научная статья по теме ИСТОЧНИКИ ВЫСОКОБАРИЧЕСКИХ ФЛЮИДОВ В ПРОЦЕССАХ ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Геология

Текст научной статьи на тему «ИСТОЧНИКИ ВЫСОКОБАРИЧЕСКИХ ФЛЮИДОВ В ПРОЦЕССАХ ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»

ГЕОХИМИЯ, 2015, № 7, с. 589-606

ИСТОЧНИКИ ВЫСОКОБАРИЧЕСКИХ ФЛЮИДОВ В ПРОЦЕССАХ ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

© 2015 г. В. Б. Наумов*, В. А. Дорофеева*, О. Ф. Миронова*, В. Ю. Прокофьев**

*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19 e-mail: naumov@geokhi.ru **Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017Москва, Старомонетный пер., 35 e-mail: vpr@igem.ru Поступила в редакцию 26.03.2014 г. Принята в печать 15.07.2014 г.

Обобщены опубликованные данные определений физико-химических параметров (температуры, давления и составы природных флюидов), полученных при изучении флюидных включений в минералах различных геологических объектов: гидротермальных месторождений, глубинных ксенолитов, магматических и метаморфических пород. Установлено, что нередко при формировании гидротермальных месторождений флюидные давления значительно превышали литостатическую нагрузку (250—270 бар/км) вышележащих пород. Рассмотрены возможные источники высокобарических флюидов, которых несколько — флюиды глубинных ксенолитов, флюиды магматических и метаморфических объектов. Для каждого источника обобщены данные о температурах, давлениях и составе флюидов.

Ключевые слова: флюидные включения, высокобарические флюиды, гидротермальные месторождения, глубинные ксенолиты, магматические флюиды, метаморфические флюиды.

Б01: 10.7868/80016752515070067

Температуры и давления являются одними из основных параметров, влияющих на формирование гидротермальных месторождений различных элементов. Температуры кристаллизации минералов достаточно уверенно определяются путем прямых замеров в термокамерах моментов гомогенизации флюидных включений. Полученные в этом случае результаты свидетельствуют о минимальных температурах процессов кристаллизации этих минералов. В созданной нами базе данных по флюидным и расплавным включениям (Наумов и др., 2009), в которую постоянно включаются результаты из всех (на сегодня более 20 000) публикаций в мировой литературе, в настоящее время насчитывается более 45 000 определений температур для 275 минералов. Обобщение этих определений позволило установить широкий интервал температур природных флюидов — от 20 до 1300°С и более узкие интервалы температур кристаллизации отдельных минералов (Наумов и др., 2009). Что касается давлений минералообразующих флюидов при формировании гидротермальных месторождений, то прямых методов их определений

не существует. Как правило, давления оцениваются с учетом имеющихся обычно достаточно точных экспериментальных PVT-данных конкретных систем, зафиксированных во флюидных включениях. Подробно методы определения давлений минералообразующих сред были опубликованы ранее (Наумов, 1982). Коротко отметим, что используются PVT-данные некоторых летучих (СО2, СН4, N2) или некоторых систем (H2O—NaCl, H2O—CO2—NaCl, H2O—CH4 и др.). Метод использования высокосоленых растворов, фиксируемых по наличию дочерних минералов во флюидных включениях, был впервые применен П.В. Клевцовым и Г. Г. Леммлей-ном еще в 1959 г. (Клевцов и Леммлейн, 1959) и позже уточнен по результатам новых экспериментальных данных (Becker et al., 2008; Lecumberri-Sanchez et al., 2012).

В настоящее время главным источником количественной информации о давлениях природных флюидов несомненно являются включения в минералах, с помощью которых удается охарактеризовать все геологические процессы: магматические, метаморфические, пегматитовые, скарно-

Таблица 1. Количество публикаций и определений флюидных давлений в различных геологических объектах, полученных по включениям в минералах

Геологический объект Количество

публикаций определений флюидных давлений

всего Р > 2000 бар

Гидротермальные месторождения 511 (200) 3295 697

Глубинные ксенолиты 52 (49) 484 388

Магматические объекты 165(129) 892 682

Метаморфические объекты 181(165) 1201 1018

Примечание. В скобках указано количество публикаций, в которых приведены данные о высоких флюидных давлениях (>2000 бар), полученных по включениям в минералах.

вые, грейзеновые, гидротермальные, осадочные и диагенетические. Всего сейчас получено более 6500 определений флюидных давлений. При этом появляется все больше данных, свидетельствующих о высоких (несколько кбар) значениях давлений при формировании гидротермальных месторождений. Из данных табл. 1 следует, что из всех 3295 определений давлений для гидротермальных объектов пятая часть (697 определений или 21%) приходится на значения, равные или превышающие 2000 бар. В наших ранних работах (Тугаринов и Наумов, 1969; Наумов В. и Наумов Г., 1980; Наумов и Иванова, 1984; Наумов и др., 1997 и др.) постоянно отмечалось, что во многих случаях, когда по геологическим данным оценены глубины в период минералообразования, а по включениям в минералах определены давления, то последние значительно превосходили величины не только гидростатической (100 бар/км), но даже литоста-тической (250—270 бар/км) нагрузки вышележащих пород.

Глубины формирования рудных месторождений в большинстве случаев не превышают 3—5 км, иногда 7 км, в редких случаях 9 км (Sillitoe, 1973; Кушна-рев, 1982; So and Shelton, 1983; Cline and Hostra, 2000; Rusk et al., 2004). Так, в работе И.П. Кушнаре-ва, посвященной глубинам образования эндогенных месторождений (Кушнарев, 1982), сделан вывод о том, что "общая глубина образования всех типов гидротермальных месторождений находится в диапазоне от 0.5 до 5 км". Верхние части типичных медно-порфировых месторождений находятся на глубине 1.5—3 км при общем диапазоне флюидных систем, достигающем 8 км (Sillitoe, 1973). Для медно-вольфрамового месторождения в Южной Корее также указаны глубины от 1.0 до 3.6 км (So and Shelton, 1983). Для золоторудных месторождений отмечается более широкий диапазон глубин — от 2 до 7 км (Cline and Hostra, 2000). Глубина формирования большинства Cu—Mo месторождений не превышала 3 км, лишь в одном случае достигала 4—9 км (Rusk et al., 2004). Таким образом, с учетом литостатической нагрузки вышележащих

пород (250—270 бар/км), флюидные давления не должны были превышать 2000 бар.

На рис. 1 сведены все опубликованные данные по температурам и давлениям, определенные по флюидным включениям на гидротермальных месторождениях различных элементов. Таких результатов уже почти 3300. В этот рисунок не включены данные по пегматитам и альпийским и хрусталеносным жилам. Отчетливо видно, что многие определения давлений значительно превышают 2000 бар. Это означает, что при формировании гидротермальных месторождений существовали избыточные давления по сравнению с литостатической нагрузкой вышележащих пород. Приведем один пример. Нами были детально исследованы флюидные включения в образцах кварца золоторудного месторождения Колар (Индия), отобранных на различных глубинах вплоть до 3100 м (Наумов и др., 1988). Было установлено, что с уменьшением глубины закономерно, во-первых, уменьшается флюидное давление — от 4.9 до 0.7 кбар и, во-вторых, изменяется мольное отношение Н2О/СО2 — от 1.2 до 13. Кроме того, изменялись градиенты флюидного давления — от 6.07 бар/м на нижних горизонтах до 0.33 бар/м на верхних горизонтах при среднем значении 1.35 бар/м. Это значительно превосходит величину градиента давлений 0.27 бар/м, создаваемую литостатической нагрузкой вышележащих пород.

Из всего вышесказанного следует вывод, что источником высокобарических давлений в процессах формирования гидротермальных месторождений являлись эндогенные флюиды, поступавшие с больших глубин. Поэтому задачей настоящей работы был поиск возможных источников высокобарических флюидов при формировании гидротермальных месторождений. Их оказалось несколько. Но сначала рассмотрим все опубликованные данные по высокобарическим флюидам гидротермальных месторождений различных элементов.

Т, °С 1000 г

Рис. 1. Температуры и давления, определенные по флюидным включениям на гидротермальных месторождениях различных элементов.

Общее количество определений составляет 3295, из них 697 — определения, равные или превышающие 2000 бар.

ВЫСОКОБАРИЧЕСКИЕ ФЛЮИДЫ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

В табл. 2 сведены опубликованные данные по физико-химическим параметрам высокобарических флюидов на гидротермальных месторождениях, на которых в некоторые моменты их формирования флюидные давления достигали 2000 бар или более. Кроме того, в табл. 2 указаны главные рудные элементы для каждого объекта (как их оценивали авторы публикаций), а также состав главных компонентов флюидной системы. Из 697 определений высокобарических флюидов (табл. 1) большинство (423) зафиксировано на золоторудных и золото-серебряных месторождениях и рудопро-явлениях, 60 — на медно-порфировых и медных, 52 — на полиметаллических, 43 — на олово-вольфрамовых, 17 — на сурьмяных, 13 — на бериллие-вых, 13 — на месторождениях редкоземельных элементов, только 2 — на урановых месторождениях. На что следует прежде всего обратить внимание из данных табл. 2 — это на значительные интервалы между максимальными и минимальны-

ми давлениями, определенные для многих объектов с помощью исследований флюидных включений в минералах. Этот факт недавно отметили и авторы статьи (ЕаЫгоз е! а1., 2014), изучавшие одно из золоторудных месторождений Бразилии. По их данным флуктуации в давлениях достигали 1600—2200 бар при минимальных значениях 100—200 бар и максимальных значениях 1800—2500 бар.

Из данных табл. 2 следует, что в большинстве случаев в составе высокобарических водных флюидов фиксируются углекислота (флюидные системы 2, 6—9), метан (флюидные системы 3, 6, 9), азот (флюидные системы 4, 7, 9) и сероводород (флюидные системы 8, 14). Известно, сколь значительно изменяются кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства растворов при изменении давления, особенно при возникновении дегазации и отделении летучих в собственную фазу (Наумов В. и Наумов Г., 1980; Наумов Г. и Наумов В., 1977). Падение давления приводит к возрастанию щелочных свойств растворов за счет изменения плотности флюида и потери им летучих компонентов, например, угл

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.

Показать целиком