的圍巖、熱液流體、硫化物堆積體中金的含量及賦存特征做更多更精細的測試分析工作。尤其是目前嚴重缺乏熱液流體中金的含量、形態(tài)及垂向演化變遷的精確信息，這直接制約了我們對貴金屬金在海底熱液區(qū)的成礦作用和找礦規(guī)律的認識。此外，經(jīng)歷水巖反應、熱液流體的運移堆積以及后期活化遷移后，在不同構造環(huán)境下隨著硫化物一同形成而賦存在硫化物堆積體中的金，還帶有多少圍巖的印記？對于該問題仍眾說紛紜，未有定論，金的遷移演化之路迄今為止也是撲朔迷離。更多的精確、原位測試分析及模擬研究工作，將是精準量化揭示金在不同類型熱液系統(tǒng)內(nèi)的各種物源貢獻及演化階段中富集虧損的關鍵。這些信息的清晰掌握，也將為未來人類在海底對包括金在內(nèi)的熱液成因金屬的人工干預富集成礦創(chuàng)造條件，以期大幅減少海洋水體的重金屬輸入，并創(chuàng)造更高的經(jīng)濟價值，為海洋環(huán)境保護提供借鑒和參考。

致謝：由衷地感謝自然資源部第二海洋研究所韓喜球研究員對本文提出的大量建設性意見和建議。