5.5. Гидротермальные месторождения

Гидротермальные месторождения создаются циркулирующими под поверхностью земли минерализованными газово-жидкими растворами. Рудообразующие растворы могут принадлежать к взвесям, коллоидам, и молекулярным растворам.

Источниками воды гидротермальных растворов могут быть:

1. магматические или ювенильные воды;

2. воды метаморфического происхождения;

3. захороненные воды древних осадков;

4. атмосферные или вадозные воды глубокой циркуляции;

5. воды морей и океанов вовлеченные в гидротермальный процесс.

Источники минеральных веществ гидротермальных растворов могут быть ювенильными магматическими, ассимиляционными магматическими и фильтрационными немагматическими.

Перемещение вещества гидротермальных растворов может осуществляться инфильтрацией в движущемся растворе и диффузией в застойном растворе. Минеральное вещество гидротермальных месторождений накапливается в процессе выполнения открытых полостей и замещения боковых пород, или метасоматоза.

Температура осаждения различных минералов варьирует в переделах: начальная температура гидротермального рудообразования близка к 700-600ºС и постепенно понижаясь опускается до 50-25ºС. Наиболее обильное гидротермальное рудообразование происходит при температуре 400-100ºС.

Скопления полезных ископаемых гидротермальных месторождений происходит в результате отложения минеральных масс в пустотах горных пород или в связи с замещением пород. Рудные тела гидротермального генезиса имеют разнообразную форму и встречаются в виде жил различной конфигурации, штоков, гнезд, штокверков, линз, пластообразных залежей и сложных комбинированных тел. Размеры рудных залежей варьируют в широких пределах от нескольких метров до нескольких километров. Например, золотоносные жилы Березовского месторождения на Урале имеют длину 2-3м, а Материнская жила в Калифорнии протягивается на 200км.

В настоящий момент известно большое количество различных классификаций гидротермальных месторождений.

Наиболее распространенным является разделение гидротермальных месторождений по температуре формирования и глубине отложения минерального вещества, которое позволило выделить три класса месторождений: 1) гипотермальные, образующиеся на большой глубине при очень большом давлении и высокой температуре (500-300ºС); 2) мезотермальные, формирующиеся на средней глубине, при большом давлении и средней температуре (300-200ºС); 3) эпитермальные, возникающие на небольшой глубине при умеренном давлении и сравнительно низкой температуре (200-50ºС).

По температуре образования минерального вещества гидротермальные месторождения подразделяются на три группы:

1. к высокотемпературным (свыше 300ºС) месторождениям относятся формации оловянно-полиметаллических руд (Приморский край) и медно-молибденовых руд (Браден в Чили);

2. к среднетемпературным (300-200ºС) - формации медно-колчеданных (м-я Кавказа, Японии, Турции) и серебряно-кобальт-никель-висмут-урановых руд (Рудные горы в Чехословакии);

3. к низкотемпературным месторождениям (менее 200ºС) относятся формации: золотых, золото-серебряных и ртутных руд, исландского шпата, алунита, флюорита.

К гидротермальным (гидротермально-метасоматическим) относятся чрезвычайно многочисленные и разнообразные эндогенные месторождения металлов и неметаллов.

Гидротермальные месторождения образуются из горячих газово-водных флюидов (растворов), генерируемые энергетическими (в первую очередь магматическими) очагами в мантии и земной коре. Кристаллизация магм, подъем мантийных флюидов сквозь водонасыщенные верхние горизонты земной коры приводят в движение газово-жидкие потоки, общий масштаб которых имеет планетарное значение и по суммарному объему сопоставим с другими породообразующими процессами (магматизм, осадконакопление и др.).

По способу образования продукты деятельности горячих газов и водных растворов традиционно делятся на собственно гидротермальные (обычно под ними понимаются жилы, заполняющие пустоты), и метасоматические (замещающие исходные породы с сохранением их объема, а нередко структуры и текстуры). В целом доминирует именно метасоматический способ минералообразования. Если доля жил и прожилков любого состава в общем объеме пород, слагающих геологическую структуру любого типа, обычно не превышает 10-15%, то доля метасоматических минералов в проработанных проницаемых зонах может достигать 50-70% и более, с образованием региональных метасоматических формаций. В подавляющем большинстве случаев гидротермальные и метасоматические процессы неразрывно связаны, в дальнейшем, говоря о гидротермальных месторождениях, мы будем иметь в виду именно сопряженные гидротермально-метасоматические системы рудообразования.

Важный практический вопрос – в каких условиях гидротермально-метасоматические являются металлоносными, в том числе промышленно рудоносными. Традиционно важными для оруденения условиями считаются : глубина залегания и степень дифференциации магматических очагов, насыщенность магм водой и другими летучими компонентами, давление летучих, наличие слабо проницаемой оболочки вмещающих пород. Фактический материал последних 20-30 лет изучения месторождений доказывает, что не менее важна роль пород, вмещающих магмы – их водонасыщенность, химический состав, наличие надкларковых концентраций полезных компонентов. При этом прежние представления, что продуктивные магматические очаги непременно должны быть достаточно глубинными (не менее 3-7 км), не находят подтверждения в фактическом материале. Недостатком большинства гипотез гидротермального оруденения является их «зацикленность» на умозрительных генетических схемах и игнорирование очевидного факта – любая гидротермальная система, практически в любом доступном нашему изучению диапазоне глубин (от поверхности до 13,5 км) действует в водонасыщенной среде. Любое движение жидкости в недрах, любой перепад температур неизбежно генерируют естественные электрические поля, а пропитка пород подземными водами, особенно захороненными морскими с высоким содержанием ионов Cl^-1, SO₄^-2, а также H₂S, CO₂ и др. (в условиях высоких температур и давлений – весьма агрессивными растворами) превращает область гидротермально-метасоматической активности в зону природного электролиза.

Принятие такой понятной на основе школьного курса физики модели избавляет геологов от объяснения многих парадоксов. Например, известно, что растворимость сульфидов в воде столь низка, что образования 1т меди в рудной жиле через трещину нужно пропустить объем воды, равный Средиземному морю. С другой стороны, на любом заводе для получения такого количества металла в короткий срок достаточно небольшой гальванической ванны. Понимание способа движения металлов и других компонентов в виде заряженных катионов и анионов в силовом электрическом поле снимает надуманные сложные схемы «подкачки» растворов за счет перепада давлений, присутствия особых коллоидных и иных высоконасыщенных растворов, объясняет высокую проницаемость для ионов пород, не обладающих высокими фильтрационными свойствами для воды (например, милонитов), и аргументирует возможность образования высоких концентраций металлов в гидротермально-метасоматической среде. Температура и давление среды, её химизм создают конкретный физико-химический фон миграции и накопления металлов и обусловливают зональность оруденения. Области отложения компонентов растворов также легко объяснимы, если рассматривать их как полюса природных электрических полей.

Относительно глубин образования гидротермальных месторождений следует заметить следующее. Часто встречаемые в литературе, в т.ч. в учебных курсах, градации глубин образования месторождений противоречивы и схоластичны. По-видимому, не существует жесткой привязки конкретного оруденения к тому или иному интервалу глубин. В качестве примера можно привести обнаружение активности относительно низкотемпературных современных процессов минералообразования, связанных с подземными водами, вскрытыми на глубине более 13 км в сверхглубокой Кольской скважине. С другой стороны, многие граниты и связанные с ними высокотемпературные месторождения редких металлов, в классических схемах рассматриваемые, как образования средних и больших глубин, образовались в зонах повышенного давления в молодых складчатых поясах на глубине, не превышающей несколько сотен метров. Лишь для оруденения, имеющего явные признаки отложения близ поверхности, можно жестко определить глубинность его образования, именно как близповерхностную.