Курсовая работа: Состав эпитермальных гидротерм, процессы, и химическая структура эпитермальных систем

Химический состав гидротерм является главным фактором, контролирующим растворимость металлов. Он также влияет на тип и минералогию изменений. Интерпретация химии гидротерм по данным гидротермальной минералогии и флюидных включений является необходимым условием к полному пониманию минералообразования и взаимосвязанных с ним гидротермальных процессов и их миграции. Более того, химический состав низкоерных гидротерм является относительно простым.

1. Состав низкосерных гидротерм в эпитермальных условиях

Имеются пробы гидротерм, полученные из флюидных включений. Многое из того, что известно об этих гидротермах, получено путём косвенного анализа. По существу, описать часто можно только состав гидротерм в виде эквивалента вес.% NaCl, с помощью которого можно объяснить наблюдённую температуру замерзания. Отношение между кажущейся минерализацией и температурой замерзания флюидного включения было определено Поттером и др.;

Экв. Вес% NaCl = 1.76958 Z - 2384 х 10^-2 Z² + 5.2778 + 10^-4 Z³ , где Z является понижением t замерзания. Таким образом, флюидное включение, имеющее понижение t замерзания на 1.0 ⁰ С, эквивалентно NaCl = 1.73 вес.%.

Хеденквист и Хенли систематизировали большинство данных о t замерзания флюидных включений, полученных на эпитермальных системах благородных и неблагородных металлов. Эти данные обобщены в таблице. Кажущаяся солёность "ископаемых" эпитермальных гидротерм колеблется в пределах 0-8 экв. вес.% NaCl, с преобладанием гидротерм, имеющих минерализацию менее 3 экв. вес.%. Кажущаяся минерализация

эпитермальных месторождений неблагородных металлов несколько выше и колеблется от О до 17 экв. вес.% NaCl. Simmonsetal. представили очень детальные данные по флюидным включениям для сульфидной и серебренной минерализации в серебренном эпитермальном месторождении Фреснилло в Мексике. Гидротермы, связанные с образованием серебра, имеют минерализацию 8-12 экв. вес.%№0, тогда как безрудная стадия кварцевых гидротерм имеет очень низкую минерализацию.

Таблица 1 Обобщённые типовые характеристики гидротерм низко серных геотермальных систем и эпитермальных рудных месторождений

Геотермальные системы	Эпитермальные рудные месторождения
Благородных металлов	Неблагородных металлов	Куроко
Th0 C	100-300[1]	200-310[2]	200-310	200-310[3]
Tm0 C	0.0 to< - 2	0.0 to - 5+	0 to - 10	0 to -5 +++
Кажущаяся минерализация	0.2 -3+	0 - 8	0 - 17	0 - 8 +++
Реальная минерализация	0.1 - 3.0 ++	0 - 2	1 - 10	3+
mCO2	0.01 - 0.5	< 0.01 - 1.6	0.05 - 1.4	0.01 - +++

Лахир) и на Филиппинах всё ещё имеют связанные с ними горячие гидротермы. В дальнейшем будут обсуждаться особенности контроля формирования золотых месторождений в эпитермальной системе.

Таблица 2 представляет главные химические элементы глубинных хлоридных гидротерм активных эпитермальных систем. Они являются предполагаемыми минерализованными гидротермами, которые переносят значительные количества металлов. Концентрации благородных и неблагородных металлов получены в некоторых из них и обычно колеблются от ц/кг до ц/кг для неблагородных металлов плюс талий и до цг/кг для мышьяка и сурьмы. Значительно более высокие концентрации отмечаются в высоко минерализованных гидротермах.

Данные, полученные по Бродлэндс и Каверау гидротермальным системам в Н. Зеландии, показывают, что концентрации золота и серебра в глубинных гидротермах выше, чем ранее предполагалось. Эти результаты свидетельствуют, что глубинные гидротермы ближе к насыщению, чем обычно считалось.

Из таблиц 1, 2 и Рис. 1 видно, что иногда СО₂ может равняться или преобладать над хлором в нейтральных гидротермах, несмотря на то, что часто используемый термин "хлоридные воды" относится к гидротермам более глубоких горизонтов активных и ископаемых эпитермальных систем. Это обычно применяется к низкосерным системам, тогда как высокосерные гидротермы будут иметь состав ближе к составу "вулканических газовых конденсатов. Эти высоко серные гидротермы и их возможная связь с медно-порфировыми системами будет обсуждаться более детально в последующих разделах.

С этих позиций будет рассмотрено формирование гибридных вод в эпитермальных системах на примере базовой модели, предложенной Хенли и Эллисом. Она объясняет особенности, наблюдаемые в гидротермальных системах, расположенных в кислых структурах. В следующем разделе будут обсуждены взаимосвязи кипения и глубины, газоотделения при кипении, смешивания и т.д.

Конвективная гидротермальная система преимущественно представлена метеорной водой и располагается над или вблизи магматического источника тепла. Основное различие между системой, связанной с кислым вулканизмом и системой, связанной с андезитовым вулканизмом может быть, если поверхность рельефа более резко колеблется в последнем примере. Если это так, то более высокий гидравлический градиент увеличит наклон горизонтального потока и большинство проявлений может проявиться на склонах. Пока основное внимание сосредоточено на системах, связанных с кислым вулканизмом. Обсуждение систем, связанных вулканизмом, рассмотрим при описании высокосерных гидротерм.

Таблица 2 Состав гидротерм в недрах активных гидротермальных систем, представленный на Рис. 1

Система		Н		Т		рН	Мг/кг
Li		Na		K		Rb	Cs		Mg	Ca		F	Cl	Br	As
1.Скв. 25 Бродлэндс Н.Зеландия		1080		280		6.2	7.6		540		108		1.1	0.6		0. 004	0.6		3.0	783	2.7	11	2.2
2.Скв. 2 Нгва Н. Зеландия		600		210		6.6	10.1		849		64		0.23	0.52		0.12	41		1.5	1152	48
3.Скв. 3 Каверау Н. Зеландия		600		260		6.1	3.9		529		85		0.52	0.33		0.19	1.37		2.8	865	6.9
Свв. 7 Ваотапу Н.Зеландия		350		225		5.8	5		667		85		0.05	7.2		2	1026	6.8
5.Скв. 80 Вайракей Н. Зеландия		500		200		6.4	7.9		763		69		1-6	1.4		0.01	19.5		6	1260	3.5	28	3.0
6.Скв.4 Хверагерди Исландия		500		184		7.0	0.3		151		12		0.03	0.02		0.16	1.5		1.6	169	0.4	63
7. Скв.7 Отаке Япония		350		200		6.4	3.6		862		95		1.. 5	0.6		0.02	8.0		3.1	983	2.0	172	1.8
8. Скв.405 Тонгонан Филиппины		1800		260		5.4	4238		985		185		8000	22
9.Скв IID-1 Солтон-Си США		1600		340		7	215		50400		17500		135	14		54	28000		1.5	155000	120	5	12
10.Скв. 1 Чезано Италия		1400		250300		304		63140		38680		360	64		13.6	85		80	29610	130630	6.6
11. Скв. MRI Матсика-ва, Япония		945		240		58		36		7	21		3.9	387
12.Скв.Е-205, Матсао Тацвань		1500		245		2.9	18.5		3917		642		8.5	6.8		93.4	1049		5	9560	250	2.6
13. Арима, Япония		Источник		98		---	20533		4664		40.1	4069		43790	0
1 Тамагава Япония		Источник		98		1.2	106		19		31	208		56	3135	1268	1.0
15. Скв. 8 Рейкьянес, Исландия		1750		275		5.9	10195		1531		0.34	1519		19105	23
Морская вода		8.2	0.1		10760		387		0.2	0.002		1290	413		1.9	19355	65	2710	0.01
№	Общее в виде											NaCl Вес.%			Экв NaCl вес. %
SiO2		B
1	168		30.7		1.9			12250		90		0.13			0.90
2	346		813		95			14370		74		0.19			1.34
3	536		52		0.7			3520		100		0.14			0.40
4	284		16.3		0.8			1389		65		0.17			0.28
5	242		14		0.15			230		5.0		0.21			0.23
6	270		0.5		0.1			122		26		0.03			0.05
7	343		16.5		0.1			567		3		0.16			0.22
8	537		170		-			4060		34		1.32			1.61
9.	400		390		386			7100		16		25.6			26.2
10	106		2120		70			4680		-		88			12.83
11	364		15		-			-		-		0.00			0.06
12	456		75.6		26			1014		42.5		1.58			1.69
13	-		-		-			370		-		7.22			7.24
14	252		35		-			-		1.6		0.52			0.62
15	602		-		-			1144		31		3.15			3.26
16	5		6		0.02			103		0		3.19			3.37

2 Типы гибридных гидротерм и их происхождение

Как только поднимающиеся глубинные хлоридные гидротермы в конвективной системе пересекут кривую кипения, гидротермы начнут немедленно выделять пар и газ, а в оставшейся части начнётся концентрация нелетучих компонентов. Пар и газ поднимаются, часто вертикально; часто парогазовая смесь проходит через породы, непроницаемы для жидкой фазы. В районах, где зеркало грунтовых вод располагается низко, пар может выходить в виде фумарол с T +100⁰ С. Однако, если парогазовая смесь конденсируется в грунтовых водах около поверхности, там, где имеется прямой контакт с атмосферным кислородом, окисляется до H₂ SO Пар будет нагревать грунтовые воды, которые переходят в кислые сульфатные гидротермы и СО₂ дегазирует из кислых конденсатов при вторичном вскипании этих гидротерм. Эти гидротермы способны местами растворять большие объёмы вулканического стекла и т. д. и могут привести к отложению каолинита, алунита, кристобалита или аморфного кремнезёма и самородной серы.

Такие гидротермы часто содержат большое количество кремнезёма при выщелачивании вулканических стёкол и, если происходит их нейтрализация во время миграции потока через породы, то этот кремнезём может осаждаться. Эти кислые сульфатные гидротермы часто образуют грязевые кипящие котлы вязкой глины. DeWitetal., описали некоторые структуры, заключённые в осадках Барбертон Арчин, которые он интерпретирует как ископаемые грязевые котлы.

Поскольку пар не может переносить хлор или металлы при этих температурах, то нагретые паром кислые сульфатные гидротермы не являются потенциально рудообразующими, хотя они и их производные могут в некоторых случаях быть свидетельством близповерхностного кипения. Эти гидротермы могут также привести ко вторичному обогащению руд, если они инфильтруются назад в систему. Зона аргиллизации в активных системах в районах со спокойным рельефом обычно распространяется не глубже 50-150 м, но этот тип изменений прослеживается до глубины 500 м в зонах пониженной активности на геотермальных системах Хатчобару и Матсукава в Японии. Формирование этих конденсатных гидротерм будет происходить медленнее в аридном климате, где пар будет выходить в виде фумарол, и в меньшей степени конденсироваться в грунтовых водах.

Если пар и газ конденсируются значительно ниже поверхности Земли, где нет непосредственного подсоса кислорода, нагретые воды обогащаются СО2 или бикарбонатом.

Поскольку холодные грунтовые воды могут растворять ограниченное количество кислорода, то в результате образуется около 25 мг/кг сульфатов из Н₂ 8, что приводит к формированию не очень кислых гидротерм, т.к. угольная кислота является слабой кислотой. Эти углекислые конденсаты будут стремиться образовать "зонтик" над системой и с более низкой температурой, что приводит к образованию смешаннослойных монтмориллонит-иллитовых глин и возможно даже каолинита, если концентрации Н2СО3 достигает достаточного уровня. Там, где имеется поверхностная разгрузка этих гидротем, они часто образуют накопления травертинов. Итак, эти гидротермы не являются рудообразующими. Однако, они играют важную роль наряду с холодными грунтовыми водами в качестве разбавителя глубинных рудообразующих хлоридных гидротерм, где разбавление является активным рудообразующим процессом. Эти гидротермы могут влиять на осаждение металлов из хлоридных гидротерм. Общая взаимосвязь между этими гидротермами и геохимической структурой идеализированной эпитермальной системой показана на рис. 3

Любая комбинация вышеописанных вод может образоваться в результате перемешивания вблизи поверхностных условиях, в особенности там, где глубинные хлоридные гидротермы разгружаются в виде горячих источников; холодная грунтовая вода может быть разбавителем в системах, где имеется большой уклон местного зеркала воды. Сульфатно-хлоридные кислые гидротермы образуются, если подводящий канал горячего источника не имеет хорошей изоляции от окружающих кислых сульфатных гидротерм. Окисление сульфидов приводит к образованию аморфных сульфидов мышьяка и сурьмы.

3 Физические процессы; кипение и смешивание

Большинство эпитермальных систем имеют температуры до и выше 300⁰ С, что является свидетельством, магматического источника тепла; но они не всегда размещены в вулканических породах. Концентрация таких высокотемпературных гидротерм вблизи гидротстатического уровня означает, что в этом месте, возможно, их кипение и, как будет показано в следующих главах, имеется много прямых и эмпирических доказательств о широком распространении этого процесса в эпитермальных системах, хотя он не является повсеместным. Однако, поразительное влияние кипения на уменьшение растворимости золота в эпитермальных условиях означает, что он является чрезвычайно благоприятным процессом для золотого минералообразования.

При достижении гидротермами максимальной температуры на пути своей миграции и начале подъёма они будут испытывать декомпрессию и квазидиабатическое расширение до тех пор, пока давление гидротерм уравновешено давлением пара при данной температуре. В этой точке будет образовываться пар и гидротермы кипят. Они достигают точки кипения относительно глубины. Если гидротермы поднимаются достаточно быстро, то они будут следовать по этой кривой, подвергаясь непрерывному кипению; в открытой гидротстатической системе они не пересекают эту кривую.

Отношение точки кипения и глубины показано на рис. 4 для чистой воды, скорректированное для обычно заметного противодействия по потоку в современных системах. Эта кривая представляет гидродинамическую систему, в которой гидротермы поднимаются. На кривую не оказывает сколь - нибудь значительное влияние добавки небольшого количества солей, которые имеются в гидротермах эпитермальных систем. Добавка 1 вес% NaCl к чистой воде при 300⁰ С уменьшает глубину кипения только на 20 м; добавка 10 вес.% NaClуменьшает глубину кипения до 910 м; Haas, 1971).

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--