Пародоминирующие системы

Возможность существования парогазовых флюидов в недрах гидротермальных систем обсуждается давно. На основе обобщения данных о термодинамических свойствах современных гидротермальных систем мира Д. Уайт с соавторами пришли к заключению о существовании зон сухого пара в разрезах некоторых систем [White, Muffler, Truesdell, 1971]. Такие зоны названы пародоминирующими системам (ПДС), в отличие от горячеводных, в которых флюид находится только в жидком состоянии. Горячеводные системы могут перейти в пародоминирующие, как полагают эти ученые, при превышении разгрузки гидротерм над пополнением системы растворами. ПДС представляют собой зоны высокопроницаемых (трещиноватых, пористых, разуплотненных) пород, заполненных парогазовым флюидом. На нижней границе зоны происходит кипение и испарение жидкого флюида, на верхней – его конденсация. Отмеченные процессы сопровождаются интенсивными гидротермально-метасоматическими изменениями вмещающих пород. Повышение минерализации гидротермального раствора удлиняет кривую равновесия жидкость – пар и обеспечивает возможность появления ПДС на больших глубинах. Многие исследователи полагают, что при глубинном кипении гидротермальных растворов в пар удаляются кислотные компоненты, вызывая серицитизацию и кислотное выщелачивание пород выше уровня кипения. Кипящий раствор при этом ощелачивается (возрастают значения рН) и из него происходит отложение сульфидов, карбонатов и других минералов [Жатнуев и др., 1996].

С глубинными ПДС может быть связано формирование медно-порфировых месторождений в условиях высоких концентраций и высоких температур кипящих эндогенных растворов. Эту точку зрения развивает И.Н. Кигай, считающий, что рудообразование на многих гидротермальных месторождениях происходит в субкритических условиях, отвечающих равновесному существованию жидкой и газовой фаз [Кигай, 1979]. Многостадийное рудообразование предполагает обязательное (?!) наличие в гидротермальной системе области парогазовых флюидов, что обуславливает кислотно-щелочную дифференциацию компонентов, соответствующий метасоматоз пород и концентрацию рудных минералов при нейтрализации растворов. Кроме рудоотложения из кипящих гидротермальных растворов возможно и отложение самородных металлов и интерметаллических соединений из газовой фазы. Этот процесс наблюдается при образовании возгонов в кратерах действующих вулканов, на остывающих шлаковых конусах, в устьях высокотемпературных фумарол.

В связи с широким распространением ПДС в структуре гидротермально-магматических систем и большим значением исследования процессов в области перехода жидкость – пар, авторский коллектив решал эту проблему на примере ряда объектов Курило-Камчатской островной дуги. Так, при изучении геологического строения гидротермально-магматических систем Паужетской (Южная Камчатка) и Баранского (о-в Итуруп) показано, что формирование приподнятых блоков и тектонических нарушений на границах и в осевой части горстов приводит к резкому повышению проницаемости пород и поднятию изотерм на высокий уровень за счет проникновения по трещинам перегретых растворов [Рычагов и др., 1993; Структура…, 1993]. Прогрессивный прогрев блоков пород мог идти одновременно с его поднятием при постоянном уровне термальных вод, поддерживаемом его общим уровнем на площади гидротермально-магматической системы. Для горстов этот процесс может отражаться как относительное понижение уровня термальных вод. Распределение зон окремнения и адуляризации и утяжеление изотопного состава Sr в разрезе горста до современного уровня стояния границы паровой зоны трассируют процесс ее миграции. Дискретное распределение линз окремнения свидетельствует об импульсном продвижении границы паровой зоны. Вероятно, такое прерывистое движение границ может быть обусловлено резкими тектоническими подвижками, или процессом «самозапечатывания» системы и последующей ее разгерметезации в результате возрастания давления флюида выше критического. Также восстановление проницаемости может инициироваться новейшими сейсмотектоническими подвижками. В свете изложенного, получает объяснение интенсивное брекчирование пород и приуроченность ПДС к этим зонам брекчирования. Ударные воздействия на систему обуславливают мощные и относительно кратковременные потоки флюидов, которые оказывают механическое абразивное воздействие на вмещающие породы. Высокий градиент плотности флюида между жидкой и паровой фазами создает неустойчивость границы между ними, постоянные ее колебания и интенсивные конвективные потоки, в которые вовлекаются метеогенные растворы, имеющие утяжеленный состав по стронцию. Процесс концентрирования растворов при их выкипании способствует быстрому минералообразованию с захватом метеорного стронция [Жатнуев и др., 1991; 1996]. Указанный механизм формирования зон кипения растворов и образования геохимических барьеров на их границах имеет широкое распространение в гидротермально-магматических системах островных дуг. Они образуются на всех этапах эволюции гидротермально-магматических систем, наиболее мощно этот процесс развивается на прогрессивном этапе при большом градиенте температур (от 350 до 1000С); размеры зон по вертикали достигают 500 м и более. Геохимические барьеры для Au, Ag, As, B, K, Li, Rb, Cs и др. элементов формируются в широком интервале глубин (установленный интервал 0 – 2000 м) и достигают мощности в несколько сотен метров.

В целом, известно, что кипение является одним из факторов, контролирующих рудогенерирующие процессы в недрах гидротермальных рудных месторождений. Воздействие кипения на рудное вещество обуславливает переход в газовую фазу компонентов, служащих лигандами для комплексных форм переноса металлов, разрушение комплексных форм приводит к отложению рудных минералов [Гричук, 1996, 2000]. Потеря осадителя, наоборот, препятствует рудоотложению при кипении и приводит к мобилизации рудного вещества в гидротермальном флюиде, что и показано нами на примере Паужетской гидротермально-магматической системы [Структура…, 1993]. Повышение металлоносности растворов при их эволюции от прогрессивного к регрессивному этапам развития гидротермально-магматической системы и при продвижении гидротерм к дневной поверхности, вероятно, может быть объяснено с этих позиций. Таким образом, как по эмпирическим, так и экспериментальным данным процесс кипения имеет большое рудогенерирующее значение в недрах гидротермально-магматических систем островных дуг: при кипении на границе перехода жидкость-пар происходит отложение Au, Ag, As, B, K, Li, Rb, Cs и др. элементов в кварц-адуляровых метасоматитах и образование геохимических барьеров; с другой стороны наблюдается выкипание растворов и повышение их металлоносности за счет потери осадителя. Эти процессы связаны со снижением давления и, соответственно, резким падением температуры растворов и минералообразования, что и подтверждается по данным изучения газово-жидких включений и ассоциаций вторичных минералов. Более того, ранее в работах С. Драммонда, Н. Спичера и др. показано, что кипение в открытых системах более эффективно с точки зрения рудообразования, чем в закрытых и приводит к отложению сульфидов цветных металлов, сульфосолей и самородных металлов [Drummond, Ohmoto, 1985; Spycher, Reed, 1989]. Полученные нами данные позволяют определять граничные температурные и геохимические характеристики жидкой и паровой фаз для моделирования рудогенерирующих процессов в пределах зон перехода жидкость-пар, формирующихся в недрах гидротермально-магматических систем островных дуг.

Кроме минералорудообразующего аспекта, ПДС привлекают фундаментальную науку и практическую геотермию с точки зрения получения тепловой и электрической энергии. Мощность наиболее крупных пародоминирующих геотермальных месторождений мира (Лардерелло – Италия, Гейзерс – США, Матсукава – Япония, Камоджанг – Индонезия) составляет от многих сотен до тысяч МВт. В этом ряду стоит и Кошелевская гидротермально-магматическая система с разбуренным Нижне-Кошелевским геотермальным месторождением, которым в последнее время мы уделяем повышенное внимание [Рычагов и др., 2008, 2009; Rychagov, Nuzhdayev, 2009, 2010].

Запись опубликована в рубрике VIDEO. Добавьте в закладки постоянную ссылку.