Содержание к диссертации
Введение
1. Месторождения колчеданного семейства как объекты моделирования 11
1.1. Основные характеристики колчеданных месторождений 11
1.2. Геологическая модель колчеданного месторождения уральского типа 18
1.3 Геологическое описание Бурибайского рудного поля 25
1.4. Генетические модели колчеданных месторождений 29
1.5. Объекты моделирования и возможности метода термодинамического моделирования 43
1.6. Схема рудообразующего процесса в моделируемой рециклинговой гидротермальной системе 47
2. Результаты термодинамического моделирования минеральных парагенезисов 63
2.1. Метасоматиты нисходящей ветви (зоны поглощения и выноса рудных элементов и зоны глубинной циркуляции) 63
2.2. Возможность сопоставления параметров, полученных при моделировании с природными аналогами 79
2.3. Метасоматиты восходящей ветви системы 83
3. Моделирование рудонакопления 94
3.1. Морфология и позиция рудных тел (одно - и многоуровневые тела) 94
3.2. Минеральная зональность рудных тел 102
3.3. Примеры типичных рудных залежей колчеданных месторождений Южного Урала 107
3.4. Методы моделирования формирования рудных тел 123
3.5. Варианты моделирования зонального рудного тела. 130
3.5.1 .Типовой вариант 131
3.5.2. Образование гематит-кремнистых тел в системах с малыми П/В 135
3.5.3. Вариант расчета с повышенной температурой в очаге системы 138
3.5.4. Влияние состава вмещающих пород (андезитовий состав пород нисходящей ветви) 140
3.5.5. Эволюция состава рудного тела в комбинированной модели 142
3.5.6. Моделирование формирования многоуровневых тел 146
4 Распределение меди и цинка в колчеданообразующеи системе 154
5 Сопоставление минеральных парагенезисов и распределение рудообразующих элементов в природных крс и в их модельных аналогах 162
5.1 Сопоставление минеральных ассоциаций Бурибайского рудного поля с полученными при моделировании 162
5.2 Сравнение других месторождений Урала с модельными аналогами. 168
5.3 Сопоставление реальных рудных залежей с результатами моделирования 170
Заключение 174
Список использованных источников 176
- Геологическая модель колчеданного месторождения уральского типа
- Возможность сопоставления параметров, полученных при моделировании с природными аналогами
- Примеры типичных рудных залежей колчеданных месторождений Южного Урала
- Распределение меди и цинка в колчеданообразующеи системе
Введение к работе
Объективная необходимость моделирования рудных месторождений определяется задачами создания обобщенных образов объектов прогноза, поисков, оценки и разведки с целью повышения эффективности геологоразведочных работ на всех стадиях их проведения. Колчеданные месторождения, как писал В.И. Смирнов (1979), являются специфическими образованиями, независимыми от других групп эндогенных руд и чрезвычайно интересными для специалистов в области теории рудообразования. Они важны, как выразительные представители субмаринного рудогенеза, создающего весьма значительные по запасам скопления рудного вещества, как в геологическом прошлом, так и в современных геологических обстановках. Предпосылки для их моделирования созданы благодаря накоплению огромного объема описательной информации по оцененным, разведанным и эксплуатируемым месторождениям.
Актуальность. В современных генетических интерпретациях гидротермальных месторождений значительная роль отводится процессам взаимодействия в системах вода - порода, происходящим в различных металлогенических обстановках и вызывающим преобразования геологической среды, экстракцию и перемещение многих рудообразующих элементов. Для месторождений колчеданного семейства разработана модель конвективно-рециклингового рудогенеза, подтвержденная примерами современного субмаринного сульфидообразования. Колчеданообразующие системы месторождений уральского типа обладают высоким уровнем геолого-генетической изученности, имеющей преимущественно качественное выражение. Термодинамическое моделирование минеральных па-рагенезисов, входящих в такие системы, позволяет получить количественные характеристики, имеющие большое значение для выявления на этой основе новых критериев прогноза и поисков колчеданных месторождений уральского типа, чем и определяется актуальность диссертационных исследований.
Цель исследований — получение количественных характеристик строения колчеданообразующей системы уральского типа на основе термодинамического моделирования минеральных парагенезисов и распределения рудного вещества по разным элементам системы. Достижение этой цели требует решения следующих основных задач:
обобщения материалов по характеристикам объектов термодинамического моделирования минеральных парагенезисов (месторождений колчеданного семейства);
адаптации методики термодинамического моделирования к цели работы;
определения условий возникновения минеральных парагенезисов в различных зонах системы (Т - температуры и П/В - отношения поро-дагвода);
анализа условий накопления рудного вещества;
количественной оценки возможности переотложения рудного вещества как внутри рудного тела, так и с уровня на уровень;
сопоставления данных моделирования с реальными природными объектами для уточнения известных и выявления новых критериев прогноза и поисков колчеданных месторождений уральского типа.
Научная новизна исследований определяется следующим:
для всех зон нисходящей и восходящей ветвей конвективно-рециклинговой гидротермальной системы получены количественные показатели (Т и П/В) условий возникновения новообразованных минеральных ассоциаций и их распределения в пространстве и времени;
выявлено распределение основных рудообразующих элементов по зонам системы;
обосновано возникновение на границе распространения гематит-хлоритовой и эпидот-альбитовой ассоциаций подвижного геохимического барьера, на котором на значительном удалении от зон основного ру-донакопления возникают повышенные концентрации меди;
воспроизведена минеральная зональность рудных тел и оценено перераспределение в них концентраций и масс рудообразующих компонентов;
выявлены условия формирования магнетит-пиритовых и гематит-кремнистых ассоциаций, сопровождающих медноколчеданные залежи.
оценена роль магматогенного флюида на начальном этапе функционирования конвективно-рециклинговой системы (КРС).
показано, что лавы основного состава колчеданоносных формаций, испытавшие зеленокаменные изменения, по составу и набору новообразованных минеральных ассоциаций близки к продуктам преобразования базальтов под воздействием морских вод, вовлекаемых в циркуляцию в тепловых полях интрузивов, и отвечают внешним частям колчеданооб-разующих конвективно-рециклинговых систем с температурным диапазоном преобразований — 150 - 250С.
Практическая значимость работы определяется получением качественных и количественных характеристик минеральных парагенезисов, сопряженных с рудонакоплением и возникающих на различных удалениях от рудных тел, а также выявлением концентрирования меди в промежуточных зонах системы, что уточняет и дополняет традиционные прогнозно-поисковые критерии и признаки.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
1. В нисходящей ветви колчеданообразующей конвективно-рециклинговой гидротермальной системы уральского типа выделяются две части — зона мобилизации и выноса рудообразующих элементов на дальних флангах системы и зона глубинной циркуляции растворов. Первая зона характеризуется флюидо-доминированными условиями, выносом всех рудообразующих компонентов, и относительно небольшой интенсивностью изменений преобразуемых пород, с характерной ассоциацией квapц+гeмaтит+Mg-xлopит+aнгидpит (гематит-хлоритовая). Для зоны глубинной циркуляции характерны породо-
доминированные условия (рост П/В), более высокая температура, рост интенсивности изменения пород и развитие ассоциации эпидот+альбит+актинолит+Fe-хлорит+кварц+сульфиды(эпидот-хлоритовая).
На границе развития гематит-хлоритовой и эпидот-альбитовой ассоциаций располагается геохимический барьер с избирательным осаждением меди, зоны аномальных концентраций которой в породах могут быть использованы как признаки фланговых частей колчеданоносной системы.
Состав и минеральная зональность измененных пород восходящей ветви системы, отвечающие ассоциациям, близким к подрудным метасоматитам колчеданных месторождений уральского типа (кварц — кварц+серицит — кварц+серицит+]У^-хлорит), формируются только при совмещении минеральных ассоциаций магматогенного и собственно рециклингового этапов (комбинированная модель преобразований).
Распределение парагенезисов рудных минералов в области их накопления (формирования рудного тела) подчинено вертикальной зональности, пирит -> пирит ± магнетит и гематит -> халькопирит -> сфалерит на фоне возрастания доли кварца в минеральных парагенезисах внешних зон рудных тел, чем объясняется природа яшмоидных образований в кровле толщи.
При фильтрации растворов через ранее отложенные руды в них формируются остаточные пирит-, халькопирит-, магнетит-содержащие парагенезисы в ассоциации с альбитом, эпидотом и актинолитом; при этом на верхние уровни полностью выносится цинк и значительная часть меди.
Методика исследований и исходный фактический материал
Метод термодинамического моделирования, основанный на анализе взаимоотношений порода/вода, в настоящей работе впервые применен к медноколче-данным месторождениям уральского типа на примере Бурибайского рудного поля (Южный Урал, Башкортостан). Было проведено сопоставление новообразованных минеральных парагенезисов и распределение рудообразующих элементов в различных частях системы, полученных при моделировании, с реальными.
Работа основана на личных исследованиях и материалах ЦНИГРИ по изучению месторождений колчеданного семейства на Южном Урале, собранных фондовых материалах, а также на результатах термодинамического моделирования, выполненного автором на кафедре геохимии МГУ под руководством докт. г.-м. наук Д.В. Гричука. В работе была использована программа GBFLOW версия 3.1 и GRDEP (Д.В. Гричук, 1995,1997). Было рассчитано больше десяти задач, каждая из которых включала анализ более 200 тыс. термодинамических равновесий.
Использованы результаты построения градиентно-векторных моделей рудных тел, основанных на распределении мощностей рудных тел и содержаний в них основных рудообразующих элементов.
Апробация работы. По теме диссертации автором опубликовано 15 научных работ. Материалы автора включены в коллективную монографию «Месторождения колчеданного семейства», входящую в серию «Модели месторождений благородных и цветных металлов» (М.: ЦНИГРИ, 2002). Результаты исследований были представлены на ряде конференций, симпозиумов и совещаний: «Количественные модели рудных месторождений для целей прогноза, поисков и разведки» (М.: ЦНИГРИ, 1993; «НТД-93 - ЦНИГРИ» и «НТД-96 - ЦНИГРИ» (М.: ЦНИГРИ, 1994, 1997); XIII и XIV Российское совещание по экспериментальной минералогии. (Черноголовка, 1995, 2001); конференция «Палеогеографические и геодинамические условия образования вулканогенно-осадочных месторождений» (Миасс, 1997); международная конференция «Модели вулканогенно-осадочных рудообразующих систем». (СПб., 1999); V и VI международные конференции «Новые идеи в науках о Земле». (М., 2001, 2003); Всероссийская научная конференция «Геология, геохимия, геофизика на рубеже XX и XXI веков». (М., 2002).
Работы, выполнявшиеся в МГУ, были поддержаны грантами РФФИ № 99-05-64868, 02-05-64282 и программой «Университеты России» (проект «Геомодель»).
Структура работы. Работа состоит из Введения, пяти глав и Заключения; содержит 192 страницы текста, 52 рисунка и 7 таблиц и включает список литературы из 179 наименований.
Диссертационная работа выполнялась в отделе металлогении и прогноза месторождений цветных и благородных металлов ЦНИГРИ под руководством доктора г.-м. наук, профессора А.И. Кривцова и на кафедре геохимии Геологического факультета Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова при постоянной помощи и консультировании доктора г.-м. наук профессора Д.В. Гричука. Автор выражает им искреннюю благодарность за помощь и поддержку на протяжении всей работы. Автор благодарит за помощь, полезные дискуссии, консультации и советы доктора г.-м. наук, проф. Г.В. Ручкина, доктора г.-м. наук Н.К. Курбанова, кандидата г.-м. наук СТ. Агееву, кандидата г.-м. наук А.Г. Волчкова, доктора г.-м. наук А.И. Донца, доктора г.-м. наук А.Н. Ба-рышева. С особой благодарностью автор вспоминает доктора г.-м. наук А.Г. Злотника-Хоткевича, оказавшего помощь в выборе направления исследований, и М.И. Вахрушева за доброжелательные советы и предоставленные геологические материалы. Большую помощь в выполнении работы автору оказали сотрудники кафедры геохимии МГУ: доктор г.-м. наук М.В. Борисов, кандидат г.-м. наук А.Ю. Бычков, А.В. Тутубалин а также сотрудники ЦНИГРИ: А.В. Андреев, Н.П. Кудрявцева, СВ. Минаева, В.И. Кукшев, Т.А. Пивоварова, Е.В. Тарасова. Автор благодарен сотрудникам ЦНИГРИ и кафедры геохимии МГУ, благожелательное отношение которых способствовало выполнению диссертационной работы.
Геологическая модель колчеданного месторождения уральского типа
Независимо от возраста месторождений колчеданного семейства в их строении устанавливается ряд однотипных черт и элементов, отражающих генетическую общность и определяющих типовую геологическую модель (112 и др.). В качестве главных элементов этой модели выделяются: подрудные (дорудные) и надрудные (пострудные) вулканогенные и осадочно-вулканогенные толщи рудоносных формаций, субпластовые (линзовидные, пластообразные) залежи массивных руд, расположенных согласно со слоистостью; воронко- и трубообразные тела выщелоченных пород, находящиеся в лежачем боку массивных руд и несущие прожилковые, прожилково-вкрапленные, вкрапленные руды в зоне рудо-подводящего канала. На некоторых месторождениях над залежами массивных руд и на их флангах развиты горизонты сульфидоносных осадочных пород и пачки обломочных руд, так называемых рудокластов, представляющих собой продукты деструкции массивных руд. Выше массивных руд обычно залегают кремнистые (яшмоидные) отложения, несущие оксидные фазы железа и марганца.
Рудные тела и измененные породы лежачего бока обладают отчетливо выраженным зональным строением, которое подчинено осям подводящих каналов. Зональность рудных тел проявляется в закономерном увеличении доли рудооб-разующих минералов в ряду пирит-халькопирит-сфалерит-галенит-барит от лежачего бока к висячему и от оси каналов по латерали. Этот ряд отражается в соответствующем распределении концентраций железа, меди, цинка, свинца, бария и элементов-примесей. Зональность изменений в породах лежачего бока проявлена в падении интенсивности их выщелачивания от оси подводящего канала с постепенным переходом в зеленокаменные породы, имеющие региональное распространение. Осевые части подводящих каналов, отвечающие зонам выщелачивания высокой интенсивности, обычно характеризуются широким развитием серицита и кварца, практически полностью замещающих первичные минералы вулканогенных пород.
Модель слабо преобразованного месторождения уральского типа включает следующие главные элементы, частично отраженные на рис. 1.2.1. Рудовмещающие (продуктивные ) вулканогенные формации. В условиях Урала к ним относятся риолит-базальтовая и базальт-андезит-дацит-риолитовая.
Рудоконтролирующие структуры. В качестве рудоконтролирующих структур чаще всего выступают палеовулканические сооружения, образованные туфовыми, лавовыми, экструзивными и интрузивными (субвулканическими) фациями умеренно кислого и кислого составов. Среди таких сооружений выделяются вулканогенные биклинали, сложно построенные экструзивные купола с отщеплениями в виде лавовых потоков, шлейфов осыпания и оползания, насыпные постройки и др.
Отложения, перекрывающие продуктивные формации. В полном наборе эти отложения на Урале представлены (от древних к молодым) вулканитами ба-зальт-андезито-базальтовой формации, вулканогенными молассоидами, граувак-ками, рыхлыми мезозойско-кайнозойскими образованиями. В условиях конкретных районов могут присутствовать лишь начальные составляющие приведенного ряда либо только рыхлые отложения.
Подрудные вулканогенные толщи. Эти толщи вмещают гидротермально-метасоматические части комбинированных рудных тел, локализованные в рудо-подводящих каналах, и подстилающие пластообразные залежи. Поверхности (уровни) локализации гидротермально-осадочных рудных тел. Эти поверхности отвечают кровле подрудных и подошве надрудных толщ и границам фаз продуктивного вулканизма.
Перекрывающие (захоранивающие) толщи. В качестве пород, перекрывающих рудные тела, могут выступать вулканиты продуктивных формаций и более молодые образования из перечисленных ранее. В случае этажного расположения рудных залежей породы, перекрывающие рудные тела нижних уровней, выступают в роли подрудных и рудовмещающих для залежей последующего этажа. Экструзивные купола риолитового и риолит-дацитового составов. Такие купола установлены на многих месторождениях и в рудных районах различных типов, где они локализованы либо на флангах рудовмещающих - структур, либо вблизи последних.
Рудоподводящие каналы, расположенные под значительными углами к рудоконтролирующей поверхности. Каналы представлены линейными, разно ориентированными сопряженными и изометричными в плане долгоживущими зонами дробления синвулканического заложения, фиксируемыми либо крутопадающими телами сплошных руд, либо прожилково-штокверковой минерализацией, развитой в виде воронкообразных тел.
Возможность сопоставления параметров, полученных при моделировании с природными аналогами
Полученные при расчетах две основные метасома-тические ассоциации с фиксированной границей (ZU/B = 0,03): I — кварц-гематит-хлоритовая с резко пониженными концентрациями рудных элементов и П — эпидот-актинолит-хлорит-пиритовая с повышенными концентрациями этих элементов (особенно меди) - соответствуют описываемым как на Бурибайском месторождении, так и на других месторождениях этого типа. Так как смена ассоциаций происходит при ХП/В = 0,03, можно написать, что
Следовательно, определив на рудном поле массу гематит-содержащих пород, можно определить и количество прошедшего флюида.
Для оценки общего объема рециклинговой ячеи Бурибайской палео-КРС можно принять в первом приближении, что она представляет собой цилиндр радиусом 5 км и глубиной 3 км. Тогда общий объем (Уобщ) будет равен примерно 240 км3. Объем зоны гематитизированных пород (VHemZone) составляет около 80 км (устное сообщение А.Г. Волчкова). Однако, не все породы внутри этого объема подверглись гидротермальному изменению. Доля измененных пород (D) представляет собой отношение массы гематит-содержащих метасоматитов
Если допустить, что I (кварц-гематит-хлоритовые-метасоматиты) в среднем и 10%, то масса гематит-содержащих пород равна согласно (1) суммарная масса флюида, прошедшего через палео-КРС, будет равна:
Сопоставим полученные значения с приведенными выше модельными расчетами. Количество флюида, прошедшее через модельную систему, связано с дебитом и длительностью жизни системы следующим образом: где J — количество порций раствора (волн), q - дебит гидротермальной системы, т — время истечения одной порции (волны) раствора. В приведенном примере расчета модели мы, ориентируясь на современные гидротермы океана, приняли следующие оценочные величины: q = 10 кг/с, т = 10 с. Полный цикл развития гидротермальной системы был достигнут при J = 6-10 . Тогда
Таким образом, Бурибайская палео-КРС, имея геометрические размеры, сопоставимые с океаническими, имела существенно больший суммарный дебит. Объем прошедшего флюида оказывается больше, чем в примерном расчете, в 250 раз. При этом полный цикл развития палео-КРС не был достигнут - зона эпидот-содержащих ассоциаций занимает значительную часть общего объема ячейки.
Число циклов обмена воды. Для сопоставления с физическими (гидродинамическими) моделями полезным показателем является число циклов обмена, т.е. сколько раз раствор в трещинно-поровом пространстве системы будет сменен (в предположении поршневого вытеснения). При известном количестве прошедшего флюида этот параметр можно оценить через пористость пород.
Пористость породы (П) равна отношению объема воды (флюида), которая может единовременно находится в системе и занимать поровое пространство, к объему породы (объему ячеи):
Пренебрегая изменением плотности воды за счет нагрева, можно считать, что единовременно в системе находится 7-Ю9 т флюида (МфЛ.ед.). Суммарное количество флюида, необходимое для образования наблюдаемой зоны гематит-содержащих метасоматитов оценено выше как 72-1010 т. Тогда количество обменов будет равно отношению: Таким образом, чтобы получить систему, в которой гематит-содержащие метасоматиты занимают примерно одну треть, необходимо 100 циклов обмена воды.
Примеры типичных рудных залежей колчеданных месторождений Южного Урала
Бурибайское месторождение. Руды месторождения локализованы в однородной толще (Siw) основных вулканитов и расположены вблизи зоны одноименного разлома. Морфология рудных тел определяется особенностями трещинной тектоники. Они отчетливо контролируются секущими зонами дробления (86, 87, 90). Рудные тела имеют форму крутопадающих жил, пологих пластооб-разных залежей, иногда более сложные сундукообразные формы. Главное рудное тело имеет клиновидную форму неправильной линзы. Морфология его определялась сочетанием круто падающих разрывов с пологими межпластовыми срывами. Протяженность по простиранию 330 м, наибольшая мощность 65 м.
Колчеданное оруденение на Бурибайском месторождении оказывается наложенным на породы верхней части разреза контрастной формации. В целом Бу-рибайский рудный район по условиям локализации колчеданного оруденения близок к другим частям Южного Урала, колчеданоносность которых связана с контрастной формацией.
Вещественный состав руд месторождения сравнительно прост; основными рудными минералами являются пирит, халькопирит, сфалерит, редко встречается гематит, известны единичные находки галенита и блеклых руд. В формировании рудных залежей выделяются ранняя пиритовая, пирит-халькопиритовая, халько-пирит-сфалеритовая стадии, а также завершающая процесс рудоотложения кварц-гематитовая стадия. Прожилки кварц-гематитового состава иногда с пиритом пересекают метасоматиты и руды всех других типов. Незначительную роль в строении рудных тел играет наиболее поздняя ассоциация кварца, халькопирита и сфалерита, проявленная в виде секущих прожилков. Зональность продольная: в северной части в зоне глубокого рассланцевания и дробления пиритовые про-жилково-вкрапленные руды, к югу они сменяются массивными медными и частично медно-цинковыми рудами, залегающими среди массивных пород.
Учалинское месторождение. Изучением его занимались М.Б. Бородаев-ская, Н.В. Петровская, П.И. Пирожок, А.Г. Злотник-Хоткевич, Е.П. Ширай и некоторые другие исследователи. Месторождение расположено на восточном крыле Учалинской антиклинали, возникшей на месте вулканической палеогряды, сложенной базальтоидами контрастной формации (D2ef). Структура месторождения всеми исследователями рассматривается как деформированная вулканическая постройка липарито-дацитов, расположенная на восточном склоне базаль-тоидной гряды, фиксирующаяся по локальным раздувам мощности кремнекислых пород. Рудная залежь расположена в висячем боку липарито-дацитов на контакте с перекрывающими их базальтами и представляет собой линзообразное тело с пережимами и раздувами, распределение и величина которых непосредственно связаны с палеорельефом базокварцевых порфиров и их туфов. Резкое уменьшение мощности рудной залежи по падению связано с дорудным разломом, полого залегающим в современной складчатой структуре.
Рудоподводящий канал, по мнению исследователей, был расположен в пределах северного выступа купола липарито-дацитов, разделяющего северный и южный раздувы рудного тела. Он фиксируется в виде широкой зоны серицитолитов и серицитсодержащих кварцитов, пронизанных обильными прожилками сульфидов, вплоть до развития штокверка прожилково-вкрапленных руд.
Главными минералами Учалинской залежи являются пирит, халькопирит и сфалерит, в незначительных количествах встречаются галенит, блеклые руды, магнетит, борнит и другие минералы, характерные для уральских колчеданных руд. Нерудные минералы представлены серицитом, кварцем, баритом, хлоритом, цоизитом, эпидотом, карбонатом, составляющими в сумме несколько процентов. Соотношение меди и цинка 1:3,5.
Руды серноколчеданные (пиритовые), медно-цинковоколчеданные (халькопирит-сфалерит-пиритовые) и медноколчеданные (халькопирит-пиритовые). Массивные руды существенно пиритового состава сосредоточены непосредственно над выводным каналом и вблизи него, на возвышавшемся выступе липа-рито-дацитового купола. В обрамляющих купол депрессиях руды представлены, главным образом, обломками пиритовых агрегатов, в придонных частях залежи сцементированными агрегатами халькопирит-пиритового состава. Вверх по разрезу в брекчиях помимо пиритовых появляются обломки халькопирит пиритовых руд, а цемент становится пирит-сфалеритовым, количество его воз растает к кровле и особенно к флангам залежи. В целом подтверждается известная зональность: снизу вверх и от центра к периферии: сера-медь-цинк. Эта концентрическая зональность вокруг центрального поднятия свидетельствует, что оно было местом выхода гидротерм.
Распределение меди и цинка в колчеданообразующеи системе
В общих чертах функционирование высокотемпературной гидротермальной системы, существующей над магматическими камерами, осуществляется следующим образом.
При взаимодействии постепенно нагревающейся и просачивающейся по трещинам морской воды с базальтами по ним развиваются минералы смектито-вой, хлоритовой и пропилитовой фаций - нисходящая ветвь системы. Одни компоненты (Mg, S04, К, U, растворенный кислород) приносятся морской водой, другие, в т.ч. рудные (Fe, S11, Си, Zn, Pb) вода извлекает из пород. Наибольшую интенсивность взаимодействие раствора с породой достигает в самой горячей части («очаге») гидротермальной системы вблизи контакта с магматической камерой.
Восходящую ветвь системы гидротермальный раствор проходит быстро, тепло-массообменсо стенками трещинного канала здесь не существенен, и процесс близок к адиабатическому.
Излияние гидротермальног раствора в водную толщу может происходить в форме локализованных струй («курильщиков») и/или рассеянной разгрузки, характерной для крупных рудных построек. За счет резкого падения температуры и изменения состава в ходе смешения с придонной водой из гидротермального раствора выпадают твердые фазы, в т.ч. рудные минералы, большая часть которых при активной разгрузке теряется в виде факелов разноса («плюмов»). Рудные залежии, вырастающие на дне в точке выхода гидротерм, имеют зональное внутреннее строение. По мере роста построек характер процесса рудоотложения меняется (68) - все большую роль начинают играть медленное просачивание гидротермальных растворов через рудное тело, при этом рудная нагрузка раствора осаждается почти полностью в толще тела, и резко возрастает роль метасомати-ческого замещения ранее образованных фаз.
При такой циркуляции вод в конвекционных ячеях значительных размеров допускается выщелачивание рудообразующих компонентов из пород океаниче ского ложа и отложение руд на локальных участках выхода растворов на дно. Это перемещение рудообразующих компонентов приводит к росту их концентраций на 3-4 порядка по сравнению с содержаниями в промываемых породах.
Состав гидротермального раствора изменяется в процессе развития системы - вначале он относительно обогащен цинком, затем соотношение цинка и меди меняется на обратное (рис. 2.1.7) (30). На рис. 4.1 отчетливо видно, что в процессе развития системы максимальные содержания цинка в питающем растворе достигаются в начале проработки пород нисходящей ветви, а основной вынос меди происходит на позднем отрезке развития КРС.
При проработке пород раствором вблизи границы эпидот-содержащих пород возникает барьер осаждения металлов, постепенно смещающийся вглубь системы по мере расширения области устойчивости гематит-содержащих пород. На нем наблюдается примерно двукратное (по сравнению с кларком) обогащение цинком и медью (рис. 4.2 а, 4.3 а). Однако судьба этих максимумов концентрации различна. Максимум цинка проявлен только в начале процесса (до 200-й волны), когда же граница смещается в область температур более 300, максимум исчезает. Именно в этот момент происходит основной «выброс» цинка из КРС (рис. 4.2 б). Максимум меди сохраняется в течение почти полного цикла развития КРС (более 4000 волн - рис. 4.3 а). Исчезновение его отвечает более интенсивному выносу меди (рис. 4.1,4.3 б).
Отсюда следует, показывает, что в породах зоны глубинной циркуляции можно ожидать появления аномалий меди, не связанных с рудными телами, тогда как для цинка такие аномалии не сохраняются.
Различия в судьбе меди и цинка хорошо видны на рис. 4.4, где показано распределение этих металлов по различным частям КРС - зоне глубинной циркуляции, подрудным метасоматитам и рудному телу. Зона выноса рудных элементов на рис.4.4 не показана, так как по результатам моделирования происходит полный вынос цинка и меди из гематитизированных пород. В природе металлы могут частично сохраняться здесь вследствие неполной переработки исходных пород рециклирующими растворами. Согласно модельным расчетам цинк полный вынос цинка и меди из гематитизированных пород. В природе металлы могут частично сохраняться здесь вследствие неполной переработки исходных пород рециклирующими растворами. Согласно модельным расчетам цинк быстро выносится из пород нисходящей ветви, недолго задерживается в подрудных метасоматитах, и поступает в рудное тело, Уже с начала функционирования КРС заметен вынос Zn в придонную водную толщу. Этот вынос интенсифицируется на заключительном отрезке жизни КРС - к 6500-ой волне из рудного тела теряется более половины поступившего в него цинка. В отличие от этого медь, почти на порядок дольше цинка находится в породах нисходящей ветви и только затем переносится сначала в канал, потом в рудное тело. Вынос в придонную толщу не проявляется вплоть до 6500-ой волны, когда уже вся медь в модели переотложена в рудное тело.
При расчете оценки пропорций рассеяния вещества при рудоотложении на дне моря мы опирались на результаты моделирования конвективной гидротермальной системы с максимальной температурой в недрах 350С, температурой на выходе из канала 325С, стартовым отношением порода/вода 2.68 кг/кг, дебитом системы 10 кг/с, временем жизни - около 20000 лет (6 500 волн х 108 с). Из результатов моделирования использованы расчетные составы растворов реактора 330С - последнего в канале, и реактора 100С - последнего на поверхности рудного тела. Принималось, что в начальный момент времени основная доля раствора (порядка 90%) изливается в водную толщу в виде «черных курильщиков», и небольшая - в виде рассеянной разгрузки через стенки труб (табл. 4.1).
