Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

Напомним кратко основные термодинамические параметры исследуемой гидротермальной системы, главным образом литературные, опираясь на которые мы задаем условия и параметры моделирования.

1. Температура - общий диапазон вариации температуры 415-65^oС (продуктивная кварц-галенит-сфалеритовая стадия 345-120^oС) [Лазько и др., 1981; Ляхов и др., 1994]. Палеоглубина формирования изучаемых месторождений соответствует 2.5-3.0 км [Некрасов, 1980]. Во время гидротермального рудообразования температура вмещающих пород могла быть порядка 100-150^oС (при температурном градиенте 35-50^o/км). В моделях исследуются процессы мобилизации при различных температурах, но для базовой (основной) модели выщелачивания мы выбрали 370^oС ( на 25^oС превышает максимальную для продуктивной кварц-галенит-сфалеритовой стадии).

2. Давление - общий диапазон вариации 2.3-0.1 кбар. Давление близкое к литостатическому для предполагаемой палеоглубины, вероятно, соответствует 0.8-1.0 кбар. В моделях исследуются процессы мобилизации при различных давлениях, но большинство расчетов выполнено при Р=1 кбар.

3. Многочисленные определения составов газово-жидких включений [Ляхов и др., 1978, 1994] указывают на их существенно хлоридно-карбонатный состав (доля хлоридов более 50%). Возможное соотношение макрокомпонентов в первичном гидротермальном растворе взяты нами по данным Ляхова Ю.В. с соавторами [1978]. В моделях исследованы различные соотношения макрокомпонентов в первичном гидротермальном растворе.

Рис. 6.1. Схема проведения расчетов состава исходного рудоносного раствора

Средние составы предположительно неизмененных гранитов месторождений Холст и В. Згид приведены в таблице 6.1, где представлен также результат пересчета данных анализов на атомные количества элементов, которые использовались для задания валового состава системы при выполнении термодинамических расчетов. Фоновые содержания рудных элементов в гранитах определены нами и составляют (мас.%): Zn - 0,004; Pb - 0,003; Cu - 0,002 (пересчет на г-атомы в 1 кг породы - Zn - 0.0005; Pb - 0.0002; Cu - 0.0003, см. табл.6.1).

Термодинамические расчеты выполнены по программе GBFLOW (одна из модификаций известной программы GIBBS), в основе алгоpитма котоpой лежит пpинцип минимизации свободной энеpгии системы и метод многоволновых ступенчатых проточных pеактоpов (разработка кафедры гехимии МГУ для IBM PC). Система "гранит-флюид" описана 15 независимыми компонентами: H, O, K, Na, Ca, Mg, Al, Si, Fe, C, Cl, S, Zn, Pb, Cu. Модель водного флюида включает 79 частиц, в том числе 26 частиц для рудных элементов (Cu⁺, CuOH^o, Cu(HS)₂^o, Cu(HS)₂H₂S^-, CuOHCl^-, CuCl^o, CuCl₂^-, CuCl₃^{- -}, Cu⁺⁺, Zn⁺⁺, ZnOH⁺, Zn(OH)₂^o, ZnHCO₃⁺, Zn(HS)₂^o, ZnCl⁺, ZnCl₂^o, ZnCl₃^-, ZnCl₄^{- -}, ZnSO₄⁰, Pb⁺⁺, PbOH⁺, Pb(HS)₂^o, PbCl⁺, PbCl₂^o, PbCl₃^-, PbCl₄^{- -}). В число возможных твердых фаз включены 52 минерала (главные породообразующие, метасоматические и рудные). Термодинамические данные рассчитаны при использовании базы данных UNITHERM для температур 100-440^oС и давлений - от давления насыщенного пара воды до 1 кбар.

Зона мобилизации рудных компонентов ("корневая" часть гидротермальной системы) представлена в наших расчетах в виде реактора, включающего в себя фиксированное количество неизмененного гранита (чаще всего 10 кг), содержащего Zn, Pb, Cu в фоновых количествах (см. табл.6.1). В реактор поступает определенное количество (обычно 1 кг H₂O и солевая нагрузка) первичного безрудного раствора. Происходит реакция между гранитом и первичным раствором. Порода изменяется и образуется равновесный с ней раствор, который мы считаем исходным для изучаемой гидротермальной системы (рис.6.1). Модель мобилизации представлена нами как многократное прохождение через реактор порций, или волн первичного раствора постоянного состава. В данном варианте модели - количество порций, или волн первичного раствора можно рассматривать как относительную шкалу времени. Термодинамические расчеты проведены как при постоянных температуре и давлении в реакторе, так и при их изменении, при различных количествах породы и составах первичного раствора.