Геохимия гидротермальных систем

Основным компонентом гидротермальной системы является раствор.

Гидротермальные растворы представляют собой многокомпонентные газово-жидкие растворы с температурами 200-600^оС, циркулирующие в земной коре и участвующие в перемещении и отложении минерального вещества.

Основной компонент раствора это вода. В зависимости от происхождения различают: магматическую или ювенильную воду, метаморфическую воду, а также подземные инфильтрационные воды глубокой циркуляции. Магматическая вода отделяется от магматических расплавов в процессе их подъема к поверхности и кристаллизации. Метаморфогенная вода образуется при высвобождении ранее химически связанной и поровой воды из пород при их метаморфизме. Если в осадочных породах содержание различных типов воды может достигать 30% и более, то в метаморфических редко составляет более 1-2%. Выделяющиеся при метаморфизме термальные воды продвигаются вверх впереди фронта метаморфизма, и областью их разгрузки, как правило, являются менее метаморфизованные породы. Верхние части гидротермальных систем тесно связаны с подземными водами в значительной мере минерализованными. К ним относятся захороненные воды осадочных бассейнов и инфильтрационные воды глубокой циркуляции. Формирование гидротермальных систем происходит путем смешения ювенильных флюидов с метаморфогенными и инфильтрационными.

Растворенное вещество гидротермальных растворов может по современным представлениям может иметь три основных источника. Ювенильный, мантийный может играть важную роль в поставке металлов для многих месторождений. Считается, что верхнемантийные флюиды представляют собой восходящий поток горячих растворов наиболее летучих и подвижных компонентов, включающих H₂O, CO₂, HСl, H₂S, K₂O, Na₂O и др. Такие растворы являются поставщиком металлов (Cu, Pb, Hg, As, Sb), а также F, S в ряде месторождений областей тектономагматической активизации.

Традиционно общепризнанным источником рудного вещества и гидротермальных растворов считается гранитная магма. Имеются многочисленные наблюдения, свидетельствующие о связи месторождений с определенными магматическими комплексами. Экспериментально изучен и механизм отделения металлоносных растворов от магматического расплава. Например, по данным И.Д.Рябчикова из-за очень малой растворимости хлоридов в гранитном расплаве при кристаллизации гранитных магм должно происходить отделение водно-солевой жидкости, содержащей хлоридные комплексы Fe и халькофильных металлов. По данным этого автора, при мобилизации редких литофильных металлов из расплава ведущая роль принадлежит фторидным растворам, а халькофильных - хлоридным, которые находятся в равновесии с кислыми магмами на более ранней, чем фторидные, стадии. Полученные материалы позволяют предполагать, что металлы рассеянные в магматическом расплаве, могут экстрагироваться и выноситься из него водным паром и газами. Таким образом, могут поступать в постмагматический гидротермальный раствор Sn, W, Pb, Zn и другие металлы.

В последние десятилетия было показано, что важным источником вещества гидротермальных месторождений являются породы на пути просачивания гидротермальных растворов или в области их формирования.

В этом отношении интересным является анализ формирования состава метаморфогенных гидротермальных растворов. По данным В.А.Буряка их образование происходит по схеме: иловые морские воды - поровые воды и флюиды - метаморфогенные флюиды. Повышенная исходная минерализация присуща иловым водам, основным фактором концентрирования в иловых водах таких компонентов как Br, I, As, S, Pb, Zn, Cu, U и ряда других металлов, это наддонное окисление и разложение органического вещества, приводящее к высвобождению и переходу в раствор прижизненно накапливающихся в органическом веществе элементов. Еще более минерализованы поровые воды. Для них основной фактор концентрирования биохимическое и термическое разложение органического вещества осадков, развивающиеся в анаэробных восстановительных условиях, а также общая десорбция твердой фазы осадка, прежде всего глинистой фракции. Концентрируются на этой стадии, прежде всего элементы (Pb, Zn, Cu, U, Au, P и др.), накапливающиеся в органическом веществе и в глинистых минералах за счет их биогенной и сорбционной емкости. В условиях средне- и высокотемпературного метаморфизма концентрация метаморфогенных флюидов еще более возрастает за счет термического разложения С_орг, общей десорбции С_орг и различных минералов, в том числе гидроксилсодержащих, диссоциации карбонатов, сульфидов (киновари, антимонита и др.), гидрослюд, уменьшения изоморфной емкости минералов, а также резкого возрастания растворимости различных элементов в условиях роста Т и Р. В целом по мере усиления степени литификации и метаморфизма осадков содержание металлов в твердой фазе понижается, а во флюидной возрастает.

В соответствии с ранними представлениями источниками металлов в гидротермальных месторождениях считались только горные породы с повышенными содержаниями соответствующих компонентов. Сейчас показано, что для элементов с кларками порядка 0,001-0,01% формирование месторождений может происходить за счет экстрагирования из пород с кларковыми содержаниями. Для элементов с низкими кларками менее 0,001%, для обогащения гидротермальных растворов этими компонентами необходимы повышенные их содержания в породах источниках. Вместе с тем, анализ накопленных материалов по распределению элементов в гранитоидах показывает, что в отношении Mo, W, Sn, Pb, Zn, Au, U и ряда других элементов не наблюдается устойчивой корреляции повышенных их содержаний с наличием соответствующего оруденения. Для рудообразования важна не столько высокая валовая концентрация рудного компонента в источнике, сколько соотношение между миграционно способными и инертными формами нахождения элементов. Это наиболее детально и убедительно показано на примере урана. Уран, концентрирующийся в акцессорных минералах или удерживаемый в стекловатой основной массе кислых эффузивов, является прочно связанным и не способным к миграции, а, следовательно, и последующему рудоотложению. Для возникновения подвижности отдельных рудных элементов необходим определенный набор физико-химических параметров, таких как температура, давление, кислотность растворов, их окислительный потенциал, концентрация лигандов, участвующих в образовании подвижных комплексных соединений и т.д.