Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

Рудообразование при смешении термальных растворов, фильтровавшихся по породам контрастно-различного химического состава

Рис. 4.1. Разрез рудного тела Дейлманн месторождения Кей-Лейк [Raffensperger, Garven, 1995б]

В рассмотренной нами модели процессов рудообразования на месторождении Чаули все анализируемые физико-химические процессы, связанные с восходящим потоком растворов, происходили в одной и той же среде - в рудовмещающей толще равашских липаритов. Однако и в модели чаулийского минерало- и рудообразования негласно присутствовала и другая среда - пиритизированные андезиты- пироксеновые порфириты подрудной акчинской свиты, из которой поступал в липарит поток восходящих растворов.

Последние два десятилетия ознаменовались открытием и вводом в эксплуатацию крупных и крупнейших урановых (а вместе с ними или вслед за ними - золотых, никель-кобальтовых, медных) месторождений на архейских щитах Австралии (Джабилука, Кунгарра, Рейнджер) и Канады (Сигар-лейк, Кей-лейк, Мидвест и другие). Все эти месторождения обладают удивительным сходством геологического положения и строения. Они представлены метасоматическими телами богатых (до 10 мас.%) урановых или комплексных руд, развитыми у подвижной поверхности стратиграфического несогласия между слоистыми глубокометаморфизованными архейскими или раннепротерозойскими породами фундамента и перекрывающими их слабо метаморфизованными песчаниками среднего протерозоя. При этом урановорудные тела привязаны к выходам на поверхность несогласия слоев графит- и пирит-содержащих сланцев (метапелитов) фундамента, как это видно на разрезах месторождений Кей-лейк и Мидвест (рис.4.1 и 4.2). Характерно также, что рудообразование здесь не сопровождалось привносом и осаждением вещества обычных жильных гидротермальных минералов - урановые руды сложены оксидами урана и тем или иным количеством вторичных алюмосисликатов (иллита, серицита, хлорита и др.), образовавшихся за счет замещения исходных пород около поверхности несогласия.

Рис. 4.2. Разрез через месторождение Мидвест [Raffensperger, Garven, 1995а]

Генезис этих месторождений, отнесенных по своему геологическому положению к так называемой "формации несогласия" (или к "месторождениям несогласия"), породил долгие споры - одни называли их "диагенетическими", другие - "инфильтрационными", третьи - "гидротермальными", хотя здесь нет интрузий, считающихся многими обязательным условием для отнесения месторождений к классическим гидротермальным. Сейчас большинство исследователей склонилось к тому, чтобы считать их продуктами гидротермального процесса, не связанного с интрузивной деятельностью, и полихронного, растянутого на долгое геологическое время (многократно, импульсно возобновлявшегося за это время).

Ряд исследователей обращает внимание на то, что здесь мы имеем дело с "подвижным восстановителем" урана - с раствором, фильтровавшимся по графит-содержащим сульфидизированным породам фундамента [Raffensperger, Garven, 1995a, б]. На это указывает не только частое смещение рудных тел относительно выходов таких пород на поверхность несогласия, как это видно на рисунке 4.1, но и относительная устойчивость графита и сульфидов, свидетельствующая о слабом участии самих этих твердых фаз в реакциях окисления-восстановления. Все рисующиеся схемы палеогидродинамических условий формирования урановых месторождений "несогласия" учитывают фильтрацию рудообразующих растворов и по породам гранитоидного состава (кислым гнейсам, аркозам), и по графит-содержащим пиритизированным метапелитам, будем называть их для краткости "черными сланцами" (рис. 4.3). Средняя температура рудообразования - около 150-160^oС (разброс от 110 до 200^oС), давление - меньше 1 кбар [Raffensperger, Garven, 1995a, б].

Рис. 4.3. Концептуальная гидродинамическая модель формирования рудных тел типа "несогласия", по [Raffensperger, Garven, 1995а]

Таким образом, для месторождений данного типа характерной чертой является переслаивание контрастно различающихся по составу пород - кислых и основных гнейсов и сланцев, графит- и пиритсодержащих сланцев и т.д. Структурные элементы, к которым приурочены месторождения, при всем разнообразии их функций, бесспорно служили во время рудообразования и средствами связи между этими породами разного состава и, следовательно, между разными геохимическими обстановками и между растворами, существующими в таких обстановках.

Для большинства метаморфических пород обычна резкая анизотропия многих физических свойств и, в частности, проницаемости. Значения её вдоль сланцеватости (напластования, полосчатости) на порядок или порядки выше, чем по нормали к этим элементам. Кроме того, контакты между породами разного состава ко времени рудообразования нередко были осложнены послойными (межформационными) сдвигами, зеркала скольжения и глинки трения которых представляли собой относительные преграды перетеканию растворов из одного горизонта метаморфитов в другой. И если создавались условия для фильтрации растворов через метаморфические толщи, она, вероятно, реализовывалась в форме несмешивающихся потоков, движущихся в одних и тех же или близких P-T условиях по разным горизонтам метаморфических пород. В этом случае крупные, поперечные по отношению к вектору движения потоков, структурные элементы (поверхности стратиграфического несогласия, зоны разломов с оперяющими их системами трещин) нарушали сложившуюся "независимость" течения растворов по разным породам и создавали условия для их взаимодействия.

Геохимические следствия этого послужили объектом компьютерного моделирования принципиальных возможностей массообмена и рудоотложения в гидротермальных системах, характерной составной частью которых являются независимые потоки фильтрации по контрастно-различным геохимическим средам [Барсуков, Борисов, 1992; Borisov, Barsukov, 1992].