Гидротермальные процессы

Магматогенные процессы заканчиваются проявлением гидротер­мальной деятельности, т. е. происходит образование минералов под воздействием нагретых вод, которые отделяются от магмы по мере снижения ее температуры в ходе кристаллизации. Магматогенные во­ды с летучими HСl и HF образуют кислые гидротермы, которые соз­дают условия для формирования типичных минералов Si (кварц, хал­цедон), Cu, Pb, Zn, Hg, Au, Fe, Co, Ni, As, Sb, Bi, Sn, W, Mo, U, реже Mn, характерны минералы N, K, Ca, Mg, Ba. Форма переноса рудных элементов: ионная, коллоидная, комплексная.

Основные причины отложения минералов из гидротермальных растворов: температура, давление, щелочно-кислотные и окислитель­но-восстановительные условия. Минералы отлагаются в форме жил. А. И. Перельман приводит систематику гидротерм (табл. 2).

Кислородные гидротермы (I–IV классы) сернокислые и соляно­кислые с pH 0,5–3,5, богатые Fe, Al, местами Cu, Zn, Pb (Тихоокеан­ский пояс, Камчатка и др.). Воды содержат O2, иногда H2S, Eh дости­гает 1 В и более за счет HF, HCl.

Глеевые термы (V–VIII классы) известны в альпийской зоне, по составу углекислые, азотные и др. Классы V и VI представлены хло­ридными растворами с pH 2,0–3,5 и выщелоченными из пород эле­ментами Fe, Mn, Sr, Ba, Pb, Zn, Cu и др. К классу VII относятся азот­но-углекислые термы, обогащенные As, B, Li, Rb, местами Sb, Hg и др. К VIII классу принадлежат азотные термы сульфатно-гидро­карбонатно-натриевого состава и обогащены SiO2, Ge, Be, F, W и Mo. Eh местами отрицательный (от –0,08 до –0,1 В).

Таблица 16.1

Систематика современных гидротерм (А. И. Перельман, 1989)

Щелочно­	Окислительно-восстановительные условия
кислотные условия	окислительные	восстановительные глеевые	восстановительные с сероводородом
Сильно­кислые	Сильнокислые кисло­родные	Сильнокислые глеевые	Сильнокислые сероводо­родные
Слабокислые	Слабокислые кислород­ные	Слабокислые глеевые	Слабокислые сероводо­родные
Нейтральные и слабоще­лочные	Нейтральные и слабо­щелочные кислородные	Нейтральные и слабо­щелочные глеевые	Нейтральные и слабо­щелочные сероводород­ные сульфидные (ис­точники Карловы Вары)
Сильнощелоч­ные	Сильнощелочные ки­слородные	Сильнощелочные азот­ные термы	Сильнощелочные серо­водородно-сульфидные (Тбилисские термы)

Сероводородные и сульфидные гидротермы (IX–XII классы) со­держат H2S, HS^–, S^2–, возможны CO2 и CH4. Воды хлоридно-гидро­карбонатно-натриевые с азотом.

Отложения минералов связаны с двумя типами жил: заполнение открытых трещин, метасоматическое образование.

По первому типу жилы образуются путем заполнения открытых трещин минералами, которые отлагаются из растворов (секреционны е отложения на стенках). Возможно возникновение полосчатых жил, когда образование одних минералов сменяется во времени отложе­ниями других. Если нарастание идет вокруг обломков породы в тре­щине, образуются крустификационные (crust – корка) жилы. При мно­гократном дроблении вмещающих пород с образованием жильного материала и последующем новом отложении минералов возникают брекчиевидны е жилы. В строении жил различают внутреннюю осевую часть и боковые наросты – зальбанды. При метасоматическом образо­вании гидротермальных жил растворы, просачиваясь вдоль тонких капиллярных трещин, взаимодействуют с минералами вмещающих пород, растворяют, разъедают (резорбируют) их, и на месте отлагают­ся другие минералы.

Жилы бывают на высоко- (гипотермальные, 300–400 °С), средне- (мезотермальные, 150–300 °С) и низкотемпературными (эпитермаль­ные, менее 150 °С).

По источникам растворов и области минералообразования все гидротермальное минералообразование делят на плутоногенное, вул­каногенное, телетермальное.

При плутоногенно м типе минералообразования гидротермы свя­заны с глубокими магматическими очагами, часто вблизи от материн­ской интрузии (плутона). Они формируют высокотемпературную ми­нерализацию (рис. 16.2). К этому типу относятся высокотемператур­ны е кварцевы е жилы. Пространственно и генетически они тесно свя­заны с грейзенами и имеют аналогичную минерализацию: касситерит, вольфрамит, молибденит, берилл, висмутин, жильный кварц, флюо­рит, иногда топаз, в зальбандах жил – часто мусковит, калиевый шпат.

Рис. 16.2. Схема минерализации жил по мере их удаления от источника гидротермальных растворов и снижения их температуры (И.Т. Бакуменко и др., 2001)

При среднетемпературно й плутоногенно й минерализаци и обра­зуются карбонатные и кварц-карбонатные жилы с минералами Ag, Co, Ni, Bi, U; полиметаллические месторождения (Zn, Cu, часто Ag). По­лиметаллическая минерализация в гидротермальной стадии местами накладывается на скарны. Золото-кварцевые месторождения Якутии формировались при средне-и высокотемпературной минерализации.

Вулканогенна я гидротермальная ассоциация минералов формиру­ется за счет низкотемпературных гидротерм, связанных с магматиче­скими очагами вблизи поверхности, иногда с выходами на поверх­ность (вулканы). Участвуют ювенильные и метеорные воды. Нередко образуется халцедон, имеется вольфрамит, касситерит.

Телетермальны е низкотемпературны е гидротерм ы представля­ют собой растворы, далеко ушедшие от источника их образования. Приурочены к зонам глубинного разлома, где локализуются мелкие магматические тела. Формируются месторождения ртути, сурьмы, мышьяка с включением серебра.

Гидротермальное минералообразование сопровождается интен­сивным изменением вмещающих пород (околожильное, околорудное изменение) и характеризуется следующими основными типам и гид­ротермальны х метасоматитов:

� для кислых пород при средней и низкой температуре – окремне­нием, серицитизацией, березитизацией;

� для средних и щелочных пород при низкой температуре – про­пилитизацией, лиственитизацией, магнезиализацией, карбонатизаци­ей, фосфатным метасоматозом, хлоритизацией;

� для ультраосновных пород – серпентинизацией, оталькованием, нефелинизацией, алунитизацией.

У некоторых метасоматитов строгая приуроченность к опреде­ленному типу пород отсутствует. Известны переходные типы метасо­матитов, а также наложением одних типов на другие (рис. 16.3).

Вторичны е кварциты (окремнение) образуются при взаимодей­ствии кислых растворов, богатых летучими компонентами (SO2, HF, HCl), с алюмосиликатными породами у поверхности с выносом щело­чей и концентрацией кремнезема, глинозема и оксида титана. В по­рядке понижения температуры образуются корунд, андалузит, диас­пор, алунит, каолинит, серицит, пирофиллит.

Серицитизаци я протекает при низкой температуре с образовани­ем мелкочешуйчатого мусковита – серицита («серикос» – шелковис­тый) во вмещающих полевошпатовых породах вокруг гидротермаль­ных жил. Это частный случай пропилитизации, но в породах, которые мало содержат Ca и Mg,

Березитизация, или «сульфидная грейзенизация» протекает при средних температурах с преобразованием кислых пород (граниты, гранодиориты, гранит-порфиры, кварцевые порфиры) под влиянием перегретых сульфидных растворов с HS^–, H2S. Происходит разложе­ние цветных минералов и части полевых шпатов с образованием светлых слюд, кварца и пирита. Выносятся Mg, Ca, Na, в мусковите фиксируется калий. Формируются золоторудные месторождения, W, Mo, Cu, ассоциации серицита, кварца, пирита, анкерита.

Рис. 16.3. Схема развития метасоматоза в системе интрузив – надинтрузивная зо­на в контрастных средах (по В. А. Кудряшову и др.):

1 – известняки, 2 – доломиты, 3 – скарны, 4 – граниты, 5 – 7 – продукты метасоматических процессов (5 – калишпатизированные граниты и калишпаты, 6 – альбитизированныеграниты, 7 – грейзенизированные породы), 8 – 16 – грейзены (8 – слюдяно-кварцевый, 9 – кварцевый, 10 – то­пазовый и топаз-кварцевый, 11 – слюдяной, турмалин-слюдяной, 12 – топаз-флюоритовый, 13 – слюдяно-флюоритовый, 14 – флюоритовый, 15 – слюдяно-селлаит-флюоритовый, 16 – селлаит­флюоритовый), 17 – жилы выполнения

Пропилитизаци я – метасоматическое гидротермальное изменение основных и средних вулканических пород (андезиты, дациты, базаль­ты) в зоне малых и средних глубин. В областях активного вулканизма гидротермальные растворы могут быть от кислых до щелочных.. Про­исходит замещение пироксена, роговой обманки, плагиоклаза, биоти­та и ортоклаза на хлорит, серицит, эпидот, альбит, кальцит, пирит, одуляр, цеолиты. Реакцию преобразования плагиоклаза и пироксена под действием газообразной и перегретой воды с образованием важ­нейших минералов пропилита можно представить следующим обра­зом:

4 [NaAlSi3O8 · CaAl2Si2O8] + 5 (Mg, Fe)SiO3 + 5 H2O →

лабрадор пироксен

→ 2 Ca2Al3Si3O12(OH) + (Mg, Fe)5Al2Si3O10(OH)8 + 4 NaAlSi3O8 + 4SiO2

Эпидот хлорит альбит кварц

Образуются разнообразные месторождения, связанные с гидро­термальным рудоотложением.

Лиственитизация – процесс изменения основных и ультраоснов­ных пород под влиянием перегретых углекислых растворов. Происхо­дит разложение оливина, пироксенов, роговых обманок с образовани­ем талька, кварца и магнезиально-железистых карбонатов – доломита, анкерита, брейнерита и др. Полевые шпаты превращаются в мусковит или серицит, реже в хромовую слюду – фуксит. При высоких парци­альных давлениях CO2 разложение идет до частичного образования пирофиллита Al2Si4O10(OH)2. Типичным для этого процесса является образование талька и карбонатов магнияи железа.

При магнезиально м метасоматоз е в основных породах пироксен и амфибол замещается оливином. В эндоконтактной зоне гранитов происходит отложение биотитов, роговой обманки и других магнези­альных минералов, при понижении температуры – хлоритизация алю­мосиликатных минералов.

Карбонатизация – взаимодействие пород с известняками и их преобразование. В результате могутпротекать следующие процессы.

Доломитизация известняков происходит в результате воздействия растворов, содержащих в повышенных концентрациях ионы Mg²⁺ и SO4^2–:

2 CaCO3 + Mg(SO4)+ 2 H2O → CaMg(CO3)2 + CaSO4 · 2 H2O

известняк доломит гипс

Под воздействием растворов с Fe²⁺ или Mn²⁺ процесс протекает полнее с образованием сидерита FeCO3 или родохрозита MnCO3. В ре­зультате этого могут образовываться крупные промышленные место­рождения железных и марганцевых руд. Взаимодействие с известня­ками гидротермальных сульфидных растворов приводит к образова­нию в известняках богатых метасоматических сульфидных месторож­дений, например, свинцово-цинковых руд. Они отлагаются в извест­някеза счет выноса части CaCO3.

Карбонатный метасоматоз с силикатным связывает между собой процесс скарнообразования. Например, отложение в известняке фор­стерита Mg2SiO4, шпинели MgAl2O4, гроссуляра или везуавина.

Фосфатны й метасоматоз – образование апатита в богатых изве­стью породах при участии фтора и хлора

Хлоритизация – процесс гидротермального изменения пород при низкой температуре с образованием хлоритаза счет биотита.

Серпентинизация, оталькование – гидротермальное изменение ультраосновных пород с образованием соответственно серпентина и талька.

Нефелинизаци я – процесс привноса натрия, вызывающий извле­чение глиноземов из пироксенов и амфиболов с возможным образова­нием нефелина.

Алунитизация – протекание в условиях окисления и присутствия в воде SO3 с образованием серной кислоты. При этом сера осуществ­ляет алунитизацию алюмосиликатных пород с образованием алунита KAl3(SO4)2(OH)6 и с выносом сульфатов щелочей и SiO2.

Месторождения гидротермального генезиса дают до 70 % миро­вой добычи Mo, W, до 100 % олова и 50 % меди.

Взаимодействие термальных поровых растворов с породой при­водит к формированию метасоматическо й зональности – последова­тельной смене метасоматитов (гидротермалитов) от наиболее изме­ненной внутренней зоны к внешней и неизменной породе. Совокуп­ность одновременно образовавшихся метасоматитов («зональная ко­лонка») называют метасоматическо й фацией. Совокупность фаций, возникшая в результате одного петрогенетического или генетически единого геологического процесса, представляет собой метасомати­ческу ю формацию (В. А. Жариков).

В. И. Рехарский (цит. по А.И. Перельману, 1989) выделил гидро­термально-метасоматические формации, расположенные сверху вниз от ранних высокотемпературных к поздним низкотемпературным:

I. Гидротермально-метасоматические формации, связанные преимущественно с гранитоидными породами

Магнезиально-скарновая −Fe, B, флогопит

Известково-скарновая −Fe,Cu, Co, V, Mn

Фельдшпатовая −Ta, Nb, TR, U, Th, Ti, Be, Li,
Полевошпат-кварцевая −Mo, W, Sn, Cu
Грейзеновая −W, Mo, Sn, Be, Li, Bi
Турмалин-кварцевая −Sn, Cu, W, Bi, Au, As
(турмалин-хлоритовая)
Пропилитовая −Au, Ag, Cu, As, Pb, Zn
Вторично-кварцитовая −Cu, Zn, Pb, Au, Ag Кварц-серицитовая −Cu, Mo, Zn, Pb

Березитовая –Pb, Zn, Au, Ag, U, Mo, Bi, Sn, W, Be, Co, As, Sb, Hg Аргиллизитовая –Hg, Sb, Sn, Au, Ag, As, U, Mo, Zr, Pb, Zn, Cu

II. Гидротермально-метасоматические формации, связанные преимущественно с ультраосновными и основными породами:

Серпентинитовая −Cr, асбест

Уралитовая −Ni,Cu, Pt, флогопит

Тальк-карбонатная −Ni,Cu, Au, тальк, магнезит

Брусит-валлериитовая −Cu, Ni, Co, Pt
Лиственитовая −Hg, Au, Cu, Zn, Pb
III. Гидротермально-метасоматические формации, связанные преимущественно с ультраосновными щелочными породами:

Альбититовая −Zr, Hf, Nb, Ta, TR, Th, U

Камафоритовая (апатит-−Fe, Ti, P, Zr, Ta, Nb, Cu магнетитовая)

Карбонатитовая −Nb, Ta, Zr, TR

Карбонат-флюоритовая −флюорит

Оруднение часто накладывается на метасоматиты или разви­вается одновременно с ним. Поэтому многие авторы рассматривают рудообразование как часть общего процесса метасоматоза («рудонос­ные метасоматиты»). Согласно Г. Л. Поспелову, гидротермальные ме­сторождения возникают в застойных или полузастойных условиях. Проблема источника рудных элементов является дискуссионной.

Метасоматические процессы всегда связаны с химическими реак­циями, направленными на выравнивание состава горными породами метаморфизирующих растворов. Так как эти растворы часто несут с собой полезные (рудные) компоненты, то характер изменения горных пород широко используется как геохимический критерий при поисках месторождений полезных ископаемых. Интенсивность метасоматиче­ских процессов тем выше, чем контрастнее состав раствора и породы и вышепористость и трещиноватость изменяющейся породы.

Дата добавления: 2014-01-07