ИСТИНА

Проблема связи гидротермальных рудообразующих процессов с магматизмом – одна из наиболее сложных в современной геохимии. Физический аспект проблемы очевиден – гидротермальные системы (ГС) в большинстве случаев питаются энергией магматических процессов. Пути и масштабы поступления магматического вещества в ГС остаются во многом неясными. В особенности это касается гидротермально-осадочных месторождений, в том числе – колчеданных. Важную информацию о роли магматического фактора в гидротермально-осадочном рудообразовании могут дать современные подводные ГС, обнаруженные в последние десятилетия в вулканических островных дугах. Наблюдательные данные, полученные на таких объектах еще в значительной мере неупорядочены и даже противоречивы. Существенное значение для анализа такой информации может иметь построение термодинамической модели ГС, развивающейся в условиях островной дуги. Методика построения термодинамических моделей подводных рудообразующих ГС была разработана ранее для условий срединно-океанических хребтов (СОХ) (Гричук, 2000). В условиях островной дуги такие системы имеют ряд отличий, которые были учтены в модели. Наиболее существенные из них: (1) иной состав субстрата коры (породы основного – кислого состава вместо базальтов и серпентинитов); (2) возможное значительное участие магматических газов в питании ГС. В разработанной модели ГС имела смешанное питание – магматическое + экзогенное (конвекция морской воды в нагретых вулканических породах). В качестве прообраза магматического флюида использованы данные по фумаролам вулкана Кудрявый (Taran et al., 1995) с расчетной поправкой на давление дегазации. Расчеты проводились с помощью программного пакета HCh v.4.2 (Шваров, 2008) для мультисистемы H-O-K-Na-Ca-Mg-Fe-Al-Si-C-S-Cl-Cu-Zn-Pb-As-Sb-Ag-Au в интервалах температур 25-370°С и давлений 10-500 бар. Мультисистема включала 88 возможных твердых фаз и водный раствор с 94 растворенными частицами. Для расчета термодинамических свойств веществ использовался банк UNITHERM. Модель была построена на основе метода МПСР («многоволновый проточный ступенчатый реактор») с начальным суммарным отношением порода/вода 1:1. По мере прохождения порций раствора участие свежих пород во взаимодействии уменьшалось вследствие их исчерпания в недрах системы. Для моделирования эволюции рудоотложения использовалась схема, описанная в (Гричук и др., 1998), реализованная с помощью технологии «открытости сверху» (Шваров, 2008). Рассчитывались варианты модели с различным составом субстрата (базальты, андезиты, дациты, риолиты) и режимом питания (только магматическим флюидом, только морской водой, комбинированное питание в разных пропорциях). Результаты моделирования показали, что формирование гидротермальных растворов в ГС островных дуг при взаимодействии морской воды в нагретыми породами в целом сходно с процессами в СОХ по ассоциациям минералов метасоматических пород. Отличия проявились главным образом в пропорциях метасоматических минералов, вследствие чего составы формирующихся гидротермальных растворов оказались принципиально однотипными: они обогащаются Ca, Si, K, Fe, теряют Mg, SO42- и частично Na. Наиболее заметное различие получено в отношении накопления растворенных H2 и H2S, концентрация которых в вариантах модели с средними и кислыми породами оказалась на 2-3 порядка ниже, чем в модели с MORB. Это имеет важное следствие для поведения халькофильных микроэлементов, которые при этом лучше переходят в раствор. В целом, ГС в породах среднего и кислого состава быстрее эволюционируют, и массы выносимого рудного вещества в этих вариантах модели больше. В недрах таких ГС возможна полная мобилизация из пород Zn, Pb, As, Sb, Ag и Au, и возникновение дефицита сульфидной серы. Вследствие этого, пропорции выносимых в зону рудоотложения рудных элементов соответствуют их кларкам во вмещающих породах (растет относительная доля Pb), но в области рудоотложения не вся рудная нагрузка может быть осаждена. Участие магматических газов в питании ГС проявляется в первую очередь в обогащении их S и As. Вместе с тем, по данным моделирования, роль магматических газов оказывается различной в зависимости от давления, при котором они отделяются от расплава. При Р<200 бар (вариант неглубоко залегающей магматической камеры) отделяющиеся газы содержат серу преимущественно в форме SO2, при большем давлении – в форме H2S. Диспропорционирование SO2 при излиянии на морское дно флюидов из неглубокой камеры дает сильно кислые растворы (рН<1), из которых сульфиды цветных металлов не отлагаются. Образующийся осадок состоит из ангидрита, пирита и самородной серы, что соответствует формированию эксгалятивных серных месторождений. Отмеченные особенности сохраняются и при комбинированном питании гидротермальной системы даже при небольшой доле магматического компонента. При глубоко залегающей магматической камере негативное влияние SO2 проявляется существенно слабее. При этом в вариантах модели с средним и кислым субстратом и комбинированным питанием проявляется значительный положительный эффект поступления магматического флюида на рудообразование. Участие его на уровне нескольких % от общего объема гидротермальных растворов усиливает сульфидное рудообразование, поскольку снимает дефицит сульфидной серы в экзогенном компоненте. Этот эффект получен также в модели с последовательным развитием процесса – постепенной сменой магматического питания на экзогенное. Сопоставление полученных модельных результатов с данными натурных наблюдений показывает общее их соответствие. Самородная сера зафиксирована в последнее десятилетие годы на большом числе гидротермальных проявлений на подводных вулканах западной части Тихого океана, в основном на небольших глубинах (примерно до 0.5 км). Как правило, она не сопровождается образованием сульфидных построек. Крупные сульфидные рудные постройки в кальдерах подводных вулканов найдены на больших глубинах – 0.7–1.6 км (хотя черные «курильщики» обнаружены и на меньших глубинах). Вариант модели с последовательной сменой питания согласуется по многим показателям с реконструкцией развития гидротермальной системы подводного вулкана Brothers (de Ronde et al., 2005). Выполненное моделирование в сопоставлении с природными данными позволяет сделать следующие выводы: 1. Гидротермальные системы островных дуг более разнообразны, чем системы срединно-океанических хребтов, и обладают высокими потенциальными возможностями формирования сульфидных рудных месторождений. 2. Металлогенический профиль островодужных месторождений в значительной мере предопределяется кларками металлов в преобладающих типах вмещающих ГС пород. Минералого-геохимические особенности руд островодужных гидротерм связаны с эффективной магматической поставкой металлоидов (S, As, Sb), обладающих высокими миграционными возможностями в этих системах. 3. Специфика рудообразующего процесса в вулканических постройках, сложенных кислыми породами связана с дефицитом сульфидной серы в этой геологической обстановке. 4. Магматические газы, поступающие в гидротермальные системы, играют двойственную роль в отношении процессов рудообразования. При отделении из малоглубинных магматических камер они препятствуют сульфидному рудообразованию, и образуют залежи самородной серы. При глубинной дегазации они увеличивают суммарный рудогенерирующий потенциал гидротермальных систем в отношении сульфидных руд. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 08-05-00306. Гричук Д.В., Абрамова Е.Е., Тутубалин А.В. Термодинамическая модель субмаринного рудообразования в рециклинговой гидротермальной системе. // Геол. рудн. мест., 1998, № 1, 3-19. Гричук Д.В. Термодинамические модели субмаринных гидротермальных систем. М.: Научный мир, 2000. Шваров Ю.В. HCh: новые возможности термодинамического моделирования геохимических систем, предоставляемые Windows. // Геохимия, 2008, № 8, 898-903. de Ronde C.E.J., Hannington M.D., Stoffers P., et al. Evolution of a submarine magmatic-hydrothermal system: Brothers volcano, Southern Kermadec Arc, New Zealand. // Econ. Geol., 2005, vol. 100, 1097-1133. Taran Y.A., Hedenquist J.W., Korzhinsky M.A., et al. Geochemistry of magmatic gases from Kudryavy volcano, Iturup, Kuril islands. // Geochim. Cosmochim. Acta, 1995, vol. 59, 1749-1761.