Флюиды, связанные с метаморфическими процессами

10.07.2018
При благоприятных обстоятельствах реликтовые и метеорные воды, заключенные в горных породах и погребенные ниже поверхности земли, могут прийти в движение и стать химически активными под влиянием тепла и давления, создаваемым внедрением интрузии или региональным метаморфизмом. Как считают многие геологи, такие воды, называемые метаморфическими, являются активными переносчиками рудообразующих веществ.

Региональный метаморфизм обычно рассматривается как процесс, при котором рудные и летучие компоненты рассеиваются, а не концентрируются. Поддерживая это утверждение, Эскола показал, что для палингенных гранитов, т. е. гранитов, образованных путем перераспределения компонентов других пород, рудные концентрации, как правило, не характерны. Эскола предложил отличать такие граниты от магматических по отсутствию в них рудных месторождений. Казалось бы, идея образования рудных месторождений в процессе регионального метаморфизма не должна была вызвать у геологов-рудников особого энтузиазма. Однако любое явление, обычно считавшееся магматогенным, можно рассматривать с позиций метаморфического происхождения. Поэтому геологи все чаще начинают придавать большое значение метаморфическим процессам, особенно деятельности вод, высвобождающихся из погребенных осадков либо под действием тепла, выделяемого остывающей магмой, либо при региональном метаморфизме. До сих пор ведется оживленный спор относительно природы рудоносных флюидов, обусловивших формирование медного пояса Родезии в Африке. Гарлик и Девис считают, что образование этих месторождений и аккумуляция вмещающих осадочных пород связаны с одними и теми же рудоносными флюидами. Другими словами, они считают оруденение медного пояса сингенетическим. Грей, напротив, утверждает, что реликтовые и метеорные воды были активизированы в процессе регионального метаморфизма, при котором рудные компоненты выщелачивались из окружающих пород и концентрировались в области пониженного давления или температуры или же в химически благоприятных породах. С обеими этими идеями не согласился Сейлс, который выдвинул доказательства прямой связи рудоносных флюидов с внедрившейся магмой.

Гранитизацией называется процесс, при котором негранитные породы превращаются в породы гранитного состава, минуя магматическую или жидкую стадию. Во время гранитизации и связанных с ней процессов летучие и подвижные компоненты «активизируются»: происходит их удаление из породы и перемещение в сторону более холодных и в общем менее деформированных участков. В число этих летучих и подвижных элементов входит большая часть рудных компонентов, однако в основном флюид состоит из воды.

Металлоносная метаморфическая вода будет одной и той же — активирована ли она вследствие близости магмы или под влиянием регионального метаморфизма. Согласно данным изучения редких рассеянных элементов в минералах из отдельных метаморфических фаций, при региональном метаморфизме происходит селективное извлечение некоторых металлов. При сопутствующих тектонических процессах могут быть образованы пути для перемещения металлоносных метаморфических флюидов, которые и создадут гидротермальную систему. Эта вода вместе с растворенными в ней металлами, по-видимому, движется в область низкого метаморфического градиента, опережая распространение регионального метаморфизма или внедряющуюся магму.

Возможность концентрации компонентов в связи с гранитизацией все же следует проверять при полевых геологических исследованиях, хотя имеющиеся в настоящее время доказательства в этом отношении неубедительны. По данным геохимических исследований нельзя решить эту проблему: они просто свидетельствуют о том, что первичные осадочные породы весьма непостоянны по содержанию в них металлов. Шоу изучил распределение металлов в нескольких тонкозернистых породах Нью-Гэмпшира и пришел к выводу, что в процессе регионального метаморфизма содержание никеля и меди имело слабо выраженную тенденцию н уменьшению, а содержание лития, стронция и свинца — к повышению. Прежде чем делать окончательное обобщающее заключение, необходимы более детальные исследования. Большая часть доказательств в пользу наличия связи между гранитизацией и образованием руд с таким же успехом может быть привлечена для обоснования теории магматического происхождения рудообразующих растворов.

Процессом гранитизации нельзя удовлетворительно объяснить ни происхождение магматических сегрегационных месторождений, ни развитие рудной минерализации внутри массивов изверженных пород после их затвердевания, что можно установить на некоторых месторождениях вкрапленных медных руд. Однако все-таки следует считаться с миграцией воды и подвижных элементов в процессе регионального метаморфизма или под воздействием интрузии. Отсутствие богатых сульфидных месторождений метаморфического происхождения можно объяснить тем, что в процессе метаморфизма металлические элементы были вынесены из данной системы.

В изложенных выше представлениях привлекает внимание следующее: как интрузивный, так и метаморфический процессы играют важную роль в активизации летучих компонентов горных пород. В реликтовых и грунтовых водах обычно содержатся растворенные соли в значительном количестве. Будучи нагретыми и приведенными в движение, такие воды должны стать необычайно сильным растворителем и способствовать выносу металлов из пород. Это положение подтверждается тем, что в рудных минералах во включениях обычно находятся хлориды, что свидетельствует о присутствии хлора во многих рудоносных флюидах. Такие активизированные воды могут также смешиваться с магматическими флюидами и минерализаторами, вынесенными из магмы.

Представление, согласно которому минерализующие флюиды могут образоваться из разложенных водосодержащих минералов в процессе гранитизации, поддержал Гудспид. Он указал, что глинистые минералы, столь широко развитые в геосинклинальных отложениях, содержат примерно 14% воды и что превращение их в полевые шпаты приводит к высвобождению этой воды и создает возможный источник гидротермальных минерализующих растворов.

Гимораис подчеркивал, что активизация вод происходит главным образом в результате интрузивной деятельности, а не в связи с процессами метаморфизма. Он доказывал, что подвижные элементы будут перемещаться впереди медленно внедряющихся интрузивных масс, т. е. там, где создаются благоприятные условия температуры и давления. Перемещение подвижных элементов происходит в течение всего времени внедрения интрузива вплоть до его затвердевания и частичного охлаждения.

По результатам многочисленных экспериментов и изучения доменных шлаков, Сосмен заключил, что недосыщенная водой магма при своем внедрении должна создавать в окружающих породах градиент давления и концентрации воды, причем понижение давления и концентрации будет происходить в сторону интрузива, а не от него, как это обычно считается. Возникновению такого градиента способствует термальное испарение (transpiration); этот процесс заключается в том, что газ, находящийся в среде с порами небольшого размера, при постоянном давлении перемещается в область более высокой температуры. Следовательно, подземные воды осадочных пород, прорванных недосыщенной водой магмой, должны перемещаться в направлении интрузива, причем их температура по мере приближения к интрузиву будет повышаться. Этот процесс приведет к смешению активизированных подземных вод с рудоносными флюидами магматического происхождения. Хотя изложенная схема выглядит правдоподобной, геологические соотношения и данные изучения парагенезисов свидетельствуют о том, что по меньшей мере поздние пневматолитовые и гидротермальные флюиды перемещаются в стороны от интрузивов, а не по направлению к ним.

Некоторые геологи, работающие в Африке, настойчиво поддерживают представление об активном переносе рудных компонентов метаморфическими водами. Макгрегор после многолетнего изучения золоторудных месторождений Южной Родезии пришел к выводу, что золото и другие минералы в результате «мигматической экстракции» были заимствованы из пород, поглощенных при магматическом обрушении. Этот автор предполагает, что воды имеют интрузивное или магматическое происхождение и что металлы были вынесены из вмещающей породы. Эти воды вместе с растворенными в них металлами были вынесены вверх; они-то и образовали эпигенетические месторождения, т. е. месторождения формировались позднее вмещающих их пород.

Геологи приходят к выводу, что гидротермальные рудоносные флюиды представляют собой главным образом подземные или реликтовые воды, активизированные при внедрении интрузивов или при метаморфизме. Метаморфические воды, активизированные вследствие интрузии, могут соединяться с парами, выделяющимися из магмы, а металлы заимствоваться как из самой магмы, так и из окружающих пород, но источники металлов обычных эпигенетических месторождений находятся, вероятно, внутри магмы. Возможно, что некоторые проблемы, касающиеся происхождения рудоносных флюидов, будут решены после изучения проб, отобранных из глубоких скважин, пересекающих гидротермальные системы. Такому изучению будет немало способствовать практическое использование энергии из скважин, пробуренных в районах термальных источников. Например, скважина глубиной 5232 фута, недавно пробуренная около Солтен-Си в Калифорнии с целью эксплуатации геотермической энергии, вскрыла горячие минерализованные воды, которые, возможно, представляют собой разбавленные магматогенные растворы, восходящие из нижележащего интрузивного источника. В этих водах обнаружены аномальные концентрации тяжелых металлов, в чем они не имеют аналогов среди известных реликтовых и метеорных вод. Температура их превышает 270° (таков верхний предел метода измерения), но возможно, что она достигает 370°. В этих водах и их осадках установлены повышенные количества меди, серебра, калия, лития, сурьмы, свинца, мышьяка, бора, бериллия, висмута, галлия и золота. Темные кремнистые отложения, накопившиеся в выводной трубе, содержат примерно 20% меди и 2% серебра. Количество осадка, накопившегося в трубе за три месяца, оценивается в 5—8 т. Окружающие породы, по-видимому, подверглись метаморфизму, о чем свидетельствует ассоциация минералов, характерная для зеленокаменной фации. Подземные воды, которые первоначально заполняли поры в породе, были вытеснены рудоносными флюидами, находящимися под более высоким давлением.