Геохимия гидротермального процесса

Гидротермальные руды (и породы), образующиеся из минерализованных, в основном, горячих водных растворов, представлены пестрой, разнообразной группой месторождений. Они выполняют трещины (жилы), слагают околожильные ореолы, штокверки (системы трещин). По вертикали жилы могут иметь протяженность до 2 — 10 км, в горизонтальном сечении им соответствуют рудные поля (или рудные районы).

Параметры процесса (факторы миграции) По глубине формирования выделяются плутоногенно-гидротермальные (~ 5 км), малоглубинные (их большинство) вулканогенно-гидротермальные.

(3 — 1 км), близповерхностные телетермальные (менее 1 км) месторождения. Внутреннее давление определяется не только глубинностью гидротермальной системы: обычно оно больше гидростатического (100 атм/км) и литостатического (250 — 270 атм/км), что и способствует восходящему движению гидротерм. Как правило, более глубинные высокотемпературные гидротермальные ассоциации образуются при более высоком давлении. Перепады давления приводят к существенному изменению pH среды и формированию руд.

Температура. Образование гидротермальных пород происходит, как и магматических, на фоне понижения температуры: от 600 — 500 °C (среднее 400 °С) высокотемпературные, до 50 — 40 °Снизкотемпературные Типоморфные элементы:

• — Литофильные — Si, Al, Са, Mg, Ва, Be, Na, К
• — Халькофильные — Си, Zn, Cd, Pb, As, Sb, Bi, Au, Ag, Sn, Hg, Jn, Ga, Ge, Se, Те
• — Сидерофильные — Fe, Mn, Co, Ni
• — Редкие и радиоактивные — TR, Y, Zr, Hf, Nb, Та, W, Mo, Re, Th, U
• — Магматические эманации — О, H, F, Cl, P, S

Судя по типоморфным элементам, специфику гидротермального процесса определяют несколько групп элементов или минеральных ассоциаций.

Первая группа элементов слагает породообразующие минералы — или фон, имеет высокие кларки и низкие кларки концентрации (КК); для них не стоит проблема механизма концентрации.

Вторая группа элементов (халькофильные) представляет сульфидную минерализацию, которая широко проявлена именно в этом процессе.

Третья группа (редкие элементы) генетически тесно связана с гранитоидами (коровый магматизм) и представлена высокотемпературными породами и рудами (грейзены, кварц-касситеритовые или кварц-вольфрамитовые рудные жилы, а также минералы Nb, Та, Be, Li, Bi и др.). Характерными спутниками являются F и В.

Четвертая группа характеризуется редкометалльной минерализацией (с редкоземельными и радиоактивными элементами) и проявляется в результате гидротермального и метасоматических процессов, связанных с альбитизацией, фенитизацией, нефелинизацией, карбонатитами и др. Для нее характерны: TR, Th, U, Nb, Та, Li, Zr, Hf и др.

Сложно дать полное представление о всех проблемах по столь пестрым и разнообразным группам пород; трудно представить закономерности процесса в целом, однако они есть и их можно показать даже на простых моделях. В основе понимания гидротермального процесса лежат следующие моменты: 1) источник воды; 2) источник вещества; 3) форма переноса химических элементов; 4) условия осаждения элементов и минералов.

1) Относительно источника воды нет единого мнения. Естественно предположить, учитывая высокую растворимость воды в магме, особенно при высоком давлении, что источником ее является магматическая камера, где образование и отделение растворов проходит в последние стадии остывания магматического расплава. Отщепление газово-жидких флюидов происходит от магматического расплава любого состава в процессе подъема к поверхности и кристаллизации. Это магматическая, ювенильная вода.

Несомненная связь воды с магматизмом наблюдается в районах развития вулканизма, однако данные изотопного состава Н и О воды показывают, что в вулканической воде ювенильных вод, богатых тяжелым изотопом |80, менее 5%. Так как вода очень активна и подвижна, изотопы могли потерять? память? о своем происхождении, смешиваясь с водами вмещающих пород. Если магма на глубине недосыщена водой, она усваивает воду из вмещающих пород и отдает ее на верхних горизонтах земной коры.

Другая точка зрения на источник гидротерм — вадозные воды метеорного происхождения. Это инфильтрационные воды глубокой циркуляции, а также воды артезианских горизонтов, которые играют большую роль в создании современных гидротерм в вулканических областях. Просачиваясь с поверхности земли в нижележащие горизонты (до 8 км), они нагреваются и при движении обогащаются рудными и другими элементами. Температура таких вод может достигать сотни градусов, придавая им агрессивность (вспомнить температурные рубежи воды!).

Еще один возможный источник воды — метаморфическая вода, которая образуется из поровой и химически связанной воды осадочных и других пород при метаморфизме. Так, осадочные породы могут содержать до 30% воды поровой, пленочной, капиллярной, конституционной, тогда как в метаморфизованных породах воды не более 1 — 2%. Как пишет В. И. Синяков, ?выделяющиеся при прогрессивном и контактовом метаморфизме термальные воды продвигаются впереди фронта метаморфизма, смешиваются с ювенильными (магматогенными) водами и образуют вместе с ними восходящий поток гидротерм?.

В настоящее время все больше данных свидетельствует в пользу поступления растворов из мантии. Это интрателлурические растворы-флюиды, которые играют определяющую роль в рудообразовании. Как отмечает Л. Н. Овчинников, «интрателлурические флюиды являются агентами в равной мере как магмообразования, так и метаморфизма с попутным рудообразованием».

Кроме того, в последнее время четко установлена гидротермальная деятельность в пределах океанического дна — образование крупных рудных концентраций (Mn, Fe, сульфидов). Это активные центры спрединга, где в процессе рудообразования участвует морская вода. Аналогичное рудообразование происходит и в континентальных рифтовых зонах.

«Все геодинамические процессы в той или иной степени сопровождаются появлением движущихся вод самого разного происхождения, включая, в первую очередь, океанические воды спрединга и дегидратационные воды субдукции».

Таким образом, гидротермальные растворы могут формироваться различными путями, и мы не можем отрицать ни один из них.

При определении источника рудообразующих растворов следует использовать геохимические индикаторы (изотопы, редкие земли и пр.).

Так, наряду с кислородно-изотопными исследованиями, другие изотопные данные (D/H, Не, Н, д13С, д34S, Nd, Sr), а также соотношения элементов (Co/Ni, K/Rb, Rb/K), распределение редких земель и др. показывают, что в образовании гидротермальных руд одновременно участвует вода различного происхождения. Смешение таких вод приводит к осаждению рудных минералов. Воды, циркулирующие в земной коре, не связаны с конкретным эндогенным источником, а имеют разное происхождение. Так, независимые друг от друга отношения изотопов Н и Sr в газово-жидких включениях и в самих Sr-содержащих минералах вольфрам-полиметаллических кварцевых жил (в Перу) указывают на смешение магматических и метеорных вод. Тот же вывод о смещении вод различного происхождения сделан по отношениям 87Sr/86Sr в барите из свинцово-баритовых месторождений (США). Исследования редких земель в сульфидных залежах вулканитов дают основания предполагать о связи состава сульфидных руд и вмещающих пород.