Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

В серии из четырех моделей "солевой фон" исходных растворов задан постоянными концентрациями NaCl - 0.1, CaCl₂ - 0.1, КСl - 0.01, H₂S - 0.01 m и переменными концентрациями СО₂: 3.0 (модель 4); 1.0 (базовая модель 1); 0.1 (модель 2) и 0.01 m (модель 3). Полный состав исходных растворов А4 - А3⁹  определен, как и ранее, из реакций уравновешивания растворов заданного состава с тыловой зоной метасоматитов нижнего ритма автосмешения.

Исходные растворы А4-А3 различаются не только концентрацией СО₂. Разница в "карбонатности" отразилась на реакциях уравновешивания растворов с метасоматитами, на степени насыщения растворов некоторыми компонентами пород. Если по концентрациям K, Na, Са, Мg, Si, Cl и S растворы А всех четырех моделей данной серии практически не отличаются друг от друга, то разница в концентрациях Al, Fe, U и Рb у крайних членов рассматриваемого ряда достигает нескольких порядков. С падением концентрации СО₂, растет рН исходных растворов от 3.36 до 5.44 и соответственно уменьшается Eh от -0.122 до -0.343.

Растекаясь в стороны от трещинного канала, исходные растворы А с СО₂ от 3.0 до 0.1 m образуют в липарите аналогичные друг другу колонки аргиллизации с зональностью: 0) липарит, 1) зона замещения альбита мусковитом и кварцем, 2) зона замещения микроклина мусковитом и кварцем, 3) кварц-мусковитовая зона, 4) кварц-каолинитовая зона. В наименее "карбонатной" модели 3 тыловая зона ореолов кислотного выщелачивания пород не содержит каолинит и имеет кварц-мусковитовый состав.

Рудные элементы ведут себя в метасоматитах рассматриваемого ряда по-разному. В модели 4; как и в базовой модели 1, кларковые количества оксида урана UO_2(к) частично сохраняется только в самой внешней зоне ореолов аргиллизации. В аргиллизитах модели 2 они фиксируется, начиная уже с внешней части кварц-мусковитовой метасоматической зоны. А в модели 3, наименее "карбонатной", растворимость UO_2(к) настолько низка, что эта фаза в неизменных кларковых содержаниях присутствует во всех зонах ореола серицитизации (мусковитизации), от трещинного канала до неизмененного липарита. Отражением этого служит последовательное уменьшение концентрации урана в растворах, приходящих в равновесие с липаритом, от 8.26^.10^-6 в В4 до 1.9^.10^-9 в В3 при снижении концентрации СО₂ в том же ряду конечных растворов от 0.12 до 0.0006.

Интереснее картина со свинцом. Твердая фаза, контролирующая растворимость Pb, остается одной и той же - церусситом - и во всех моделях отмечается только во внешних зонах ореолов изменения липарита. По мере снижения исходной концентрации СО₂ количество Рb, переходящее в "отработанный" поровый раствор, остается сначала примерно одинаковым. Но падение концентрации СО₂ в исходном и "отработанном" растворах до уровня модели 3 (0.01 и 0.0006) приводит к резкому увеличению "выхода" Рb из пород. Происходит это из-за того, что очень низкая "карбонатность" раствора А3 и производного от него раствора В3 позволяет образоваться намного меньшему количеству РbСО_3(к) удерживающему Рb в осадке, на внешнем фронте ореола мусковитизации липарита и в липарите, концентрация S(VI) в растворе В3 недостаточна для связывания свинца в англезит, а концентрация S(II) низка для образования галенита. Резко меняются по сравнению с другими моделями и формы нахождения Рb в растворе В3. В базовой модели 1, равно как и в моделях 4 и 2, подавляющая масса свинца присутствует в поровых растворах в виде карбонатных комплексов. Здесь же, в растворе В3, 87.21% растворенного свинца связано в гидроксокомплекс РbОН⁺ , в хлоридных комплексах - 7.63%, и всего 4,80% - в монокарбонате PbCO₃⁰.

Геохимические события I ритма автосмешения завершаются взаимодействием трещинных А и поровых В составляющих гидротермального потока в пропорциях 1/1. Итогом их являются растворы нового состава С4 - С3 и отлагающийся в трещинных полостях минеральный груз (табл.3.6). Что касается растворов смешения, то крайние члены их ряда - С4 и С3 - сохранили различия в концентрации СО₂ (как и в А, в ~300 раз) и в щелочности (уменьшившиеся до 0.8 ед. pH); концентрации большинства компонентов во всех растворах С мало отличимы от тех, что были характерны для базовой модели 1. Все растворы С, как и исходные, безрудны, практически все количество Pb и U, содержавшееся в поровых растворах В, осаждено при смешении их с трещинными составляющими гидротерм.

Рис. 3.10. Схема поведения U, Pb, S и СО2 в процессах кислотного выщелачивания липарита и образования рудных жил (при смешении трещинных и поровых растворов) в трех ритмах автосмешения модели 3

Жильные парагенезисы трех моделей (4, 1 и 2) идентичны друг другу. При высоких концентрациях СО₂ и Са в исходных растворах подщелачивание их поровой составляющей гидротермального потока вызывает массовое осаждение кальцита - до 1.6 г/кг Н₂О растворов А. Поэтому ~99 мас.% жильного материала данных моделей приходится на кальцит, от 0.5 до 1% - на галенит, от 0.02 до 0.1% - на настуран и следы - на кварц, мусковит и пирит. Максимум удельного выхода осадка приходится на модель 1. Наименее "карбонатная" модель 3 и по составу жильного материала существенно отличается от трех других - раствор смешения здесь недосыщен по кальциту и не отлагает его в трещинных полостях. Из-за этого общий выход осадка в жилах этой модели на порядок ниже, чем в жилах трех других моделей (см. табл.3.6, последняя колонка), а в составе его резко преобладает галенит - только 1.96 мас.% приходятся в жильном выполнении на примеси кварца, мусковита, пирита и настурана. По существу, в модели 3, в верхах I ритма автосмешения, образовались практически мономинеральные галенитовые жилы при очень высоких значениях удельного выхода галенита - 127 мг на каждый кг Н₂О исходно безрудного раствора А3.

Если рассматривать полный трехритмовый разрез данной серии моделей, то события во II и III ритмах моделей 4 и 2 принципиально не отличаются от тех, что уже были показаны на примере базовой модели (см. рис.3.7). В модели 3 слабоуглекислые растворы II и III ритмов автосмешения продолжали формировать около трещинной зоны ореолы серицитизации липарита, как и в I ритме, извлекать из породы и переотлагать в жилы выполнения значительные количества свинца - схема этого процесса, в котором существенно разделяются судьбы Рb и U, показана на рисунке 3.10. Суммарный удельный выход PbS в жилах всех трех ритмов автосмешения составил в этой модели внушительную цифру - 245 мг/кг Н₂О раствора А3.

Зависимость массообмена, вызываемого автосмешением гидротерм, от исходной "карбонатности" растворов анализировалась в серии из еще двух моделей. В ней постоянная концентрация CaCl₂ взята на порядок меньшей - 0.01; постоянные концентрации NaCl, KCl и H₂S остались прежними (0.1; 0.01 и 0.01 m), концентрация СО₂ в исходном растворе модели 5 равна 1.0, а в исходном растворе модели 6 - 0.1 моль. Понижение исходной концентрации СО₂ растворов почти не отражается на интенсивности выщелачивания Pb из липарита, но уменьшает извлечение из него U. В соответствии с этим, от модели 5 к модели 6 по-разному уменьшается удельный выход рудных минералов при 100%-ном осаждении Pb и U в жильных телах - для галенита это уменьшение незначительно (9.92 и 8.96 мг соответственно), а для настурана существенно (2.44 и 0.70 мг).

В целом уменьшение исходной концентрации СО₂ растворов, поступавших снизу в пределы анализируемого разреза, вызывает: а) рост рН этих растворов А и последующих производных от них - растворов В, С и т.д., а также изменения валовых концентраций многих компонентов; б) ослабление гидротермальной переработки вмещающей породы, в частности смену аргиллизитов ореолами серицитизации липарита уже в I ритме автосмешения гидротерм при снижении СО₂ до 0.01 и менее; в) уменьшение интенсивности выщелачивания урана из реагирующих пород, понижение концентрации U в поровых рудоносных составляющих гидротерм и падение удельного выхода настурана при реакциях этих составляющих с трещинными безрудными; г) резкий, более чем в 15 раз, рост выщелачивания свинца из пород и удельного выхода жильного галенита при снижении СО₂ до 0.01 и менее.

⁹ Цифры у буквенного обозначения типа растворов означают номер модели.