Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

Моделирование показало возможность формирования гидротермальных U-Pb-руд потоками поровых растворов, фильтровавшимися независимо друг от друга по породам контрастно-различного химическoгo состава. В породах одного состава, в относительно окисленной среде, поток поровых растворов насыщается металлами, в данной модели U и Pb. В породах иного состава, в восстановительной среде, другой поток в то же время насыщается компонентами-осадителями урана и свинца. Реакции между такими потоками в благоприятствующей этому структурной обстановке приводят к осаждению рудных минералов.

По-видимому, нет препятствий принципиального плана, которые не позволили бы осуществляться подобным процессам в природных условиях. Поэтому есть смысл отметить наиболее типичные их особенности.

Гидротермальные системы такого типа могут осаждать в рудовмещающих структурах только рудные минералы (или преимущественно рудные) и формировать богатые руды, не разубоженные одновременным соосаждением кварца, флюорита, карбонатов и иных жильных минералов. Это обусловлено тем, что растворы, участвующие здесь в рудообразовании, относительно равновесны со средой практически по всем этим жильным минералам, почти по всем петрогенным элементам.

Хорошо известные "монометальные" урановые или преимущественно урановые, без жильных минералов, руды месторожений типа несогласия [Лаверов, Винокуров, 1988; Ypma, Fuzikawa, 1980; Hoeve, Sibbald, 1978; Hoeve, Quirt, 1987; Jones, 1980; Wright, 1979; Powers, Stauffer, 1988; Raffensperger, Garven, 1995a, b; Komminou, Sverjensky, 1996] могли, вероятно, формироваться в условиях подобного относительного равновесия. Естественно, что за счет смещения таких растворов могут образовываться и жильные рудные тела.

На участках смешения поровых растворов графит, пирит и Fe-содержащие алюмосиликаты пород непосредственно не участвуют в окислительно-восстановительных и обменных реакциях, ведущих к осаждению рудных минералов в зоне секущих нарушений, вне зависимости от длительности и интенсивности этих реакций (масштабы которых, судя по массе руд крупных и уникальных месторождений, могли быть огромны), и могут оставаться устойчивыми в твердой фазе. Подобная "инертность" данных минералов у контактов рудных тел и даже в пределах последних часто отмечается на урановых месторождениях Северной Австралии и ряда других регионов [Wright, 1979; Лаверов, Винокуров, 1988].

В моделях и, вероятно, при образовании многих месторождений типа несогласия действует подвижный восстановитель урана (равно как и подвижный "осадитель" свинца) и роль его, как следует из результатов моделирования, выполняет H₂S (или CH₄⁰) поровых растворов черных сланцев. Смешение их с металлоносными растворами может, по гидродинамическим причинам, происходить вне контуров С-содержащих горизонтов и на том или ином удалении от главных структур, пересекающих трассы движения поровых потоков, что действительно и наблюдается в природе [Лаверов, Винокуров, 1988; Ypma, Fuzikawa, 1980; Wright, 1979; Hoeve, Sibbald, 1978; Powers, Stauffer, 1988; Raffensperger, Garven, 1995a, b; Komminou, Sverjensky, 1996].

Гидротермальные системы, подобные моделируемой, способны формировать, разумеется, месторождения не только уран-свинцовых руд и не только при сочетании в разрезе пород, контрастно различающихся друг от друга окислительно-восстановительными условиями. Так, уже было отмечено, что реакции растворов, просачивавшихся через кислые породы и выщелачивавших из них U и Bi, с поровыми растворами, извлекавшими из основных пород Ni, Co, Ag и Cu, играли, очевидно, главную pоль при образовании уран-арсенидных, урановых с медью и серебром или так называемых пятиметальных руд [Малышев, Савинова, 1990]. В принципе и другие сочетания в рудах элементов, типоморфных для контрастно различных пород, могут служить косвенным указанием на образование таких руд при взаимодействии растворов, фильтровавшихся по разным средам. Возможно, аналогичными являются условия образования многих флюоритовых или шеелитовых рудных тел, концентрирующих значительные массы W или F (элементов, характерных для кислых пород) и Са (компонента более основных или неалюмосиликатных пород) и ряда других.

Смена парагенезисов в рудах, образуемых исследуемыми гидротермальными системами, регулируется (при неизменных Т, Р и составе исходного раствора) гидродинамическими причинами - изменениями пропорций смешения поровых растворов и режима фильтрации их по тому или иному из контрастно отличающихся по составу горизонтов пород. Так, например, некоторое усиление притока поровых растворов, равновесных с черными сланцами, приводит в моделях к смене отложения существенно настурановых руд существенно галенитовыми или, как можно ожидать в другой геологической ситуации, вообще к тому или иному увеличению роли сульфидов либо арсенидов в минеральном осадке. Пpeкращение притока поровых растворов, равновесных с черными сланцами, и замена их раствором, не полностью уравновешенным с этими же сланцами (например, после тектонического приоткрывания послойных разрывов в черных сланцах и ускорения фильтрации раствора по таким разрывам), вызывает более резкую смену парагенезисов, образующихся в рудных телах - осаждение только одних рудных минералов (богатых руд) сменяется отложением преимущественно карбонатов, даже если приток металлоносных растворов остается при этом неизменным и т.д.

Предложенная в свое время А.А.Пэком и Г.О.Пилояном гипотеза "гидродинамического регулирования гидротермального процесса" [Пэк, Пилоян, 1975] имеет, очевидно, более общее значение и может быть применима для анализа не только температурного режима гидротерм, но и причин последовательного изменения состава отлагаемого растворами минерального вещества.

В гидротермальных системах, аналогичных данным моделям, общее время рудообразования не лимитировано продолжительностью тех или иных быстротекущих геологических процессов - внедрения и остывания интрузивов, вулканических извержений (и т.п.), и может растягиваться на значительные интервалы геологического времени, если существуют (как при конвективном растворообмене) возобновляемые ресурсы флюидов и долгоживущая региональная тепловая аномалия. Конечно, постепенное охлаждение гидротермальной системы может сказаться на тех или иных чертах перемещаемого и осаждаемого минерального груза, но общие принципы рудообразования, о которых шла речь выше, останутся справедливыми и при возможных изменениях температуры массообмена.

Точно так же и перерывы в минералообразовании из-за временной "закупорки" путей фильтрации растворов по горизонтам контрастно-различных пород или структур разгрузки (смешения) этих растворов не меняют суть рудных процессов. Тектоническое подновление трасс движения растворов после любых по длительности перерывов включает в работу "постоянно действующие факторы" - просачивание растворов снова по тем же контрастно-различным горизонтам пород, установление равновесия раствор+порода в каждом из них, смешение таких же, как и прежде, поровых растворов в зоне тех же секущих нарушений и "телескопирование руды той же (или похожей) рудой". Подобное "телескопирование" отмечено на многих урановых месторождениях типа несогласия [Jones, 1980; Powers, Stauffer, 1988].

По всей видимости, такими неоднократными повторами одинаковых или очень похожих друг на друга процессов и объясняется "...очевидная полихронность формирования промышленного оруденения с последовательным многоэтапным накоплением урана в рудоконтролирующих структурах..." [Лаверов, Винокуров, 1988, с.166], являющаяся, по мнению Н.П.Лаверова и С.Ф.Винокурова, непременным условием образования крупных и уникальных урановых месторождений Северной Австралии и Канады.

Представляется, что дальнейший анализ потенциальных возможностей рудообразования в гидротермальных системах, подобных рассмотренным в предлагаемой модели, и учет в нем реалий конкретных месторождений может расширить знания о причинах и механизме формирования многих типов рудных тел, о гидротермальном процессе в целом.