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)

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 (секреционные 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 брекчиевидные 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 плутоногенном 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 высокотемператур­ные кварцевые 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 среднетемпературной плутоногенной минерализации 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.

Вулканогенная 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.

Телетермальные низкотемпературные гидротермы 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 типами гид­ротермальных 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).

Вторичные 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.

Серицитизация 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

Пропилитизация – 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 магнезиальном метасоматозе 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.

Фосфатный 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.

Нефелинизация – 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 метасоматической зональности – последова­тельной смене метасоматитов (гидротермалитов) от наиболее изме­ненной внутренней зоны к внешней и неизменной породе. Совокуп­ность одновременно образовавшихся метасоматитов («зональная ко­лонка») называют метасоматической фацией. Совокупность фаций, возникшая в результате одного петрогенетического или генетически единого геологического процесса, представляет собой метасомати­ческую 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.