WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
Раздел 5: Рудная минерализация в геотермальных системах ЭВОЛЮЦИЯ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМ С ПАРОДОМИНИРУЮЩИМИ ЗОНАМИ В ОБЛАСТЯХ СОВРЕМЕННОГО ВУЛКАНИЗМА Жатнуев Н.С. 1, Рычагов С.Н. 2 1 Геологический институт СО РАН, Улан-Удэ, Россия, E-mail:

zhat@gin.bsc.buryatia.ru 2 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, Россия, E-mail: rychsn@kcs.iks.ru Близповерхностные гидротермальные системы областей современного вулканизма содержат паровые зоны, эволюционирующие в зависимости от термодинамических условий, солености и газосодержания. Границы паровых зон являются геохимическими барьерами, на которых происходит растворение и осаждение минерального вещества.

EVOLUTION OF HYDROTHERMAL SYSTEMS CONTAINING VAPOURDOMINATING ZONES IN FIELD OF MODERN VOLCANISM Zhatnuev N.S.1 and Rychagov S.N.2 1 Geological institute SB RAS, Ulan-Ude, Russia, E-mail: zhat@gin.bsc.buryatia.ru 2 Institute of Volcanology and Seismology FED RAS, Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia, E-mail: rychsn@kcs.iks.ru Near surface hydrothermal system of fields of modern volcanism contain vapor zones that develop depending according to thermodynamic conditions, salinity and gas content. Borders of vapor zones form geochemical barriers where mineral matter dissolution and sedimentation occur.

1. Введение Проблема формирования паровых зон в гидротермальных системах разрабатывается давно и в большей степени была связана с изучением и использованием ресурсов подземного тепла в областях недавнего и современного вулканизма [9] В любом случае паровые зоны образуются в магматогенногидротермальных системах (МГС), генетически связанных с магматическими очагами.

Под магматогенно-гидротермальной системой можно подразумевать некий объем горных пород и циркулирующих в нем флюидов, в котором под воздействием тепла, генерируемого магматическим очагом, происходят процессы 380 Жатнуев Н.С., Рычагов С.Н.

тепломассообмена и минералообразования. Используя развиваемый А.А. Пэком [13] в отношении гидротермального процесса системный подход, можно представить обобщенную модель МГС как системы, возникающей и развивающейся при взаимодействии двух компонентов - магматической системы (МС) и системы вмещающих пород (СВП) (рис. 1). По мере эволюции МГС ее объем увеличивается, достигает определенного максимума, а затем уменьшается.

МС - очаг магмы, находящейся в жидком или частично закристаллизованном состоянии, а также породы и флюид, образующиеся в результате кристаллизации Кондуктивный и МАГМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СИСТЕМА ВМЕЩАЮЩИХ конвективный теплообмен ПОРОД МАГМА Вмещающие породы + Продукты Магмати кристалли ческий Поровый флюид Формирование и эволюция зации флюид МГС Продукты Продукты гидротермального гидротермального изменения изменения Молярный и молекулярный массообмен Рис. 1. Формирование и эволюция МГС при взаимодействии МС и СВП.

магмы. СВП – объем первичных пород с содержащимся в нем трещинно-поровым флюидом и определенной геологической структурой, в пределах которого возникает и функционирует МГС. Геологические, физико-механические, физико-химические характеристики и эволюция МГС зависят от характеристик МС и СВП, которые в свою очередь подчинены глобальным (геодинамическим) факторам. Попытаемся схематично рассмотреть эти взаимосвязи и в определенной мере показать значимость тех или иных факторов при формировании и эволюции МГС.

Формирование и эволюция МГС осуществляются при кондуктивном и конвективном теплообмене и конвективном и диффузионном массообмене между различными частями МС и СВП.

На формирование МС, СВП и МГС весьма существенным образом влияют геодинамические факторы, которые действуют опосредованно. Так, например, в условиях континентальных рифтовых зон такой важный фактор как давление в МГС будет существенно ниже, чем в условиях срединно-океанических рифтов, где Раздел 5: Рудная минерализация в геотермальных системах процессы протекают под толщей воды иногда до 5 км и более. Также континентальные и морские МГС будут отличаться составом магмы, вмещающих пород и соленостью флюида, и т.д. В условиях островных дуг давление и соленость флюида, состав магм и вмещающих пород могут быть чрезвычайно разнообразными.

Здесь МГС могут возникнуть в морских условиях, а также и на суше. Состав магм, Характеристики СВП Характеристики Характеристики магмы и ее магматич. очага как тела производных как вещества • Состав вмещающих пород • Состав порового флюида • Начальная T магмы • Структура пород (разломы, • Химический состав • Размер очага литологические магмы.

• Глубина заложения неоднородности, пористость и • Флюидонасыщенность • Морфология очага • Температура • Теплофизические свойства кристаллизации пород • Минеральный состав Общие характеристики • Теплофизические свойства продуктов кристаллизации • Количество теплоты • Состав магматического генерируемое МС флюида • Проницаемость МС • Теплофизические • Состав МС Характеристики МГС • Вещественный состав МГС • Структура МГС • Продолжительность жизни МГС Рис. 2. Взаимосвязь и влияние различных факторов на условия формирования и развитие МГС генерирующих гидротермальные системы, может изменяться от базальтовых до диоритовых и дацитовых.

Взаимосвязь и влияние различных факторов на условия формирования и развитие МГС можно пояснить на примере схемы (рис. 2).

2. Характеристики магматических систем Характеристики МС можно разделить на два типа.

2.1. Характеристики магмы как вещества. Магма как вещество обладает свойствами, которые взаимосвязаны между собой и являются чрезвычайно важными факторами при формировании МГС. Рассмотрим их более подробно.



1. Химический состав магмы. От него зависят: а) температура кристаллизации, которая определяет момент консолидации магматического тела, формирования контракционных трещинных структур и резкого увеличения проницаемости за счет этого; б) соотношение объемов расплавленной магмы и породы, образовавшейся в результате ее кристаллизации. Этим соотношением определяется объем контракционной трещиноватости и, в конечном счете, такая важная характеристика МГС, как проницаемость; в) теплофизические характеристики, как самой магмы, так Жатнуев Н.С., Рычагов С.Н.

и продуктов ее кристаллизации - магматических пород (теплоемкость, теплосодержание, теплопроводность); г) минеральный состав магматических пород.

2. Флюидонасыщенность магмы. От этого параметра находятся в зависимости: а) температура кристаллизации магмы; б) начало момента отделения флюида при эволюции МС. Отделение флюида в зависимости от его содержания в магме может начинаться как на собственно магматической стадии в результате декомпрессии, так и на стадии кристаллизации магмы (ретроградное кипение). Составы и теплофизические свойства флюида (энтальпия, удельный объем и др.) в том и другом случае будут различаться.

2.2. Характеристики очага как геологического тела. Магматические очаги, как геологические тела, могут различаться своими параметрами, наиболее важные среди которых следующие.

1. Начальная температура магмы.

2. Размер очага.

3. Глубина заложения магматического очага.

4. Морфология очага.

К наиболее общим характеристикам МС, определяющим формирование и эволюцию МГС, вероятно, можно отнести.

1. Общее количество теплоты, генерируемое МС. Оно зависит от начальной температуры очага, его размеров и теплофизических свойств магмы. Распределение теплоты, выделяемой МС, во времени определяется, в основном, температурой кристаллизации магмы, поскольку до кристаллизации теплоперенос в магматическом очаге осуществляется путем конвективного движения достаточно вязкой магмы и кондуктивным способом. После раскристаллизации и возникновения контракционной трещиноватости и межзерновой пористости теплообменные процессы интенсифицируются за счет конвекции менее вязкого флюида.

2. Проницаемость МС - один из наиболее важных факторов в жизни МГС и зависит от таких параметров как состав магмы, ее начальная температура и флюидонасыщенность. О зависимости проницаемости от состава упоминалось выше. Флюидонасыщенность влияет на проницаемость аналогичным образом. При высоком значении этого показателя плотность магмы хотя и незначительно, но снижается, и в связи с этим изменяется соотношение удельных объемов расплава и продуктов его кристаллизации; как результат, возрастает степень контракционной трещиноватости и проницаемость. Кроме того, от флюидонасыщенности изменяется Раздел 5: Рудная минерализация в геотермальных системах температура кристаллизации магмы и через этот фактор она влияет на время и температурные условия появления контракционной проницаемости. Влияние начальной температуры магмы на проницаемость также осуществляется через контракционную трещиноватость. Более высокотемпературная магма имеет больший удельный объем по сравнению с низкотемпературной и отсюда возникает разница в соотношениях удельных объемов между расплавом и продуктами кристаллизации. Кроме того, от начальной температуры внедрившейся магмы зависит степень ее начальной кристалличности. При низкой температуре внедрения магма может быть в значительной мере закристаллизованной, а консолидация межзернового расплава не может дать значительной контракционной трещиноватости. Из перечисленных факторов наиболее значимыми для величины проницаемости консолидированной интрузии являются состав и начальная температура магмы. Флюидонасыщенность, по всей вероятности, играет подчиненную роль.

3. Вещественный состав МС определяется составом магмы, ее флюидонасыщенностью и, поскольку после консолидации очага МС становится частью МГС, вносит свой вклад в состав МГС.

4. Геологическая структура МС (глубина расположения очага и его морфология), которая значительное влияние может оказывать на скорость теплообмена и, как следствие, на интенсивность процессов минералообразования.

3. Характеристики системы вмещающих пород Характеристики СВП не менее важны для формирования и развития МГС, поскольку значительная по объему часть последней эволюционирует во вмещающих породах, которые могут быть весьма неоднородными по составу и структурнолитологическим особенностям. Состав новообразований в МГС во многом определяется составом СВП, а большая часть гидротермального флюида является иммобилизованным поровым и трещинным раствором. Начальная трещиннопоровая проницаемость МГС определяется структурными особенностями СВП, и структура тепломассопотоков в начальной стадии развития гидротермальной системы, в основном, подчиняется геологической структуре вмещающих пород.

Значительное влияние на состав гидротермального флюида и его теплофизические свойства оказывает состав вмещающих пород и порового флюида.

Основные характеристики МГС, таким образом, зависят от комплекса Жатнуев Н.С., Рычагов С.Н.

условий, которые определяются свойствами МС и СВП и сама она возникает при взаимодействии последних.

4. Пародоминирующие системы (ПДС) Для современных МГС были выделены зоны с флюидом, представляющим насыщенный и сухой пар, которые были названы пародоминирующими системами [17]. Пространственные взаимоотношения флюидных фаз в гидротермальных системах (ГС) изучены недостаточно, хотя они представляют несомненный интерес с общетеоретических позиций и позиций рудообразования. Границы паровых зон в ГС могут представлять собой комплексный геохимический барьер, который можно отнести к разряду термодинамических, кислотно-щелочных и окислительновосстановительных барьеров одновременно, поскольку перераспределение растворенных газовых компонентов, продуктов гидролиза солей между жидкостью и паром является мощным фактором нарушения равновесия в гидротермальном растворе.





Модели формирования и эволюции паровых зон в ГС были рассмотрены нами в ряде работ [1-8, 14]. Основная идея заключается в том, что кривая распределения температуры в системе пересекает кривую кипения гидротермального раствора, а в точках пересечения происходит кипение или конденсация [1]. На фоне этих процессов выделяется или поглощается теплота, происходит увеличение концентрации солей, ощелачивание раствора при его выкипании и раскисление при конденсации.

На Паужетском месторождении парогидротерм (Южная Камчатка) локальные точки разгрузки насыщенного природного пара наблюдались до начала эксплуатации месторождения в виде гейзеров и паровых струй, которые свидетельствуют о наличии в недрах соответствующих термодинамических условий для формирования паровых зон. Используя гидрогеотермические разрезы месторождения [12], а также гидрогеотермический разрез, приведенный в отчете В.А. Ямпольского с соавторами1, для района скважин Р-112 и ГК-2 мы попытались В.А.Ямпольский и др. Отчет по доразведке юго-западных флангов Паужетского месторождения перегретых вод за 1972-1976 гг (стадия предварительной доразведки)//. КПУ ИГТЗ, Петропавловск-Камчатский, 1976 г.

Раздел 5: Рудная минерализация в геотермальных системах 3.

реконструировать разрезы паровых зон, существовавших до начала эксплуатации месторождения.

В районе Верхнего термального поля была выделена паровая зона, которая образовалась, по нашим предположениям, в результате понижения уровня термальных вод в процессе локального поднятия блока пород, ограниченного разломами (рис. 3) [2, 4, 5]. Изучение керна по скважинам К-13 и К-14 показало наличие аномальных, по сравнению с исходными породами, минеральных образований, которые были отнесены к породам, образующимся на геохимическом барьере кипения. В обеих скважинах в верхней части разреза отмечается интенсивное окварцевание пород и изменение химического состава по сравнению с исходным, что отражается экстремальными пиками на распределении SiO2, редких щелочей, Au, Ag и изотопных отношений Sr в колонке скважины К-13 (рис. 4).

Жатнуев Н.С., Рычагов С.Н.

Анализ гидрогеотермического разреза месторождения по профилю скв.110 – (рис. 5 и 6) и проекция на разрез кривой кипения показывают возможность существования локальной паровой зоны в районе скважин 112 и ГК-2, выходящей на поверхность в окрестностях скв.112. Подошва паровой зоны находится вблизи Рис. 5. План Паужетского месторождения парогидротерм и его расположение на юге Камчатского полуострова (врезка). Условные обозначения на плане: 1 предполагаемые по гидрогеотермическим данным паровые резервуары; 2 - области смешения гидротерм и поверхностных вод по данным изотопии стронция [11]; 3 термальные поля (I Верхнее, II - Южное, III Восточно-Паужетское); 4 скважины и их номера. На врезке: заштрихованный квадрат - Паужетское месторождение;

1-6 – вулканы.

нулевой отметки по абсолютной высоте. Предполагаемая паровая зона приурочена к геотермическому куполу, который, вероятно, контролируется серией разломов СЗЮВ простирания. Характерно, что изотопные аномалии стронция, выделенные В.Д.

Пампурой и Г.П. Сандимировой [11], в плане и в разрезе сопровождают паровые зоны, предполагаемые нами по геотермическим данным.

Раздел 5: Рудная минерализация в геотермальных системах Рис. 6. Гидрогеотермический разрез района скв. 112 - ГК-2 (по В.А.Ямпольскому) с дополнениями. 1 - скважины, 2 - изотермы, 3 - пьезометрический уровень гидротерм, 4 - паровая зона, 5 - разломы, 6 - потоки метеорных вод.

Обнаружен ие пародоминирующих зон во многих гидротермальных системах вулканических областей [16, 17] привело нас к идее построения численных моделей формирования паровых систем [5]. Моделирование показало возможность миграции паровых зон вверх по разрезу в силу движения температурного фронта и конвекции флюида. Характер подъема зависит от многих параметров (мощности магматического очага, проницаемости и структурных неоднородностей вмещающих пород и т.д.) [5, 7]. При повышенной проницаемости пород и при наличии разломов резервуар пара достаточно быстро перемещается вверх и время функционирования его существенно сокращается.

Как было нами показано ранее, в процессе эволюции паровые зоны испытывают периодические пульсации размеров вплоть до полного исчезновения вследствие изменения солености, а также поглощения теплоты кипения [3, 8].

Автоколебательный процесс пульсации паровых систем, описанный в работе [8], вероятно, характерен для глубинных и высокосоленых гидротермальных систем, но периодические изменения уровня термальных вод были отмечены Г.А.Карповым для малоглубинных Камчатских гидротерм [10], что, вероятно, связано с подтоком охлажденных метеорных растворов. Процессы пульсации и подъема паровых зон могут сопровождаться и химической эволюцией системы. Из работы [14] известно, Жатнуев Н.С., Рычагов С.Н.

Pages:     || 2 |










© 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.