Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

В нашей работе мы попытались провести реконструкции процессов образования и эволюции рудных тел и сопутствующих первичных ореолов металлов на жильных гидротермальных месторождениях, базирующиеся на развитии методов геохимических исследований и термодинамического моделирования. И, хотя за основу были взяты несколько конкретных объектов, при моделировании были получены выводы, которые являются достаточно общими для большого круга месторождений, несмотря на то, что весьма "воодушевляет" для таких обобщений вывод Хью П.Тейлора: "... каждое рудное месторождение представляет собой, по-видимому, единственное в своем роде явление, и это затрудняет обобщение результатов исследований, посвященных выяснению природы и эволюции гидротермального рудного флюида или рудных флюидов; это особенно верно в отношении большинства гидротермальных жильных месторождений" [Геохимия гидротермальных рудных месторождений, 1982, с.233].

Мы рассмотрели модели рудообразования по мере последовательного усложнения физико-химических условий в изучаемых рудообразующих системах:

- модель уранового рудообразования в фильтрационно-неоднородной, но химически одинаковой вмещающей среде при постоянных Т и Р (прообразом является месторождения Чаули);

- модель уранового рудообразования в областях, где сочетаются породы контрастно-различного химического состава, но при неизменных Т и Р(месторождения типа "несогласия");

- модель жильного полиметаллического рудообразования в термо- и бароградиентных условиях, но в химически однородной вмещающей среде (месторождения Садонского рудного района).

Какие же обобщения мы можем сделать?

Во всех рассмотренных моделях установлено, что источником рудных компонентов могут являются породы, вмещающие месторожденияили входящие в разрез рудного района. Важно то, что для образования месторождений не требуется, чтобы в "материнских" породах содержались количества рудных элементов, отличные от кларковых.

Однако этот источник для разных компонентов руд может быть различным. В случае урановых месторождений источник металлов и компонентов-осадителей разный: осадители (сульфидная сера или метан) мобилизуются при реакции растворов с породами в восстановительной обстановке (графит- и пирит-содержащие сланцы и т.д.), металлы извлекаются из пород нормального гранитоидного состава в более окислительной обстановке. Из-за больших площадей водосбора (большого объема материала для извлечения металлов) подобные рудные объекты обычно относятся к крупным и крупнейшим месторождениям (в первую очередь, месторождения типа "несогласия" и крупные месторождения жильного типа).

Для исследованных полиметаллических месторождений наиболее вероятен единый источник металлов и сульфидной серы - это граниты Садонского типа, имеющие невысокие содержания сульфидной серы. Область мобилизации рудных компонентов имеет локальный характер, и, как следствие, рудные объекты относятся здесь к классу средних или даже мелких.

В моделях уранового рудообразования оставались постоянными температура, давление, составы первичных безрудных и рудоносных растворов. Главной причиной рудообразования является смешение гидротермальных растворов на стационарных гидродинамических геохимических барьерах, обусловленных фильтрационной неоднородностью вмещающей геологической среды (например, месторождение Чаули), или на подвижных геохимических барьерах гидродинамической природы, задаваемых потоками фильтрации растворов из "черных сланцев" (например, месторождения типа "несогласия"). Изменение режима фильтрации потоков рудоносных раствора и потоков раствора "осадителя" приводило к формированию различных минеральных ассоциаций, вплоть до образования мономинеральных рудных тел.

В модели полиметаллического рудообразования также не изменялся состав первичного "безрудного" раствора на протяжении всех "стадий" рудообразования, и мог оставаться постоянным вертикальный температурный градиент. Главными причинами рудоотложения, при котором изменяется во времени состав жил выполнения, являются эволюция состава рудоносного гидротермального раствора в области мобилизации рудных компонентов и падение температуры в трещинно-жильных системах.

В моделях установлено, что пространственная неравномерность развития сингенетических жильных парагенезисов и околожильных метасоматитов, в том числе - разобщение их в пространстве, ритмичное чередование, является естественным результатом гидродинамических условий жильного рудообразования (как показано на примере Чаули). Следствием этого является то, что слабое развитие околотрещинных изменений пород или чаще даже полное отсутствие их ничуть не может служить поводом для отрицания активного массообмена между вмещающей средой и внутритрещинным раствором. Действующим агентом этого массообмена становятся не породы, а равновесный с ними поровый раствор.

К нашему обсуждению вполне подходит справедливое замечание Г.Л.Поспелова: " ... можно думать, что для возникновения месторождения необходим такой набор условий, который встречается реже, чем эффективно-металлоносные гидротермы, потенциально способные к рудообразованию" [Поспелов, 1963]. По крайней мере, модели с активным действием гидродинамических барьеров вполне подтверждают это высказывание.

 1. Разработаны новые методы оценки состава гидротермальных растворов по результатам моделирования метасоматических преобразований пород за счет реакций "порода-вода". Исследование моделей взаимодействия в системе "порода-вода" позволяет прогнозировать геохимические явления, имеющие место в реальных системах "порода - подземные термальные воды". Взаимодействие безрудных растворов и гранитоидов приводит к образованию рудоносных растворов, которые могут являться исходными для исследуемых гидротермальных систем. Металлоносность таких растворов значительно возрастает и изменяется по мере протекания процессов мобилизации за счет прогрессирующего выщелачивания сульфидной серы из пород без какого-либо изменения внешних условий.

2. Механизм автосмешения способен обеспечить условия, необходимых для образования руд из рассеянных металлов вмещающей среды - извлечение рудных элементов из больших объемов пород, миграцию собранных растворами металлов в локальные объемы трещинных каналов и концентрированное (в ряде случаев и селективное) осаждение металлов на гидродинамических геохимических барьерах. Этот процесс может происходить при постоянных Т, Р и без изменения состава безрудного раствора, поступающего в гидротермальную систему, и являться естественной причиной пространственной разобщенности сингенетичных метасоматитов и руд.

3. Взаимодействие растворов с графит- и пиритсодержащими породами приводит к образованию потоков безрудных восстановительных растворов, несущих растворенные сероводородород и метан. При смешении этих растворов с рудоносными, равновесными с породами гранитоидного состава, в секущих разрывах или в зонах регионального несогласия образуются жильные рудные тела или месторождения типа "несогласия". Изменение режимов фильтрации и пропорций смешения растворов (при постоянстве других условий) является действенной причиной последовательной смены во времени парагенезисов рудных тел. Гидротермальные системы такого типа могут формировать богатые руды практически без жильных минералов.

4. Впервые получены данные по детальным структурам распределений рудных элементов в околожильном пространстве гидротермальных месторождений жильной полиметаллической формации. Показана возможность использования детальных структур ореолов в качестве основы генетических моделей рудо- и ореолообразования. Проведена классификация типов ореолов и предложены механизмы формирования инфильтрационных ореолов отложения, переотложения и выщелачивания.

5. Разработана структура модели, методика термодинамического моделирования и построена модель рудообразующей гидротермальной системы для месторождений жильной полиметаллической формации.

6. Взаимодействие "вода-порода" является важнейшим фактором рудообразования, действие которого проявляется на всех этапах развития гидротермальной системы: в зоне мобилизации - это главный процесс формирования рудоносных растворов, в области рудообразования - это процессы внутрирудного метасоматоза, в околожильном пространстве - это основная причина ореолообразования. Стадийность рудообразования определяется развитием единого источника рудных компонентов, которым являются вмещающие породы. Модель описывает эволюцию гидротермальной системы в пространстве и времени, закономерности распределения элементов в жильных телах и ореолах, с высокой точностью воспроизводит количественные и качественные характеристики природных минеральных ассоциаций.