Причины эволюции гидротермальных растворов

Существуют альтернативные модели изменения параметров ги­дротермальных растворов во времени: пульсационная и эволюци­онная. Сторонники пульсационной модели (П.П. Пилипенко, С.С. Смирнов) полагают, что последовательность метасоматичес­ких процессов обусловлена дискретным поступлением отдельных порций растворов разного состава, которые поднимаются по пери­одически открывающейся системе трещин. Одни порции растворов способны, например, производить грейзенизацию или окварцева-ние, другие — формировать сульфидные руды, третьи — формиро­вать кварц-карбонатные прожилки.

Эволюционная модель, наиболее полно разработанная Д.С. Коржинским (1955 г.), В.А. Жариковым и Б.И. Омельяненко (1965 г.), объясняет многообразие метасоматитов кислотно-основ­ной дифференциацией единого потока гидротермальных растворов. В постмагматическом процессе выделяются несколько стадий: ран­няя щелочная, кислотного выщелачивания, осаждения (поздняя щелочная) и заключительная стадия остаточных нейтральных рас­творов. Эта схема широко используется в геологической практике и часто рассматривается как универсальная. Однако не следует за­бывать, что она основана наряде геологических и физико-химиче­ских допущений, которые существенным образом влияют на выво­ды о типах и последовательности стадий.

____ Часть V. Петрография и петрология метасоматических горных пород___

Предполагается, что гидротермальные растворы отделяются от кислого магматического расплава, а затем непрерывно эволюциони­руют по мере снижения температуры и взаимодействия с горными породами. Эволюция протекает в соответствии с теоретической моделью, в которой большое значение придается кислотно-основ­ному фильтрационному эффекту и волнообразному изменению щелочности-кислотности во времени. Сущность фильтрационно­го эффекта вытекает из экспериментальных данных, согласно ко­торым фильтрация анионов и катионов в потоке растворов проис­ходит с разной скоростью: движение катионов происходит медленнее потока растворителя, а анионов — с та.кой же скоро­стью или несколько быстрее. Допускается, что анионы вызывают со­пряженное перемещение ионов водорода с возникновением опере­жающей кислотной волны. Однако результаты экспериментов можно интерпретировать и по-иному. В.А.Жариков связывает филь­трационный эффект с электрокинетическими явлениями, С.С.Смирнов — с адсорбционно-обменными процессами. В любом случае этот эффект не может служить определяющим фактором эволюции растворов, так как он проявлен только в очень тонких ка­налах шириной менее 0.2 мкм, а при большем их раскрытии лишь в пределах пограничного слоя.

Смена кислотной стадии щелочной по И.Д.Рябчикову (1975 г.) может быть обусловлена другими причинами, например, особенно­стями отделения флюидов от кристаллизующихся гранитоидных магм. Так, в системе альбит—кварц—галит—вода, имитирующей кристаллизацию кислых расплавов с летучими компонентами, сили­катный расплав может находиться в равновесии с двумя флюидны­ми фазами: менее плотным газом и более плотной водно-солевой жидкостью (рассолом). Равновесие сохраняется до Р_Н20 = 120— 130 МПа, что позволяет предположить несмесимость флюидных фаз в ходе кристаллизации природных гранитных магм на глубинах около 3-4 км. Модель подтверждается наблюдениями Э. Реддера (1965 г.), описавшего два типа первичных флюидов в минералах гранитов. Включения одного типа наряду с жидким раствором и га­зовым пузырьком содержат кристаллы галита. При нагревании они гомогенизируются в жидкую фазу и, скорее всего, являются релик­тами высококонцентрированных (до 70 мас.% NaCl) рассолов. Включения второго типа гомогенизируются в газовую фазу, пред­ставляющую собой смесь Н₂О, СО₂ с примесью H₂S и НС1. При ос­тывании системы различия в составе газовых и водно-солевых рас-

6. Метасоматизм во времени и простпанстяр

творов постепенно нивелируются, и в конечном итоге они смеши­ваются друг с другом, образуя гомогенную флюидную фазу. В при­родных условиях возможна ситуация, при которой более подвиж­ная и обладающая меньшей плотностью и вязкостью газовая фаза будет опережать более плотный и вязкий рассол. Последовательное воздействие на вмещающие горные породы сначала более подвиж­ной газовой фазы, обогащенной кислотными компонентами, а за­тем концентрированного водно-солевого раствора, обладающего щелочными свойствами, может объяснить смену кислотного выще­лачивания щелочным метасоматозом. Водно-солевая фаза оказы­вается способной экстрагировать рудные компоненты из остаточ­ного расплава и переносить их за пределы гранитного массива.

Сравнение последовательности формирования метасоматитов в разных геологических обстановках приводит к выводу, что хроно­логические ряды метасоматических горных пород, возникающих под воздействием гидротермальных растворов, связанных с одним источником, чаще всего отражают не чередование щелочных и кис­лотных стадий, а монотонное изменение рН вследствие нейтрали­зации растворов в ходе охлаждения и химического взаимодейст­вия с горными породами (рис. 6.1).

Постепенное уменьшение величины рН при просачивании ще­лочных растворов и ее возрастание при подъеме кислотных гидро­терм приводит к тому, что во внешних частях метасоматических ореолов и фронтальных зонах различных метасоматических коло­нок развиваются пропилиты, гидрослюдиты и эйситы, равновесные с близнейтральными растворами. Наиболее благоприятной сре­дой, способствующей быстрой нейтрализации любых растворов, являются карбонатные породы.

Нарушение монотонности изменения рН во времени и прост­ранстве может быть обусловлено разбавлением магматогенных рас­творов экзогенными водами. Высокотемпературные водные раство­ры и рассолы, которые отделяются от затвердевающих магматических тел, обладают щелочной реакцией, а нагретые под­земные или морские воды имеют меньшую величину рН. Поэтому вовлечение в конвективные гидротермальные системы большого объема экзогенных вод приводит к смене раннего щелочного или слабощелочного метасоматоза кислотным выщелачиванием.

Изучение изотопного состава кислорода и водорода флюидных включений в минералах метасоматитов показало, что в формирова­нии всех низкотемпературных кислотных метасоматитов участву-

_____ Часть У. Петрография и петрология метасоматических горных пород_____

ют экзогенные воды. Не исключено, что и на стадии образования грейзенов, по крайней мере, часть воды связана с экзогенным ис­точником (см. ниже). В тех гидротермальных системах, где доля магматогенных вод мала, последовательность метасоматитов на­чинается с продуктов кислотного выщелачивания, а завершается ме-тасоматическими горными породами, которые равновесны с раство­рами, близкими к нейтральным (серицитолиты, березиты, листвениты — аргиллизиты — пропилиты; вторичные кварциты — пропилиты, аргиллизиты — гидрослюдиты) (см. рис. 6.1).

Достижение минимальных значений рН при формировании вторичных кварцитов и аргиллизитов может быть также обусловле­но образованием серной кислоты за счет разложения более ранне­го пирита при наложении аргиллизитов на филлизиты или окисле­нием вулканогенной серы в приповерхностных уровнях при образовании алунитовых вторичных кварцитов.

Смешение поднимающихся горячих растворов с более холодны­ми вадозными водами может служить и причиной отложения руд­ного вещества, так как при падении температуры понижается рас­творимость сульфидов и оксидов металлов, а также уменьшается устойчивость комплексных соединений, в виде которых перено­сятся рудные компоненты.

Итак, поступление гидротермальных растворов из эндогенных и экзогенных источников и тенденция к их последовательной ней­трализации позволяют просто и непротиворечиво объяснить стро­ение хронологических рядов метасоматитов в различных геологи­ческих обстановках.