3.4.4. Гидротермальный процесс

И АССОЦИАЦИИ МИНЕРАЛОВ В РУДНЫХ ЖИЛАХ

Процесс образования минералов из горячих минерализованных растворов называют гидротермальным.

Горячие водные растворы отделяются от магмы, либо образуются в результате сжижения газов. После охлаждения ниже критической температуры воды (374 ⁰С для чистой воды) летучие начинают сжижаться и превращаться в горячие растворы.

Источники гидротерм:

1. глубинные магматические эманации (ювенильный источник);

2. просачивающиеся поверхностные воды (поверхностные, метеорные воды), нагретые на глубине и обогащенные компонентами;

3. вода выделяющаяся при метаморфизме при дегидратации водных минералов;

4. эксгаляционные (дифуззионные) выделения как результат дифференциации вещества Земли. Это вещества с высокой упругостью пара (Hg, HgS, Sb₂S₃ и т.д.), перемещаются к поверхности диффузионным путем под влиянием разности температур.

Причина движения гидротерм – разность давлений. Когда внутреннее давление раствора больше внешнего, растворы движутся в строну наименьшего давления, обычно вверх, к поверхности земли. При движении они используют различные тектонические нарушения, трещины, зоны контактов. По мере удаления растворов от магматического очага температура их падает.

Состав растворов зависит от источников гидротерм и состава вмещающих пород, по которым они циркулируют. Высокотемпературные гидротермы (ювенильные) определяются составом летучих компонентов магмы (HF, HCl, …). Постепенно состав их меняется от кислых через нейтральные до щелочных за счет обогащения элементами, выщелоченными из боковых пород.

Состав метеорных гидротерм зависит от того, через какие породы они просачивались.

В целом в гидротермах преобладают следующие элементы: Cu, Pb, Zn, Hg, Au, Ag, Co, Ni, Fe, Mo, As, Sb, Bi, Sn, W, U, Mn, а также щелочные и щелочноземельные: Na, К, Са, Мg, Ва. Из минералов: сульфиды, оксиды, карбонаты, сульфаты (барит), галоиды (флюорит), силикаты (полевой шпат, топаз, турмалин, берилл).

Термодинамические и физико-химические факторы минералообразования характеризуются температурой (Т^оС), давлением (Р), концентрацией химических компонентов, а также кислотностью – щелочностью (рН) и окислительно-восстановительным потенциалом среды (Еh).

Верхний предел критической температуры Т = 370-400⁰С, нижний Т = 50-30⁰С. Давление от 1 до 1000 атмосфер. Максимальная глубина 4,5 – 5 км, т.к. глубже пор становится меньше, что осложняет циркуляцию растворов.

Растворимость многих соединений возрастает с температурой и давлением. Форма нахождения элементов в растворах различная: ионная, в виде комплексов (галоидных, полисульфидных), а также коллоидов. Для многих элементов устойчивость этих комплексов доказана эксперементально.

В настоящее время наиболее распространенной является гипотеза о переносе компонентов в форме комплексных ионно-молекулярных соединений, подтверждаемая экспериментальными исследованиями. Примеры: Na₂[Sn (F,OH)₆]; Na₂[MoS₄]; H₄ [Si(W₃O₁₀)₄ ZnS nH₂S, …. Комплексные соединения в растворах устойчивы только в определенном интервале Р и Т^оС и при известных значениях рН-Еh. При резких изменениях последних комплексы разрушаются и происходит минералообразование.

Главные причины, вызывающие выпадение минералов из гидротермальных растворов:

1. Понижение Т^оС вследствие остывания или встречи с более холодными породами. В этом случае выделяются минералы, растворимость которых меняется с температурой, и те у которых идет разрушение комплексов.

2. Снижение Р чаще ведет к выпадению сульфидов (разрушаются полисульфидные комплексы) и карбонатов.

3. Изменение химической обстановки. Например, нейтрализация растворов при разбавлении с метеорными водами. Разрушаются комплексы, особенно содержащие Нg и НgS (Na₂HgS₂ +H₂O+CO₂HgS + Na₂CO₃ +H₂S).

4. Взаимодействие растворов с вмещающими породами. Происходят обменные реакции (метасоматоз), которые полностью меняют состав исходных растворов и рН.

Главными способами образования минералов пневматолито-гидротермального происхождения являются:

1) кристаллизация в открытых трещинах и полостях с образованием жил выполнения;

2) перекристаллизация и метасоматоз при взаимодействии растворов с вмещающими породами с образованием жил перекристаллизации и метасоматических тел. В приповерхностных условиях значительную роль играют коллоидные растворы с образованием колломорфных агрегатов, например метаколлоидные сульфиды.

Классификация гидротермальных образований

Среди гидротермальных образований выделяют несколько генетических групп. По температурам образования:

- высоко- (400-300^оС),

- средне- (300-200^оС)

- низкотемпературные - (200-50^оС).

Соответственно температурам выделяют ассоциации:

- гипотермальные

- мезотермальные

- эпитермальные ассоциации.

Однако исследования последних лет доказали, что на одном месторождении один и тот же минерал может давать близкие парагенетические ассоциации при разных температурах.

Представляется более правильным делить гидротермальные ассоциации минералов по характеру их связи с магматическим очагом на 3 основных группы:

1. плутоногенные, связанные с интрузивными образованиями;

2. вулканогенные, связанные с вулканическими образованиями;

3. телетермальные, без видимой связи с магматизмом.

Плутоногенные гидротермальные ассоциации минералов образуются путем отложения из ювенильных растворов. Связаны с кислыми и умеренно кислыми магматическими породами. Глубина их образования 0,5-5 км. Т= 420-50^оС, Р~ 3000-4000 кг/см² – высокие. Наиболее высокотемпературные выделяются в кровле интрузии это касситеритовые, касситерито-вольфрамитовые и молибденитовые ассоциации, образующие жилы в грейзенизированных породах.

Такое же происхождение имеют Ag-Co-Ni, Ag-Co-Ni-Bi-U (никелин, прустит, кобальтин, висмутин, шмальтин, настуран) месторождения Саксонии (ГДР), Со-Ni-As (никелин, шмальтин, блеклая руда) месторождения Ховуаксы (Тува); золото-кварцевые жилы Якутии, Забайкалья и т.д. Эти типы месторождений в настоящее время дают 56-68% мировой добычи Мо и U.

Вулканогенные гидротермальные ассоциации образуются в тесной связи с наземными породами среднего андезит-дацитового состава. Глубина их не более 1-2 км. Проникают и принимают участие метеорные воды. Характерны коллоидные осадки с типичными коллоидными структурами. Встречаются отложения киновари из горячих источников, реальгара; кварц-халцедоновые жилы с золотом (Забайкалье); серебро-полиметаллические месторождения (Мексика); медно-порфировые месторождения (Узбекистан). Для последних характерна ассоциация: халькопирит, борнит, энаргит, блеклая руда, молибденит. С этими месторождениями связано 45 % мировой добычи меди.

Телетермальные ассоциации минералов не имеют видимой связи с магматическими образованиями, но обнаруживают четкий литологический контроль, т.е. преимущественную приуроченность к определенным вмещающим породам. Минеральный состав их прост: 1-3 главных рудных минерала. В формировании рудных компонентов главное значение придается эманациям веществ с большой упругостью паров диффундирующих с очень глубоких частей Земли. Месторождения низкотемпературные. Ассоциации: киноварно-антимонито-аурипигментовые (HgS - Sb₂S₃ - As₂S₃) с флюоритом, баритом, кварцем. Галенит-сфалеритовые с баритом; золото - серебряные (Ag - Au), Алдан. Эти месторождения дают 95 % мировой добычи ртути, 80% мировой добычи сурьмы, 40 % мировой добычи свинца и цинка.

В природе много ассоциаций промежуточного типа.

Современные гидротермальные процессы минералообразования наблюдаются в области рифтовых долин срединно-океанических хребтов. Здесь океаническая кора постоянно обновляется за счет излияния мантийных базальтов. Распространены высокотемпературные (до 350°С) гидротермальные источники, вода которых обогащена металлами и газами. Это так называемые «черные и белые курильщики», представляющие собой усеченные конусы, высотой десятки метров, из вершины которых бьют струи горячих растворов и столбы черного дыма. С этими источниками связано современное образование на океаническом дне сульфидных руд цинка, меди, свинца и других ценных металлов. Кроме «черных курильщиков» существуют и «белые курильщики» - тип относительно низкотемпературных гидротермальных источников в гидротермальных полях на океаническом дне. Они сложены в основном ангидритом и другими сульфатами, в отличие от черных курильщиков, в которых преобладают сульфиды.

Есть на дне океана и неактивные, давно потухшие гидротермальные постройки. Они представляют собой скопления металлов, общей массой миллионы тонн, в определенных условиях они могут сохраниться. По расчетам А.П. Лисицина на долю этих рудных сооружений приходится более 99 % от общего количества сульфидных руд, происхождение которых связано со срединными хребтами [4].

При гидротермальных процессах широко распространены изменения вмещающих пород, которые получили специальные названия по развитию какого-либо минерала, или комплексов минералов. Обычно замещения носят метасоматический характер, часто проявляется зональность.

Наиболее характерные гидротермальные изменения вмещающих пород:

1. Серицитизация – это развитие мелкочешуйчатого мусковита, прежде всего, по полевому шпату. Является поисковым признаком для руд: Cu, Pb, Zn, Au и Ag.

2. Березитизация – это образование вторичной серицит-кварцевой породы с пиритом развивается по кислым, средним, основным породам, является поисковым критерием на золото - кварцевые жилы.

3. Лиственитизация – это образование вторичной карбонатной породы с хромовой слюдкой (фукситом), хлоритом и примесью рудных минералов пирита, гематита за счет ультраосновных пород, является поисковым критерием для месторождений золота.

4. Хлоритизация – это процесс преобразования Mg-Fe минералов в хлориты. Вместе с хлоритом присутствуют кварц, серицит, развивается по средним породам. Поисковый признак для касситерит-сульфидных руд.

5. Серпентинизация – это развитие серпентина, хризотил-асбеста, магнезита за счет ультраосновных пород.

6. Окварцевание – приводит к образованию вторичных кварцитов за счет кислых и средних лав, туфов. Окварцевание сопровождается образованием корунда, андалузита, кварца, диаспора, алунита, пирофиллита, серицита, образующих псевдоморфозы замещения первичных минералов. С вторичными кварцитами связаны месторождения указанных выше минералов, а также Pb, Zn, Cu, Ag и Au.

7. Каолинизация – это результат замещения первичных минералов породы минералами глин: гидрослюдами, монтмориллонитом, каолинитом. Кремнезем выделяется в виде скрытокристаллических разностей, при этом железо и титан исходный переходит в пирит и рутил.

Гидротермально измененные породы имеют большое поисковое значение.

Гидротермальные изменения пород происходят вдоль трещин или ослабленных зон, секущих вмещающие породы и представляют собой продукты сложного взаимодействия постмагматических гидротермальных растворов с породообразующими минералами. При этом в зависимости от состава растворов и пород, на которые они воздействуют, формируется характерный тип минералообразования.