Реферат: Контроль типов гидротермальных систем и образующихся рудных месторождений
Предполагается, что современным аналогом эпитермальных месторождений хай сульфидейшн, является система Билиран (Lawless, Gonzales, 1982) и Алто Пик (Reyesetal., 1993) на Филиппинах с сольфатарами на поверхности, выделяющими HCl, SО2 и пар. Геологическое опробование скважин детально не производилось с точки зрения изучения минералообразования. Рудная минерализация хай сульфидейшн не была определена, но большая часть скважин бурилась до глубин более тех уровней, на которых она могла бы ожидаться в связи, с чем часть полезной информации все же была поучена на этих системах. Аналогично, рудная минерализация, представленная самородной серой и ковеллином, была изучена на старых неактивных фумарольных полях на вершине уснувшего вулкана Ауканквилча в Чили (Sillitoe, 1973).
Ещё есть другие вариации на эту тему там, где месторождения имеют высокие концентрации теллура. Рудник Имперор на Фиджи является таким классическим примером (рис. 4.7). С другой стороны он более похож на обычную островодужную систему. Предполагается, что месторождения этого типа занимают промежуточное положение между «адуляр-серицитовым» и «алунит-каолинитовым» типами систем.
Однако за исключением нескольких богатых теллуром месторождений, иногда наблюдается разрыв в химическим составе гидротермальных систем. В работе рассмотрены системы хай сульфидейшн и системы лоу сульфидейшн. Небольшое же количество гидротермальных систем занимают промежуточные позиции между ними (интермедиет-сульфидейшн). Причины этому были обсуждены Giggenbach (1992), который связал эти системы с моделью магматической дегазации (рис. 4.2, 4.4). Он показал, что магматические летучие или выделяются быстро при высоких температурах, образуя системы хай сульфидейшн, или задерживаются вблизи остывающих интрузий, формируя порфировые месторождения. Затем они отделяются путём выщелачивания инфильтрационными подземными водами с последующим значительным охлаждением этих участков интрузий, сопровождавшихся хрупким дроблением. Это означает, что при выделении летучих из интрузии фиксируется два резко отличающихся температурных режима: около 1000°С в первом случае и менее 400°С во втором. Наблюдаемые различия в химическом составе рудной минерализации могут быть объяснены этим процессом.
4.2.3Системы, питающиеся морской водой
На небольших низких островах, вблизи побережий и в подводной части гидротермальные системы питаются морскими водами, а не пресными. Отмечаются две главные характерные черты: высокое содержание хлора в образующихся гидротермах и возможное отложение ангидрита. Морская вода близка к насыщенности ангидритом, а ангидрит имеет ретроградную растворимость. Таким образом, когда морская вода нагревается, ангидрит может отлагаться, тем самым значительно снижая проницаемость водовмещающих толщ. Это может усилить влияние на гидрогеологию, что описано ниже.
Высокое содержание хлора благоприятствует переносу полиметаллов и серебра в виде хлоридных комплексов. Эти месторождения, следовательно, характеризуются высоким отношением серебра к золоту.
4.2.4Гидротермальные системы, подверженные эвапоритовому процессу
В редких случаях флюиды, фильтрующиеся в гидротермальные системы, могут образоваться или в эвапоритовом бассейне на поверхности, или в результате взаимодействия с эвапоритами вблизи поверхности. Это может приводить к образованию высоко концентрированных солевых рассолов. Главной причиной для упоминания этой редкой ситуации является то, что одна из таких систем интенсивно разведывалась с целью использования геотермальной энергии на Солтон Си в Калифорнии в США. Были изучены гидротермальные изменения и рудообразование на этой системе, поскольку она является необычным примером взаимодействия вода-порода, в результате которого образуются высокотемпературные гиперсолёные рассолы, вскрытые буровыми скважинами в недрах гидротермальной системы. Здесь получены интересные аналогии с порфировой рудной минерализацией. Однако пределы стабильности гидротермальных минералов, полученные на этой системе, следует применять с осторожностью при работе на других гидротермальных системах, поскольку химический состав гидротерм в них может сильно отличаться от гидротерм Солтон Си.
4.2.5Бассейновые рассолы (рассолы структурных депрессий)
Эти гидротермы упоминаются здесь лишь для полноты информации. В процессе регионального диагенеза, в условиях низкотемпературного метаморфизма в структурных депрессиях, заполненных осадочными породами, происходит общее уплотнение и обезвоживание осадков. Гидротермы поздней стадии, выжатые из этих осадочных отложений, могут быть высоко концентрированными и умеренно нагретыми (до ~ 250°С) под действием регионального теплового потока (но без магматического источника). Однако согласно Plumleeetal. (1995), предполагается, что связь этих месторождений и гидротерм магматического происхождения может быть более тесной, чем обычно считалось. Когда эти гидротермы сосредоточенно стекают в зоны опускания, то они могут формировать промышленные рудные минерализации. Особенно это характерно для карбонатных вмещающих пород. Таким образом, предполагается образование месторождений типа Миссиссипи-Велли (MVT). Здесь наиболее важными являются полиметаллы и флюорит.
4.3 Вулканогенные ландформы и субповерхностная гидрогеология
Ландформы субдукционных зон, связанные с вулканами, в основном, контролируются содержанием летучих и степенью ассимиляции континентальной коры магмой. Здесь позже реализуется главный контролирующий фактор, представленный химическим составом основной массы пород. Хотя эти магмы в меньшей степени обогащены летучими компонентами, которые транспортируют их к поверхности субдукционных зон, они всё-таки содержат больше летучих, чем магмы в других тектонических условиях. Эксплозивный вулканизм, следовательно, является нормой в вулканическом процессе, происходящем в зонах субдукции.
В более кислых, следовательно, более вязких магмах, выделение летучих может быть катастрофически быстрым в связи, с чем образуются значительные толщи пирокластики, окружающие или заполняющие большие кальдеры или вулканотектонические депрессии. Там, где извергаются кислые лавы, они образуют крутосклоновые куполы или короткие мощные потоки.
Менее кислые и, следовательно, менее вязкие магмы могут преобразовывать большую долю лавовых потоков в пирокластику, а потоки лав будут протяженнее и с менее крутыми склонами.
Эксплозивный вулканизм в этом случае не катастрофический. Формируются вулканические центры с высоким рельефом.
Следствием этих различий является гидрогеологическая структура субповерхностных частей гидротермальных систем. Контролирующими факторами являются относительные превышения дневной поверхности, обеспечивающие метеорное водоснабжение гидротермальных систем и обусловливающие пьезометрический уровень высокотемпературных вод в системе. Эти факторы, в свою очередь, в основном, контролируются вулканогенными ландформами и близостью к морю, которое является дренирующим базисом для данной гидротермальной системы (таблица 2).
Таблица 2.
Сравнение типов гидрогеологических структур гидротермальных систем.
4.3.1 Континентальный тип
Этот тип может рассматриваться в качестве «классического» типа гидротермальных систем (рис..8). Они располагаются в районах с континентальной корой, таких как Новая Зеландия и западные штаты США. Следовательно, эти системы являются наиболее хорошо изученными, как с точки зрения извлечения геотермальной энергии, но так и с точки зрения образования рудных месторождений. Однако модели, разработанные для этих систем, могут вводить в заблуждение, если будут применяться для систем другого типа.
Примером континентальных систем являются гидротермальные системы в Вулканической зоне Таупо в Новой Зеландии. В Индонезии некоторые части острова Суматры имеют, частично, такие же характеристики (Lawlessetal., 1995), как и остров Кюсю в Японии (Izawa, Utashima, 1989). В таких районах вулканизм наиболее широко представлен кислой пирокластикой, образование которой связано с большими кальдерами или протяженными вулканотектоническими депрессиями. Риолитовые или дацитовые куполы и другие дифференцированные вулканические продукты встречаются в них, но в подчиненных объёмах. Таким образом, большую часть вмещающих пород этих гидротермальных систем слагают относительно проницаемые ровно лежащие толщи в границах больших структурных депрессий.
Питание метеорными водами гидротермальных систем происходит в районах, возвышающихся над поверхностью зоны восходящего потока. Простой баланс гидрогеологических напоров (давлений) показывает, что пьезометрический уровень высокотемпературных гидротерм в гидротермальной системе совпадает или немного выше дневной поверхности (рис..9).
Таким образом, первичные нейтральные, хлоридные, насыщенные кремнезёмом воды достигают дневной поверхности, образуют гейзеры и обширные пласты кремнистых отложений. Создаются условия для больших частых гидротермальных извержений вследствие повышенных давлений и высоких температур в гидротермах вблизи дневной поверхности, а также изолирующего воздействия на них горизонтов окремнённых пород. Это является самой важной структурной предпосылкой для образования восходящих потоков гидротерм, приводящих к образованию эпитермальных месторождений золота типа лоу сульфидейшн.
Интрузии, ответственные за нагревание гидротермальных систем в этих геологических структурах, имеют большие объёмы, но располагаются на относительно больших глубинах. Это предполагает слабый или, по крайней мере, замедленный приток магматических летучих в гидротермальную систему. В связи с этим они имеют низкую минерализацию (т.н. 500-2000 ррм Cl), невысокие концентрации газа и не содержат первичных кислых флюидов. Сольфатары редки. Поскольку первичные гидротермы достигают дневной поверхности, имеется возможность для слабого отделения пара (парение) и аккумуляции. Следовательно, образование сульфатно-кислых терм имеет подчиненное значение. Латеральные растёки являются второстепенными: гидротермы разбавляются и рассеиваются в подземных водах. Имеется некоторая вероятность для формирования кислых бикарбонатных гидротерм в субповерхностных зонах, где СО2 растворяется в грунтовых холодных водах. Промышленная рудная минерализация, в основном, связана с кипением гидротерм и в значительно меньшей степени со смешением. Поскольку эти месторождения образуются в структурных депрессиях, то они, по-видимому, могут быть погребены под вулканическими отложениями и полностью не эродированы.
Когда эти гидротермальные системы располагаются вблизи моря, и, следовательно, в них происходит фильтрация морской воды, то может формироваться гидрогеологический барьер. При нагревании из морской воды отлагается ангидрит, который впоследствии изолирует приток морской воды в гидротермальную систему (рис..10). Поскольку морская вода не может непосредственно влиять на минералообразование, то отложение ангидрита фокусирует поток гидротерм и способствует отложению минералов. Этот процесс является важным фактором в образовании крупного эпитермального месторождения на острове Лихир в Папуа Новая Гвинея. Процесс может периодически повторяться.
Островодужный тип гидротермальных систем.
Этот тип гидротермальных систем располагается на островных дугах Тихоокеанского огненного кольца. Они характерны для Индонезии и Филиппин (рис. 4.11). В последние 20 лет описываемые системы хорошо изучены с точки зрения извлечения геотермальной энергии.
На островных дугах отдельные андезитовые стратовулканы являются главными ландформными конструкциями, а большие вулканотектонические депрессии менее обычны для них. Здесь гидротермальные системы часто встречаются на больших высотах, но их питание метеорными водами осуществляется из районов с низким рельефом. Таким образом, пьезометрическая поверхность высокотемпературных гидротерм располагается существенно ниже дневной поверхности. Протяжённые латеральные растёки гидротерм - это норма. Первичные нейтрально-хлоридные гидротермы не проявляются на дневной поверхности в центре системы, а могут встречаться лишь на удалении на несколько километров. Гейзериты и гидротермальные изменения, производимые нейтрально-хлоридными гидротермами, следовательно, не встречаются на дневной поверхности над зоной восходящих потоков, а могут находиться по периферии латеральных потоков. Проекции восходящих гидротерм на дневной поверхности часто ассиметричны и отдельные потоки от них простираются по нескольким главным направлениям, определяемым тектоникой, и совпадают с региональным потоком подземных вод.
