ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2012, № 4, с. 23-36
УДК 553.078.2 + 537.533.35
МИГРАЦИЯ КАТИОНОВ В ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ГЛИНАХ: К ВОПРОСУ О КРИТЕРИЯХ МЕТАЛЛОНОСНОСТИ ГАЗО-ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ФЛЮИДОВ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЮЖНОЙ КАМЧАТКИ
© 2012 г. С. Н. Рычагов, Р. Г. Давлетбаев, О. В. Ковина, А. В. Сергеева1, В. Н. Соколов2,
М. С. Чернов2, Ю. В. Щегольков3
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: rychsn@kscnet.ru 1 Воронежская государственная технологическая академия, 394036 Воронеж, пр. Революции, 19, e-mail: valraf2009@yandex.ru 2 Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова 119991 Москва, Воробьевы горы, e-mail: sokolov@geol.msu.ru
3 Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов
117545 Москва, Варшавское шоссе, 129, корп. 1, e-mail: schegolkov@inbox.ru Поступила в редакцию 20.06.2011 г.
На основе комплексного изучения толщи гидротермальных глин, залегающих на геотермальных полях, обсуждаются условия формирования катионного состава аргиллизированных пород. В гидротермальных глинах под воздействием газо-водных флюидов и поровых растворов образуются микро- и наноминеральные смеси, включающие кристаллические, аморфные и переходные минеральные фазы. Большую роль в их составе играют катионы ряда металлов (Fe, Al, Ti, Na, Mg, Ca, K, Mn, Ba), а также Si, C, N, S и летучие (F-, Cl—). Источником катионов и др. элементов служат как вмещающие неизмененные породы, гидротермально-метасоматические новообразования, гидротермальные глины, солевые отложения, кремнистые, карбонатные и др. осадки, так и глубинный флюид. В структуре геотермальных аномалий и месторождений формируется единая система "гид-ротермально-метасоматическая порода — газо-водный флюид — новообразованные минеральные соединения", каждый элемент которой участвует в транспорте, накоплении и перераспределении металлов. Такой подход к изучению геохимии современных геотермальных систем может служить основой для разработки критериев металлоносности метасоматитов, газо-гидротермальных флюидов и минеральных новообразований.
ВВЕДЕНИЕ
Вопросам металлоносности современных гидротермальных растворов, парогидротерм, вулканических и геотермальных газов пристальное внимание уделяли многие ученые [Аверьев, 1966; Арсанова, 1974; Басков, Суриков, 1975; Голева, 1974; Зеленов, 1974; Иванов, 1960; Карпов, 1988; Кононов, 1983; Лебедев, 1980; Меняйлов, Никитина, 1974; Никитина, 1978; Озерова, 1965; Пийп, 1937; Поляк и др., 1979]. Оценка металлоносности различных вулканогенных формаций, фаций метасоматитов и гидротермально измененных пород лежит в основе работ [Василевский, 1973; Коржинский, 1982; Смирнов и др., 1974] и др. исследователей. С.И. Набоко впервые сформулировала и обосновала положение о необходимости
одновременного изучения металлоносности современных гидротермальных растворов и образующихся под их влиянием осадков и метасоматитов для решения этой, одной из наиболее сложных проблем в минерало-рудообразовании областей современного и четвертичного вулканизма [Набоко, 1980].
При существующем внимательном отношении к проблеме со стороны многих специалистов ее нельзя назвать решенной. Так, превалирует оценка металлоносности природных вод и гидро-термально-метасоматических пород по принципу: "много — металлоносные, мало — не металлоносные", пороговые критерии концентраций катионов, даже формального характера, не установлены. Но в областях современного вулканизма преобла-
дают гидротермальные растворы с очень низкой общей минерализацией (в среднем, от десятков до первых сотен мг/л) и, соответственно, малой концентрацией микроэлементов. То же относится к метасоматитам и солевым отложениям. С. И. Набоко при определении металлоносно -сти растворов и соответствующих им осадков выделяет типы вод, используя известные гидрохимические и геохимические классификации В.В. Иванова, В.И. Кононова, Г. И. Арсановой и др., и обращает внимание на специализацию вод на отдельные микроэлементы [Набоко, 1980]. Однако в каждом случае для конкретных гидротермальных систем и геотермальных полей вопрос о том, какие растворы, газы, метасоматиты и минеральные новообразования относить к металлоносным, а какие — к "пустым", остается актуальным. Обсуждение этого вопроса лежит в основе решения проблемы о взаимосвязи современных и древних рудообразующих гидротермальных систем.
С целью получения критериев оценки метал-лоносности системы "газ — раствор — новообразованный минерал — метасоматиты" авторы настоящей работы, развивая представления С.И. Набоко и других исследователей, используя большой массив полученных в последние годы фактических данных, новые экспериментальные и аналитические возможности, обращают внимание на миграцию катионов и анионов в такой высокодинамичной среде, как гидротермальные глины геотермальных месторождений.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
Паужетско - Камбально - Кошелевский геотер -мальный (рудный) район, на примере которого выполнены исследования, входит в состав Южно-Камчатской геотермальной провинции и расположен на сочленении трех вулканических поясов Камчатки. Район отождествляется с длитель-ноживущим (с раннего олигоцена по голоцен) вулканическим или вулканогенно-рудным центром [Долгоживущий центр ..., 1980; Прогнозная оценка ..., 1977]. Непосредственные объекты работ — Паужетское и Нижне-Кошелевское геотермальные месторождения и наиболее крупные геотермальные аномалии (поля): Нижне- и Верхне-Кошелевское, Верхне- и Восточно-Паужетское; Северо-, Центрально- и Южно-Камбальное. Подробная характеристика геологического строения этих структур приводится в работах [Белоусов, 1978; Паужетские ..., 1965; Рычагов и др., 2009, 2008; Структура ..., 1993]. Паужетское геотермальное месторождение относится к вододоми-нирующим. Несмотря на высокие температуры гидротерм нижнего водоносного горизонта (до 220°С на глубине 600—900 м), эволюция газо-гид-ротермальных флюидов и метасоматических про-
цессов носит регрессивный характер [Рычагов, 2003; Структура ..., 1993]. Естественные термальные поля — Верхне- и Восточно-Паужетское, локализованы в структурах новейших тектоно-маг-матических поднятий и отражают геохимический и физико-химический режимы установленных в недрах этих геологических блоков зон кипения гидротерм мощностью до 150—200 м [Жатнуев и др., 1996]. Нижне-Кошелевское геотермальное месторождение является пародоминирующим, единственным из разбуренных месторождений такого типа на Камчатке [Писарева, 1987]. Зона перегретого пара, мощность которой оценена в >90 МВтэ, расширяется на глубину более 1500 м и пространственно связана с куполообразным выступом субвулканического тела диоритов. Геотермальными скважинами вскрыты следующие зоны этого интрузивного выступа (снизу — вверх): диориты (более 150 м), диоритовые порфириты (200— 300 м) и брекчиевая мантия мощностью от 100 до 200 м. Совокупность геологических, геофизических, гидродинамических и изотопно-геохимических данных указывает на роль этого многофазного субвулканического комплекса в качестве источника деформационных напряжений и тепла на палео- и современном этапах развития геологической структуры. Эволюция палеогидротермаль-ной системы отразилась в зональном распределении фаций вторичных минералов: в апикальной зоне субинтрузии распространены вторичные кварциты, выше они сменяются на средне- и низкотемпературные пропилиты кварц-хлорит-гидрослюдистого состава. Восходящий поток современных газо-гидротермальных флюидов пространственно тяготеет к этому субинтрузивному телу и, вероятно, связан с ним парагенетически. На дневной поверхности за счет взаимодействия восходящих флюидов с вмещающими водоносными породами образована геотермальная аномалия размером >300 х 500 м, тепловой мощностью 25000 Ккал/с [Вакин и др., 1976]. В целом, Коше-левская гидротермально-магматическая система характеризуется высокими термодинамическими параметрами, связана с магматическим источником питания и соответствует стадии прогрессивного развития [Рычагов, 2003].
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗГРУЗКИ ПАРОГИДРОТЕРМ НА ТЕРМАЛЬНЫХ ПОЛЯХ
На поверхности Паужетского и Нижне-Коше-левского геотермальных месторождений формируются кислые и слабо кислые сульфатные смешанного катионного состава (Са-Ма-М§-К) и гидрокарбонатно-сульфатные аммониевые воды [Рычагов и др., 2008]. Минерализация вод поверхностного формирования редко превышает 1 г/л. Отмечается щелочно-метальная и щелочно-зе-
мельная специализация вод геотермального района [Пампура, 1985]. Глубинные воды являются щелочно-метальными борными хлоридно-натри-евыми с минерализацией >3—5 г/л или щелочноземельными гидрокарбонатно-кальциевыми. Последний тип растворов характеризует зону смешения вод на глубине более 500—1000 м в структуре Нижне-Кошелевско го месторождения. Для всех типов вод (глубинных, смешанных и поверхностного формирования) характерно наличие кремниевой кислоты в растворенной и коллоидной формах. Коллоидная форма играет большую роль в образовании осадков на поверхности термальных полей и в насыщении минералами кремнезема толщи аргиллизированных метасоматитов ^усИа§оу й а1., 2006]. Природные воды, разгружающиеся на поверхности Камбального хребта и Нижне-Кошелевской термоаномалии, формируются с участием глубинных флюидов, о чем свидетельствуют низкие отношения 878г/868г и высокие концентрации Аи, щелочных металлов и редкоземельных элементов [Структура ..., 1993]. Воды Паужетских термальных полей формируются в результате активного взаимодействия смешанных, нагретых паром, сульфатно-гидро-карбонатно-кальциевых вод с породами и гидротермальными глинами, чем определяется их разнообразный состав и относительно высокая минерализация (до 1.0—1.5 г/л). В состав газов входят: С02 (как правило, преобладает), Н28, 8О2, НС1, НБ, Н2, СО, СН4, N [Лебедев, Деку-сар, 1980; Поздеев, Нажалова, 2008]. Углекислый газ, сероводород и сернистый газ наиболее характерны для парогидротерм, разгружающихся на поверхности Паужетского геотермального месторождения. В составе газов Верхне-Кошелев-ской те
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.