Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Поиск и разведка месторождений полезных ископаемых >> Геология, поиски и разведка рудных месторождений | Книги
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

Автор: М.В. Борисов Содержание

4.3. Образование рудных тел при смешении потоков поровых растворов в секущих нарушениях

При смешении друг с другом потоков поровых растворов, поступающих в полости секущих трещин (в область поперечных, по отношению к потокам, нарушений) из черных сланцев и лейкократовых пород, возникает раствор нового состава и осадок твердых фаз, образующихся за счет реакций только между этими смешивающимися растворами.

Поскольку растворы из метаморфических черных сланцев и из лейкократовых пород равновесны с примерно одним и тем же набором породообразующих минералов, в растворах смешения также не должно было возникать сколь-нибудь значительное пересыщение по ним. Действительно, для кварца удельный выход в осадок не превышает 1 мг/кг H2O раствора смешения, для других нерудных минералов (карбонатов, мусковита, хлорита, полевых шпатов) и пирита он измеряется 0.0n - 0.00n мг при всех пропорциях смешения.

Рис. 4.7. Парагенезисы твердых фаз, образующихся при смешении поровых растворов из лейкократовой породы (L) и черного сланца (CS-1), в зависимости от пропорций смешивающихся растворов

Иначе обстоит дело с ураном и свинцом. В трещинном пространстве дренирующих нарушений встречаются два раствора, принципиально разных по отношению к этим элементам. Один, из лейкократовых пород, является рудоносным, содержит реальные для гидротермального рудообразования концентраций U и Pb. Второй, из черных сланцев, безруден, но содержит сульфидную серу13 - компонент, являющийся "осадителем" того и другого металла. Реакции между такими растворами, уже без участия твердых фаз обеих пород, ведут к отложению урана и свинца в форме настурана (уранинита) и галенита. Именно эти два минерала и составляют главную массу осадка, формирующегося при смешении двух поровых растворов, например таких, как W10L+W10CS-1, или W13L+W13CS-1 (см. рис.4.7а, б, соответственно).

Образование рудных минералов описывается в моделях реакциями:

4UO2(CO3)22-+ H2S0 + 4Н2О = 4UO2(к) + SO42-+ 8CO32-+ 10H+ (4.5)

и

PbCO30 + H2S0 = PbS(к) + H2CO30 (4.6)

Если концентрация сероводорода превышает сумму валовых концентраций урана и свинца, то оба минерала выделяются одновременно, и концентрации U и Pb в растворах смешения падают на несколько порядков (обеспечивается практически 100%-ная полнота осаждения обоих рудных элементов). Однако при концентрации сульфидной серы, меньшей или равной mU/4, она расходуется только на восстановление урана по реакции (4.5) и вызывает отложение только одного настурана, хотя, не будь U в системе, количеств H2S и Pb хватило бы для того, чтобы превысить произведение растворимости галенита. Дело в том, что реакция (4.5), при которой 1 моль растворенной сульфидной серы осаждает 4 моля урана, энергетически выгоднее реакции (4.6).

Так, контрольный расчет задачи, при которой в раствор смешения вводились: mU = 7.6.10-6 , mPb = 7.3.10-5 и mS(II) = 5.10-7, показал, что в данной системе осаждается 2.10-6 моль UO2(к) и равновесная с настураном концентрация S(II) в растворе падает до n.10-31. Если же в данной системе искусственно наложить запрет на образование настурана, то из раствора смешения тогда образуется 5.10-7 моль PbS и в растворе, равновесном с галенитом, остается n.10-11 моль S(II). Этот раствор резко пересыщен по настурану (для реакции (4.5) {\Large $\Delta$}rG= -170.14 кДж), и, если снять искусственный запрет на его появление, идет растворение PbS(к), и осаждение UO2(к).

Таким образом, отложение галенита при смешении поровых растворов двух пород может начинаться только после того, как концентрация сероводорода в смеси станет больше, чем требуется для перевода в осадок всего растворенного U(VI). Эта закономерность уже была замечена и показана нами ранее (глава 3). Ею объясняется в модели тот факт, что при смешении порового раствора лейкократовых пород с минимальными количествами порового раствора из черных сланцев (например, растворов W10L и W10CS-1 в пропорциях 99/1) осаждается практически один настуран (его содержание в осадке - 99.6%; 0.4% - хлорит), хотя свинца в растворе остается больше, чем было урана (рис.4.7а, б).

Максимальный удельный выход настурана при взаимодействии раствора, равновесного с лейкократовой породой, с раствором, равновесным с черным сланцем, достигает 5.4 мг/кг Н2О раствора смешения, галенита - 19.2 мг. Это говорит о высокой потенциальной продуктивности гидротермальных систем, подобных моделируемой.

В трещинном пространстве дренирующих нарушений могут смешиваться и реагировать друг с другом растворы разных или меняющихся во времени режимов фильтрации. Так, если из черных сланцев поступали в дренирующий разрыв (или стали поступать) растворы, фильтровавшиеся по ним в флюидодоминирующем режиме и равновесные с кварц-мусковитовой зоной гидротермального изменения сланцев - W10*CS-1или W13*CS-1(см. рис.4.6), то смешение их с растворами, равновесными с лейкократовой породой, обеспечивает прежний выход настурана и галенита, но приводит и к осаждению сопоставимых с ними количеств кварца и намного преобладающих масс карбонатов (почти до 1 г/кг Н2О) и, следовательно, к резкому, в 4-8 раз, падению содержания рудных минералов среди новообразованных твердых фаз (см. рис.4.5в, г), т.е. к разубоживанию руд. Если же и через черные сланцы, и через лейкократовую породу идет фильтрация растворов только по интенсивно обводненным плоскостям послойных разрывов, т.е. в флюидодоминирующем режиме, и растворы там и здесь достигают равновесия только с кварц-мусковитовой зоной изменения обеих пород, то смешение их приводит к образованию тоже полиминерального осадка, в котором обычно преобладают карбонаты, есть небольшие количества кварца, мусковита и хлорита; настуран и галенит отлагаются в меньших количествах (см. рис.4.7д, e), чем в рассмотренных выше случаях, поскольку растворы W10*L и W13* L, поступающие в секущее нарушение из лейкократовых пород, мобилизуют из них мало U и Pb.

Возможна и другая ситуация. Если U- и Pb-содержащие поровые растворы кислых пород попадают в пределы черных сланцев и реагируют с минеральной матрицей этих пород, то тоже может происходить осаждение настурана и галенита. Особенно это может быть эффектно, если реакции "раствор-порода" идут здесь во флюидодоминирующем режиме.

Когда в исходные растворы вводились уран и свинец, в тыловых зонах колонок наблюдалось практически полное осаждение их в виде настурана и галенита (см. рис.4.5 д-з) и падение концентраций этих металлов в растворе почти до нуля (до 10-11 - 10-13 m).

Происходит это потому, что уран, привносившийся раствором в форме карбонатных комплексов уранила, восстанавливается углеродом (графитом) пород, образуя UO2(к).

Реакция этого восстановления имеет вид:

2UO2(CO3)22-(р-р) + C(к) + 3Н2О(ж) + 4H+(р-р) = UO2(к) + 5H2CO3(р-р) . (4.7)

Выполненные отдельно серии расчетов по "титрованию" раствора W8 чистым С (графитом)14 показали, что сначала углерод расходуется только на связывание растворенного свободного кислорода:

C(к)+O20(р-р)2О(ж)= H2CO3(р-р) . (4.8)

С исчерпанием свободного кислорода (с падением его концентрации в растворе с 10-5 до 10-35 m) начинается восстановнение урана по реакциям типа (4.5) и только затем, при добавлении избыточного графита, растворение части последнего с образованием СН4 и новых количеств СО2:

2 C(к)+3Н2О(ж)= H2CO3(р-р)+CH4(р-р) . (4.9)

Таким образом, при флюидодоминирующем режиме фильтрации U-содержащих растворов по черным сланцам, вдоль интенсивно промываемых плоскостей может происходить образование богатых (и даже мономинеральных, если соотношение масс вода/порода обеспечивает полное растворение компонентов сланца, (см. рис.4.5к, аналог 4.5е) урановых руд.

Образование PbS(к) вызвано реакциями между свинцом растворов и сульфидной серой пирита, разрушающегося в тыловых зонах колонок кислотного выщелачивания черных сланцев. Полнота осаждения Pb определяется поэтому количеством вводимой и расчет S(II) пород - общей массой реагирующего черного сланца и содержанием пирита в нем. Последнее отчетливо видно из сравнения тыловых зон колонок по почти безпиритной породе СS-1 (см. рис.4.5д, ж), где галенит рассеялся по всем трем внутренним зонам, а часть Рb (из-за нехватки сульфидной серы) осадилась в виде церуссита (до 2% в Кв+Мс-зоне), и по интенсивно пиритизированному сланцу GS (см. рис.4.5е, з), малых масс которого хватило для полного отложения галенита в тыловой диаспоровой зоне колонок. Так что для образовании богатых галенитом парагенезисов Рb-содержащие растворы должны прореагировать во флюидодоминирующем режиме с черными сланцами, отличающимися высокими содержаниями пирита.

Однако, по-видимому, условия, при которых происходит полное растворение компонентов черного сланца, если и реальны в природе, то достаточно локальны и редки. Так что значительные запасы богатых руд вряд ли возникают таким путем.


13 Осадителем U могут послужить и растворимые соединения углерода (углеводороды), однако из-за ненадежности термодинамических и химических данных приходится отказываться от анализа этого явления.
14 Здесь речь идет о равновесных состояниях системы и поэтому кинетика реакций графита с водным раствором не обсуждается. Экспериментально окисление графита воспроизводилось при более высоких, чем в наших моделях параметрах [Zeigenbein, Johannes, 1980]. Следами таких реакций в природе являютсн полосы (каймы) обеления черных сланцев вдоль контактов гидротермальных жил, в том числе и на средне- и низкотемпературных месторождениях урана [Соколова и др., 1972, 1979].

содержание | далее >>

 См. также
ДиссертацииЭкспериментальное исследование форм переноса бора в условиях низко- и среднетемпературного гидротермального процесса:
ДиссертацииЭкспериментальное исследование форм переноса бора в условиях низко- и среднетемпературного гидротермального процесса: Введение.
КнигиВ.И. Старостин, П.А. Игнатов "ГЕОЛОГИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ":
КнигиВ.И. Старостин, П.А. Игнатов "ГЕОЛОГИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ": СОДЕРЖАНИЕ
Аннотации книгКаталог научной литературы издательства "ГЕОС" на 2007-2010 годы
НовостиМатериалы конференции Ломоносовские чтения - секция Геология - 2009:
НовостиЕЖЕГОДНЫЙ СЕМИНАР ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МИНЕРАЛОГИИ, ПЕТРОЛОГИИ И ГЕОХИМИИ (ЕСЭМПГ-2006).Программа семинара. 18-19 апреля 2006 г.

Проект осуществляется при поддержке:
Геологического факультета МГУ,
РФФИ
   

TopList Rambler's Top100