熱水鉱床

斑岩鉱床は、2つのプレートが沈み込み帯の奥深くで衝突し、冷却されて既存の岩石と反応することで形成され、最終的に銅鉱床となる。活火山地域では、通常、地表から2キロメートル以内の浅い場所で地殻変動が起こる。

典型的な弧島斑岩鉱床の例は次のように説明されます。^{[ 1 ]}

1. この形成は、海洋衝突帯の沈み込み帯の上にある海底での初期の火山活動中に始まります^{[ 1 ]。}
2. そしてマグマが結晶化するにつれて、水、二酸化炭素、二酸化硫黄などの揮発性物質がマグマの液相で濃度を増す。^{[ 1 ]}
3. 最終的に、結晶化の非常に後期の段階で、揮発性物質の濃度が非常に高くなり、ケイ酸塩マグマから別の熱水流体相が分離する。^{[ 1 ]}
4. 熱水流体の量が増加すると、蒸気圧が増加する。^{[ 1 ]}
5. ある時点で、蒸気圧が上層の岩盤の強度を超え、火山爆発が発生して上層の岩盤が破壊される。^{[ 1 ]}
6. 残存マグマにかかる閉じ込め圧力が急激に低下すると、揮発性物質が次々と分離し、マグマが瞬時に激しく沸騰する。^{[ 1 ]}
7. その結果、鉱物の沈殿によって屋根岩の亀裂が閉じることで、拘束圧が再び上昇する。^{[ 1 ]}
8. 時間が経つにつれて、より珪長質のマグマが火山の中心部へと上昇していく。これらの後期のマグマの一部は地表に噴出し、後に侵食によって除去される新たな火山岩層を形成する。^{[ 1 ]}

最終的に火山活動は停止し、侵食によって火山の上部が削り取られ、内部にあった貫入岩と網状鉱床が露出した。 ^{[ 17 ]}

右の図に示すように、スカルンの形成は3つの段階で説明できます。^{[ 26 ]}

1. 揮発性物質に富む珪長質から中間質のマグマ体の貫入。接触変成作用と小規模な交代作用、スカルン形成が好ましい場所で発生する。^{[ 26 ]}
2. マグマの結晶化が継続し、熱水流体として揮発性物質が広範囲に放出され、広範囲にわたるスカルンの形成と局所的な角礫化を引き起こす。^{[ 26 ]}
3. 気温の低下と熱水活動が特徴で、その間、脈中で硫化物の沈殿が起こり、逆行変質がよく見られる。^{[ 26 ]}

花崗岩との空間的な関連性が非常に高く、スカルンは反応性の高い岩石として知られている大理石の中にのみ存在し、その化学組成は既知の火成岩や堆積岩とは全く異なる。さらに、接触面の屈曲や不透水性のホルンフェルス層などの様々な構造が、スカルン帯の分布や鉱石品位に影響を与えた。^{[ 27 ]}

熱水性鉱脈鉱床は、主に3つのカテゴリーに分類されます。

1. 珪長質深成岩との関連性 - 多くの鉱脈は珪長質深成岩と空間的に関連しており、これはおそらく深成岩が重水素化流体の供給源であるためと考えられる。
2. 苦鉄質火山岩類 -カナダ楯状地のグリーンストーン帯などの苦鉄質火山岩層には、多くの鉱脈や鉱脈群が存在する。
3. 変成堆積岩類。

鉱石の起源には主に2つの可能性があり、どちらも熱水性です。^{[ 30 ]}

一つの可能​​性として、小規模な珪長質マグマの上昇が、以下のいずれかを引き起こした可能性がある。

• 重水素化熱水流体の放出、または
• 高温の深成岩体によって引き起こされる対流性の天水システムの形成。

岩体の既に固化した部分から元素が溶出した。溶出液は花崗岩岩体の固化した部分の亀裂に沿って上方および外方に移動し、鉱脈中に鉱石鉱物を沈殿させ、周囲の岩石を変質させたと考えられる。

もう一つの可能​​性は、地殻内で発生した広域的なせん断イベントである。せん断は300～400  ℃程度の温度で発生する。したがって、地殻が順行脱揮発作用を受けるにつれて、せん断イベントに伴って熱水流体が生成および移動した可能性がある。^{[ 3 ]}この流体は花崗岩貫入岩体の一部から鉱石元素を浸出し、同じ貫入岩体の別の部分の脈に再沈殿させ、効果的に濃縮した可能性がある。^{[ 3 ]}

浅熱水性鉱床は浅い深度で形成され^{[ 31 ]}、通常は板状（二次元）の形状をしている^{[ 32 ] 。}

良い例としては、ネバダ州北西部の金銀鉱脈や、ニューファンドランドのセントローレンス鉱山の蛍石鉱脈^{[ 33 ]}やノバスコシア州南西部のイーストケンプトビル鉱山を構成していた錫鉱脈^{[ 34 ]などの大きなイオン鉱脈が挙げられる。}

VMSの沈着は主に2つの理由によるものです。^{[ 35 ]}

1. 上昇する高温の鉱物含有流体と下降する低温の水との混合。
2. 上昇する高温溶液の冷却。

VMS鉱床は、伸張帯と活発な火山活動帯で形成される。元の流体は主に冷たくアルカリ性で金属含有量の少ない海水であり、場合によっては少量のマグマ性流体が含まれることもある。

鉱物の主な供給源は、海水が火山岩の中を流れ、その火山岩に含まれる鉱物を運び込むことによってもたらされる。

海水が加熱され、対流が発生し、鉱物を運びながら上昇し、海底または海面直下でブラックスモーカーの形で噴出する。^{[ 36 ]}

マントルから上昇したマグマは地殻内で冷え固まり、金属を含む揮発性流体を放出する。これらの金属を含む流体は最終的に地表に運ばれ、時間の経過とともに鉱物堆積物となる。

マグマから噴出する高温の揮発性流体が、亀裂や断層を通って下方へ移動する海水などの低温の液体と接触すると、温度と化学的性質の大きな違いにより鉱物が沈殿し、海底に現れるブラックスモーカーの黒い色が生じる。

母岩は主に火山岩であり、珪長質火山岩は島弧や造山帯のような収束型地質環境を示唆している。VMS鉱床にはチャートや粘板岩などの小規模な堆積層が見られ、これらは波浪基底面より下の海成堆積物であることを示している。

VMS鉱床は、現代の海底スモーカーが形成されるのと同じように、海底で形成されました。陸上のVMS鉱床に関する最新の集計には、50か国以上で約1,100の鉱床と150の異なる鉱山キャンプまたは地区が含まれています。^{[ 37 ]}

SEDEX堆積物は、海底の地域的な地殻伸張環境下にある堆積盆地で形成され、そこで冷たい海水（青い矢印）が盆地の水と混ざり合い、堆積断層を通って盆地の底に向かって流れ、地温勾配によって加熱され、その後対流によって上昇します（赤い矢印）。^{[ 41 ]}

紅海硫化物鉱床の起源モデル。冷たい海水（青い矢印）が深部の亀裂を通って海底に流れ込む。海水は下降するにつれて加熱され、海底玄武岩からケイ素、金属、その他の溶質を溶出させる。

硫黄の供給源としては、海底で起こる海洋硫酸塩の細菌還元反応が挙げられる。また、下層堆積物の洗浄や、海洋硫酸塩の熱化学的還元によっても硫黄が供給される可能性がある。硫化物鉱物の沈殿は、無機物沈殿および／または細菌沈殿によって引き起こされる可能性がある。

これらの鉱床は、地殻的に安定したプレート内環境の浅海プラットフォームに堆積した石灰岩またはドロマイト中に胚胎している。このような環境では当然のことながら、火山岩、褶曲、広域変成作用は一般的に存在しない。MVT鉱床は、蒸発岩のすぐ近く、または不整合面の下に位置することが多い。^{[ 42 ]}

鉱床は鉱床規模では層理面と不整合であり、特定の地層準に限定されている。鉱石を胚胎する構造は、最も一般的には高度に角礫化したドロマイトの帯状構造であり、これらの構造はほぼ垂直で層理面を高い角度で横切る場合もあれば、レンズ状で層理面と同じ方向に伸びる場合もある。

一般的にMVT鉱床を説明するための岩石成因モデル：

1. 鉱石鉱物はドロマイトの空洞や亀裂を埋めている。したがって、それらは熱水性かつ後成的な起源を持つに違いない。
2. この地域には変成岩が全く見られないことから、関与した熱水流体の温度はかなり低かったに違いない。
3. さらに、多数の空洞が存在するということは、岩盤が非常に浅いため、閉じ込められた圧力では空洞を崩壊させるのに不十分だったことを示唆している。
4. さらに、閃亜鉛鉱は一般的に非常に淡い黄色をしており、これは亜鉛を多く含み鉄が少ない低温閃亜鉛鉱であることを意味する。
5. 鉱石の沈殿は、カルスト地形の形成中または形成直後に、地表近くで発生した。

堆積物の量は、堆積物量スケールにおいて寝具と一致しない。

鉱石を胚胎する構造としては、高度に角礫化したドロマイトのゾリンクネスが最も一般的である。

これらの構造は、ほぼ垂直で、高い角度で地層を横切る場合もあれば、レンズ状の形状で、地層と同じ方向に伸びる場合もある。

ミシシッピ渓谷型の堆積物は、古代のセデックス堆積物の現代版である紅海堆積物と比較できますが、いくつかの違いがあります。^{[ 43 ]}

• MVT鉱床は炭酸塩岩中に胚胎するのに対し、セデックス鉱床は海洋頁岩中に見られる。
• MVT鉱床は非常に浅い水深（おそらく50メートル未満）で形成されると考えられているのに対し、セデックス鉱床は比較的深い海洋環境で形成される可能性がある。
• 鉱化作用は、粗粒、空洞、角礫岩片、自形結晶を特徴とする。一方、セデックス鉱化作用は一般的に細粒で層状構造を示す。
• MVT鉱床は層状であるのに対し、セデックス鉱床は層状である傾向がある。
• MVT鉱床では銅と黄鉄鉱／磁硫鉄鉱は一般的に存在しないか、ごく少量しか含まれていないのに対し、SEDEX鉱床ではより豊富に含まれている場合がある。