Состав гидротермальных растворов

Состав и структура гидротермальных растворов, вызывающих аргиллизацию пород, в настоящее время не могут быть расшифрованы полностью на основе материалов по составу измененных пород. При реконструкции состава растворов по продуктам их взаимодействия с породой нет уверенности в правильности выводов. Исследования газов фумарол и термальных источников показывают, что высокотемпературные газы содержат SO2, HF, HCl, H2; в более низкотемпературных газах возрастает роль CO2, H2S и уменьшается количество галоидных. Фумарольные газы с температурой выше 400°С содержат в среднем (без учета паров воды, составляющих более 95% массы газов) около 50% CO2, 10% H2, 15% HCl и 3% HF. В фумарольных газах с температурой 100—400° С содержание CO2 возрастает до 77%, HCl содержится около 7%, а HF около 0,1%. Газы термальных источников с температурой ниже 100° С содержат 95% CO2, 0,1% H2, 0,5% HCl и 3% H2S. Оставшиеся в лаве газы выделяются в последовательности: водород, окись углерода и галоидные соединения, затем преимущественно сероводород, за которым следует углекислота. Последними выделяются пары воды.
По данным Д.Е. Уайта, состав термальных вод вулканического происхождения зависит от типа магмы, температуры и давления вулканических эманаций во время отделения от магмы и после него, от реакций с вмещающими породами и от состава примешивающихся вод иного происхождения. Происхождение почти всех типов вод связано с плотными вулканическими парами, содержащими галоиды щелочей. При конденсации такого пара, отделяющегося от умеренно глубоких интрузий, образуются хлоридно-натриевые воды, производными от которых являются гидрокарбонатно-натриевые воды. Пары перегретых фумарол и пары, отделяющиеся от лав и неглубоких интрузий, помимо галоидных кислот содержат сернистые газы и, конденсируясь, дают начало сульфатным и сульфатно-хлоридным водам. При температуре выше 370° С преобладают хлоридно-натриевые воды, в диапазоне 370—150° С — сульфатно-хлоридные воды, а интервал 100—150° более благоприятен для образования сульфатно-хлоридных и гидрокарбонатно-натриевых вод.
Часть летучих компонентов растворов, реагировавших с породами, «усваивается» ими и входит в состав метасоматических продуктов или жильных масс. Во всех случаях при аргиллизации пород поглощается огромное количество воды. Углекислота является одним из главных компонентов аргиллизирующих растворов. На площадях с сульфидными рудами серосодержащие анионы, вероятно, преобладали над остальными, в то время как при формировании руд в форме окислов (например, урановых, сопровождающихся флюоритом) растворы были главным образом галоидные. В телемагматической обстановке, вероятно, возрастает роль углекислоты, так как в аргиллизированных породах эпитермальных и телетермальных месторождений золота и урана иные метасоматические минералы, кроме водных алюмосиликатов и карбонатов, редки.
В ксенотермальных условиях, возникающих при внедрении магматических масс в приповерхностную область, аргиллизация пород вызывается полианионными растворами, содержащими, в частности, бор, фтор, серу и углекислоту. Однако реконструкция состава растворов по метасоматическим продуктам может привести к ошибочным заключениям, если не учитывать при этом того обстоятельства, что некоторые реагенты могут полностью уйти за пределы метасоматических ореолов. Например, в Верхне-Олекминском районе аргиллизация проявилась в области контакта гранодиоритов с лейкократовыми гранитами. Если в аргиллизированных гранодиоритах обильны карбонаты и обычен пирит, то в продуктах изменения гранитов их нет, хотя растворы, изменившие граниты и гранодиориты, имели одинаковый состав.
Хлор, отсутствующий в продуктах аргиллизации, в то же время, как видно, например, из обзоров А. Дж. Эллиса и Д.Е. Уайта, является преобладающим анионом термальных вод в районах современного проявления аргиллизации. Прямая корреляция между количествами хлора и натрия, экстрагированного растворами в процессе аргиллизации, свидетельствует об участии хлора в реакциях с породами.
Определить состав растворов только по алюмосиликатным метасоматическим продуктам по существу невозможно. Т. С. Лавринг отмечает, что кислые галоидно-серные фумаролы, вызывая изменение эффузивных пород в гётит, гидрослюду, монтмориллонит, каолинит и опал, выщелачивают железо, натрий и калий, но кальций и магний выщелачиваются ими не столь значительно. В отличие от этого растворы с серной кислотой и ее производными обычно нацело выщелачивают кальций и магний. Однако материалы по приповерхностным сульфидным месторождениям, в частности по Беганьскому барит-полиметаллическому, свидетельствуют о том, что если сернокислые растворы, образующиеся лишь у поверхности, выщелачивают кальций и магний из сольфатарной шляпы, то на глубине магнезиальный хлорит распространен широко и слагает почти мономинеральную породу, прилегающую к сульфидным. рудам, при полном выносе кальция.
Как свидетельствуют материалы по воднорастворимым комплексам пород, анионная часть термальных вод может быть полностью обусловлена экстракцией из пород по пути фильтрации. С основными породами связано обогащение воднорастворимого комплекса хлором; с породами среднего состава — серой и бором, а щелочные земли, фтор и аммоний типичны для кислых пород. По данным Л.А. Башариной, в 100 г свежего пепла вулкана Безымянного содержится в легко растворимых формах (в мг): хлора 76—530, фтора 1,5—6,7, четырехокиси серы 237—938, угольной кислоты 12—104, борной кислоты 1,5—4,2. Чистая вода при фильтрации через такой пепел должна метаморфизоваться в кислый раствор, богатый летучими компонентами.
Повсеместно выявляемое уменьшение объемного веса (плотности) силикатных пород, подвергшихся аргиллизации, свидетельствует о выносе части вещества пород за пределы метасоматического ореола или о перемещении его в соседние контрастные по составу породы. Аргиллизация известняков в районах Тинтик, Хелен Кляйм (шт. Юта) связана с выщелачиванием из ниже расположенных монцонитовых штоков кремнезема, алюминия и железа и перемещении их на значительные расстояния по горизонтали и вертикали.
Наблюдения в районах вулканизма показывают, что конденсаты газов, выделяющихся из магмы, лав и фумарол, растворяются в пластовых водах, давая им кислую реакцию вблизи магматических тел.
Кислотность горячих источников зависит от расстояния до магматических масс, так как воды, взаимодействуя с породами, приобретают щелочную реакцию. Например, в Исландии по мере удаления от вулканической зоны Hengill — Hellischeidi pH горячих вод меняется от 5 до 9 на протяжении 9 км, с градиентом 1 pH на 2— 2,5 км. Термальные воды районов молодых ртутных и полиметаллических месторождений, как правило, сильно минерализованы и имеют нейтральную или щелочную реакцию. Щелочная реакция этих вод обусловлена, вероятно, не столько ощелачиванием их при дегазации вблизи поверхности, сколько особенностями рудообразующих растворов, обладающих иными свойствами, чем ранние кислые растворы, вызывающие дорудное выщелачивание.
Большинство исследователей приходит к выводу, что существенно водные растворы, вызывающие аргиллизацию пород, были сначала слабо кислыми и нетрогенных компонентов в них, по-видимому, было мало. В более поздний период в растворах содержались значительные количества калия, иногда магния и железа, которым сопутствуют сера и металлы. Газовый состав гидротермальных растворов зависит в значительной степени от удаленности их от магматических масс.