Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

Рис.4.5. Инфильтрационные метасоматические колонки, формируемые в черных сланцах CS-1 и CS-2 углекислым (W8) и хлоридным (W13) растворами

Поступая в черные сланцы и фильтруясь по ним, исходно-углекислые растворы формируют колонки кислотного выщелачивания, в которых интенсивность метасоматической переработки пород зависит от интегральной массы растворов, просочившихся за время взаимодействия через единичный объем породы (от интегрального соотношения масс вода/порода). Во внешних зонах колонок по сланцам CS-1 и CS-2 - аналогам кислых пород - происходит замещение ПШпМс+Кв, затем МсКл (при том же уровне содержания кварца) и в тыловой зоне, если в ней соотношение масс вода/порода достигает 10000, и Кл+КвДс (рис. 4.5а). В черных сланцах основного или среднего состава (ВS, GS и CS-3) к этому добавляются преобразования в темноцветной составляющей пород, такие, как ДпТр+Кц+Кв, ТрТл+Дл+Кв, ТлХл+Кв+Дл, Тл(Хл)Дл+Кв (рис. 4.5, б), частью также идущие с поглощением H⁺- ионов раствора:

5CaMgSi₂O₆ + 3HCO₃^- + 3H⁺= Ca₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂ + 3СaCО₃ + 2SiO₂ + 3Н₂О (4.1)

2Ca₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂+8HCO₃^- + 8H⁺= Mg₆Si₈O₂₀(OH)₄ +4СaMg(CО₃)₂+8SiO₂+8Н₂О (4.2)

Mg₆Si₈O₂₀(OH)₄+ 2А1(ОН)₃+ Са²⁺ + 2HCO₃^- = Mg₅Al₂Si₃O₂₀(OH)₈ + СaMg(CО₃)₂+ 5SiO₂+ 8Н₂О (4.3)

Mg₆Si₈O₂₀(OH)₄+ 12HCO₃^- + 6Са²⁺ = 6СaMg(CО₃)₂+ 8SiO₂+ 8Н₂О (4.4)

Колонки кислотного выщелачивания, формируемые в черных сланцах хлоридным раствором W13, отличаются от рассмотренных выше только вьпадением (или резким сокращением) поля каолинита (рис.4.5в, г).

Во всех колонках по черным сланцам пирит неустойчив в тыловых зонах. Fe-хлорит (дафнит) и графит трансзональны, хотя в тыловой диаспор-дафнитовой зоне уже начинается частичное разрушение и графита. Здесь доля его в нерастворимом остатке даже несколько повышается (как это отражено на рис.4.5 а-г), но это сопровождается переходом в раствор до 70% массы реагирующей породы, в том числе и части графита (см. рис.4.5 и, на котором повторены внутренние зоны колонки 4.5 б, но за 100% по ординате принята масса не новообразованных твердых фаз, а прореагировавшего сланца GS).

Рис. 4.6. Последовательное изменение валовых концентраций компонентов исходно-углекислого W10 (равно как и W2, W5 и W8) и исходно-хлоридного W13 растворов при формировании ими инфильтрационных колонок в черном сланце CS-1

Взаимодействуя с черными сланцами и преобразуя их, меняется и фильтрующийся через них раствор - теряет часть СО₂ расходующейся на образование вторичных карбонатов, выщелачивает из пород ряд отсутствовавших в нем компонентов, приобретает новые значения pH, ионной силы и Eh (рис.4.6). Эти изменения продолжаются до установления относительного равновесия между трансформирующимся раствором и неизменной породой. Составы равновесных с черными сланцами поровых растворов, производных от исходно-углекислого W10 и исходно-хлоридного W13, приведены в таблице 4.3. Как из нее видно, это - калий-натриевые хлоридные (или карбонатно-хлоридные), H₂S- и СН₄-содержащие растворы с щелочной реакцией (pH 6.6-7.6), низким редокс-потенциалом (от -0.45 до -0.48 В) и ионной силой от 0.2 до 0.8. Равновесные концентрации СН₄ достигают в них ~4^.10^-5, а H₂^o- (6-11)^.10^-7 моль/кг Н₂О. Практически вся сера (96-99% валовой концентрации) находится в раствopax в виде S(II), но на долю Fe(II) падает только треть валовой концентрации железа.

Вариации состава черных сланцев (для табл.4.3 специально выбраны CS-1 кислого и CS-3 основного составов), равно как и колебания концентраций Са, H₂S и О₂, в исходных растворах, мало отразились на составе равновесных со сланцами поровых растворов12.

Фильтрация растворов по черным сланцам может идти не только через поры пород в "порододоминирующем" [Файф и др., 1981] режиме, но и вдоль интенсивно промываемых послойных нарушений, если они приоткрыты, в "флюидодоминирующем" [Файф и др., 1981] режиме. В этом случае раствор относительно изолируется от неизменных пород продуктами их частичного преобразования (например, парагенезисами кварц-мусковитовой зоны метасоматических колонок) и не достигает равновесия с черными сланцами в целом. Такой раствор, фильтрующийся по послойным разрывам в равновесии с кварц-мусковитовой зоной изменения сланцев, имеет состав W10*_CS-1 и W13*_CS-1 (см. рис.4.6). Он кислее, чем равновесный со сланцами в целом, в нем намного больше Са, Mg, Fe и СО₂ и уже довольно много Н₂S (до 10^-3) и СН₄(до 10^-5).

Уран и свинец, присутствующие в фоновых количествах в составе черных сланцев, не извлекаются из этих пород никакими растворами из тех, что использованы при моделировании. Только в тыловой диаспор-Fe-хлоритовой (дафнитовой) зоне колонок, где полностью исчезает пирит, происходит растворение Рb и переотложение его в следующую (кварц-каолинитовую или кварц-мусковитовую) зону, но добавка эта практически не отражается на уровне содержания свинца и в этой зоне, и в сланце в целом. Для урана нет даже такого перемещения - он устойчив в твердой фазе во всех зонах метасоматического изменения данных пород. Следовательно, в условиях, аналогичных нашей модели углерод- и пиритсодержащие сланцы не могли быть источником металлов для гидротерм, вне зависимости от уровня содержания металлов в породе.