Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

Методика моделирования и результаты

Модели колонок аргиллизации пород под действием на них растворов разного состава строились по результатам расчетов на ЭВМ локальных равновесий в системе Н, O, К, Na, Са, Mg, Fe, Al, Si, С, Cl, (S), описывающейся 31 твердой фазой и 50 частицами раствора. Все расчеты велись для изотермических (150^oC) условий и давления насыщенного пара.

Поскольку в средне- и низкотемпературном гидротермальном процессе преобладают растворы хлоридно-углекислого состава, то и при моделировании мы ограничились рассмотрением только таких растворов. В качестве исходной породы взят липарит (туф кварцевого порфира, анализ приводится в главе 3) месторождения Чаули U-Мо рудной формации.

Рис. 2.2. Два принципиальных типа зональности моделируемых на ЭВМ колонок аргиллизации пород гранитоидного состава

Уменьшение степени гидротермального изменения породы от тыловых зон колонок аргиллизации к внешним имитировалось сериями задач, в которых последовательно увеличивается отношение массы липарита к массе Н₂О воздействующего на него раствора (m_породы/m_{H2O р-ра}) или изменение степени протекания реакции.

Во всех полученных моделях колонок аргиллизации нулевой зоной их является неизмененный липарит. Практически одинаковы во всех моделях, какие бы вариации состава аргиллизируюших кислых хлоридно-карбонатных растворов ни использовались в расчетах, внешние и средние зоны метасоматических колонок, от 1-й до 5-й  включительно (рис.2.2). В 1-й зоне кварц-мусковитовым агрегатом замещается альбит, во 2-й зоне этот агрегат развивается и за счет микроклина, 3-я зона имеет кварц-мусковитовый состав (57-58 мас.% Кв + 36-37 мас.% Мс + небольшие количества Гм, Дф, Кб), в 4-й зоне, при неизменном содержании кварца, мусковит постепенно замещается каолинитом и 5-я зона представлена в большинстве колонок кварц-каолинитовым агрегатом (58 мас.% Кв + 34-36 мас.% Кл + немного Гм и Дф). На этой зоне кончается сходство большинства колонок - внутренние зоны их в разных моделях получались неодинаковыми именно по поведению Si и Al.

Одни растворы, примером которых служит раствор 3/1 (см. рис.2.2а), в следующей 6-й зоне вызывают замещение каолинита кварцем, формируют далее 7-ю мономинерально-кварцевую зону и в 8-й зоне полностью растворяют породу (кварц).

Рис. 2.3. Расчеты на ЭВМ взаимодействий между разными "навесками" липарита (справа в рамках) и 1 кг H2O раствора.

Другие растворы, как раствор 30 (см. рис.2.2б), обусловливают в 6-й зоне постепенное растворение кварца при полной устойчивости каолинита, образуют 7-ю зону фактически чисто каолинитового состава и далее 8-ю зону диаспорового агрегата (содержащего, как и каолинитовая зона, подчиненные количества Гм+Дф). Растворы 3/1 и 30 отличаются друг от друга тем, что первый из них содержит НСl (0.1 моль/кг Н₂О), а во втором свободная сильная кислота не вводилась; концентрации остальных компонентов в них одинаковы: Н₂CO₃ - 1.0; NaCl - 0.1; КС1 - 0.01; CaC1₂ - 0.01 моль/кг Н₂О).

В таблице 2.4 приведены составы и других растворов, формировавших в наших моделях аргиллизиты Si- и Al-типов.

Для детального выявления зависимости парагенезисов тыловых зон аргиллизитов от изменения концентраций Н₂CO₃ и HCl в растворах, реагировавших с липаритом, выполнено несколько серий специальных расчетов - "разрезов" с постоянными "навесками" породы. В одних сериях (рис.2.3) для каждой из взятых постоянных "навесок" липарита рассчитаны результаты его взаимодействия с растворами, содержащими неизменные концентрации Н₂CO₃ (1 моль), NaCl (0.1 моль), КС1 (0.01 моль) и уменьшающиеся от 10-1 до 10^-6 моль концентрации HCl.
В других сериях (рис.2.4) каждая из постоянных "навесок" липарита реагировала (в расчетах, разумеется) с растворами, имевшими одинаковые концентрации NaC1 (0.1 m) и KCl (0.01 m) и переменные, от 3.0 до 10^-6 m, концентрации Н₂CO₃.

Информацию с рисунков 2.3 и 2.4 можно "считывать" по-разному. По горизонтали, слева направо, отражены изменения парагенезисов, формирующихся при одних и тех же соотношениях mпороды/m H2O раствора, но при постепенно падающих концентрациях HCl и Н₂CO₃,чем обусловлено повышение рН растворов, равновесных с полученными парагенезисами, в том же направлении, слева направо.

По вертикали, сверху вниз, можно проследить зональность внутренних частей колонок кислотного выщелачивания липарита ("стенка трещины", от которой начинается в моделях "фильтрация" растворов, находится вверху) при любых концентрациях переменных раствора (HCl и Н₂CO₃), но при увеличении отношения mпороды/mH2O раствора и вызванном этим росте рН "фильтранта".

Так, из горизонтальных разрезов рисунка 2.3 следует, что при берущихся в расчет "навесках" липарита (т.е. при mпороды / mH2O раствора, от 10-4 до n^.10-2) все изменения парагенезисов происходят за счет колебания концентраций НСl в воздействующем растворе только в интервале 10-1-10^-3 моль/кг Н₂О. Меньшие концентрации НСl (при названных выше постоянных концентрациях других компонентов раствора) уже не изменяют состав и соотношения новообразований.

По вертикальным сечениям рисунка 2.3 видно, что аргиллизиты Si-типа формируются хлоридно-углекислыми растворами с концентрацией НСl не ниже 5^.10^-3 m. Ордината lg mHCl = -1 - это колонка, показанная выше на рисунке 2.2а: "зона" полного растворения липарита у трещинного канала сменяется чисто кварцевой зоной; та, в свою очередь, кварц-каолинитовой и т.д. По ординате lg mHCl = -2 в тыловой зоне колонки также происходит полное растворение кварца, но остается устойчивым гематит; далее повторяются кварцевая, кварц-каолинитовая, кварц-мусковитовая зоны и т.д. При концентрациях НСl < 10^-3 m (и прочих равных условиях) в липарите образуются колонки аргиллизации только Al-типа с диаспоровой тыловой зоной, за которой следуют мономинерально-каолинитовая зона, потом кварц-каолинитовая, кварц-мусковитовая и другие.

Рис. 2.4. Расчеты на ЭВМ взаимодействий между разными "навесками" липарита и 1 кг H2O раствора..

По горизонтальным "разрезам" рисунка 2.4 прослеживается ослабление интенсивности изменения липарита по мере снижения концентрации СО₂ в действовавших на него растворов. По существу и горизонтальные "разрезы" являются здесь частью (разновидностью) колонок кислотного выщелачивания породы, относящихся к Al-типу: ДсМс, КлМсПШп, МсПшп (где ПШп - полевые шпаты).

Вертикальные сечения рисунка 2.4 показывают, что при заданных в расчетах условиях каолинит образуется в колонках кислотного выщелачивания липарита под воздействием растворов, содержащих от 3 до 0.01 m углекислоты; по ординатам с такими концентрациями Н₂CO₃ можно видеть полную колонку аргиллизитов Al-типа: ДсКлКв+КлКв+Мси т.д. При mH₂CO₃ = 0.01 m тыловая диаспоровая зона колонок сменяется не каолинитовой, а сразу мусковитовой зоной и, далее, кварц-мусковитовой и т.д.

При еще более низких концентрациях растворенной СО₂, колонки кислотного выщелачивания липарита, которые уже нет основания относить к аргиллизитам, имеют тыловую чисто мусковитовую зону, сменяющуюся затем или кварц-мусковитовой, или бескварцевой полевошпат-мусковитовой и далее - кварц-полевошпат-мусковитовой.

Порядок появления альбита или микроклина во всех моделях колонок зависит от соотношения Na/К в действовавших на липарит растворах. При Na/K = 10 и низких (10^-6) концентрациях СО₂, в растворах (см. рис.2.4), первым из полевых шпатов в колонках появляется (или, вернее, "дольше сохраняется") альбит. Растворы с Na/K = 1 образуют в липарите колонки, в которых первым появляется (или сохраняется до более внутренних зон) микроклин. При этом раствор с mNaCl = mKCl = 0.01 и mH2CO3 = 10^-6моль/кг Н₂О формирует одну зональность метасоматитов: 0) липарит, 1) Кв+Мк+Аб+Мс (+, здесь и далее, подчиненные количества Кх, Тл, Эп, Дф и Гм), 2) Кв+Мк+Мс, 3) Мк+Мс, 4) Мс; раствор с mNaCl = mKCl = 10^-3 и mH₂CO₃ = 10^-6 - несколько иную зональность: 0) липарит, 1) Кв+Мк+Аб+Мс, 2) Кв+Мк+Мс, 3) Кв+Мс, 4) Мс (тоже с второстепенными минералами во всех зонах).

Заметна на рисунке 2.4 и другая причина разного поведения альбита и микроклина в колонках кислотного выщелачивания одного и того же липарита⁴ .

При неизменном отношении Na/K = 10 альбит первым появляется в колонках (дольше сохраняется в них), формируемых растворами с m H₂CO₃ < 5^.10-2 m; более высокие концентрации растворенной углекислоты обеспечивают лучшую сохранносгь микроклина в аргиллизитах (см. также колонки рис.2.2). Вопрос этот заслуживает, очевидно, отдельного рассмотрения и объяснения.