一、概述
这类矿床在世界上一些地方很早就被作为铜和黄铁矿的资源开采利用而受到了重视。矿床产在海相火山岩、火山沉积岩系中，矿体常呈与围岩层状构造大体整合一致的似层状或透镜状，成群成带集中分布。矿石中金属硫化物特别富集，含量常可达到 60% 以上，构成块状、密集条带状矿石。金属硫化物主要包括铁、铜、铅锌硫化物，而以黄铁矿、磁黄铁矿等铁硫化物的含量为最高，因此在矿床文献中也称这类矿床为黄铁矿型矿床。欧美各国因越来越认同矿床与海底火山活动的环境有关，现在更为广泛地使用火山成因块状硫化物 ( VMS) 矿床这一名称。
在不同类型的海相火山岩中都可以产出块状硫化物矿床，几种典型的情况是: ①富钠镁铁质和长英质岩石的双峰式火山岩组合或称细碧角斑岩系列中产出含铜的和含铜、铅、锌的矿床; ②在正常钙碱性系列以长英质岩石为主的火山岩系中产出铅、锌、铜的矿床;③在主要是镁铁质火山岩的蛇绿岩中产出铜矿床。
从含矿火山岩系的时代看，太古宙、元古宙、古生代、中新生代都有重要矿床，太古宙和较少的元古宙绿岩带中的矿床如加拿大阿比蒂比等绿岩带中著名的 Noranda 地区的矿床、西澳大利亚的矿床。古生代和中生代褶皱带有很多产于双峰式火山岩组合中的矿床，如欧洲西班牙、葡萄牙的 Rio-Tinto、Neres-Corro 矿床、俄罗斯中乌拉尔和南乌拉尔的许多矿床以及北高加索和阿尔泰的矿床、北美阿帕拉契的矿床、中国甘肃白银厂矿床等。
有两个年代较新的重要矿床: 一个是白垩纪蛇绿岩中的塞浦路斯含铜黄铁矿矿床，另一个是新生代长英质凝灰岩中的富铅锌的日本黑矿矿床。这类矿床含矿火山岩系中常可含多种不同的沉积岩，有的地区以沉积岩为主，只有少量火山岩夹层甚至完全没有火山岩，但也产有块状硫化物矿床，如澳大利亚昆士兰地区的一些矿床。有的研究者把它们也归入同一类。但很多研究者则把这些矿床划为另一类型，即沉积岩中的喷气沉积 ( Sedex) 矿床。这类矿床矿石中金属硫化物种类和含量具有显著特点，不管在哪一种矿床中，黄铁矿或磁黄铁矿含量都是最多的，重要的含铜、铅、锌矿物只有黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等少数几种，少量出现的还有黝铜矿、砷黝铜矿、斑铜矿等。此外，矿石中还含有金、银及其他少量矿物。按照矿床中的主要金属组合及含量多少可分为铜、铜-锌、锌-铅-铜和铅锌 4种类型。大洋中脊蛇绿岩中的矿床产出典型的铜型矿石，加拿大地盾内的矿床中有少数是铜型，绝大部分是铜-锌型，个别是铅-锌-铜型。挪威古生代造山带中的矿床多一半是铜-锌型，这些矿床矿体围岩以基性火山岩为主，长英质火山岩少于 10% 。铅-锌-铜型矿石均产在长英质火山岩或长英质火山岩和沉积岩组合中，例如，产在日本的绿色凝灰岩带中的大部分矿床以及塔斯马尼亚的矿床，而铅-锌型矿石只出现在产于沉积岩中的矿床中。
这类矿床在世界分布较广，据称已有 420 多个矿床。其中所蕴藏的铜、铅、锌达数亿吨，银达数万吨，金达数千吨。还有 Se、Sn、Bi 等可观的储量。
20 世纪五六十年代以前，这类矿床还被认为是中温热液矿床，稍后在矿床同生和后生成因的讨论中是重要研究对象之一。对中、新生代两个矿床深入研究取得大量的同位素研究数据，从而使海底热水沉积的模式得到越来越多的支持，现代洋底热水喷出地点的发现和研究，更使这种认识被广泛接受。在对世界相当数量的矿床进行分析研究基础之上已制定了与海相镁铁质喷出岩有关的、与海相长英质—镁铁质喷出岩有关的矿床模式( Singer 和 Cox，1986) 。中国对火山岩型铜多金属硫化物矿床也已经进行了系统总结，建立了矿床的成因和找矿模式 ( 宋叔和、韩发等，1994) 。
二、重要矿床
1. 甘肃白银厂铜矿床
是我国发现并研究最早的一个火山块状硫化物型矿床。矿区位于北祁连早古生代褶皱带东段。矿区主要为浅变质寒武纪海相火山岩和火山沉积岩系。火山岩岩石组合具双峰式特征，并富钠贫钙，为典型的细碧角斑岩系列。火山岩喷出沉积作用表现出由角斑质岩石到石英角斑质岩石和由角斑岩与细碧岩间互层产出再到主要为细碧质岩石的层序。已确定白银厂地区是一个具短轴背斜形态的火山穹窿构造，石英角斑质岩石分布在中心，环绕其周边的为细碧质岩石和少量角斑岩 ( 图 6-1) 。火山穹窿内有东西两个喷发中心和多个火山喷口。
图6-1 白银矿田古火山机构构造略图( 据邬介人，1991)
各级火山中心或喷口以较集中产出集块角砾岩及石英钠长斑岩等次火山岩为标志。白银厂块状硫化物矿床产于早期火山喷发沉积旋回的酸性火山岩段，含矿层的岩石组合为酸性火山凝灰岩夹含碳、硅、钙泥质沉积岩或酸性火山凝灰岩向夹沉积岩的基性火山岩转换部位。容矿岩石有石英角斑质碎斑熔岩、石英角斑质晶屑凝灰岩及部分石英钠长斑岩等。成矿作用起始于酸性火山喷发作用晚期石英钠长斑岩侵入之后，结束于大规模中酸性火山喷发作用之前。
块状硫化物矿床按其与火山喷口的关系可分为近火山喷口型和远火山口斜坡型两类。矿区内最著名的折腰山矿床和火焰山矿床属近火山喷口型，折腰山矿床在石英角斑岩层中整合产出，火焰山矿床产于石英角斑岩类与细碧质火山岩接触面上。两个矿床为走向近于平行展布在北面和南面的两个矿体群，各由少数几个似层状、透镜状主矿体和很多的条带状、脉状小矿体组成 ( 图 6-2) 。上部和中部矿体厚大，向深部变薄并出现分支尖灭。主矿体由块状黄铁矿、块状含铜黄铁矿矿石组成，出现在矿体边部和下部的小矿体由网脉状、条带浸染状矿石组成。矿石的金属组合属 Cu-Zn-黄铁矿型，铅除个别地段较富集外，一般均低于工业要求。在折腰山矿床矿体上盘出现一种特殊的补丁状角砾凝灰岩和少量铁锰硅质岩。近矿围岩发生了显著的绿泥石化、绢云母化和硅化等蚀变。
图6-2 白银厂矿区地质略图( 引自邬介人，1991)
另一重要矿床小铁山矿床属于远火山喷口斜坡型，是一个地表未见原生矿露头的隐伏矿床。矿体产于石英角斑质凝灰岩夹薄层凝灰质千枚岩中，以含矿层内有较多沉积岩为特征。矿体为似层状，沿走向倾向也有分支、尖灭和重现的情况，东段距地表较浅，西段埋藏较深，显示出侧伏现象。矿石中的主要矿物包括黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黝铜矿和砷黝铜矿、重晶石，具块状、条带条纹和条带浸染状构造。矿石中普遍含金、银较高，主要含金矿物有自然金、银金矿，还有辉银矿、螺状硫银矿、辉铜矿等。矿体下盘石英角斑质凝灰岩中含星散状金属硫化物，并发生了绿泥石化、绢云母化和硅化。
本区出露地表的块状硫化物矿床，矿体近地表部分经氧化发育了块状和角砾状铁帽和分布在其间和其下的由多种含铁钒类矿物构成的钒帽，氧化带下局部形成次生辉铜矿。明清时代曾对氧化带中残余富集的金银进行过开采。20 世纪 40 年代发现黄铁矿，1952年开始作为铜矿进行了勘探，查明折腰山、火焰山铜锌矿床分别达大型和中型规模，经 20 多年露天采矿后，折腰山矿床已转入深部开采。小铁山矿床在勘探过程中证实除铅锌矿床为大型外，贵金属金银和稀有分散元素也有重要价值，在 20 世纪 80 年代初正式投入生产。
2. 新疆阿舍勒铜矿床
是国内近期发现和探明的一个重要火山块状硫化物矿床。矿床位于阿尔泰古生代褶皱带中，矿区地层为泥盆纪火山-沉积岩系。火山岩岩石类型包括流纹岩、玄武岩及同质凝灰岩、角砾凝灰岩、火山角砾岩和呈岩脉岩株形式产出的辉绿岩、石英钠长斑岩。火山岩中夹有灰岩、放射虫硅质岩。火山岩是双峰式岩石组合，酸性火山岩多于基性火山岩，化学成分具高钠特点。
矿区内最重要的矿床形成于构造洼地中，原层状矿体经褶皱为同斜倒转向斜构造内的一个大透镜体，核部较厚，两翼逐渐变薄至尖灭，产状与火山岩层整合一致 ( 图 6-3) 。层状矿体内自下而上可以划分出黄铁矿带、黄铜矿-黄铁矿带、富铅锌矿带、铅锌重晶石带和重晶石带，下部带以块状矿石为主，上部各带矿石中条纹条带发育。在层状矿体之下还发育细脉状和浸染状矿化。据统计，层状矿体中 Cu∶Zn∶Pb 近于 6∶7∶1，Zn/Cu 值和银含量均自下而上逐渐升高。下盘细脉浸染状硫化物带的含矿岩石为凝灰岩和角砾岩，蚀变类型为绿泥石化、硅化和碳酸盐化。阿舍勒矿床已探明为大型规模，在硫化物含矿层位上部也发育有透镜状含铁硅质岩。矿床所在的阿尔泰成矿带向北西方向与哈萨克斯坦共和国的阿尔泰成矿带相连，两地含矿火山岩系和矿床特征大体一致。
3. 四川呷村铅锌银矿床
是发现较晚的又一个大型海相火山岩中的块状硫化物矿床。矿区位于西南三江地区义敦岛弧碰撞造山带上的弧间裂谷盆地内，含矿火山岩系时代为晚三叠世，由拉斑玄武岩系列的镁铁质火山岩和钙碱性系列的长英质火山岩构成双峰式岩石组合。
呷村矿区内出露的岩层包括产于双峰式火山岩下部火山角砾岩、硬砂岩及千枚岩中的镁铁质火山岩、玄武质熔岩、角砾岩、凝灰岩以及辉绿岩岩墙群和占双峰式火山岩65% 以上厚达千余米的长英质火山岩。长英质火山岩包括英安质和英安玄武质火山岩、凝灰角砾岩、凝灰岩以及上覆凝灰质粉砂岩、千枚岩的下部单元和以流纹质火山岩熔岩、凝灰岩和角砾岩为主体的上部单元，其上出现千枚岩、泥质灰岩、生物碎屑灰岩等沉积岩层。
长英质火山岩上部单元是块状硫化物矿床产出的层位，在中部英安流纹质凝灰角砾岩、凝灰岩中有一个次级矿体产出的下部层位。在上部流纹质角砾熔岩、凝灰岩中是主矿体产出的上部层位 ( 图 6-4) 。主矿体层位中矿体可以分为 4 段。最下一段产于流纹质角砾凝灰岩蚀变岩筒内，矿石为脉状、浸染状; 第二段在蚀变岩筒顶部硅质蚀变岩壳之下，矿体呈网脉状; 第三段为块状硫化物矿层和重晶石矿层，下部富黄铁矿，并含重晶石和硅化火山岩碎块，上部富银、铅、锌硫化物，常见硫化物与重晶石组成条带层纹状构造; 最上一段为白云质灰岩中的层状硫化物矿石，在每个含矿带的上部，重晶石岩、赤铁矿碧玉岩、菱铁矿等热水沉积岩均大量发育。上述含矿层在呷村矿区内均产于由火山沉积岩系构成的复式背斜内的一个次级倒转向斜轴部，矿体产状总体上与地层产状一致并同步褶皱。
图6-3 阿舍勒矿床Ⅰ号矿体第Ⅰ勘探线剖面图( 据陈毓川等，1998)
矿石中主要金属矿物为黄铁矿、闪锌矿和方铅矿，其次为黝铜矿和黄铜矿，少量矿物有毒砂、硫锑铅矿和车轮矿，偶见自然金、硫铜银矿、辉银矿。矿石含金富银。金属矿物粒度细小，多在 0. 01 mm 左右。非金属矿物以石英和重晶石最多，其次有钡长石、绢云母、绿泥石、白云石及方解石等。呷村矿床以铅、锌为主的金属组合和含矿层分带特征与世界黑矿型矿床相似。本区块状矿层、层状矿体和其他流纹质火山岩系中具层控性质的网脉矿带平行分布，认为是高渗透性碎屑岩层和同级别断层系统控制着深处热水发生弥散式排泄与侧向流动交代的结果。
三、成矿作用和矿床成因
火山岩中的块状硫化物矿床历来就是成因解释较多的一类矿床，也是近 40 ～50 年间成因概念改变较大的一类矿床。20 世纪四五十年代以来，一般认为这类矿床是中温热液交代矿床，因为它们具有与其他热液矿床相同的金属硫化物组合和围岩蚀变类型，并且矿床附近常可能有花岗岩类侵入体。后来发现，这类矿床的含矿围岩实际上都是火山岩类，例如，在乌拉尔山东坡一个从北纬 60°到 52°的成矿带中已先后发现 30 多个黄铁矿型矿床，研究较早的中乌拉尔地区的矿床含矿围岩现在是古生界石英绢云母片岩，矿体呈与围岩片理协调较规则的透镜状，一向被看作是与海西期花岗岩类侵入体有关的热液矿床。但后来在南乌拉尔地区发现了相似矿床则明显是产于古生界火山喷出岩中，矿体多不规则，金属矿物均为细粒并保存胶状结构。查瓦里茨基在 1936 年对比研究了这些矿床后提出，中乌拉尔矿床与南乌拉尔矿床同为古生代褶皱带内与上志留统和下泥盆统细碧角斑岩系火山岩有关的矿床，它们的差别只是两地含矿岩系受到区域动力变质作用强烈程度不同的结果。他认为矿床是火山喷出时的气水溶液作用于火山岩的产物。这一认识否定了与后期花岗岩类有成因关系而拉近了矿床与火山岩形成的时间关系。差不多在同一时期，Oftedahl在研究挪威同类矿床时也确定那里的矿床普遍与长英质火山岩存在空间上的联系，提出矿床是火山喷气作用在海底形成的看法。Schnederhohn 于 1955 年正式提出了海底喷气矿床这样一种矿床类型。
图6-4 四川呷村铅锌银矿床平面地质图及不同高程平断图( 引自侯增谦等，2001)
随着层控矿床概念的兴起，火山岩中块状硫化物矿床是同生还是后生成因便成为一个长期争论的问题。在加拿大先后两次召开关于块状硫化物矿床产出环境与成因的专题讨论会，地质学家们提出了在 Barthurst 等矿床观察到的矿体与围岩层理在宏观及微观上都表现出整合关系，而且硫化物矿体与特定岩石单元具有依存性的证据。他们认为矿石组构上的各种小尺度的后生特征完全可以是在沉积之后遭受变形变质作用的结果。就是太古宙绿岩带中的矿床也明显地受地层控制而不是受断裂构造控制。我国辽宁红透山铜锌矿床产在原岩为镁铁质火山岩的斜长角闪岩和原岩为安山质流纹质火山岩的麻粒岩间，矿体仍沿原始层状面理及其复式褶皱的枢纽作最大延伸的事实与上述判断一致。
图6-5 日本黑矿的典型分带( 据 Sato，1974)
对两个时代最新的矿床的研究和与它们的对比对发展块状硫化物矿床的成因认识起了重要作用。日本黑矿型矿床是第三纪的，产于绿色凝灰岩的英安质凝灰岩及部分熔岩和次火山岩中，硫化物矿床与熔岩穹丘伴生，多产在旁侧凹地内，矿体保持近水平或缓倾斜产状，是一些延长延伸都不很大的不规则层状体。较大的矿体内显示出典型的分带 ( 图 6-5) ，从下而上依次为含硫化物浸染体细脉的硅化带、由黄铜矿、黄铁矿组成的黄矿带、由闪锌矿、方铅矿、重晶石组成的黑矿带及顶部的薄层铁锰硅质岩、重晶石岩。查瓦里茨基很早就把乌拉尔矿床与黑矿作了对比，认为乌拉尔矿床就是古代的受过变质的黑矿型矿床。塞浦路斯块状硫化物矿床是产于白垩纪蛇绿岩套中的一个矿床，这里可见到完整的蛇绿岩套剖面层序，硫化物矿体产于两层枕状熔岩的顶部界面上，呈碟形，其下有发育的网脉带。许多矿体与陡倾斜的正断层毗邻，推测含矿盆地为断层带控制的海底凹陷 ( 图 6-6) 。加拿大矿床学家经过对塞浦路斯考察认为，在宏观地质特征上加拿大和塞浦路斯两地矿床非常相似，并指出塞浦路斯矿床是由火山喷气形成的，与包围它们的火山岩是同时沉积的。加拿大矿床应该是以同样方式形成，它们现在所具有的后生特征是由于后来的变质改造和再活化引起的。
图6-6 Agrokipia 块状硫化物矿床的剖面示意图( 据 Adamides，1980)
在块状硫化物矿床成因研究中，对矿体产出的特征及其空间结构的正确概括是取得突破的重要一步。加拿大矿床学家 Roscoe ( 1965) 最先发表了一个太古宙块状硫化物矿床的理想剖面图，其中简明地表示出矿床内中酸性火山岩的类型、块状矿体、细脉浸染状矿化、不同金属矿物组合、角砾状矿化及下盘蚀变围岩间的空间关系。不同时代的硫化物矿床虽有不少差别，但这些方面的特征则是共同的。特别是矿体下部块状矿石带中常有碎裂、角砾状矿石，下盘岩石中网脉状矿化与绿泥石化蚀变相伴出现，有理由相信这里正是成矿流体喷出的通道系统。结合地质和同位素研究，人们进一步确定块状硫化物矿床的成矿流体除部分是岩浆热液或火山热液外，主要是被加热的海水。在此期间，一些矿床学家 Spooner、Solomen、Franklin等先后提出了热水对流循环的矿床成因模式，Hutchinson 更详细地阐释了此系统内成矿溶液在对流循环中形成和喷发到海底的化学变化及环境条件 ( 图 6-7) 。
图6-7 块状硫化物矿床成矿模式( 据 R. W. Hutchinson，1986)
( 1) 向下循环: ① 接近海底的较浅部，海水下渗与火山沉积物间发生反应，硫酸根的还原作用，SO2 －4+ 二价铁硅酸盐 → 黄铁矿或磁铁矿; ② 金属从硅酸盐矿物中淋滤出来，并以氯化物络合物形式迁移; ③ 在较深部，随着温度升高发生水的分解作用: H2O+ 二价铁硅酸盐 → 磁铁矿; ④ CO2+ 二价铁硅酸盐 → 磁铁矿 + C，产生强还原的富H2、C 和盐度增加的流体，从火山岩中淋出并搬运金属。
( 2) 向上循环: ⑤ 卤水中 H2和 C 含量增加，C + 2H 或 2C + 3H2→ CH4或 C2H6，产生强烈还原富含碳氢化物的高盐度流体，金属元素从更多的硅酸盐矿物中析出进入卤水。
( 3) 在海底喷出系统中，( 6a) 压力释放引起的沸腾，蒸汽爆发角砾岩化; ( 6b) 浅部循环富硫含盐海水与深部循环还原卤水发生混合及反应; ( 6c) 在裂隙中沉淀 FeS、FeS2、CuFeS2、SiO2; ( 6d) 气液对喷口系统震烈多孔岩石蚀变，形成富铜浸染状矿石。
( 4) 在海底沉积物与水的界面上: ( 7a) 还原卤水喷到海底; ( 7b) 与海水混合并发生反应，在不同 pH、Eh 条件下以喷出热水沉积形式形成具金属分带的块状条带状矿石、软沉积物变形和碎屑状矿石及含铁锰硅质层。
火山成因块状硫化物矿床的热水对流循环模式，在成矿物质和水的来源方面得到了氢、氧同位素和锶同位素研究资料的支持，成矿组分迁移和沉淀方面可以用实验室研究和计算作出解释。关于流体对流循环机理也已用流体动力学理论和方法作过检验和探讨。现在，仍有矿床学家致力于这一模式深部结构精确化的研究。应该指出，除了对流模式外，目前也仍有人倾向于同生断裂对蓄水层泵吸释放的模式和岩浆热液的模式，即相信有深部侵入岩浆作为热源和部分热液的来源。
四、勘查评价要点
火山成因块状硫化物矿床形成于太古宙、古元古宙、古生代、中生代、新生代以及现代的洋底，而且都可能有大型矿床，所以这种矿床的形成没有时代限制。
不同时代有各自的有利构造环境，太古宙原始地壳沉降经部分重熔改造，产生类似岛弧型火山作用厚层分异火山岩系，其顶部形成原始铜锌型矿床。太古宙至元古宙早期陆壳裂谷作用继续形成原始型铜锌矿床和因陆壳增厚演变为多金属型的块状硫化物矿床。古生代以前的矿床主要与消亡板块边界火山作用有关，矿床形成于弧前海沟、弧后盆地及更新的火山弧环境。洋壳上的含铜黄铁矿型矿床则形成于此时的增生板块边缘环境。
与块状硫化物矿床有关的火山岩系常具有偏碱性和双峰式特征，一些地区为典型的细碧岩-石英角斑岩系列。不少重要铜金银矿床也产于钙碱性长英质喷出-沉积岩相中或喷发间隙期的沉积岩带内。部分古老的铜锌型矿床和时代较新的洋脊火山岩中的矿床则与基性火山岩伴生。
研究火山岩区构造和火山机构有利于查明矿床的分布和发现新矿体。有的块状硫化物矿床和火山中心受区内基底中不同方向构造线及其交汇处控制。有的矿床分布明显与海底地形为火山喷口斜坡及熔岩穹丘间凹地有关。各种粗碎屑火山角砾岩、次火山岩的集中分布是确定火山喷发中心的重要标志。
块状硫化物矿床具有层状块状矿石带和下盘网脉-角砾状矿化蚀变带的结构分带与矿体内的金属分带，矿床勘查评价中需详细研究各带内矿石类型、主要金属矿物组分、伴生的少量矿物及其中的贵金属和其他伴生金属元素，如白银厂、小铁山铅锌铜矿床中，金银的含量达到大型规模，并从矿石中回收 Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Cd、In、Tl、Sc、Bi、Sb、S 等元素。
块状硫化物矿床的围岩蚀变发育，特别是下盘的围岩蚀变，绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化显著。矿体上部常出现热水沉积岩，包括重晶石岩、菱铁矿、白云岩以及含铁锰硅质岩。此外，硫化物矿床在氧化带经氧化形成铁帽和次生矿物。以上都是很重要的找矿标志。