Введение к работе
Актуальность работы. Состояние флюидов в эндогенных процессах обсуждается с давних пор. Для современных гидротермальных систем были выделены зоны с флюидом, представляющим насыщенный и сухой пар, которые названы пародомгапфующими системами (White et al,1971). Интерес к ним был проявлен со стороны теплоэнергетиков (Изучение и использование..., 1975), поскольку такие гидротермальные системы являются вьгсокопотенциальными источниками тепла. Оценка условий рудообразования по данным термобарогеохимии (Наумов, 1984) показывает, что значительная часть гидротермальных месторождений формируется в условиях, близких к фазовом}' переходу жидкость-газ, .либо на этой границе. Пространственные взаимоотношения флюидных фаз в гидротермальных системах изучены недостаточно, хотя они представляют несомненный интерес с общетеоретических позиций и позиций рудообразования. Границы паровых зон в гидротермальных системах могут представлять собой комплексный геохимический барьер, который по классификации А.И.Перельмана (1979) можно отнести к разряду термодинамических, кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных барьеров одновременно, поскольку перераспределение растворенных газовых компонентов, продуктов гидролиза солей между жидкостью и паром являются мощным фактором нарушения равновесия в гидротермальном растворе. С проявлением паровых флюидов связывается ряд эпитермальных золото-серебряных, ртутных месторождений, месторождений медно-порфировых руд и т.д. (White et al, 1971; Krupp, Seward, 1987 и др.). С применением модели двухфазного флюидного резервуара подведена теоретическая база под многоста-дийность гидротермального рудоотложения. В свете этой модели получает логическое объяснение наложение рудной минерализации на безрудные метасоматиты, смена минеральных ассоциаций кислотной стадии ассоциациями щелочного метасоматоза (Китай, 1979). Многообразие факторов, обусловливающих появление паровых зон, связь их с проявлениями рудной мшісрализаціш и в то же время недостаточная освещенность и теоретическая разработанность вопроса ставят эту проблему в ряд весьма актуальных проблем геологической науки. .... Цель работы заключалась;
-
в выяснении условий возникновения и эволюции паровых зон и их прогнозе на природных объектах.
-
в выяснении роли их границ как геохимического барьера в отношении породообразующих и рудных компонентов.
-
в создании моделей формирования паровых резервуаров в магма-тогенно-гидротермальных системах и их пространственно-временной эволюции.
-
в экспериментальной проверке идеи рециклинга в отношении золота и серебра.
В задачи исследования входило;
1 - Изучение гидродинамических и термодинамических условии
формирования и эволюции паровых зон.
-
- Экспериментальное исследование границы жидкость-пар как геохимического барьера и изучение на примере современной гидротермальной системы поведения рудных и нерудных компонентов на границах паровых зон.
-
- Экспериментальное изучение возможности извлечения и концентрации рудного вещества (на примере Аи и Ag) из вулканитов, содержащих его на кларковом уровне.
-
- Создание математической модели и программного обеспечения для щісленного Аіоделирования гидротермальных систем с паровыми зонами.
Основные защищаемые положения.
1. Паровые зоны в гидротермальных системах могут формироваться
двумя способами:
а) Первичные паровые зоны формируются непосредственно в магма
тическом очаге., в жерловых зонах вулканов, экструзивных куполах,
т.е. при остывании и кристаллизации магмы. В зависимости от прони
цаемости пород они "всплывают" к поверхности (при проницаемости
более -0.1 inD), либо эволюционируют и постепенно ликвидируются на
месте в пределах очага (проницаемость менее ~0.1 mD).
б) "Наведенные" паровые зоны формируются вблизи поверхности,
при вскипании перегретых гидротерм вследствие снижения гидростати
ческого давления, связанного с понижением пьезометрического уровня
термальных вод в результате появления дренирующих структур. "Наве
денные" паровые зоны в начальной стадии эволюции не имеют паровых
каналов, связывающих их с глубинными паровыми зонами, возникши
ми в пределах магматических очагов.
-
Паровые зоны могут быть закрытыми и открытыми на поверхность. Закрытые паровые зоны ограничены со всех сторон областью жидкого гидротермального флюида. Открытые зоны пара формируются вблизи поверхности и отличаются тем, что верхняя граница частично отсутствует, а резервуар сообщается с атмосферой.
-
Границы паровых резервуаров, в случае их нахождения в термодинамических условиях кривой кипения гидротермального флюида, являются эффективным геохимическим барьером, на котором происхо-
дит осаждение кремнезема в виде кварца, выщелачивание и переотложение серебра и золота, адуляризация, увеличение содержаний в породе лития и рубидия и уменьшение содержаний натрия.
-
Паровым зонам в гидротермальных системах свойственны периодическое расширение и сжатие, возможно, вплоть до полного их исчез: новения и, соответственно, пульсационная миграция границ. Главной причиной колебаний является процесс кипения. К другим причинам можно отнести химические, климатические и геолого-структурные факторы. Механизм пульсаций, обеспеченный кішением, реализуется лишь при наличии направленного потока гидротермального флюида.
-
Периодическое сжатие и расширение паровых резервуаров являются причиной периодической нейтрализации кислотного (в зоне конденсации парового флюида) и щелочного (в зоне кипения у основания паровой зоны) флюидов при пространственном сближении зон кипения и конденсации в процессе пульсаций. '
-
Вулканические породы с кларковыми содержаниями золота и серебра могут являться источником рудного вещества по отношению в: этим металлам. При взаимодействии с гидротермальным раствором возможен переход этих металлов в раствор в количестве более 50% от их исходного содержания в породе.
Фактический материал и методы исследования. Работа выполнена на основе материала, полученного автором в результате полевых работ на Паужетском, Нижнекошелевском и Океанском месторождениях парогидротерм (Юж.Камчатка и о.Итуруп), экспериментального моделирования геохимического барьера на гидротермальной установке при Т до 500С и Р от 0.2 до 1 кбар, экспериментального исследования: мобилизации золота и серебра из вулканитов с использованием метода радиоизотопных индикаторов, численного моделирования, эволюции термогидродинамических условий гидротермальных систем на ПК IBM-486DX и PENTIUM по программе разработанной в ГИН СО РАБ В.И.Гуниным совместно с автором настоящей работы. Исследования, выполнены лично автором, либо в соавторстве. Сделанные в настоящей работе выводы принадлежат лично автору.
Научная новизна. В работе предложены концептуально новые модели гидротермальных систем с паровыми зонзми. Путем численного моделирования получены новые данные по условиям формирования к развития зон пара в гидротермальных системах. Впервые экспериментально и на натурном объекте показана роль геохимического барьере, жидкость-пар на границах паровых зон, как эффективного фактора ь процессах осаждения Au, Ag, Si02 и других компонентов. На основе натурных наблюдений впервые предложена ретроспективная модель эволюции парового резервуара в гидротермальной системе. С помо-
щью метода радиоизотопных трассеров получены не имеющие аналогов экспериментальные данные по гидротермальной мобилизации золота и серебра из вулканитов, содержащих эти металлы на кларковом уровне. Впервые экспериментально показана роль вулканитов с кларковым содержанием металлов как потенциального источника рудного вещества для золото-серебряных гидротермальных месторождений.
Практическая значимость работы. Полученные в работе данные по условиям формирования и развития гидротермальных систем с паровыми зонами могут быть полезными при прогнозе паротермальных месторождении и при интерпретации результатов исследования гидротермальных рудных месторождений, формировавшихся в палеогидро-термальных системах. Разработанная и запатентованная установка для отбора проб жидкости и пара может позволить получить уникальные данные по равновесиям жидкость-пар при повышенных параметрах (до 700С и 1000 бар).
Публикации. Диссертация практически полностью опубликована в 40 работах, в том числе 16 статьях и 5 монографиях в соавторстве. Получен патент на изобретение устройства для отбора проб жидкости и пара, находящихся в равновесии под давлением до 1000 бар и при температурах до 500С.
Апробация работы. Отдельные части работы и некоторые положения диссертации докладывались на Восточно-Сибирском региональном петрографическом совещании "Петрология и рудоносность, корреляция магматических и метаморфических образований" в г. Иркутске (1985), на XV Международном симпозиуме по авторадиографии в г.Улан-Удэ (1988), на XII Совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока в Иркутске (1988), на V Всесоюзном симпозиуме по кинетике и динамике геохимических процессов в П.Черноголовка (1989), на выездной сессии ВМО "Современное минералообразование вулканических областей" в г.Петропавловск-Камчатский (1989), на Всесоюзном совещании по подземным водам Востока СССР ( XIII совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока) в Иркутске (1991), на IV объединенном симпозиуме по проблемам прикладной геохимии, посвященном памяти академика ЛВ.Таусона в Иркутске (1994); на 17-ой Международной конференции по ядерным трекам в твердом теле в Дубне (1994), на совещании Российского фонда фундаментальных исследований в Сибирском регионе в Иркутске (1995), на XIII Российском совещании по экспериментальной минералогии в п. Черноголовка (1995).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8
глав, заключения и списка литературы. Объем: 210 страниц текста, 12
таблиц и 73 иллюстрации. '
