Золотая и медная минерализация: геохимические и физические процессы

6. Формирование вторичных гидротерм в гидротермальных системах

Ранее отмечалось, что золото может отлагаться в результате смешения гидротерм с разными рН. Откуда берутся эти гидротермы?

Первичные гидротермы с почти нейтральным рН, также как и восходящие гидротермы, в гидротермальных системах могут образовать ряд вторичных гидротерм разнообразного состава (рис.2.9). Наиболее важные вторичные гидротермы образуются в результате кипения. В процессе кипения небольшая доля воды переходит в газовую фазу в виде пара вместе с доминирующей частью растворенных газов. Другие химические соединения (элементы соединений) остаются в водной фазе. Пар и газ стремятся подняться от воды. Когда пар и газ встречают выше расположенные или периферийные холодные подземные воды, пар конденсирует и часть газов растворённых в этих водах. Два наиболее важных геотермальных газа представлены сероводородом и углекислым газом. Оба имеют инверсионную (обратно пропорциональную) растворимость по отношению к температуре, т.е. они более растворимы в холодной воде, чем в горячей. Таким образом, концентрация растворённых газов в таких субповерхностных вторичных гидротермах может быть выше, чем в первичных гидротермах, которые их порождают, при условии, что ограничительные давления достаточны.

Углекислый газ формирует умеренно кислые растворы. Сероводород также формирует гидротермы, но значительно более кислые, так как он может легко окисляться и образовать кислые сульфатные растворы. Окисление может происходить через взаимодействие с воздухом, в результате контакта с поверхностными выветренными породами, а также при реакции с растворенным кислородом подземных вод. Субповерхностные вторичные гидротермы обычно кислые и содержат разные концентрации сульфата и бикарбоната. Они могут распределяться в виде зон вокруг восходящих гидротермальных струй, поскольку сероводород обладает большей растворимостью, чем углекислый газ. Поскольку эти гидротермы окислены и кислые, то они стремятся поглощать (выщелачивать) катионы из вмещающих пород, включая алюминий, магний, марганец и железо.

Эти вторичные гидротермы сами не содержат золото, но смешение их с первичными субнейтральными гидротермами может вызвать осаждение золота.

7. Процессы рудообразования в порфировых системах. Химический состав рудной минерализации

Гидротермы, ответственные за около интрузивные гидротермальные изменения и рудную минерализацию в порфировых структурах, имеют преимущественно магматическое происхождение с небольшим количеством примешанных подземных и поровых вод. Эти гидротермы первоначально высокотемпературные (до 600°С), высокоминерализованные (> 30%NaCl), умеренно кислые и окисленные. В этих условиях, как золото, так и медь переносятся в виде хлоридных комплексов, а не в бисульфидных соединениях.

По-видимому, молибденовые порфировые месторождения образуются из гидротерм с более высоким отношением F/Cl. Это позволяет предполагать, что они растворяли кремнезём, отложение которого в виде жильного кварца было более интенсивным в этих месторождениях.

Henley, McNabb (1978) на основании расчётного состава магматических газов и изменений концентрации Cl в фумарольных газах, определили, что рудное тело весом 100 миллионов тонн могло бы образоваться за 10 000 лет. Таким образом, нет проблемы обеспечения притока значительного количества летучих из типичной субдукционной зоны, связанной с генерацией магмы. Современные данные о выносе металлов в атмосферу вулканами во время их эруптивной и сольфатарной фаз (Hedenquist, Lowenstern, 1994) свидетельствуют, что нет проблемы в определении источника металлов. Большая часть вещества выносимого магмой улавливается до того, как оно рассеется в атмосфере, в результате чего образуется рудное месторождение.

Экспериментальная работа с Cl-металлическими комплексными соединениями показывает, что они менее растворимы при пониженных температурах, при низких содержаниях Cl, более высоких рН и восстановительных условиях. Таким образом, охлаждение, разбавление и взаимодействие с вмещающими породами являются процессами, которые приводят металлы к отложению. Хлор-комплексы более растворимы при пониженных давлениях в однофазных гидротермах, но по мере того, как давление падает, происходит кипение и формируются двухфазные гидротермы, металлы концентрируются в жидкой фазе. Поэтому в действительности растворимость в жидкой фазе вновь уменьшается. Аналогично, кипение способствует отложению металлов.

8. Гидротермальные изменения, связанные с физическими процессами

Важной характеристикой порфировых месторождений является эволюция состава гидротерм во времени. Первоначально гидротермы могут находиться при высоком давлении, равным или выше литостатического (рис.10,11).

Магматические гидротермы выделяются (отделяются) от остывающей интрузии в виде явления (процесса) известного, как вторичное кипение (Phillips, 1973). Это происходит в результате пересыщения летучими компонентами, по мере того, как они концентрируются в остающемся расплаве при кристаллизации вкрапленников (рис.12). Самым важным продуктом кристаллизации расплавов является плагиоклаз, который образуется в ответ на понижение давления.

Механизм, вызывающий вторичное кипение, обеспечен восходящим движением магмы. Вода, растворенная в расплаве, структурно ограничена кремнеземом и, следовательно, имеет такой же молярный объём, что и лёд. Выделение из раствора сопровождается значительным увеличением объёма до объёма пара при высокой температуре. В результате этого могут создаваться очень высокие давления. Следовательно, имеется высокая способность к образованию трещин в условиях остывания расплава (рис.13).

Этот процесс, наряду с другими, приводит к увеличению проницаемости в результате теплового растрескивания, что сопровождается уменьшением давления в расплавной системе. Когда давление уменьшается, гидротермы могут разделяться на две фазы (рис.14), что очень похоже на кипение мало глубинных гидротерм, реагирующих на образование трещин при снятии давления.

Образуется высоко минерализованный остаточный рассол, который стремится остаться вблизи интрузии, так как он тяжелый, тогда как отделившаяся менее минерализованная фаза более мобильна и стремится двигаться вверх и может эволюционировать в основную конвективную гидротермальную систему (рис.15). Отделение фазы является причиной образования двух разных типов флюидных включений, часто встречаемых в непосредственной близости порфировых месторождений. Их образование ранее объяснялось результатом деятельности двух различных по химическому составу, действующих последовательно один за другим гидротерм.

Дальнейшая потеря летучих компонентов обусловлена возрастанием температуры замерзания расплава, что приводит к быстрому твердению остаточной магмы, захвату вкрапленников (образование которых провоцирует ретроградное вторичное кипение) тонко зернистой основной массы и образованию типичной порфировой структуры рудоносных штоков. Следовательно, наименование порфировый для этих месторождений является очень красочным, поскольку оно описывает наиболее выдающуюся особенность, а их характерной чертой является сложность происхождения.

На меньших глубинах, по мере прогрессивного разбавления гидротерм, происходит постепенный переход в обычные "эпитермальные" гидротермальные системы.