Температура, давление, состав и агрегатное состояние гидротермальных растворов

Наиболее распространенные метасоматические преобразования горных пород сводятся к их взаимодействию с горячими водными растворами различного происхождения, которые называют гидро­термальными. Это взаимодействие происходит в широком интер­вале температур от близких к нулевой при химическом выветрива­нии вблизи дневной поверхности до температуры солидуса в присутствии флюидной фазы. Дальнейшее повышение темпе­ратуры приводит к плавлению и поглощению флюидной фазы рас­плавом.

Метасоматизм развивается на разных глубинах от поверхнос­ти Земли и, по крайней мере, до верхней мантии. Большая часть околорудных метасоматитов образовалась на малых глубинах, не превышающих 3-4 км (Р< 150 МПа). Если на этих глубинах ги­дротермальные растворы заполняют связную систему трещинных каналов, то на любом уровне давление жидкости является гидро­статическим и определяется весом вышележащего столба раство­ра. При нарушении связности каналов давление может возрас­тать до литостатического и определяться весом вышележащих горных пород.

Источники гидротермальных растворов, их состав и агрегатное состояние с давних времен представляли интерес для исследовате­лей. Еще в начале XX века появились предположения о том, что в ру-дообразовании участвуют как магматические, так и подземные во­ды экзогенного происхождения, которые могут мигрировать на большие расстояния. В дальнейшем изучение газово-жидких вклю­чений в минералах метасоматитов и исследование современных гидротермальных систем подтвердили гипотезу полигенности на­гретых вод и растворенных в них компонентов. Согласно совре­менным представлениям, выделяется не менее четырех источников гидротермальных растворов:

1. Поверхностные или вадозные воды континентов, включая
дождевую, озерную, речную и грунтовую.

2. Морские, в том числе реликтовые (захороненные) воды.
640

'етасоматических процессах

3. Магматогенные растворы, которые выделяются из магм ман­
тийного или корового происхождения при их подъеме и затверде­
вании.

4. Метаморфогенные растворы, обусловленные дегидратацией
минералов при прогрессивном метаморфизме.

Каждый тип растворов обладает определенным соотношением изотопов водорода и кислорода: D/H и ¹⁸O/¹⁶O, которые отражают­ся в изотопном составе метасоматитов. Зная изотопный состав ги­дротермально-измененных пород, можно судить о природе раство­ров, под воздействием которых эти породы образовались. Изучение изотопного состава термальных вод в современных вулканических областях показало, что на долю магматогенной воды в них обычно приходится менее 5—6%. Многие метасоматиты образовались при взаимодействии горных пород именно с такими растворами.

Гидротермальные растворы могут находиться в разном агрегат­ном состоянии: жидком, кипящем или надкритическом. Критиче­ская температура воды при атмосферном давлении Р, равном 0.221Мпа, составляет 374 °С. Если в воде растворены соли, то кри­тическая точка смещается в область более высоких температур. В ходе эволюции гидротермального раствора его агрегатное состо­яние может меняться от надкритического до жидкого. Поэтому растворы часто обозначаются общим термином «флюид».

Общая минерализация варьирует от 1-5 мас.% растворенных веществ в низкоконцентрированных растворах до 50-60 мас.% в вы­сококонцентрированных рассолах. Главными компонентами гидро­термальных растворов, кроме воды, являются углекислота и хлори­ды натрия и калия. Реже присутствуют хлориды и сульфаты кальция и магния, фтор и сера в сульфидной форме. В значительно меньшем количестве отмечаются железо, азот (NH₄), углерод в форме НСО₃ или COj² литий и бор. В газовой фазе, равновесной с гидротермаль­ным раствором, кроме паров воды, присутствуют СО₂, Н₂, СН₄, N₂ и более редкие газы. Чаще всего преобладает углекислый газ, коли­чество которого может достигать 70-80 об.%. Кроме главных ком­понентов растворы содержат Си, Рb, Zn, Mo, Wo, Sn, Аu, Ag и дру­гие металлы. Источником металлов служат как магматические расплавы, так и горные породы, сквозь которые фильтруется раствор.

Продолжительность жизни современных гидротермальных си­стем оценивается тысячами и десятками тысяч лет. В геологическом прошлом некоторые из таких систем, возможно, развивались на протяжении миллионов лет.

______ Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород_____