Геохимия гидротермального процесса

8.1. Общепринято, что все разнообразные рудные мест-я связаны с остыванием магматических расплавов. Это не совсем точно:

При остывании магмы: а) элементы могут перейти в уже готовые породы и оставаться рассеянными, т.е. не дать мест-й; б) элементы в виде летучих соединений также переходят в породы и остаются рассеянными; в) при благоприятных условиях образовать магматогенные рудные мест-я.

Таким образом, концентрация рудных элементов может происходить 3 путями: а) ликвация (отделение); б) кристаллизация; в) выделение элементов из магмы в форме летучих погонов.

При ликвации, т.е. отделении от главного силикатного магмат. расплава сульфидного расплава образуют магмат.сульфидные мест-я Fe, Ni, Cu, Cо, платиновой группы.

При кристаллизованной дифференциации рудные минералы выпадают или несколько раньше главной кристаллизации силикатных минералов (например, сегрегационные мест-я хромита, осмистого иридия, платины, генетически связанных с ультраосновными породами), или позднее гл. кристаллизации из специализированных остаточных магм, образуя вкрапления, жилы, линзы сплошных руд (хромитовые мест-я титаново-магнетитовые в габбро). Сюда же относятся и пегматиты как результат кристаллизации остаточных кислых или щелочных магм.

Однако основная масса магматогенных мест-й связана с выделением из магмы летучих компонентов. Из паров и газов, содержащих различные, в т.ч. и рудные элементы, а так же из растворов в которые переходят эти пары и газы, образуются самые различные мест-я Fe, Cu, Wo, Mo и др. металлов; пневматолитовые и контактово-метасоматические мест-я олова, Mo, Wo, Bu и др., наконец, гидротермальные мест-я, характерные для большого числа цветных и редких металлов.

Самым главным и важным процессом и является гидротермальный (халькофильный). Это наиболее сложный процесс, но он дает значительную часть добываемых человечеством цветных и редких металлов: Сu, Pb, Ag, Zn, Олово, Wo, Au, Sm, Hg и др. Добыча этих «Э» во всем мире постоянно растет. Старые мест-я уже истощаются, нужны новые.

8.2. Теория гидротермальных процессов разработана тем не менее слабо (ввиду исключительной сложности). Судим только по конечным результатам.

8.3. Минералы гидротермальных жил: сернистые, селенистые, теллурические, сульмянистые, мышьяковистые соединения халькофильных «Э», а также кварц, карбонаты, барий и др. Среди халькофильных минералов резко преобладают сульфиды, т.к. кларк S (серы) очень высок. По В.И. Вернадскому сульфидов в Земной коре » 0,15%, большая часть при этом приходится на сульфиды железа. Все остальные только доли %. Самостоятельные минералы образуют 25 халькофильных «Э», а число минералов: >>200.

8.4. Подсчеты показывают, что наиболее характерными для гидротермальных жил являются следующие «Э»: S, Fe, Cu, Zn, Арсениум, Сурьма, Селен, Ag, олово, Pb, Co, Ni, Mo, Cd, Te, W, Au, Hg, Bi, U, F, H. Присутствуют, но в малых концентрациях Ga, Ge; «Э» платин. группы. Промежуточное значение – Si, C, Mn.

Из других геохимических полей в гидротермальные жилы попадают (захватываются) такие «Э» как К, Li, Be, Cl, Ca, Ba, Al, Mg, O, а также как Са и Ba могут присутствовать в больших количествах.

8.5. Характерные халькофильные элементы занимают определенное место в периодической таблице Д.И. Менделеева. К халькофильным относятся атомы с порядковыми номерами: 29-34 (Сu, Zn, Ga, Ge, As, Se); 47-52 (Ag, Cd, Jndij, Sn, Sb, Fellur); 79-83 (Au, Hg, Fe, Pb, Bi).

8.6. Кларки халькофильных элементов, как правило, низкие > n∙10^-3%, только кларк серы ≈ 0,047%.

Причины этого: а) они расположены далеко от начала периодической таблицы и следовательно для них характерна малая распространенность. б) в процессе первичной дифференциации земного вещества основная часть халькоф. «Э» сконцентрировалась в окисно-сульфидной геосфере и только небольшая часть попала в земную кору.

8.7. Около 60% атомов, характерных для гидротермального процесса являются четными, т.е. как в земной коре, но все-таки количество нечетных (≈40%) довольно велико (скорее всего сказывается их летучесть).

8.8. Наиболее распространена гипотеза магматического генезиса гидротермальных растворов, хотя отрицать возможность проникновения метеорных вод на глубину отрицать нельзя.

8.9. В магматических расплавах присутствуют наряду с литофильными (Si, Al, Ca, Mg, щелочи и др.) все элементы таблицы Д.И. Менделеева в разных концентрациях. При остывании магмы и образуются изверженные горные породы, негматитовые жилы и гидротермальные мест-я.

8.10. Очень важно знать, что t⁰ гидротермальных растворов может быть различной (100-400⁰С), но «Р» практически всегда падает, т.к. гидротермальные растворы поднимаются вверх по разрезу образуя, гл. образом, жильные концентрации.

8.11. Определенная последовательность выпадения минералов из раствора предопределяет зональное распределение мест-й вокруг охлаждающегося магматического очага. Часто все очень сложно, но иногда мы имеем дело и с четкими закономерностями: ближе к очагу плохо растворимые, дальше хорошо растворимые. Так, в непосредственной близости к магматическим батолитам располагаются месторождения молибденита, кассатерита, вольфрамита, дальше – полиметаллы сфалерит, галенит и еще дальше – сурьма, ртуть. Расстояние от очага академик А.Е. Ферсман называл геохимическим градиентом.

8.12. Во многих минералах имеются сингенетические включения жидких и газообразных продуктов. При кристаллизации пустоты заполнялись гидротермальным раствором, затем изолировались. Нагревая минерал можно видеть, что при какой-то t⁰C газовые пузырьки исчезают и пустоту заполняет жидкость. Предполагают, что эта t⁰C и есть t⁰C образования данного минерала.

Профессор И.П. Ермаков разработал специальную шкалу на основе использования прибора – декрипитографа. Он показал, что на ряде месторождений, например, барит кристаллизировался при t⁰C≈150-120⁰С, флюорит – 135-100⁰С, кальцит – 110-90⁰С и т.д.

8.13. В заключении следует иметь ввиду, что точка зрения об отожествлении гидротермальных растворов и месторождений с магматогенными процессами не является однозначной. Гидротермальные процессы и их продукты могут иметь и метаморфогенное происхождение.