ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СУБМАРИННЫХ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМ

4.5. Заключение

    Соответствие результатов термодинамического моделирования гидротермальных систем океана природным данным по широкому кругу минералого-геохимических показателей свидетельствует о реалистичности разработанной модели. Это открывает возможность использования разработанной модели для интерпретации и прогноза некоторых свойств природных гидротермальных систем.

    При расчете моделей океанских гидротермальных систем было получено, что увеличение длительности жизни гидротермальной системы благоприятствует относительному обогащению медью формирующегося рудного тела. С другой стороны, увеличение длительности жизни системы ведет к образованию более крупных рудных тел. Вследствие этого должна возникать корреляция между размерами рудных построек и обогащением их медью. Такая корреляция действительно существует в природе [Гидротермальные сульфидные руды.., 1992; Краснов, 1993]: обогащение медью наблюдается в крупных постройках поля ТАГ и Галапагосского Центра Спрединга. Для рудных тел этих областей установлено очень большое время жизни (а, возможно, и неоднократное возобновление деятельности) по сравнению с гидротермальными телами Восточно-Тихоокеанского поднятия. Таким образом, причиной (или одной из главных причин) обогащения медью крупных долгоживущих рудных построек на дне океана оказывается глубокое метасоматическое изменение пород в недрах систем.

    Какие же геологические факторы способствуют этому? Очевидно, таким фактором является длительная конвекция гидротермальных растворов в пределах одного и того же блока пород океанской коры, а это возможно при медленном спрединге вблизи периодически пополняющейся магматической камеры. Именно такая ситуация существует в районе ТАГ. Другая благоприятная ситуация - это, вероятно, внеосевые вулканические аппараты центрального типа, которые также характеризуются магматическими камерами, не смещающимися относительно пород океанской коры. Для изученных рудных тел внеосевых вулканических построек действительно зафиксировано обогащение медью [Alt et al., 1987; Краснов, 1990].

    Срединно-океанические хребты с высокими скоростями спрединга имеют, по-видимому, постоянно существующие магматические камеры. Поэтому в них длительно (непрерывно или регулярно возобновляясь) существует гидротермальная конвекция, и, соответственно, гидротермальные системы хребтов с быстрым спредингом формально также оказываются долгоживущими. Очевидное отличие таких систем от рассмотренных выше состоит в быстром выводе пород коры из области конвективной циркуляции воды и в постоянном поступлении свежих базальтов за счет внедрения даек, а также при кристаллизации в кровле магматической камеры. Вследствие этого в фиксированном блоке пород коры гидротермальная деятельность оказывается менее длительной, а метасоматоз - менее глубоким, чем в низкоспрединговых хребтах. В недрах гидротермальных систем сохраняется постоянный избыток неизмененных базальтов. На это в частности указывают расчеты изотопного баланса по кислороду [Merlivat et al., 1984] и изотопно-легкий состав серы сульфидов (см. главу 5).

    Данные по древним объектам в хорошо изученном офиолитовом комплексе Семайл (Оман) показывают, что крупные медно-колчеданные тела там связаны с внеосевыми вулканическими постройками [Haymon et al., 1989], и что рудные тела ассоциируют с участками увеличенных объемов эпидозитов [Nehlig et al., 1994].

    Результаты моделирования показывают, что в зависимости от отношения П/В поведение многих компонентов испытывает принципиальные изменения. Это свойство модели означает, что в ней по сути воспроизведено деление режимов взаимодействия воды с породой на "флюидно-доминированный" и "породно-доминированный" [Файф и др., 1981]. Граница этих режимов для модели в целом, видимо, соответствует границе I и II ассоциаций (см.рис.4.2). Полученное расчетом положение ее при П/В = 0,03 согласуется с имеющимися экспериментальными оценками для реакции морской воды с базальтом [Seyfried, Mottl, 1982]. До П/В = 0,03 геохимические свойства системы на ступенях модельного реактора определяются в основном поступлением Mg, SO₄ и О₂ с морской водой, а при более высоких значениях - выносом компонентов из базальтов.

    Изменение поведения рудных элементов вблизи границы существования I и II метасоматических ассоциаций означает, что эта граница (а также прилегающая к ней область) является геохимическим барьером. Расчеты показывают, что изменение на этом барьере испытывают концентрации многих компонентов, но наиболее резко они проявляются у элементов с переменной валентностью - Н, C, S, Fe, Cu (см.рис.4.1в,г, 4.3). Основная движущая сила на нем - окислительно-восстановительная реакция раствора с базальтом, в ходе которой SO₄ восстанавливается до Н₂S, H₂CO₃ - до CH₄, H₂O до Н₂, а Fe^II базальта окисляется до Fe^III эпидота. Из рассмотренных рудных металлов действие геохимического барьера наиболее сильно проявляется для Cu. При перемещении барьера в ходе эволюции гидротермальной системы происходит переотложение сульфидов меди, окисляющихся на его фронте и отлагающихся в тылу. Вследствие более высокой концентрации Cu в растворе перед барьером (см.рис.4.1г) на нем происходит постепенное накопление меди. Эта особенность показывает, что полученный в модели геохимический барьер относится к барьерам III рода по классификации В.С.Голубева [Голубев, 1983]. Максимум Cu в рудоотлагающих растворах восходящей ветви достигается при отступлении этого барьера до очага гидротермальной системы (см.рис.4.7б, 4.18).