УДК 553.21/.24:553.3/.4
ЭВОЛЮЦИЯ КИСЛОТНОСТИ РУДООБРАЗУЮЩИХ ФЛЮИДОВ, ОБУСЛОВЛЕННАЯ ГИДРОЛИЗОМ ХЛОРИДОВ
© 2010 г. И. Н. Кигай, Б. Р. Тагиров
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Старомонетный пер., 35, Москва, 119017, Россия, Поступила в редакцию 01.09.2009 г.
Получена после доработки 11.10.2009 г.
Изучение флюидных включений показывает, что состав магматогенных флюидов в широком P-T диапазоне может быть аппроксимирован системой NaCl (± KCl)—CO2—H2O. Влияние H2CO3, H3BO3, H2S и такого редкого компонента, как NH3 на кислотность надкритических флюидов оказывается незначительным. Поэтому их кислотность должна практически полностью определяться соотношениями между константами диссоциации продуктов гидролиза хлоридов щелочных металлов: NaOH + H+ + Cl - = NaCl + H2O = Na+ + OH - + HCl.
Анализ современных экспериментальных данных показывает, что после отделения от гранитоид-ных расплавов надкритические флюиды такого состава должны быть щелочными. Но во время образования скарнов (при T « 800—600°С) из-за слабой диссоциации электролитов флюиды ведут себя как почти нейтральные или слабощелочные. При дальнейшем охлаждении диссоциация электролитов усиливается, эффективная щелочность флюидов нарастает, и с их воздействием на породы связано образование калишпатовых (± Мо, Au, U) и альбитовых (± Ве, U) метасоматитов. При этом оруденение, сопряженное со скарнами и полевошпатовыми метасоматитами, только метасоматиче-ского происхождения при полном отсутствии жил заполнения. После охлаждения до 450—300°С и ниже растворы должны становиться кислыми, поскольку HCl диссоциирована в этих условиях сильнее, чем NaOH и KOH. Однако геологические наблюдения и температуры минералообразова-ния свидетельствуют о том, что для образования типичных кислотных метасоматитов простого охлаждения щелочных флюидов недостаточно. Вынос SiO2 из вмещающих пород при образовании всех эндогенных кислотных метасоматитов и тесная связь последних с образованием жил заполнения указывают на то, что формирование грейзенов, турмалинитов, березитов и серицитолитов в эндогенных условиях является результатом воздействия на вмещающие породы кислых и бедных кремнеземом конденсатов газовой фазы субкритических флюидов.
Следовательно, сопровождаемые кислотными метасоматитами жильные послескладчатые месторождения W и Sn (± Be, Li, Мо), генетически связанные с гранитоидами известково-щелочного ряда, и месторождения Au, Ag, Cu, Zn, Pb, As, Sb и Hg, связанные с мантийными основными магмами, были образованы в условиях длительного сосуществования гравитационно разделенных газовой и жидкой фаз.
Приведенное химическое и геологическое объяснение причины наблюдаемой эволюции кислотности флюидов является альтернативой гипотезе Д.С. Коржинского об опережающей волне кислотных компонентов. На месторождениях выявлены неоднократные изменения ("волны") и щелочности, и кислотности флюидов, обусловленные различным направлением реакций гидролиза хлоридов при разных температурах, прерывистым поступлением флюидов в сферу рудоотложения и их гетерогенизацией.
Проблема кислотности гидротермальных флюидов относится к важнейшим в теории гидротермального минералообразования. Она затрагивалась в работах К. Феннера (Fenner, 1933), Н. Боуэна (Bowen (1933), Л. Грейтона (Graton, 1940), Д.С. Коржинского (1951, 1958), Дж. Хемли (Hemley, 1959; Hemley et al., 1961; Montoya, Hemley, 1975), Дж. Шейда (Shade, 1974), И.Н. Кигая (1966, 1979, 1989), В.А. Жарикова (1967), И.Д. Рябчикова (1975), Г.Б. Наумова (Наумов, Дорофеева, 1975), РП. Рафальского (1987), Р. Фурнье совместно с М. Томпсоном (Fournier, Thompson, 1993), Дж. Бишофа с соавторами (Bischoff et al., 1996) и ряда других исследователей.
О ГИПОТЕЗЕ КИСЛОТНО-ФИЛЬТРАЦИОННОГО ЭФФЕКТА Д.С. КОРЖИНСКОГО
Предпринималось много попыток оценить характер эволюции кислотности-щелочности гидротермальных растворов после их отделения от материнских силикатных расплавов. Опираясь на геологические данные и качественные оценки относительной кислотности-щелочности флюидов при формировании различных метасоматических и рудных парагенезисов, Д.С. Коржинский (1958) выдвинул гипотезу опережающей волны кислот-
ных компонентов. В основе гипотезы лежали: (1) наблюдения об опережающем формировании кислотных метасоматитов по отношению к сопутствующим рудам и (2) предположение о влиянии на кислотность флюидов более ускоренной фильтрации кислотных компонентов через породы по сравнению с основаниями.
(1) Опережающее формирование кислотных метасоматитов по отношению к одностадийным с ними рудам было в последующем детально обосновано (Кигай, 1966, 1979 и др.) для оловянных, вольфрамовых, золоторудных и свинцово-цин-ковых месторождений. Было установлено, что в каждую стадию минерализации формируется зональная колонка околожильных метасоматитов, в которой, в полном согласии с теорией метасома-тической зональности Д.С. Коржинского (1953, 1982), от неизмененных вмещающих пород в сторону флюидоподводящей трещины число минералов в каждой зоне уменьшается вплоть до образования мономинеральной тыловой зоны. Но по мере приближения к участкам, где просачивание растворов затруднено (пережимы, выклинивания трещин по простиранию и восстанию), мощность метасоматических колонок и количество зон в них уменьшаются вследствие последовательного исчезновения тыловых зон. В результате рудная жила, не меняя своего минерального состава, может контактировать как с полными, так и с неполными колонками метасоматитов, а иногда даже с практически неизмененными вмещающими породами. Это было бы невозможно при синхронном формировании околорудных метасома-титов и жил (поскольку жила тогда везде сопровождалась бы метасоматитами с полным набором зон) и может быть объяснено только запаздывающим образованием рудных парагенезисов относительно сопряженных с ними метасоматитов той же стадии минерализации. А подобные взаимоотношения могут наблюдаться практически на любом хорошо разведанном месторождении, где в интервале времени между формированием метасоматитов и отложением рудных парагенезисов происходило прогрессивное разрастание жильных трещин.
(2) Что же касается кислотно-фильтрационного эффекта, то эта гипотеза Д.С. Коржинского противоречит следующим достоверным геологическим наблюдениям. Самыми ранними рудно-метасоматическими комплексами, связанными с гранитоидными магмами, являются скарново-рудные и калишпат-кварц-молибденитовые. При их образовании роль фильтрации максимальна: и метасоматиты, и сопряженные с ними руды формируются только метасоматически (если не считать крустификационных образований в полостях гидротермального карста на некоторых скарно-вых месторождениях). Но при этом никаких заметных проявлений кислотного выщелачивания
и отложения типичных "кислотных" минералов (мусковита, лепидолита, циннвальдита, топаза, турмалина и т.п.) в них не наблюдается. А наиболее ранние кислотные метасоматиты, связанные генетически с гранитоидами — грейзены и турма-линиты, появляются только в связи с раскрытием трещинных полостей и образованием жил заполнения (Кигай, 1979), когда роль фильтрации флюидов сведена практически к нулю.
В то же время в работах К. Феннера (Fenner, 1933), H. Боуэна (Bowen, 1933) и в ранних работах Д.С. Коржинского (1951, 1953) появление кислых растворов связывалось именно с конденсацией газовой фазы магматогенных флюидов.
СОСТАВ МАГМАТОГЕННЫХ ФЛЮИДОВ И КОНЦЕНТРАЦИЯ КОМПОНЕНТОВ В НИХ
Изучение состава гидротермальных рудообра-зующих флюидов в течение последних 50 лет проводилось очень широко в разных странах с применением самых различных методов анализа газовой и жидкой фазы (Roedder, 1972, 1984; реферативные сводки Fluid Inclusion Research, ежегодно издававшиеся Э. Реддером и Х. Белкиным с 1968 по 1998 гг. и охватывавшие практически всю мировую литературу по флюидным включениям). Оно показало, что в широком диапазоне температур и давлений состав высокотемпературных магматогенных рудообразующих флюидов, связанных с гранитоидными магмами, может быть с достаточной для многих генетических построений степенью достоверности ап-
1
проксимирован системой
NaCl (± KCl)-CO2-H2O.
На основании кларков хлора и воды в кислых магматических породах И.Д. Рябчиков (1975) оценил мольную долю хлоридов в магматогенных флюидах как 0.015—0.03, что соответствует концентрации примерно 4.71—9.1 мас. % экв. NaCl. Эти цифры могут соответствовать составу флюида при однократном и вместе с тем полном выделении из магмы как воды, так и NaCl. Однако флюиды выделяются не сразу, а прерывисто, многостадийно (Кигай, 1974, 1979), при этом солевые концентрации в них регулируются коэффициентами разделения между газовой фазой, жидким раствором (рассолом) и силикатным расплавом. Тем не менее, исходя из приведенной оценки И.Д. Рябчикова, можно полагать, что начальные концентрации гомогенных надкритических маг-матогенных флюидов разных стадий минерализа-
1 В средне- и низкотемпературные стадии процесса во флюидах возрастает роль HS_, S2~, HCO-, Ca, Mg, Fe. При этом повышенная роль сульфидной серы связана с флюи-
дами — дериватами мантийных базитовых магм.
ции, связанных с гранитоидами, в типичном случае не должны превышать 10 мас. % экв. NaCl.
Анализу данных по солевым концентрациям ми-нералообразующих флюидов магматогенных месторождений посвящены работы многих российских и зарубежных исследователей, обобщенные в сводках И.Л. Ходаковского (1965), Э. Реддера (Roedder, 1972, 1984) и появившиеся в печати в последующие годы (Кигай, Самоваров, 1989; Беспаев, Парилов, 1999; Прокофьев, 2000 и др.). Из опубликованных данных следует, что при отсутствии явных признаков гетеро-генизации (кипения) солевые концентрации во флюидах продуктивных стадий олово-вольфрамовых, золотых, полиметаллических и других постскладчатых магматогенных жильных, а также эксга-ляционно-осадочных колчеданных месторождений обычно варьируют от 1 до 10 мас. % экв. NaCl.
Более высокие концентрации (от 10 до 25% экв. NaCl и выше) присущи в основном флюидам месторождений четырех типов: пегматитов, страти-формных полиме
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.