Геохимическая модель современного рудообразования в кальдере Узон (Камчатка)

Глава 2. Строение рудного тела.

2.1. Строение Рудного Поля. Вмещающие породы и вторичные изменения

II участок Восточного термального поля, или Рудное Поле, представляет собой выровненную площадку ~150х400 м². С севера она ограничена невысокими уступами, сложенными алевропелитовыми туфами IV узонского озера, с юга и запада переходит в болота. С востока Рудное Поле ограничено оз. Хлоридное. Поверхность Рудного Поля сложена гравелитами, полностью аналогичными современным аллювиальным отложениям ручьев, протекающих в этой части кальдеры. Разрезы его, изученные скважинами, показали удивительно большую мощность этих отложений. По данным Г.А. Карпова, в центральных частях глубина залегания алевропелитовых туфов составляет по меньшей мере 18 м [Карпов, 1988]. Таким образом, северная стенка котловины, заполненной аллювиальными отложениями, представляется почти вертикальной. Строение этой котловины удивительно напоминает термальные озера типа оз. Хлоридное (прил. 5), имеющие глубину, сопоставимую с диаметром, и почти отвесные стенки [Ерошев-Шак и др., 1985]. Предполагается, что такие озера образовались в результате фреатических взрывов. В 1986 году я стал свидетелем такого взрыва меньшего масштаба, который образовал воронку диаметром 15 и глубиной 12 м в русле ручья. Впоследствии воронка начала заполняться аллювием. Вполне возможно, что все Рудное Поле представляет собой последствия аналогичных процессов, а оз. Хлоридное представляет собой реликт более крупного озера, западная часть которого заполнена сейчас аллювием и образует Рудное Поле (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема Рудного Поля (составлена Л.З. Садыковым, В.А. Грицаенко). Показано положение изученных полигонов и профиля 20-20'

Вмещающие породы Рудного Поля представляют собой песчано-глинистые гравелиты аллювиально-делювиального происхождения. Размер обломков до 5 см, в среднем 1,5-2 см, грубо и слабоокатанные. Петрографический состав обломков ограничен породами, обнажающимся в кальдере, причем преобладают (до 70%) вспененные андезитобазальты маара оз. Дальнее, а также массивные базальты и андезитобазальты постройки Узонского стратовулкана (до 10-15%), дацитовые пемзы г. Белая и алевролиты из отложений IV узонского озера (до 15%). Среди мелкой фракции существенную долю составляют продукты близких вулканических извержений (пеплы).

Зачастую гравелиты сцементированы глинистыми минералами, опалом или сульфидами железа или мышьяка. Наиболее прочно сцементированный опалом горизонт, распространенный почти повсеместно на территории Рудного Поля, назван <гейзеритовой плитой>.

Состав пород Рудного Поля не вполне однороден, можно выделить два фактора, контролирующих механическое переотложение осадков: перенос ручьями и термальными источниками и фреатические взрывы. Первый фактор затрагивает поверхностный материал, а второй приводит к образованию глубоких воронок (до 15 м). Вероятно, большие термальные котлы имеют взрывное происхождение. В дальнейшем воронки постепенно заполняются песчано-глинистым материалом. В ряде случаев мы обнаружили отложения, происхождение которых можно так интерпретировать.

Г.А. Карпов [1988] в отложениях Рудного Поля обнаружил кусочки древесины, по которым определил радиоуглеродным методом возраст, составивший 1100±100 лет. Вероятно, это время формирования современной поверхности, однако есть основания считать, что гидротермальная система здесь функционировала и до того.

Вторичные изменения пород представлены развитием глинистых минералов, преимущественно по стеклу и плагиоклазу, и пиритизацией. Пирит замещает железосодержащие минералы и образует глобулярную вкрапленность в измененном стекле обломков. Вместе с тем в большинстве проб не наблюдается полного замещения исходных пород, даже стекла, вторичными минералами. Это позволяет считать, что процессы взаимодействия порода-вода в силу недостаточно высоких температур происходят медленно и эти реакции не контролируют равновесия в растворе.

2.2. Температурная зональность Рудного Поля

Термосъемку проводили с помощью термощупа, сконструированного и изготовленного А.Е. Самсоновым. Термощуп представляет собой титановую трубку длиной 110 и диаметром 2 см, на конце ее имеется терморезистор в защитном стальном кожухе. Термощуп забивали в грунт на заданную глубину и выдерживали 2-5 мин до установления постоянных значений температуры. Специальное исследование показало, что отвод тепла по титановой трубке незначителен, он не влияет на показания термощупа вплоть до градиента температур 10 ^oС/см. Термическая зависимость терморезистора 1 Ом/^oС, измерения производили с помощью реохордного моста с точностью ±1 ^oС.

Предварительная термосъемка Рудного Поля проведена Л.З. Садыковым и В.С. Грицаенко. Температуры измеряли по квадратной сетке с шагом 20 м по всей площади на глубине 50 см. Результаты показали, что температурная зональность имеет более сложное строение, чем предполагалось [Карпов, 1988]. Обнаружено нескольких сильно разогретых областей, в которых температура кипения (98 ^oС) достигается уже вблизи поверхности (глубина 10-50 см), причем их размеры различны - от 3 до 100 м в поперечнике (рис. 2.2). Самые крупные вытянуты вдоль предполагаемого глубинного разлома субширотного простирания. Такие области проявляются на поверхности как термальные площадки со множеством мелких термальных котлов и газовых выходов. Было принято называть эти области термоаномалиями (прил. 6).

Рис. 2.2. Распределение температур на Рудном Поле (состояние на август 1987 года; составители - Л.З. Садыков, В.А. Грицаенко)

Вокруг термоаномалий расположены участки, где наблюдаются высокие градиенты температуры - до 1 ^oС/см, а изотерма 98 ^oС проходит на глубине > 50 см. Удаляясь от термоаномалий, градиент температуры уменьшается и в холодных зонах редко превышает 0,3 ^oС/см, где температура на глубине 50 см < 50 ^oС.

Таким образом, строение температурного поля позволяет выделить три характерные области: крупные термоаномалии, их фланги и холодные зоны. Оказалось, что требуемый шаг температурной съемки для правильной характеристики 2-5 м по латерали и 20 см по глубине.

Поэтому область исследований была ограничена 3 участками (полигонами) прямоугольной формы, каждый площадью ~600 м². Полигоны выбирали по типичным признакам строения поверхности Рудного Поля. По полигонам проведена детальная термометрическая съемка с шагом 5 м, на основании ее выбраны профили, проходящие в крест к термоаномалиям. На этих профилях выполнено сгущение точек термометрии до шага 2 м и пробурены скважины для пробоотбора. Результаты термосъемки Рудного Поля и положение полигонов приведены на рис. 2.1 и 2.2.

Полигон-1 расположен в центральной части Рудного Поля, в северном его борту, и захватывает относительно возвышенную площадку 30х40 м², удобную для изучения (рис. 2.1). Стороны полигона сориентированы по сторонам света. Для точной привязки точек опробования в углах полигона установлены реперы. Точки получали обозначения по расстоянию (м) от юго-западного угла полигона (точка 0/0) на восток и юг. К сожалению, такой выбор координат оказался непредусмотрительным, и при переходе к полигону-2 (в южной части Рудного Поля) были получены отрицательные координаты, которые менять не стали. Поэтому требуется различать координаты точек, например, 20/20 и 20/-20. Точность привязки таким методом составляет 0,25 м, что позволяет возвращаться к изучению тех же точек в другие полевые сезоны. Полигон-3 расположен много восточнее полигонов-1 и 2, и потому его координаты не привязаны к точке 0/0 из-за снижения точности на больших расстояниях. Координата юго-западного угла полигона-3 принята как 100/0, остальные высчитывали аналогично полигону-1. Помимо изучения полигонов, исследовали профиль через всю термоаномалию (профиль 20-20' показан на рис. 2.2).

Полигон-1 располагается на северном фланге крупной центральной термоаномалии, захватывая и холодные зоны (рис. 2.3). Поверхность покрыта преимущественно гравием, твердая. В южной части полигон захватывает термальную площадку, на которой во множестве развиты мелкие проколы (то есть точки выхода газов, залитые водой, но не имеющие видимого стока). Эту область Рудного Поля исследовали ранее: на территории полигона имеются скважины К-1, Р-8, Р-9, дренажные трубочки (прил. 7). В северной части полигона располагается ист. Аурипигментный, в котором осаждается рентгеноаморфный осадок сульфида мышьяка. На полигоне изучены профили: А-A' (часть профиля 20-20'); Б-Б' и В-В'.

Рис. 2.3. Схема строения и изученности полигона-1 (состояние на сентябрь 1989 года) 1 - парящая площадка; 2 - термальные источники; 3 - ручей; 4 - изотермы на глубине 50 см; 5 - скважины; 6 - шурфы

Полигон-2 расположен на южном фланге той же термоаномалии, что и полигон-1. Здесь характерен более резкий переход от термоаномалии к холодной зоне. В северной части, на термальной площадке, широко развиты проколы и крупные, но неглубокие котлы, имеющие сток воды. Поверхность полигона менее твердая, покрыта гравием и глиной. Профили для изучения выбраны в крест с температурной зональностью (рис. 2.4): Д-Д', Е-Е', 0-Е' и продолжение профиля 20-20'.

Рис. 2.4. Схема строения и изученности полигона-2 (состояние на сентябрь 1989 года) 1 - парящая площадка; 2 - ручей; 3 - котлы, заполненные глиной; 4 - изотермы на глубине 50 см; 5 - скважины; 6 - термальные котлы

Полигон-3 расположен также на южном фланге, но восточнее. Его поверхность покрыта гравием, но непрочная, кое-где грунт проваливается под тяжестью веса человека. Севернее полигона находятся крупные термальные воронки, имеющие сток, они образуют оз. Малое Хлоридное диаметром 20 м и возникли, вероятно, в результате фреатических взрывов. Температура воды в них 39-52 ^oС. Северная половина полигона занята термоаномалией, которая резко переходит в холодную зону. Здесь встречена небольшая локальная термоаномалия. На полигоне изучены профили 100-100' и 110-110' (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема строения и изученности полигона-3 (состояние на сентябрь 1989 года) 1 - парящая площадка; 2 - ручей; 3 - котлы, заполненные глиной; 4 - изотермы на глубине 50 см; 5 - скважины; 6 - термальные котлы

Детальные распределения температур по разрезам представлены на рис. 2.8-2.15. Термоаномалии являются областями поступления глубинных флюидов. Выделяются два типа термоаномалий: связанных с потоком газопаровой фазы и двухфазных гидротерм. Ранее было известно, что мышьяковая минерализация приурочена к термоаномалиям второго типа [Вулканизм , 1974]. Наблюдаемая корреляция между содержанием хлора и мышьяка интерпретируется как доказательство преимущественно растворенного переноса этих компонентов. Детально эти вопросы рассмотрены в гл. 3. Принципиально, что гидротермы являются двухфазными, газово-жидкими, а температура их близка к температуре кипения.

По состоянию гидротермальных флюидов выделяются три зоны в разрезе Рудного Поля (рис. 2.6): кипения, конденсации и холодная. Температура зоны > 98 ^oС (температура кипения на высоте Узона) и с ростом глубины слабо изменяется по линии насыщенного пара воды. Максимальная температура, измеренная на глубине 1 м, составляет 102 ^oС. В этой зоне велика доля в газовой фазе водяного пара. Измерения теплосодержания гидротерм, выполненные для центральных частей изученных термоаномалий, показали, что мольная доля водяного пара составляет от 85 до 95% при температуре 99-99,5 ^oС.

Рис. 2.6. Блок-схема термической зональности. На поверхности обозначены области, выделяемые по температурам на глубине 50 см: 1 - термоаномалии, 2 - фланги термоаномалий, 3 - периферийная область

Зона конденсации располагается у поверхности или на флангах термоаномалий. В этой зоне температура быстро снижается до 70-50 ^oС, но гидротермы сохраняют двухфазный режим. Термический градиент этой зоны, как правило, равен 1 ^oС/см. Режим флюидов в этой зоне определяется соотношением воды и газовых компонентов (CO₂, H₂S, CH₄ и др.)

Гидротермы в холодных зонах не содержат газовой фазы. Температура таких зон, обычно, не превышает 50 ^oС. По наблюдениям за миграцией растворов, в них преобладает застойный режим.

Помимо крупных термоаномалий, все профили, кроме E-E', встретили термоаномалии диаметром в несколько метров.

Наблюдения в течение двух лет выявили относительную устойчивость положения изотерм в грунте (рис. 2.7). К сожалению, сезонные колебания температурного поля не удалось установить из-за того, что все работы проводились только в июле-сентябре.

Рис. 2.7. Сопоставление температур, измеренных по профилю А-А' (полигон-1) в 1989 (1) и 1988 годах (2)

По результатам исследователей, в зимнее и весеннее время, температуры действительно существенно отличаются от летних [Карпов, Павлов, 1976]. Вероятно, на это оказывают влияние два фактора: температура воздуха и поток талых вод.

Зимой воздух существенно холоднее, а весной и в начале лета термальные поля заливают талые воды, поэтому температуры в грунте снижаются и изотерма кипения (98 ^oС) проходит глубже. К сожалению, прямых данных о распределении температур в разрезе нет, но опубликованные режимные наблюдения за температурой в 1977-1989 годах для одной точки на разных глубинах позволяют оценить сезонные изменения [Карпов, Павлов, 1976]. Для глубины 30 см разница между осенними и весенними замерами составляет 50 ^oС, для 50 см - 20 ^oС, для глубин 150 и 200 см различия незначимые.

Хотя опубликованные режимные данные неполны - в них нет зимних замеров, имеются пропуски, в них можно отметить не только годовые циклы, но и колебания с большим периодом. Эти многолетние циклы могут отражать эволюцию гидротермальной системы или быть следствием климатических колебаний.

2.3. Минералогическая зональность

Как правило, породы Рудного Поля имеют черный цвет из-за развития тонкодисперсного пирита. В случае наличия мышьяковой минерализации их цвет изменяется от ярко-желтого (аурипигмент) до оранжевого (аурипигмент, узонит, алакранит) и красного (реальгар). При полевых описаниях горизонты выделялись по цвету. Уже первые исследования шурфов показали, что в разрезах могут быть выделены три зоны, имеющие четкое пространственное разделение и прослеживающиеся от одной точки к другой (прил. 8). Ярко-желтый горизонт был назван аурипигментным, оранжевый - реальгар-аурипигментным, а красный - реальгаровым. С получением все новой информации стало ясно, что эти три зоны могут быть выделены и как элементы минералогической зональности. В случае, если породы содержали мало минералов мышьяка, пробы просматривали под бинкулярным микроскопом. Помимо зон с минералами мышьяка, мы выделяли антимонитовую зону. Пирит является сквозным минералом, и все зоны содержат этот минерал.

В ряде случаев проводились определения отобранных монофракций рентгенофазовым методом. В пробах определены реальгар, узонит, алакранит, аурипигмент, антимонит, пирит, марказит, киноварь и сера. Вместе с тем эти материалы позволили установить подробное распределение минералов по разрезу.

Реальгаровый горизонт. Реальгар преобладает, а узонит и алакранит присутствуют в подчиненном количестве в верхней части. Реальгаровая минерализация образует чередующиеся тонкие слои мощностью до 1 см, общая мощность горизонта до 50 см. Кристаллы реальгара относительно крупные (до 2 мм), короткопризматические, темно-красного цвета. Характерная особенность - кристаллы в нижней части горизонта имеют формы травления и, часто, почти полностью растворены.

Реальгар-аурипигментный горизонт. Кристаллы реальгара длиннопризматические, игольчатого вида, золотисто-красного цвета, хорошо огранены и не имеют форм травления. В сопоставимых количествах здесь присутствуют кристаллы узонита и алакранита. Их кристаллы также хорошо сформированы и имеют размер до 0,5 мм. Аурипигмент кристаллов не образует, встречается внутри пустот и каналов, по которым циркулируют растворы, в виде волокнистых масс. Под электронным микроскопом удается рассмотреть, что волокна состоят из отдельных чешуек и глобулей размером n^.10^-3 мм. В большинстве случаев эти образования рентгеноаморфны, и лишь иногда удается получить диффузные пики, характерные для решетки аурипигмента.

Аурипигментный горизонт содержит преимущественно аурипигмент и рентгеноаморфные сульфиды мышьяка состава As₂S₃, причем часто в таком количестве, что они заполняют все поровое пространство гравелита и иногда даже цементирует его. В нижних частях встречен узонит в виде крупных желтых кристаллов. Помимо глобулярного аурипигмента, в этом горизонте встречаются аморфные натечные агрегаты состава AsS.

Антимонит встречен в ряде скважин Рудного Поля. Обогащенные им породы не образуют четких слоев, а представляют собой линзы. Антимонит присутствует в двух генерациях: для нижних частей характерны игольчатые кристаллы длиной до 0,3 мм, образующие инкрустации и друзы, а вверху отлагаются глобули с радиально-лучистым строением. Линзы антимонита пересекают горизонты мышьяковых минералов, поэтому антимонит встречается как с реальгаром, так и с аурипигментом.

Пирит присутствует во всех пробах и представлен несколькими генерациями: кубические кристаллы размером до 1 мм в наиболее глубоких частях, натечные образования, покрывающие и цементирующие гравий (ниже реальгарового горизонта), глобули и мелкокристаллические массы среди глинистого материала (верхняя часть). Повсеместно в обломках вмещающих пород наблюдаются, помимо того, псевдоморфозы по желесосодержащим минералам и мелкие глобули в стекле.

Киноварь, по данным предшественников [Карпов, 1988], крайне редко находят на Рудном Поле. Единственное зерно киновари встречено Л.А. Герасимовской в скважине 20/8 на глубине 50 см совместно с антимонитом и реальгаром.

Положение охарактеризованных выше реальгарового, реальгар-аурипигментного и аурипигментного горизонтов, а также тех, в которых диагностирован антимонит, приведены на рис. 2.8-2.15 вместе с другими данными по разрезам.

Рис. 2.8. Результаты исследования разреза по профилю Б-Б' (полигон-1): распределение температур, минералогическая зональность, содержание железа, мышьяка и сурьмы в породах. Положение профиля показано на рис. 2.3

Рис. 2.9. Результаты исследования разреза по профилю В-В' (полигон-1): распределение температур, минералогическая зональность, содержание железа, мышьяка и сурьмы в породах. Положение профиля показано на рис. 2.3

Рис. 2.10, а. Результаты исследования разреза по профилю Е-Е' (полигон-2): распределение температур, минералогическая зональность, содержание железа и мышьяка в породах. Положение профиля показано на рис. 2.4

Рис. 2.10, б. Результаты исследования разреза по профилю Е-Е' (полигон-2): содержание сурьмы, ртути и германия в породах

Рис. 2.11. Результаты исследования разреза по профилю Д-Д' (полигон-2): распределение температур, минералогическая зональность, содержание мышьяка и сурьмы в породах. Положение профиля показано на рис. 2.4

Рис. 2.12. Результаты исследования разреза по профилю 0-0' (полигон-2): распределение температур, минералогическая зональность, содержание мышьяка и сурьмы в породах. Положение профиля показано на рис. 2.4

Рис. 2.13. Результаты исследования разреза по профилю 110-110' (полигон-3): распределение температур, минералогическая зональность, содержание железа и мышьяка и сурьмы в породах. Положение профиля показано на рис. 2.5

Рис. 2.14. Результаты исследования разреза по профилю 100-100' (полигон-3): распределение температур, минералогическая зональность, содержание мышьяка и сурьмы в породах. Положение профиля показано на рис. 2.5

Рис. 2.15. Распределение температур, минералогическая зональность, содержание мышьяка и сурьмы в породах по профилю 20-20'. Условные обозначения на рис. 2.10

Изучение форм кристаллов под оптическим и электронным микроскопами показало, что можно выделить по крайней мере две генерации кристаллических агрегатов реальгара и антимонита. Кристаллы из нижних частей зон развития минералов (I генерация) обычно крупнее и имеют формы травления. В верхней части кристаллы, как правило, хорошо огранены, имеют игольчатый вид и свежие грани (II генерация).

Чрезвычайно интересным оказалось взаимодействие между сульфидами мышьяка. Л.А. Герасимовская (устное сообщение) выделила три типа замещений: 1) перекристаллизация глобулярных выделений с образованием кристаллических агрегатов, как правило, с увеличением содержания мышьяка; 2) инконгру-энтное растворение узонита и алакранита с образованием реальгара; 3) замеще-ние реальгара сульфидами с более низким содержанием мышьяка. К сожалению, имеющиеся материалы получены только по двум скважинам и не дают полной картины для всех участков Рудного Поля. Однако эти данные показывают наличие процесса сложных превращений сульфидов мышьяка с изменением степени кристалличности и соотношения As/S.

Сопоставление минералогической зональности с распределением температур показало, что все горизонты располагаются в зоне конденсации и положение минералов контролируется температурой. Так, в зоне кипения (T > 98 ^oC) минералы мышьяка и сурьмы не фиксируются. В зоне конденсации формируются все минералы, причем наибольшее развитие получают реальгаровый и реальгар-аурипигментные горизонты. Здесь же встречен антимонит. В холодной части реальгар уступает место аурипигменту и исчезает. Характерно, что реальгар-аурипигментный горизонт сечет изотермы.

Распределение рудных минералов на разных участках позволило выделить несколько типов разрезов, характерных для разных областей.

Наиболее полные разрезы встречаются на флангах термоаномалий. Полный, или антимонитовый, тип, описанный С.И. Набоко и С.Ф. Главатских [1970], представлен зональностью (снизу вверх): антимонит => реальгар => реальгар + аурипигмент => аурипигмент. Реальгаровый тип отличается от полного отсутствием антимонитового горизонта.

Для зон термоаномалий минералы мышьяка и сурьмы имеют обычно слабое развитие и только вблизи поверхности. Здесь встречены те же два типа разрезов, которые характерны для флангов, но выделен и дополнительный сокращенный, или пиритовый, тип, для которого характерно практически полное отсутствие минералов мышьяка и сурьмы. Лишь в самом верху разреза встречается малое количество аурипигмента. Такие разрезы характерны для самых горячих частей, покрытых с поверхности гравием. Наиболее обычен в термоаномалиях реальгаровый тип разреза. Антимонитовые разрезы в этих областях встречаются редко и имеют специфику: вся полная зональность развита только на верхних 7-15 см. Поверхность участками развития антимонитовых разрезов чаще покрыта глиняной коркой или ручьями.

В холодных областях обычно развит аурипигментный тип разреза, в котором на глубине до 120 см не встречен реальгар. Даже на удалении от рудоконтролирующих термоаномалий в грунте прослеживается тонкий аурипигментный прослой. В разрезах этого типа антимонит не обнаружен, но у Г.А. Карпова [1988] приведено описание антимонит-аурипигментного разреза без реальгара.

На закопанном в грунт для измерений in situ оборудовании за несколько часов образуются корочки сульфидов мышьяка. Они всегда были представлены не кристаллами, а аморфными агрегатами. По мнению Л.А. Герасимовской (устное сообщение), отложение рудного вещества и в разрезе происходит через глобулярные и аморфные формы, которые затем постепенно перекристаллизуются.

2.4. Литохимическая зональность

Традиционно изучение разрезов Рудного Поля проводилось закопушками или скважинами шнекового бурения. Оба способа имеют существенные недостатки: закопушки непрерывно заливают горячие воды, размывающие стенки, что ограничивает глубину и сильно повреждает объект, а шнековые скважины не позволяют детально опробовать разрез из-за высокой водонасыщенности пород. Поэтому была применена методика, аналогичная отбору донных осадков трубкой. Специальную трубу диаметром 200 мм забивали в грунт и вынимали вместе с ненарушенным керном. В ряде случаев керн уплотнялся в трубе на 5-10%.

Бурение скважин с отбором керна проводили по профилям, предварительно изученным термосъемкой. Расстояние между скважинами выбирали от 2 до 5 м в зависимости от изменчивости температурного поля. Глубина скважин 1-1,2 м, опробование проводили поинтервально, величину интервалов изменяли от 5 до 15 см в зависимости от степени изменчивости разреза. Общее описание проб проводили на месте, затем их просматривали под бинокулярным микроскопом для минералогического изучения. Таким образом было изучено 80 скважин.

Определение Fe, As, Sb проводили рентгенорадиометрическим методом на кафедре геохимии МГУ (аналитики - Е.В. Коренева и В.В. Стешенко) [Бычков и др., 1990]. Помимо этого, все пробы проанализированы полуколичественным спектральным анализом (лаборатория Бронницкой геолого-геохимической экспедиции ИМГРЭ), а для отдельных скважин определено содержание ртути (Александровская экспедиция, атомно-абсорбционный метод), германия (МГУ, спектральный анализ, аналитик - Е.И. Коробко) и серы (МГУ, химический анализ, аналитик - В.В. Мошков).

Изучение распределения содержания элементов в разрезах Рудного Поля показало, что аномальные (превышающие фоновые) значения наблюдаются для As, Sb, Hg, Fe и Ge. Прочие определенные элементы (Си, Zn, Pb, Со, Ni, Ti, V, Mn, Sn, W, Ga, Se, Zr, Ba, В) имеют случайное распределение, и их содержание близко к значениям для вмещающих неизмененных пород. Таким образом, гидротермальное рудоотложение Узона имеет четко выраженную ртутно-сурьмяно-мышьяковую специализацию. Вероятнее всего, это связано с составом поступающих в зону рудоотложения растворов и параметрами геохимического барьера.

Железо. Вмещающие породы, представленные обломками вулканогенных пород, имеют значительное содержание железа. Количество новообразованных сульфидов железа (пирита, марказита, мельниковита) не всегда пропорционально общей концентрации Fe в пробе, из-за того что сульфиды зачастую развиваются непосредственно по минералам и стеклу вмещающих пород. Поэтому таким анализом можно определить лишь области максимального отложения Fe на геохимическом барьере, но не общее содержание сульфидов железа.

В зоне кипения содержание железа близко к исходным породам и составляет 3,5-4% (рис. 2.8-2.10, 2.13 и 2.15). Минералогические исследования показали, что сульфиды железа образуются за счет минералов обломков, сначала как микрокристаллические и глобулярные образования в породе, затем перекристаллизуются в относительно крупные (до 2 мм) кристаллы при полной аргиллизации. Пересчет по содержанию сульфидной серы в этих пробах показал, что примерно половина общего железа может быть связана в пирит.

Для зоны конденсации содержание железа достигает максимальных значений (5-7%), в отдельных горизонтах 10%. Здесь фиксируется наиболее массовое развитие новообразований пирита, причем существенны не метасоматические замещения, а мелкокристаллические, глобулярные или натечные образования, покрывающие обломки или заполняющие поровое пространство. Местами отмечаются <рудные брекчии>, когда пирит цементирует обломки. Вероятно, эта зона является основной для отложения железа на геохимическом барьере. Необходимо отметить наличие нескольких максимумов содержания железа в ряде разрезов, что особенно характерно для промежуточных областей флангов термоаномалий. Вероятно, это связано с изменчивостью положения изотерм в грунте (и, соответственно, геохимического барьера) в зависимости от времени года.

В холодных зонах содержание железа низкое - 2,2-3,5%. Встречаются обеленные обломки, отсутствие массового развития пирита. Несмотря на это, во всех пробах пирит был обнаружен. Возможно, из этой зоны железо выносится под воздействием сернокислых растворов, рН которых зачастую достигает 2-2,5.

Мышьяк. В зоне кипения содержания As составляет 0,01-0,1%, что на 2-3 порядка выше, чем в неизмененных изверженных породах (рис. 2.8-2.15). Здесь, как правило, не наблюдается сульфидов мышьяка, поэтому основным его концентратором выступает, по-видимому, пирит [Зотов и др., 1972]. Находки пирита с высокими содержаниями As (до 6%) на Рудном Поле известны [Карпов, 1988].

В зоне конденсации содержания мышьяка сильно возрастают. Для реальгарового и реальгар-аурипигментного горизонтов характерные значения 0,3-1%, для аурипигментного - 0,5-2%. Для аурипигментного горизонта было определено максимальное значение содержания мышьяка (4,75% - скважина 20/20, глубина 50 см). Для реальгарового горизонта зачастую можно наблюдать несколько максимумов обогащения, как и для железа. Если принять, что это явление отражает изменение положения геохимического барьера, становится понятным, почему концентрации мышьяка в аурипигментном горизонте выше, чем в реальгаровом. При аномально высоком положении геохимического барьера в разрезе весь реальгар переотлагается выше, а затем, при низком его положении, окисляется до устойчивого аурипигмента. Аурипигментный горизонт выполняет роль резервуара, в который постепенно скапливается выносимый за несколько циклов мышьяк. Это подтверждается несколько независимым положением его относительно реальгарового и реальгар-аурипигментного (северная часть профиля-20/-20').

В холодных зонах содержание As невелико (0,01-0,3%) и связано с тонкодисперсными рентгеноаморфными сульфидами состава As₂S₃. Вероятно, здесь же может присутствовать скородит, но его диагностировать не удалось.

Сурьма. В зоне кипения и в холодных частях разреза концентрация сурьмы составляет 0,01-0,02% (рис. 2.8-2.15). Только в отдельных частях зоны конденсации наблюдается повышенное содержание до 0,28 и даже 0,66% (точка 10/18). Зоны обогащения представляют собой линзы, часто осложненные несколькими максимумами концентраций. Так же как для железа и мышьяка, это может быть объяснено сезонным изменением положения геохимического барьера. Во всех случаях зоны обогащения Sb отвечают горизонтам, в которых был обнаружен антимонит. Антимонит не всегда сопровождает сульфиды мышьяка, что может свидетельствовать о более узком интервале условий, необходимых для его осаждения.

Ртуть. Для Узона в целом вынос ртути весьма существен, что показано Н.А. Озеровой [1986]. Распределение этого элемента можно видеть только на профиле Е-Е' (рис. 2.10, б). Содержание Hg для нижних частей зоны кипения и холодных частей составляет 1-3^.10^-4%. В зоне конденсации оно составляют 4-7∙10-4%. Максимум концентрации ртути не столь контрастен, как для мышьяка и сурьмы, но можно сделать вывод, что элемент этот осаждается совместно с ними на одном геохимическом барьере. К сожалению, не удалось определить форму нахождения ртути в породе. В зоне максимального содержания Hg не обнаружены киноварь, метациннабартит или другие ее минералы. Вероятно, это связано с очень низкими концентрациями Hg и, соответственно, малыми количествами минералов. С другой стороны, есть данные о большой подвижности ртути в пробах (за год хранения из них улетучилось 50-90% Hg), что может свидетельствовать об элементарной форме нахождения. Кроме того, на Рудном Поле описаны пириты с высоким содержанием ртути [Карпов, 1988]. Для некоторых других термальных систем Камчатки также описаны пириты с большой концентрацией ртути [Озерова и др., 1971].

Германий. Полуколичественный спектральный анализ неожиданно показал, что верхние части всех разрезов активных зон заметно обогащены германием. Количественные определения для профиля Е-Е' подтвердили это (рис. 2.10, б). Приповерхностный слой 10-15 см в 3-5 раз богаче этим элементом, чем нижние части. Максимальное содержание до 1^.10^-3% встречено в поверхностной глине, в то время как для нижних горизонтов оно составляет 1,5-2,5^.10^-4%, что близко к значениям для вмещающих пород. Вероятно, концентрирование германия связано с другим механизмом, чем для As, Sb, Fe и Hg, поскольку горизонт его обогащения расположен у поверхности без прямой связи с температурной зональностью. Результаты полуколичественного анализа показывают для других профилей аналогичную закономерность, но из-за большой погрешности метода эти данные здесь не приведены. Концентрирование германия может быть связано с сорбцией на поверхностной гидротермальной глине или других минералах с сильно развитой поверхностью.

Сера. Распределение форм серы (сульфидной и элементарной) было изучено только по профилю А-А' на полигоне-1 (табл. 2.1). Результаты показали, что существенные концентрации элементарной серы встречаются лишь в реальгар-аурипигментном горизонте.

Таблица 2.1. Содержание сульфидной и элементарной серы (вес.%) в породах профиля А-А' на полигоне-1 (аналитик - В.В. Мошков)
Скважина	Глубина, см	S сульфидная	S элементарная	Минеральная зона*
20/5	30	6,1	0,1	-
20/5	50	5,8	0,1	-
20/5	100	7,5	0,2	-
20/13,5	10	3,2	0	Аурипигмент
20/13,5	30	5	0,1	>>
20/13,5	50	16	7	Реальгар + аурипигмент
20/13,5	80	6	0,2	Реальгар
20/13,5	100	8	0,1	-
20/20	15	1,2	0,1	Аурипигмент
20/20	25	1,2	0,2	>>
20/20	40	2,1	0,1	>>
20/20	60	12	0,1	>>
20/20	70	3	2	Реальгар + аурипигмент
20/20	80	3	1	>>
20/20	100	5	0,4	Реальгар
* Пирит присутствует во всех пробах, в ряде проб встречен антимонит.

Соотношение максимумов содержания элементов позволяет утверждать, что зональность литохимическая, ее характеризует последовательность элементов, отлагающихся на геохимическом барьере. В целом, температура является важнейшим фактором, определяющим рудную зональность, причем основное рудоотложение происходит в зоне конденсации (то есть при температурах < t_кип). В наиболее высокотемпературных условиях (98-90 ^oС) отлагаются ртуть и, несколько позднее, сурьма, затем железо (95-80 ^oС) и мышьяк в виде реальгара (75-60 ^oС) и реальгар-аурипигментной ассоциации (60-50 ^oС). Отложение мышьяка в форме аурипигмента происходит при температуре < 50 ^oС, но этот процесс контролируется не только температурой, но и другими факторами (окислительно-восстановительный потенциал, кислотность растворов).

Возможно, что обогащение германием верхних частей разреза связано с сорбцией этого компонента на глинистых минералах в условиях кислой среды.

Латеральное распределение компонентов показывает, что основная масса сульфидов приурочена к флангам термоаномалий, то есть к тем областям, где зона конденсации имеет большую мощность. На участках термоаномалий, рудные горизонты развиты также только в зоне конденсации, а там, где изотерма 98 °С проходит совсем близко к поверхности, вовсе отсутствуют. Этот результат оказался весьма неожиданным, поскольку ранее считалось, что в наиболее горячих частях Рудного Поля рудная зональность имеет максимальное развитие [Карпов, 1988; Алехин и др., 1987].

В холодных периферийных областях развит только аурипигментный горизонт, а реальгаровый и антимонитовый не встречены. К сожалению, глубина наших скважин не позволяет однозначно утверждать, что глубже 120 см здесь не может быть встречен реальгар. Для некоторых разрезов удалось проследить выклинивание реальгарового горизонта на глубине 80-100 см.

При наличии нескольких горизонтов обогащения литохимическая зональность дает несколько циклов, как это можно видеть на примере скважины 31/15 профиля Б-Б' (рис. 2.17). На рисунке выделены два одинаковых цикла зональности (Sb-Fe-As) - верхний и нижний. Кристаллы реальгара из горизонта, отвечающего нижнему циклу, имеют формы растворения, поэтому можно предположить, что на момент наблюдения положение геохимического барьера отвечает верхнему циклу. Вероятнее всего, причина миграции барьера - смена времен года. Наблюдения проводились в сезон, когда на термальных полях меньше всего воды - в июле-сентябре, а потому логично предположить, что зимой, когда температура воздуха существенно ниже, или весной, когда термальные поля залиты талыми водами, верхний слой охлаждается более интенсивно, а геохимический барьер проходит глубже.

Как показано в гл. 3, смещение геохимического барьера позволяет объяснить отмеченный ранее факт, что максимальные концентрации Sb и As в растворе наблюдаются внутри рудного горизонта и уменьшаются вверх и вниз [Алехин и др., 1987].

Для определения времени переотложения рудных разрезов мы поставили эксперимент. Один из шурфов, изученных в 1988 году, был заполнен свежим гравием без рудных минералов. Через год его повторно исследовали. Результаты показали, что температура в засыпке возросла и изотерма кипения стала проходить ближе к поверхности из-за того, что проницаемость гравийного заполнения оказалась выше, чем ненарушенного разреза. Это привело к смещению вверх геохимического барьера и максимума содержания As также ближе к поверхности, чем были в исходном разрезе. В искусственной засыпке не обнаружено кристаллических выделений сульфидов мышьяка. В горизонтах обогащения гравий был покрыт тонкими пленками рентгеноаморфных фаз желтого и оранжевого цвета состава от AsS до As₂S₃.

Минералогические наблюдения подтверждают, что первичное рудное вещество осаждается в виде тонкодисперсных и аморфных выделений.

Выводы

1) Выделена температурная зональность Рудного Поля: области термоаномалий, переходные и холодные области. По фазовому состоянию гидротерм выделены зоны в разрезе рудного тела: зоны кипения, конденсации и однофазных флюидов.

2) Выделены минералогические зоны, имеющие четкие границы и прослеживающиеся от точки к точке: антимонитовая, реальгаровая, реальгар-аурипигментная и аурипигментная.

3) Минералогическая зональность имеет четкие корреляции с температурной: в зонах кипения оруденение отсутствует или слабо проявлено. Максимальное развитие рудных минералов наблюдается в зоне конденсации и постепенно выклинивается в холодные зоны.

4) При снижении температуры осаждаются рудные элементы в следующей последовательности: ртуть, сурьма, железо, мышьяк.

5) В ряде точек обнаружено несколько горизонтов обогащения рудными компонентами, интерпретируемых как изменение положения геохимического барьера. Это предположение подтверждено минералогическими наблюдениями.