Гидротермальные изменения в эпитермальных системах (стр. 1 из 4)

Гидротермальные изменения в эпитермальных системах

Введение

Изучение гидротермальных изменений важно при исследовании эпитермальных рудных месторождений по нескольким причинам:

1.Вторичные минералы регистрируют физико-химические условия, существующие в эпитермальной системе в период рудообразования.

2.Парогенезис гидротермальных минералов может свидетельствовать о цикличности или угасании эпитермальной системы или наложении одной системы на другую.

3.Гидротермальные изменения дают возможность определять расположение месторождений и поскольку они обычно занимают большую площадь, чем рудопроявление, то могут использоваться в качестве поисковой цели.

Для понятия и создания модели эпитермальной системы, должны быть охарактеризованы как гидротермы, так и гидротермальные минералы. Гидротермы обсуждались и описаны ранее. Браун обобщил факторы, влияющие на образование гидротермальных минералов, и показал, что гидротермально изменённые горизонты развивались в зависимости от а) температуры, в) давления, с) типа пород, d) проницаемости, е) состава гидротерм, ^продолжительности активности.

Браун определил, что влияние типа пород на равновесие было наиболее значительным при низкой температуре. Выше этой температуры минеральные комплексы не зависят от типа пород. Хотя это справедливо не всегда.

Ранее считалось, что зависимость гидротермального метаморфизма от типа пород является следствием воздействия гидротерм на образование щелочно-известкового и щелочного вулканизма. Примеры скарнов и гидротермального матаморфизма, развитого в ультраосновных поясах, показывают, что тип породы может оказывать очень сильное влияние на минералогию метаморфических пород.

Равновесия минерал - гидротермы в эпитермальных средах

В этом разделе мы сделаем обзор обычных реакций образования гидротермальных минералов, которые происходят в эпитермальных средах, и их интерпретацию в виде равновесий минерал - флюид, т.е. приведём описание химических процессов в гидротермах, их которых образуются минералы.

Реакции гидротермальных изменений, связанные с почти нейтральными гидротермами

Активность иона водорода для реакций активности твёрдых фаз допускается одна для всех и поэтому она не включена в минеральные равновесия. Мы не будем обсуждать термодинамику этих реакций и в дальнейшем. Хороший обзор по этому вопросу и других привлекаемых гидротермальных равновесий приводится из Henley et al.,.

На основании написанных уравнений, возможно, связать минеральные реакции с составом гидротерм и, следовательно, получить их химический состав по минералогическим комплексам. Состав глубинных гидротем в геотермальной системе Бродлэндс хорошо известен и он показан на Рис. 6,а. Его расположение соответствует присутствию высоких содержаний иллита в керне и шлифах, хотя также представлены адуляр и альбит

При кипении эпитермальных гидротерм, даже при повышенных содержаниях Na+ и K+ в остаточном растворе, их отношение остаётся постоянным; эта также справедливо, если гидротермы разбавлены гидротермами с нулевыми содержаниями Na+ и K+. Однако, во время кипения газ переходит в пар. Это приводит к сдвигу в рН гидротерм, поскольку СО₂, вовлечённый в основную реакцию, буфферит рН гидротерм согласно

Так как СО₂ переходит в пар, реакция 13 сдвигается влево, Н+ расходуется и рН увеличивается. Это крайне важная реакция в низкосерных системах и будет рассмотрена более детально в главе Рудообразование.

Уменьшение СО₂ в растворе на один порядок увеличивает его рН на единицу. Это может происходить при равновесном фракционировании во время кипения в интервале 260-240⁰С. Таким образом, кипение и парогазоотделение приводит состав жидкой фазы к миграции вдоль 45⁰ наклона на Рис.1, а, от стабильности К-слюды к стабильности адуляра. Кроме того, изменения минерализации в низкосерньгх системах будут влиять на рН через баланс зарядов между анионами и катионами. Так, например, при 250⁰С гидротермы, буфферированные комплексом К-слюды КПШ и кварцем и содержащие 0.1 вес% NaCl, будут иметь рН около 9, тогда как идентичная система с 10% NaCl будет иметь рН ~ 4.9

Там, где гидротермы находятся в тесном контакте с гидротермальными минералами, минералы будут стремиться буфферировать рН, несмотря на кипение и газоотделение. Однако, если гидротермы "изолированы" от вмещающих пород, как это происходит в трещинножильных породах, рН жидких гидротерм может увеличить и стабилизировать адуляр во время кипения. Buchanan в своём обзоре 60 эпитермальных месторождений отмечает, что адуляр является главным жильным минералом в 40 месторождениях. Эмпирическая связь жильной золотой минерализации подтверждает наличие кипения в качестве обычного процесса, происходящего в жилах и связанного с отложением минералов.

Углекислые термы отмечаются во многих активных и палео эпитермальных системах. Они располагаются выше или на границе с глубинными хлоридными гидротермами; их химический состав находится вблизи инвариантной точки каолинита, К-слюды, монтмориллонита, соответствуя с высоким содержанием глинистых минералов. Кислые сульфатные воды размещаются в поле стабильного каолинита и будут рассмотрены позже.

Аналогично фазовые диаграммы могут быть построены для Са и Mg, содержащиеся в минералах. Напротив, гидротермы современных систем располагаются вблизи хлоритов, цоизитов и цеолитового равновесий, что согласуется с наблюдёнными минеральными комплексами.

Вскипание будет стремиться продвигать гидротермы в направлении стабильности хлорита. Однако, другая реакция, вовлекающая кальцит также имеет значение. Скорее всего, вовлечённый в обменную реакцию кальцит, будет отлагаться в соответствие с простой реакцией растворения. Растворимость кальцита может быть выражена реакцией

СаСОз + СО2 + Н2О = 2НСОз^- +Са++

При данном рН концентрации Са++ и давления СО₂ положение кальцитового, "скрытого содержания" может рассчитываться и нанесено на Рис. 1 с. Следовательно, при ~ 260⁰С гидротермы Бродлэндс с содержанием 0.15m СО2 в растворе должны быть насыщены по отношению к кальциту. Кроме того, при умеренном содержании СО2, кальцит всегда будет стабилен по сравнению с эпидотом; при повышенном содержании СО2 стабильность кальцита может вытеснять стабильность Са цеолитов. Этим объясняется отсутствие цеолитов, а иногда и эпидота даже, если температура гидротерм благоприятна для стабильности минералов, что может свидетельствовать о высоких концентрациях СО₂ в гидротермах, так что кальцит образуется прежде Са-силикатов.

При кипении гидротерм, СО₂ выделяется и кальцитовая маскировка снимается. Однако, состав гидротерм изменяется в связи с газоотделением в два раза быстрее, чем кальцитовая маскировка, согласно ранее приведённому уравнению. Следовательно, кипение и выделение СО2 из гидротерм, довольно близкое к насыщению кальцита, обычно будет приводить к осаждению кальцита. Buchanan отмечает, что 40 из 60 месторождений, содержащих жилы кальцита и 27 из 60 также имеют псевдоморфозы кварца по кальциту. Хотя присутствие кальцита позволяет предполагать наличие зоны кипения, но отсутствие кальцита не предполагает, что кипения не было. Если система имеет очень низкое первоначальное содержание СО2, то кипение не может сопровождаться осаждением кальцита. В этом случае должно происходить образование Са-цеолитов и эпидота. Как уже отмечалось их отсутствие может свидетельствовать не об относительно высокой концентрации СО_2. Высокие содержания СО₂ способствуют минерализации и брекчированию.

рН раствора, находящегося в равновесии с К-слюдой и адуляром, нельзя определить по фазовой диаграмме, подобной Рис. 1 с без знания концентрации К⁺, поскольку Na и К являются главными катионами в эпитермальном растворе. Их отношение зависит от температуры, а концентрация хлора при данной температуре будет регулировать концентрацию К⁺. Однако, для большинства разбавленных эпитермальных гидротерм концентрация К⁺ такая, что рН поля стабильности К-слюды-адуляра составит 5.6-5.8 при t=250⁰С, что по - существу, является нейтральной реакцией при данной температуре. Таким образом, большинство глубинных эпитермальных гидротерм имеют почти нейтральный рН перед кипением и газовыделением, поскольку они являются стабильными для К-слюды—адуляра.

Кипение и газоотделение, как обсуждалось ранее, сопровождается повышением рН, оставшейся жидкой фазы. Если парогазовая смесь конденсируется в грунтовых водах, то нагретые паром гидротермы будут иметь высокие содержания Н₂СО₃ и, следовательно, рН стремится к понижению. Поскольку углекислота является слабой кислотой, то рН бывает ниже 5, но этого достаточно для продвижения нагретых паром гидротерм к полю стабильности иллита и приводит к образованию больших ореолов глинистых изменений, которые наблюдаются при образовании относительно периферийных низкотемпературных гидротермальных изменений во многих современных системах и рудных месторождениях.

Если парогазовая смесь достигает вадозовой зоны, то H₂S будет адсорбироваться насыщенными кислородом водами и окисляться до серной кислоты.

Этот процесс приводит к образованию нагретых паром кислых сульфатных гидротерм, уже описанных выше, что отразится в различии компонентов гидротермальных минералов. Хотя кислые гидротермы высокосерных систем образуются различными путями, они могут также находиться в равновесии с одними и теми же минералами. Более высокие температуры кислых высокосерных гидротерм могут также привести к образованию кислых минеральных комплексов, отличающихся от комплексов, образованных при г~100°С; однако иногда также отмечается, что кислые гидротермы поверхностного формирования инфильтруются вглубь по трещинам, нагреваются и также участвуют в образовании высокотемпературных кислых минеральных комплексов.