WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |
Рычагов С.Н.

Раздел 2: СТРУКТУРА, ТЕПЛОВОЕ И РУДНОЕ ПИТАНИЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНО-МАГМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ГИДРОТЕРМАЛЬНО-МАГМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ОСТРОВНЫХ ДУГ: СТРУКТУРА И ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ Рычагов С.Н.

Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, Россия E-mail: rychsn@kcs.iks.ru В связи с разработкой концептуальных моделей условий формирования эпитермальных рудных и геотермальных месторождений и на основании материалов глубокого и сверхглубокого бурения на современных гидротермальных системах установлены новые геологические объекты:

длительноживущие рудообразующие гидротермально-магматические системы зоны перехода океанконтинент, выделены их типы. Гидротермально-магматические системы островных дуг являются сквозькоровыми дренирующими структурами и контролируют перенос тепловой энергии, расплавов, газов, гидротермальных растворов и химических элементов от уровня верхней мантии в близповерхностные горизонты земной коры. По мере развития систем интрателлурические потоки, расплавы, магматические газы и гидротермальные флюиды взаимодействуют с вмещающими породами, морскими, подземными и метеорными водами и активно влияют на перестройку геологического пространства, способствуя изоляции аномального теплового потока. Процесс изоляции саморегулируется в результате отложения кремнезема и других вторичных минералов вокруг гидротермально-магматической колонны. Последнее ведет к образованию крупных геотермальных, эпитермальных рудных, порфировых и др. месторождений в верхних частях земной коры. Рассмотрено геологическое строение гидротермально-магматических систем, эволюционирующих от прогрессивного до экстремального этапов развития. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 03-05-64044а, 05-05-79101к и 05-05-74029г).

HYDROTHERMAL-MAGMATIC SYSTEMS OF ISLAND ARCS:

THE STRUCTURE AND STAGES DEVELOPMENT Rychagov S.N.

Institute of Volcanology and Seismology FED RAS, Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia Email: rychsn@kcs.iks.ru In connection with the elaboration of conceptual models for formation conditions of epithermal ore and geothermal deposits and based on drilling materials from deep and super-deep boreholes at present-day hydrothermal systems, new geological structures have been identified: long-existing ore-forming hydrothermal-magmatic convective system in the ocean-continent transition zone. These through-crust draining systems govern the transfer of thermal energy, melts, gases, hydrothermal solutions and chemical elements from the upper-mantle level to the near-surface horizons of the crust. As the systems evolve, intertelluric flows, melts, magmatic gases, hydrothermal fluids interact with host rocks, marine, underground and meteoric waters and actively influence the geological restructuring processes thus promoting isolation of the anomalous heat flux. The isolation process is self-controlled by deposition of silica and other secondary minerals around the hydrothermal-magmatic column. The latter circumstance causes the formation of epithermal ore, geothermal, porphyry and other type deposits in the upper parts of the earths crust. The geological structure of hydrothermal-magmatic systems (progressive, extremal and regressive stages of development) is studied. The work is performed with financial support of the Russian Foundation for Basic Research (projects 03-05-64044a, 05-05-79101k and 05-05-74029g).

Раздел 2: Структура, тепловое и рудное питание гидротермально-магматических систем 1. Введение: Вулканогенно-рудные центры и структурное положение гидротермально-магматических систем Большое значение в последние десятилетия приобрело учение о длительноживущих, необратимо и направленно развивающихся магматических и металлогенических центрах, составляющих в своей основе геоструктуры более крупных рангов [6, 16, 25]. Такие центры закономерно эволюционируют от плутонических формаций ранних этапов развития к вулканическим (экструзивным) фациям пород и от древнего глубинного рудообразования к поверхностным гидротермальным рудогенерирующим и геотермальным процессам. Индикаторами длительноживущих вулканогенно-рудных центров (ДВРЦ) являются современные вулканы и гидротермальные системы. Отдельные вулканы или их группы размещаются в пределах структурно четко оконтуренных центров более древней тектоно-магматической и металлогенической активности. На Камчатке и в южной части Корякского нагорья выделяется 23 ДВРЦ [25]. Основу геологической структуры ДВРЦ составляют гидротермально-магматические системы (ГМС), локализующиеся в осесимметричных, кольцевых в плане, структурах диаметром от 12-15 до 60-80 км. Выделено четыре вида систем, локализующихся на земной коре различного типа: 1) океанической, 2) переходной от подводно-океанических хребтов в островную дугу, 3) островодужной, 4) переходной от коры островной дуги в континентальную.

При формировании ГМС островных дуг происходит длительная задержка магматического расплава в структуре ДВРЦ, интенсивное выделение CO2, Cl-, Fсодержащих и др. летучих, что обеспечивает устойчивое питание гидротермальномагматической системы, образование смешенных гидротерм, перенос и отложение металлов (рис. 1). Это обстоятельство предопределило большой интерес к исследованию ГМС островных дуг.

В островодужных условиях ГМС своими верхними частями располагаются на границе взаимодействия трех геосфер: атмосферы, гидросферы и литосферы. Это определяет протекание таких процессов, как взаимодействие гидротерм с холодными метеорными водами, подземное кипение и парогазоотделение. При извержении вулканов происходит поступление большого количества атмосферных газов на глубину до нескольких километров, что создает предпосылки для начала фреатомагматических и фреатических взрывов [47] и активизации гидротермальных Рычагов С.Н.

Рис. 1. ГМС островной дуги [4]. 1 – Зона генерации примитивных базальтовых магм в верхней мантии. 2 – Верхнемантийные магматические резервуары – место аккумуляции примитивных расплавов. 3 – Коровые магматические очаги – место остановки в земной коре примитивных расплавов. 4 – Инъекции примитивных расплавов. 5 – Инъекции дифференцированных расплавов. 6 – Инфильтрация морской (океанической) коры. 7 – Миграция подводных гидротерм. 8 – Изотермы гидротермальных систем. 9 – Разрывные тектонические нарушения. 10 – Гидротермальные изменения (окварцевание). 11 – То же (пропилитизация: хлоритизация, эпидотизация и др.). 12 – Пирокластические отложения. 13 – Лавы андезитов. 14 – Риолиты. 15 – Интрузивные тела. 16 – Дайки базальтов.

процессов. В верхних горизонтах ГМС формируются среды, в которых происходит динамичное изменение термодинамических параметров, вызывающее образование смешенных гидротерм, имеющих различные pH и Eh. Последнее обстоятельство влияет на перенос, концентрирование и отложение металлов. В таких условиях происходит формирование эпитермальных рудных месторождений [43].

Повышенные концентрации углекислоты в верхней части ГМС островных дуг обусловлены особыми структурно-геологическими условиями: поскольку верхние горизонты разреза сложены, в основном, рыхлыми породами, здесь создаются предпосылки для формирования субвулканических тел большого объема. При островодужном вулканизме большая часть глубинного высокотемпературного магматического расплава локализуется в самой структуре ДВРЦ. Такая задержка магматических расплавов в верхних горизонтах земной коры приводит к относительно равномерному и постепенному рассеянию тепла и длительной дегазации магмы, что обеспечивает устойчивое питание гидротермальной системы.

Раздел 2: Структура, тепловое и рудное питание гидротермально-магматических систем Для ГМС этого типа характерно наличие субповерхностного горизонта бикарбонатных гидротерм, насыщенных углекислотой. Интенсивное отделение СОи обширное парообразование приводит к формированию мощных зон сульфатнокислотных изменений, а также окремненных пород и отложению большого количества металлов.

2. Концептуальные модели ГМС островных дуг: классификации, обзор представлений Рассматриваемые высокотемпературные ГМС по геолого-гидрохимической классификации Р. Хенли и А. Эллиса [45] относятся к системам, связанным с островодужным андезитовым вулканизмом (рис. 2). Близповерхностное геологическое строение и локальные гидравлические градиенты играют большую роль в формировании очагов разгрузки высокотемпературных систем. В то же время Рис. 2. Схематический разрез высокотемпературной, преимущественно метеорной, ГМС [41, 42, 45].

Рычагов С.Н.

известно, что глубинная часть гидротермальной ячейки сосредоточена вокруг субвулканических тел (интрузий ), расположенных в пределах осевой зоны тектономагматических построек (вулканических хребтов Вернадского и Карпинского - на о.

Парамушир, Ивана Грозного - в центральной части о. Итуруп, Камбального на юге Камчатки). Как правило, малые интрузии андезитовых вулканов в рельефе проявляются в виде кольцевых структур, трассирующих осевые зоны хребтов.

Геологическая структура вулканических хребтов определяет пространственное распределение областей питания, нагрева, дренирования и разгрузки формирующихся из метеорной воды, летучих и глубинного флюида термальных вод.

Взаимодействие гидротермальных растворов с вмещающими породами приводит к повышению их минерализации. Химический состав гидротерм, наряду с температурой, является главным фактором, контролирующим растворимость минералов и газов.

Он также влияет на тип и минералогию гидротермальных реакций. Сера играет важную роль в составе гидротерм и в составе минералов, образованных гидротермальными растворами [7, 8]. Ряд геологов, изучавших современные гидротермальные рудообразующие системы, выделяют два типа высокотемпературных (Т>1500) гидротермальных систем по состоянию окисленности серы: “low sulfidation” или «низко-серные» (образующиеся под влиянием серы с низкой степенью окисленности) и “high sulfidation” или «высокосерные» (образующиеся под влиянием серы с высокой степенью окисленности) [44].

Большинство современных ГМС относится к типу “low sulfidation”. В них H2S является преобладающим серосодержащим соединением. Температура гидротерм составляет 170-2700 С на глубинах 50-1000 м. Главным типом растворов в таких хорошо изученных системах являются разбавленные хлоридные воды. Cl в составе гидротерм является преобладающим анионом и сопровождается Na+, K+, Ca+2 и кремнеземом, газом с переменными концентрациями (в основном СО2, который количественно может преобладать над Cl и H2S), а также содержатся небольшие концентрации других элементов, включая металлы. Вода, метеорная в основе, циркулирующая до глубины 5-10 км, нагревается от магматических тел и поднимается к поверхности в результате свободной конвекции. Два наиболее важных физических процесса, влияющих на химизм гидротерм – это кипение и разбавление. По мере подъема высокотемпературных гидротерм происходит снижение равновесного давления и они пересекают точку кипения при данном Раздел 2: Структура, тепловое и рудное питание гидротермально-магматических систем давлении. Для чистой воды на глубине 1000 м это происходит при Т = 3000С. В присутствии растворенного СО2 в количестве 4 вес.% кипение начинается с глубины 2200 м. При меньшем содержании СО2 точка кипения глубинных гидротерм находится в границах интервала 1000-2200 м. Процесс кипения сопровождается как потерей тепла на парообразование, так и дегазацией. Это вызывает резкое изменение химического состава остаточных гидротермальных растворов. Потеря СО2 приводит к увеличению рН и выпадению из раствора солей.

Кипение также способствует миграции газа к поверхности.

Высокотемпературные ГМС “high sulfidation”, для которых характерны обширные зоны поверхностных сернокислотных изменений, связаны с андезитовым островодужным вулканизмом. Инициирование исследования систем этого типа обусловлено разведкой золоторудных эпитермальных месторождений. В гидротермально измененных породах месторождений обнаружены энаргит, пирит, теннантит-тетраэдрит, ковеллин и/или алунит и часто ноздреватый кварц, который является продуктом гидролитического выщелачивания. Рудные зоны, строго локализованные структурными элементами [51] и связанные с брекчиями, имеют повсеместное распространение на небольшой глубине. Наблюдается постепенный переход от выщелоченного остаточного кремнезема в кварц-алунит, кварцкаолинит, глины (иллит-монтмориллонит, смектиты) и в зону пропилитизации [46, 52, 53]. Важной составной частью в метасоматитах являются каолинит, диккит, пирофиллит, диаспор, К-слюда, самородная сера, барит и ангидрит [17, 20].

Минералогический состав позволяет сделать определенный вывод о химизме и температуре гидротерм, ответственных за формирование систем этого типа. В целом, преобладают сульфатные и хлоридно-сульфатные гидротермы. Низкие рН (менее 2), необходимые для выщелачивания всех составных частей, кроме кремнезема; факты, указывающие на наличие растворов с высокой минерализацией (рассолов) и относительно окисленных условий, подтвержденных находками соответствующих минералов; высокие гипсометрические отметки вулканогенных структур, в которых локализованы ГМС; и др. свидетельствуют о высокой доле магматических флюидов в составе растворов систем “high sulfidation” (по изотопным данным – от 5-7 до 9-12 %). Эти ГМС располагаются в верхней части сложных андезитовых вулканов, наподобие вулканов Эбеко и Неожиданный (о-в Парамушир), Кошелевский (Ю. Камчатка) и др.

Рычагов С.Н.

3. Геологическая позиция и структура ГМС островной дуги: от прогрессивного к регрессивному этапу развития 3.1. Типичная ГМС прогрессивного этапа развития ГМС Баранского в результате бурения скважин на геотермальном месторождении Океанское и проведения комплексных исследований в центральной части о. Итуруп является одной из наиболее изученных в Курило-Камчатском регионе [18, 21, 26, 29, 32, 33-36, 38]. На ее примере покажем основные черты строения и рудогенерирующее значение систем прогрессивного этапа развития. ГМС и одноименный верхнечетвертичный андезитовый вулкан расположены в центре средне-позднеплейстоценовой () кальдеры Кипящей. Структуру района определяют продольные северо-восточные и поперечные северо-западные линейные тектонические нарушения, Центрально-Итурупская кольцевая мегаструктура диаметром 23-26 км и вулкано-тектонические структуры меньшего диаметра [29], рис. 3. ГМС Баранского приурочена к одной из таких вулкано- тектонических структур (ВТС), в центре с одноименным вулканом.

Рис. 3. Геологическое строение (А) и основные элементы структуры (B) Центрально-Итурупского геотермального района [29].

1-3 – Геологические комплексы среднемиоцен-плиоценового возраста: вулканогеннокремнисто-диатомовый (1), вулканогенный преимущественно кислого состава (2), андезитобазальтовый (3). 4 – Андезитовый комплекс четвертичного возраста. 5 – Литологические границы. 6 – Внутренние концентры вулканотектонических структур хребта Иван Грозный. 7 – Внешние концентры структур. 8 – Центрально-Итурупская кольцевая мегаструктура. 9 – Другие кольцевые структуры. – Система линейных тектонических нарушений. 11 – Разломы, предполагаемые по геологическим данным. 12 – Конусы вулканов. 13 – Центральные кратеры вулканов.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.