Вопрос 11. Гидротермальное минералообразование.

Минералообразование, связанное с действием нагретых вод. Как правило, наиболее богаты водой кислые магмы, тогда как основные и ультраосновные магмы являются более «сухими». Так как источники гидротермальных растворов различны, то и гидротермы будут иметь различный состав.

Источники гидротермальных вод:

1)Магматогенные воды (ювенильные) – отделяются от магм по мере снижения Т при формирование магматических пород. Богатые растворенными летучими компонентами магмы (HCl, HF), изначально определяют кислый, с низким рН. При прохождение через породы, реагируя с ними, воды изменяют состав и кислотность. Из магматического очага они заимствуют элементы, не вошедшие в породообразующие минералы,  в первую очередь тяжелые, рудные элементы  W, Mo, Sn, Be, U, Cu, Zn, Pb, Au, Ag, Bi и др

2)Метеорные воды – поверхностные воды, которые просачиваются на глубину, там нагреваются за счет тепла магматических масс. Их состав полностью зависит от состава пород, через которые они проходят. Но изначально они могут быть обогащены веществами, взвешанными в атмосфере (например Hg). .Гидротермами хорошо переносится кремнезем (кварц, халцедон  типичные минералы гидротермальных образований) и очень плохо  глинозем (алюмосиликаты и силикаты алюминия среди гидротермальных минералов не характерны). Из катионов в гидротермальной деятельности участвуют: Cu, Pb, Zn, Hg, Au, Fe, Co, Ni, As, Sb, Bi, а также Sn, W, Mo, U, иногда Mn. Кроме того, характерны щелочные и щелочноземельные элементы (Na, K, Ca, Mg, Ba).

3)Метаморфогенные воды – высвобождаются при дегидратации пород в ходе метаморфизма.

По мере продвижения гидротерм меняется их кислотность, окислительно-восстановительный потенциал (Eh) за счет увеличения содержания О₂ по мере продвижения растворов к поверхности. Это ведет к окислению аниона S^2- до SO₄^2- и появлению кроме сульфидов еще и сульфатов, например, барита Ba[SO₄].

Формах переноса:

1)Комплексные соединения. Переносятся рудные элементы, которые слаборастворимы в истинных растворах. (например Au)

2)Коллоидные растворы. Могут образовываться силикатно-сульфидные руды, содержащие Cu, Fe, As, Sb, Pb, Mn.

3)Прямые ионные растворы возможны за счет увеличения растворимости некоторых минералов при повышения Т и Р.

Каковы причины отложения минералов из гидротермальных растворов? Прежде всего, следует остановиться на роли температуры и давления.

Факторы гидротермального минералообразования:

Верхний предел температуры гидротермальных растворов определяется критической температурой воды и водных растворов: 375–400 С. Очевидно, что постепенное снижение температуры, влияя на растворимость, приводит к минералообразованию. Нижним пределом, очевидно, являются близповерхностные процессы с участием водных растворов, часто называемых вадозными.

Давление может изменяться от 1 атм до 1,5 тыс. атм и более, в пределе соответствуя литостатическому давлению. Снижение давления нередко является более важной причиной минералообразования, чем снижение температуры, поскольку может происходить гораздо быстрее. Например, присутствие при высоком давлении растворенной углекислоты приводит к образованию легкорастворимого Ca(HCO₃)₂, но если вследствие тектонических подвижек произойдет приоткрытие трещин и практически мгновенный сброс давления, то растворенная СО₂ улетучится («вскипание» раствора), произойдет отложение кальцита:

Ca(HCO₃)₂  Ca[CO₃] + CO₂ + H₂O

Еще одним важным фактором является изменение кислотности растворов по мере взаимодействия с породами, через которые они движутся. Например, в зависимости от кислотности раствора будут образовываться пирит или марказит, при нейтрализации растворов будут осаждаться карбонаты.

Формы отложения:

1. Путем заполнения открытых трещин. В этом случае идет последовательное нарастание минерального вещества на стенки трещины и рост от стенок внутрь. Такое отложение называется секреционным (рис. 18а). Они как правило имеют резкие границы с вмещающими породами. При этом могут возникать полосчатые жилы, когда образование одних минералов сменяется во времени отложением других. Если нарастарние идет вокруг обломков породы, попавших в трещину, образуются так называемые крустификационные жилы. При многократном дроблении вмещающих пород и образовавшегося жильного материала и последующем новом отложении минералов возникают брекчиевидные жилы.

В строении жил различают осевую часть и зальбанды (боковые части). Для пологопадающих жил различают также лежачий и висячий бока жилы.

Наиболее характерные формы гидротермального минералообразования это жилы, которые образуются двояко:

2)Метасоматическое образование. Растворы, просачиваясь вдоль тонких, часто капиллярных, трещин, взаимодействуют с минералами вмещающих пород, растворяют, разъедают их и на их месте отлагают другие минералы. Вся зона вдоль трещины может образовать жилу, в которой рост минералов будет происходить от трещины. Такие жилы обычно имеют неровные, связанные с перекристаллизацией окружающих пород (рис.18б). При этом состав метасоматических жил часто меняется при переходе из одной вмещающей породы в другую.

Еще одной формой гидротермальной минерализации являются залежи. Они возникают при просачивании растворов или диффузии вещества через породы, при этом минералообразование может идти путем отложения в порах, а также за счет реакции с вмещающими породами. (наиболее крупные размеры (до 500 м) имеют меднорудные гидротермально-метасоматические залежи)

Раньше по температуре образования разделяются на :1)высокотемпературные (гипотермальные) – 300–400 С; 2)среднетемпературные (мезотермальные) – 150–350 С; 3)низкотемпературные (эпитермальные) – ниже 200 С.

Сейчас во внимание принимаются источники растворов и область минералообразования: 1)плутоногенное, 2)вулканогенное и 3)телетермальное.

1. Плутоногенный тип. Гидротермы связаны с глубинными магматическими очагами, с их кристаллизацией на глубине и с функционированием и разгрузкой растворов на глубине, часто неподалеку от материнской интрузии (плутона). Они формируют преимущественно высоко- и среднетемпературную гидротермальную минерализацию (рис. 19).

К этому типу относятся высокотемпературные кварцевые жилы, пространственно и генетически тесно связанные с грейзенами и имеющие аналогичную минерализацию: касситерит, вольфрамит, молибденит, берилл, висмутин. Из нерудных минералов основным является жильный кварц, обычен флюорит, иногда  топаз, в зальбандах жил часто присутствуют мусковит, калишпат.

К среднетемпературной плутоногенной относится минерализация «пятиметальной формации»  карбонатные и кварц-карбонатные жилы с минералами Ag, Co, Ni, Bi, U (Рудные Горы в Чехии и Германии).

К ней же принадлежит минерализация «урезанных», т. е. неполных аналогов  Co-Ni-арсенидной формации (Хову-Аксы, Тува), Ag-Co-Ni формации (Кобальт, Онтарио, Канада). Среднетемпературными являются многочисленные полиметаллические (Zn, Pb, Cu, часто с Ag) месторождения (Рудный Алтай, Забайкалье, Северный Кавказ) и полиметаллическая минерализация, наложенная в гидротермальную стадию на скарны – Тетюхе (Дальнегорск), Приморье. К средне-высокотемпературным относятся золото-кварцевые месторождения Якутии, Северо-Востока России.

2. Вулканогенные гидротермальные ассоциации минералов формируются за счет гидротерм, связанных с близповерхностными магматическими очагами, нередко имеющими выход на поверхность (вулканы). Существенная роль в формировании таких гидротерм принадлежит метеорным водам. Минералообразование идет в близповерхностных условиях, т. е. при быстром снижении температуры, частых тектонических подвижках, способствующих сбросу давления. Для этого типа характерны мелкозернистые до колломорфных агрегаты, частое образование халцедона или халцедоновидного кварца, пространственное совмещение как высокотемпературных (касситерит, вольфрамит), так и низкотемпературных минералов. В целом, однако, преобладает низкотемпературная минерализация, и лишь некоторые месторождения относятся к высоко-среднетемпературным.

Особый случай представляют колчеданные залежи субмаринного характера, источником рудного вещества которых является вулканический материал (пепел, газы), отлагающийся на дне морей вблизи действующих вулканов или выносимый при подводных извержениях. В дальнейшем рудное вещество перераспределяется под воздействием низкотемпературных растворов, циркулирующих в таких вулканогенно-осадочных толщах.

Примеры: а) кварц-халцедоновые жилы с золотом (Балей, Забайкалье); б) оловоносные и олово-висмутовые жилы, иногда с колломорфным касситеритом  деревянистым оловом (Приморье; Хинган); в) медно-порфировое оруденение в кварцевых порфирах или близповерхностных гранитах (Сорское месторождение, Хакасия); г) колчеданные залежи субмаринного характера, иногда с золотосодержащим пиритом (Урал); д) антимонит-вольфрамитовые жилы (Зопхито, Северный Кавказ); е) кратерно-озерные отложения серы с реальгаром, аурипигментом.

3. Телетермальные гидротермальные образования не имеют видимой связи с магматизмом. Принято считать, что это растворы, далеко ушедшие от своего непосредственного источника. Такая минерализация нередко приурочена к зонам глубинных разломов. Обычно такие жилы просты по химическому составу. К этому типу относятся месторождения Hg, Sb, As  киноварные (ртутные), антимонит-киноварные (сурьмяно-ртутные), такие, как Хайдаркан, Кадамджай (Средняя Азия), Акташ (Горный Алтай), Терлиг-Хая (Тува), Никитовское (Украина).

По температурам образования телетермальные ассоциации низкотемпературные, о чем свидетельствует одновременное с рудными минералами образование халцедоновидного кварца.

Гидротермальное минералообразование обычно сопровождается интенсивным изменением вмещающих пород  это так называемое околожильное или околорудное изменение с образованием метасоматитов.

1. Вторичные кварциты (близповерхностный аналог грейзенов). Если богатые летучими (HF, SO₂, HCl) кислые растворы взаимодействуют с алюмосиликатными породами в близповерхностных условиях, происходит вынос щелочей, Ca и других компонентов этих пород, а на месте остаются лишь самые инертные из них  SiO2, Al2O3, TiO2. Они имеют зональное строение, и в наиболее «проработанных» участках образуются корунд, диаспор, затем образуется зона андалузита (или силлиманита), сменяясь обогащенными кварцем породами, напоминающими обычные кварциты. В наименее прогретых участках изменения образуются каолинит, пирофиллит, серицит, алунит. Именно таким образом сформировалось месторождение агальматолита  поделочного пирофиллита Al₂[Si₄O₁₀](OH)₂ в Туве.

2. Серицитизация - низкотемпературное образование мелкочешуйчатого мусковита  серицита во вмещающих породах вокруг гидротермальных жил. Серицитизация идет, когда температуры недостаточны для возникновения грейзенов (обычно при большом удалении растворов от материнской интрузии). Мусковит (серицит) при этом образуется за счет алюмосиликатов вмещающих пород, прежде всего, ПШ.

3. Эпидотизация - это низкотемпературное гидротермальное изменение, сопровождающее тектонические зоны в силикатных породах, богатых Са, который идет на образования эпидота Ca₂FeAl₂[SiO₄][Si₂O₇]O(OH). Измененные в ходе этого процесса породы приобретают характерный зеленоватый оттенок, а иногда получаются эпидозиты. Широко распространена при изменении Pl основных магматических пород.

4. Березитизация. Гидротермальное изменение алюмосиликатных пород,c образованием ассоциации серицит + Q + Pyr + карбонат (анкерит). Этот процесс нередко сопровождает гидротермальные месторождения Au. (назван по Березовскому месторождению на Урале) Pyr в этом случае также бывает золотосодержащим. Иногда березитизация является поисковым признаком на W, Mo и Cu оруденениz.

5. Лиственитизация. Гидротермальное низкотемпературное изменение у/о пород, при котором образуются кварц-карбонатные метасоматиты с ярко-зеленой хромсодержащей слюдой  фукситом, с примесью рудных минералов  Pyr и Hem. Нередко листвениты сопровождают гидротермальное Au оруденение.

6. Хлоритизация. Широко распространенное гидротермальное изменение пород, сопровождающее низкотемпературные гидротермальные жилы. Хлорит при этом легко образуется за счет Bt.

7. Серпентинизация, оталькование  гидротермальное изменение у/о пород. Может быть автометаморфическим, или при воздействии «чужих» гидротермальных растворов, связанных с более поздними, обычно кислыми интрузиями.

8. Пропилитизация  сложный комплекс гидротермальных изменений вулканических пород в областях активного вулканизма, связанный с изменением гидротермальных растворов от кислых до щелочных. Главные минералы  Ab, Clt, Cat, Pyr, Q. После пропилитизации часто образуются секущие кварцевые жилы или зоны окварцевания, сопровождающиеся кварц-пирит-серицитовыми и другими метасоматитами. Наблюдаются переходы от пропилитов к вторичным кварцитам.

Кроме перечисленных, отметим еще такие низкотемпературные гидротермальные изменения, как карбонатизация, окремнение, каолинизация (аргиллизация), алунитизация.

В целом роль гидротермальной минерализации огромна, месторождения гидротермального генезиса дают до 70 % мировой добычи Mo, W, Sn, 50 % меди.