Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

В представленных сериях моделей заданы широкие колебания исходных концентраций ряда важнейших компонентов гидротермального раствора. Так, концентрации СО₂ менялись от 3.0 до 0.01 m, Ca (и Cl) - от 0.1 до 0.001 m, H₂S - от 0.1 до 0.00001 m. Кроме этих заданных изменений в исходных растворах самоустанавливались концентрации других компонентов, разброс значений которых в той или иной серии моделей достигал нескольких порядков, менялась и кислотность исходных растворов (от 3.4 до 5.4 в серии моделей 4-3, например). Наконец изменением форм нахождения рассеянного (кларкового) урана в липарите задавалась разная растворимость этого металла, разная (от 10^-6 до 10^-4 m) его концентрация в поровых составляющих гидротерм.

Изменения эти отражались на строении и минеральном составе ореолов кислотного выщелачивания пород (особенно тыловых зон метасоматитов, к внешним зонам различия нивелировались), на парагенезисе минералов в жильных телах и на удельном выходе их в осадок. Обо всем этом всем этом шла речь выше. Но во всех моделях, при всех вариациях состава исходно-безрудных растворов неизменным оставался принципиальный механизм формирования рудных жил - обогащение свинцом и ураном поровых составляющих гидротермального потока, реагирующих с липаритом, и осаждение заимствованного из породы рудного груза в жильных полостях при смешении поровых и трещинных растворов.

Поровые растворы большинства моделей близки друг другу по составу. Поэтому близки в разных моделях и концентрации урана и свинца в растворах, равновесных с липаритом,- чаще всего это ~8^.10^-6 m U и (7-8)^.10^-5 m Рb. Но есть модели с резко повышенными и резко пониженными концентрациями того или другого металла, например >10^-4 m Pb и 10-9 m U в модели 3. Таким образом, моделирование дает возможность увидеть условия (в данном случае - обедненность углекислотой), когда судьбы рассеянных в породе урана и свинца начинают складываться по разному еще на уровне их выщелачивания. Еще резче могут разделяться судьбы U и Рb при осаждении минерального груза в рудных телах. Причины здесь могут быть различными. Так, высочайший удельный выход галенита в модели 3, на 6 порядков превышающий выход настурана, просто отражает столь же высокие различия в концентрации этих металлов в поровом растворе В3 и не вызывается какими-то особенностями осаждения U и Рb в данной модели. Точно так же и в большинстве других моделей, когда в системе достаточно высоки концентрации H₂S (>10^-3 m), соотношения галенита и настурана в жилах являются прямым отражением концентраций этих элементов в поровых составляющих гидротерм. Но интереснее другая причина разделения урана и свинца, вскрытая моделями 12 и 13 (а начало такого разделения можно заметить и в моделях 10 и 11),- и уран, и свинец есть в растворах В в обычных количествах, а в осадок идет один настуран; весь свинец уходит с растворами смешения за пределы каждого из ритмов и за пределы всего моделируемого месторождения. Происходит это из-за отсутствия сероводорода в смешивающихся растворах. Шестивалентный уран поровых растворов "использует" в данных моделях другой восстановитель - не H₂S, как в базовой и других моделях, а закисное железо трещинной составляющей гидротерм. Мы не моделировали другой случай действия подобной же причины, но он реален в природе - речь идет о присутствии в исходном растворе органических соединений; в таком случае при отсутствии Н₂S тоже может идти избирательное осаждение урана из растворов.

Таким образом, в наших моделях выявляются два принципиально разных фактора разделения рассеянных в породе рудных элементов в гидротермальном процессе: или "неизвлечение" одних при выщелачивании других, или "неосаждение" одних (при наличии их в растворе), но выход в осадок других.

В моделях получен целый ряд жильных парагенезисов, реально встречающихся в природе, и потому к условиям их образования стоит присмотреться внимательнее. Резкое, до 98-99%, преобладание кальцита в жильном материале большинства моделей обусловлено заданными высокими, концентрациями СО₂ (1.0 m) и Ca (0.1 m) в исходных растворах. Конечно, такие кальцитовые жилы с малым содержанием рудных минералов бывают в природе. Однако для крупных месторождений урана или свинца столь резкое преобладаниие жильного кальцита над настураном и галенитом нетипично. Там, где оно есть, это преобладание выражается обычно значительио меньшими долями СаСО₃. Во многих жилах отлагаются сопоставимые количества кальцита и настурана (вместе с другими рудными минералами), а нередки жилы, в которых кальцита образуется меньше, чем настурана, галенита или других рудных минералов.

Уменьшение на 1 порядок исходной концентрации СО₂ (до 0.1 в модели 2) или Са (до 0.01 в модели 5) либо того и другого вместе (в модели 6) понизило удельный выход кальцита в жильном материале до ~400 мг/кг Н₂О или до ~96 мас.%. Уменьшение исходной концентрации углекислоты до 0.01 или, отдельно (!), кальция до 10^-3 привело к образованию бескальцитовых парагенезисов рудных жил. Для образования жил с сопоставимыми по массе содержаниями кальцита и рудных минералов нужны исходные растворы с концентрацией 10^-1>СО₂>10^-2 m или 10^-2>Ca>10^-3 m.

Парагенезисы, не содержащие (или почти не содержащие) жильных минералов, широко развиты в метасоматических гидротермальных жилах. Но, как следует из моделей, не исключено образование подобных "мономинеральных галенитовых" или "настуран-галенитовых" жил и путем заполнения свободного пространства - таковы жилы модели 3 (98.03% галенита; 1.92% кварца и следы мусковита, пирита и настурана) и модели 7 (62.88% галенита, 16,85% настурана, 19,43% кварца и менее 1% суммы мусковита и пирита). Представляет интерес жильный парагенезис, в котором совместно образуются кальцит, кварц, хлорит (дафнит) и настуран с гематитом.

Случаи одновременной кристаллизации сферолитов настурана с кристаллами (или тоже сферолитами) гематита нам на природных объектах не известны. Но синхронная кристаллизация настурана с кальцитом или другим минералом, окрашенным оксидами железа в буро-красный цвет,- явление нередкое. Если в исходных растворах А12 и А13 уменьшить концентрацию Са до 10^-3 m, то, по всей вероятности, можно получить бескальцитовый парагенезис жил выполнения: кварц+настуран+дафнит+гематит. Очевидно, и в природных условиях гематитсодержащие парагенезисы устойчивы в контакте с растворами, не содержащими сероводорода.

В представленных моделях виден целый ряд путей смены парагенезисов во времени. Так, уменьшение содержания кальцита в жильном материале может быть вызвано не только снижением "карбонатности" растворов, но и падением концентраций Са при сохранении высоких концентраций СО₂ в них. Достаточно незначительных колебаний концентрации сероводорода в растворах, чтобы в жильных телах сменяли друг друга разные минералы железа - пирит, дафнит, гематит; так, концентрация H₂S=10^-3 m является в условиях моделирования границей между пиритом и Fe-хлоритом, на интервал концентраций 10^-4-3^.10^-5 m приходится граница между дафнитом и гематитом и малейшие флюктуации "сероводородности" раствора в области этих границ приведут к смене одного Fе-минерала другим (или даже к замещению одного, ранее осадившегося, другим).

Смена существенно настуранового (с кальцитом, хлоритом, кварцем и оксидами железа) парагенезиса существенно галенитовым, как это наблюдалось в жилах рудной стадии U-Мо-месторождения Чаули [Барсуков и др., 1972], совсем не означает, что со временем в растворе прибавилось свинца и убавилось урана. Для этой смены вполне достаточно повышения концентрации H₂S до величин >10^-4 m. Еще эффективнее эта смена произойдет, если одновременно с этим в растворе понизится концентрация углекислоты до 0.01 m или кальция до 10^-3 m. Концентрации U и Pb в растворе рудной стадии могут и не меняться, хотя в твердых фазах в осадке мы фиксируем смену уранового минерала свинцовым.