Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

ПРЕДИСЛОВИЕ

Реконструкция условий и механизмов гидротермального рудообразования, физико-химических процессов, происходивших при формировании гидротермальных месторождений, является важнейшей фундаметальной и прикладной проблемой геохимии. Успехи, достигнутые в области термодинамического или, в настоящее время, равновесно-динамического моделирования показывают, что его применение позволяет добиться значительного эффекта при исследовании процессов становления и развития палеогидротермальных рудообразующих систем - от областей образования рудоносных растворов до областей рудо- и ореолообразования.

Рудообразующий гидротермальный процесс происходит при обязательном участии двух главных исходных реагентов: гидротермального флюида и пород, окружающих формирующееся месторождение. Результат взаимодействия между ними фиксируется на любом гидротермальном объекте. Чаще всего взаимодействие "вода-порода" рассматривается как процесс, сопровождающий рудообразование, а не как процесс, приводящий к рудообразованию и регулирующий его. Реконструкция условий образования месторождений и исследование роли взаимодействия "вода-породsа" в формировании гидротермальных рудных тел определяет важность и актуальность темы предлагаемой работы.

Целью исследования является реконструкция механизмов и процессов образования и эволюции рудных тел и сопутствующих ореолов металлов на низко- и среднетемпературных гидротермальных жильных месторождениях на основе развития методов геохимических исследований и термодинамического моделирования.

Основные задачи исследования:

• Разработка методов оценки составов гидротермальных растворов.
• Исследование рудогенерирующей роли пород, вмещающих месторождение.
• Разработка методов равновесно-динамического моделирования гидротермальных рудообразующих систем жильных месторождений, учитывающих элементы динамики и эволюцию процессов массопереноса и массообмена.
• Построение обобщенных моделей формирования жильных урановых и полиметаллических месторождений с анализом процессов и механизмов, происходящих в гидротермальной системе от областей мобилизации растворами рудных компонентов до областей рудо- и ореолообразования.

Материалы и обобщения, представленные в монографии, по степени новизны можно разделить на шесть групп.

• Проведенные исследования явились одними из первых, в которых были заложены основы и получило развитие новое направление геохимии - физико-химическое моделирование процессов гидротермального рудообразования на ЭВМ. Описаны первые равновесно-динамические модели низко- и среднетемпературных гидротермальных систем.
• Разработан комплекс методов и методических приемов оценки составов гидротермальных растворов, основанных на применении численных методов физико-химического моделирования. Новыми являются данные о напpавленном изменении состава гидpотеpмального pаствоpа во вpемени, полученные при исследовании pудогенеpиpующей pоли поpод, вмещающих месторождения.
• Впервые на уровне физико-химического моделирования доказана геохимическая роль гидродинамических барьеров. Такими барьерами являются локальные участки трещинно-жильных систем, на которых структура потока гидротерм обеспечивает максимальную интенсивность реакций "раствор-раствор", ведущих к минерало- и рудоотложению.
• Впервые применен метод изучения тонкой структуры ореолов распределения рудных элементов в околожильном пространстве гидротермальных месторождений жильной полиметаллической формации и показана возможность использования этих данных в качестве основы генетических моделей рудо- и ореолообразования.
• Впервые по результатам моделирования проведен анализ эволюции гидротермальной рудообразующей системы жильных полиметаллических месторождений.
• Впервые построены обобщенные термодинамические модели рудообразующих гидротермальных систем жильных полиметаллических и урановых месторождений, включающие область мобилизации рудных компонентов и область рудо- и ореолообразования, и показано соответствие результатов моделирования природным аналогам.

Основными объектами, для которых построено большинство рассматриваемых в книге моделей, являются свинцово-цинковые жильные полиметаллические месторождения и месторождения урана.

Исследования на свинцово-цинковых месторождениях полиметаллической жильной рудной формации (Северная Осетия - Холст, Верхний Згид, Архон, Джими) автор проводил в течение восьми полевых сезонов (1991-1995, 1997-1999 гг.), руководя отрядом студентов и аспирантов кафедры геохимии МГУ. В настоящее время имеются данные для 35 детальных разрезов вмещающих пород на нескольких гипсометрических уровнях для десяти рудных тел четырех месторождений. В монографии обобщены результаты для 24 разрезов (на 1997 г.): общий объем первичных данных составил более 1400 проб (вмещающие породы и жилы), 300 образцов, около 700 шлифов и аншлифов. Вся первичная информация занесена в базу данных (электронные таблицы Excel).

Месторождения уран-молибденовой рудной формации (Чаули и ему подобные) непосредственным объектом полевых исследований автора не являлись, но тесное многолетнее творческое сотрудничество с Викт.Л.Барсуковым позволило максимально полно использовать при термодинамическом моделировании колоссальный объем первичной геологической и геохимический информации, собранной на этом месторождении.

Первая часть монографии (главы 1 и 2) имеет общий для всей работы характер - вопросы методологии, термодинамическая основа моделей, методы оценки составов растворов и др.

Во второй части описаны модели формирования месторождений в изотермических условиях или близких к ним (жильные месторождения урана и месторождения несогласия). В третьей части - модели рудообразования в термо- и бароградиентных условиях, характерных для среднетемпературных месторождений (Pb-Zn месторождения).

Для решения поставленных задач использованы два основных подхода: геохимический и термодинамический.

Геохимические исследования - описание детальных структур первичных ореолов металлов вокруг жил и на этой основе изучение закономерностей распределения элементов в околожильном пространстве. Геохимические данные используются для построения геологической модели процесса, частично в качестве параметров термодинамических моделей, а главным образом для верификации результатов термодинамического моделирования.

Термодинамическое моделирование на ЭВМ - построение равновесно-динамических моделей формирования рудных тел и околожильных первичных ореолов металлов. Новизной методического подхода является анализ моделей формирования и развития гидротермальной системы от областей мобилизации рудных компонентов до областей рудо- и ореолообразования, как взаимосвязанных и саморегулирующихся событий. Выполнены сотни тысяч индивидуальных расчетов.

Автор считает своим долгом выразить особую благодарность своим учителям: Б.Н. Рыженко, Викт.Л. Барсукову, В.А. Жарикову, И.П.Иванову, И.Л. Ходаковскому за поддержку, внимание и сотрудничество при выполнении настоящей работы на различных ее стадиях. Автор глубоко признателен своим друзьям-коллегам Д.В.Гричуку, Ю.В. Шварову, Ю.В. Алехину, А.Ю. Бычкову, В.А. Покровскому, С.А.Воробьеву, Д.А. Бычкову за многолетнее плодотворное научное сотрудничество и полезное обсуждение проблем геохимии процессов гидротермального рудообразования. Отдельно хочется поблагодарить студентов и аспирантов кафедры геохимии, без участия которых в поле вых работах данное исследование было бы невозможно, - Ю.С. Гореву, В.Ю. Липатова, А.В. Аплеталина, Г.В. Тихомирова, А.В. Евстигнеева, Е.Ю. Лишанскую, К.Ю. Кудрявцева, Д.Л. Лакштанова, В.А. Клименко, Н.Е. Бересневу.

В последние годы работа поддерживалась грантами Международного научного фонда (NC8000, NC8300), проекта "Геомодель" программы "Университеты России", Российского фонда фундаментальных исследований (94-05-17301а, 96-05-64887, 96-05-64376, 96-15-98338, 99-05-64868, 99-05-65666, 00-15-98472), грантом Федеральной Целевой Программы "Интеграция" (контракт 5.1-199/4), в которых автор являлся руководителем, ответственным исполнителем или исполнителем.

См. также ЕЖЕГОДНЫЙ СЕМИНАР ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МИНЕРАЛОГИИ, ПЕТРОЛОГИИ И ГЕОХИМИИ (ЕСЭМПГ-2006).Программа семинара. 18-19 апреля 2006 г. Фазовые отношения во фторсодержащей гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами: ЗАКЛЮЧЕНИЕ