Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

Рудообразование в условиях градиента температуры (давления)

После моделирования рудообразующих процессов в изотермических условиях нами сделан дальнейший шаг - построена и проанализирована модель рудообразования в градиентном температурном поле. В качестве объектов исследования были выбраны жильные Pb-Zn месторождения, типичные для Садонского полиметаллического рудного района (Северная Осетия): Холст, Верхний Згид, Архон.

Полиметаллические жильные месторождения Северной Осетии исследуются со времени начала интенсивной эксплуатации в прошлом веке. Описание некоторых из них (Садонское, Згидское) стало классикой и входит в учебники и фундаментальные монографии [Смирнов, 1976; Рудные месторождения СССР, 1978]. Имеются сотни томов фондовых данных с детальным описанием структур, минералогии, геохимии, термобарогеохимии, металлогении месторождений Садонской группы. Многое из этих данных опубликовано в монографиях, обобщающих статьях и диссертациях: структурные условия локализации месторождений [Некрасов, 1980]; металлогения района и зональная природа оруденения [Геология и полезные ископаемые Северной Осетии, 1969; Ляхов и др., 1994]; термобарогеохимия [Ляхов и др., 1994; Лазько и др., 1981]; геохимия и первичные ореолы [Куйкин, 1966; Горжевский и др., 1987; Григорян, 1987; Трофимов, Рычков, 1979, 1988]. Казалось бы, количества накопленной первичной информации вполне достаточно для создания единой генетической модели формирования данных месторождений. Такие обобщения в рамках геологических схем сделаны [Смирнов, 1976]. Однако в настоящее время становится очевидным, что построить количественную теорию геохимических процессов чисто индуктивным путем, т.е. только по результатам геологических наблюдений, без привлечения законов физической химии, невозможно. Работы по количественному физико-химическому моделированию образования этих местоpождений до сих пор не проводились.

Большинство крутопадающих жил этих месторождений локализованы в пределах гранитов среднего-верхнего палеозоя. Гранитный массив расположен в приосевой части Садоно-Унальской антиклинали. Основными породообразующими минералами гранитов являются кварц (25-45 мас.%), плагиоклаз (25-40 мас.%), чаще всего олигоклаз N22-26, ортоклаз и микроклин (20-25 мас.%), мусковит и биотит (<7 мас.%). Преобладают среднезернистые граниты. Метасоматические процессы изменения вмещающих гранитов вблизи жил проявлены в виде окварцевания, хлоритизации, серицитизации, карбонатизации. Выходы гранитов обрамляются широкой полосой туфов, мелкообломочных туфобрекчий, реже лавами андезит-дацитовых порфиритов, осадочными породами юрского возраста. Покровные порфириты имеют меньшее значение как рудовмещающие породы по сравнению с гранитами [Некрасов, 1980]. В пределах месторождений особое значение принадлежит Садоно-Унальскому сбросу общекавказского простирания, ограничивающему с юга выходы гранитов. Рудные тела выполняют трещины скалывания и отрыва СВ и СЗ простирания, оперяющие лежачий бок сброса. Крупные субширотные разломы являются вероятными рудоподводящими (раствороподводящими) структурами [Некрасов, 1980].

Рис. 5.1. Геологические разрезы по месторождениям Холст, Архон и В. Згид Садонского рудного района Северной Осетии [Рехвиашвили и др., 1990]

Возраст месторождений, по данным большинства исследователей (Пламенский Л.Н., Твалчрелидзе Г.А., Смирнов В.И. и др.), определяется как предкелловейский, что соответствует постскладчатой стадии киммерийской металлогенической эпохи [Хетагуров и др., 1992]. Все жилы имеют почти вертикальное падение. Мощность жил варьирует от 0.1 до 5.0 и более метров. Горными выработками жилы вскрыты по падению более чем на 1100 метров (В. Згид), по простиранию - на более чем 4000 метров (Садон). Руды сложены галенитом, сфалеритом, пиритом, халькопиритом, пирротином. Из жильных минералов развиты кварц, хлорит, карбонаты и некоторые другие. Имеющиеся геолого-минералогические и термобарогеохимические данные [Лазько и др., 1981; Ляхов и др., 1994] показывают, что процессы формирования руд на различных месторождениях района были достаточно однотипными с близкими чертами физико-химического режима - общий диапазон вариаций температуры 415-65^oС (продуктивная кварц-галенит-сфалеритовая стадия 345-120^oС), давления 230-11 МПа. Многочисленные определения составов газово-жидких включений [Ляхов и др., 1978, 1994] указывают на их существенно хлоридно-гидрокарбонатный состав (доля хлоридов более 50%). Схематические геологические месторождений Холст, Архон и В. Згид приведены на рисунке 5.1.

Первичные ореолы месторождений изучались неоднократно [Куйкин, 1963; Горжевский и др., 1980]. Показано, что мощности околожильных ореолов редко превышают здесь первые десятки метров. Однако отсутствие необходимой степени детальности при изучении ореолов поставило перед нами задачу проведения новых геохимических исследований для выявления закономерностей распределения элементов в ближнем околожильном пространстве, в котором можно ожидать максимальный эффект химического взаимодействия вмещающих гранитов и гидротермального флюида.

Исследование моделей уранового рудообразования (см. глава 3, раздел 3.4) уже показало, что при инфильтрационном кислотном выщелачивании пород происходит существенное перераспределение рудных элементов, содержащихся в этих породах в кларковых количествах. При этом образующиеся ореолы имеют сложную структуру, чутко реагирующую на условия взаимодействий в системе "раствор-порода", зависящую от состава исходного гидротермального флюида. Термодинамическое моделирование проводилось при 150^oС в системе "липарит - фильтрующийся через него безрудный раствор". Расчетами установлены в околожильных оpеолах несколько зон перераспределения U и Pb липарита и возможности смещения этих зон в пространстве. Это позволило предположить, что возможно решить обратную задачу - по детальным структурам ореолов восстановить условия рудообразования. Готовых примеров исследования ореолов подобным способом не было. Для этого требовалось разработать новую систему изучения ореолов, которая достоверно вскрывала (не пропускала) детали распределения металлов в околожильном пространстве.

Существующие методы исследования первичных ореолов позволяют получить только часть данных, "записанных" в них. Обычно они направлены на решение чисто практических задач поисковой геохимии и редко могут быть использованы для разработки генетических проблем. В нашей работе предлагается новый подход к реконструкции условий и механизмов образования рудных тел и первичных ореолов жильных гидротермальных месторождений. В его основе лежит сочетание геохимического исследования детальных структур первичных ореолов и анализ при помощи термодинамического моделирования на ЭВМ процессов, происходящих в изучаемой гидротермальной системе. Другими словами, базируясь на исследовании ореолов, попытаться реконструировать рудообразование на выбранном типе месторождений.