Вертикальные зоны, в которых может образоваться промышленная эпитермальная минерализация, контролируются в значительной мере химическим составом гидротерм и кривой кипения воды, в то время как порфировые месторождения, которые располагаются вблизи породивших их интрузий, зависят от температурного режима гидротерм. Но есть некоторые общие механизмы, которые также имеют значение в образовании этих месторождений. Предполагается, что эти механизмы обусловлены изменением поведения гидротерм в зонах проницаемости, протягивающихся на большие глубины. Для чего необходимо проанализировать гидродинамику типичной гидротермальной системы снизу вверх от её корневых уровней (рис.8).
Большая часть информации получена по результатам бурения геотермальных скважин на активных гидротермальных системах. По мере прогресса технологии бурения, геотермальные скважины проникали всё глубже и глубже во все более высокотемпературные среды. Таким образом, энергетическая производительность скважин возрастала. Однако этот процесс привёл, с некоторых пор, к обратному результату. Опытное геотермальное бурение в современных гидротермальных системах в регионах развития андезитового вулканизма (андезитовые террейны) глубже 2 500 м показало, что проницаемость здесь не такая хорошая, как на меньших глубинах. Это привело к разочарованию в использовании геотермальной энергии.
Наблюдения показали, что геотермальные скважины часто вскрывали лучшие зоны проницаемости в интервале температур 260-300оС, чем на более высокотемпературных глубинах. Оказалось, что ответ на эту загадку находится в природе деформации пород при этих температурах. При температуре выше 320оС обычные вмещающие породы будут деформироваться значительно быстрее, чем происходит образование разломов, или "залечивание" разломов происходит в более короткое время по сравнению со скоростью накопления напряжений вследствие подвижки тектонических плит. В связи с этим наибольшая проницаемость существует непродолжительный период.
|
|
Такой же процесс хорошо известен структурным геологам, работающим на метаморфических террейнах. Они отмечают так называемые "кварц-полевошпато-хрупкопластический переход" и температурную границу, расположенную примерно на той же глубине (уровне-320-340оС). Однако в метаморфических зонах, для которых характерен значительно меньший геотермический градиент, чем в гидротермальных системах, этот переход находится на больших глубинах, где давление также значительно больше. В гидротермальных системах переходная зона располагается существенно ближе к дневной поверхности. Здесь отмечается предельная глубина слабых землетрясений. Хорошо известно, что количество микро землетрясений уменьшается глубже зоны перехода (10-15 км в условиях континентальной коры). Современные гидротермальные системы часто полностью асейсмичны по сравнению с окружающими регионами.
Другой фактор, приводящий к уменьшению проницаемости на глубине, - это процесс образования зон окремнения (отложение кремнезёма). Магматические летучие поздних стадий магматизма и гидротермы обычно близки к состоянию насыщения кремнезёмом, потому что они находятся в равновесии с породами, содержащими кремний. Однако растворимость кремнезёма зависит, как от температуры, так и от состояния гидротерм. Надкритические летучие могут содержать значительно больше кремнезёма в растворённом состоянии, чем вода при критических температурах (рис.3.9). Таким образом, летучие (флюид), остывая от почти магматических надкритических температур до близ критических, становятся пересыщенными по отношению к кремнезёму и из них отлагается кварц. Нельзя назвать точную температуру этого процесса, поскольку критическая температура водного раствора зависит от его минерализации. Но в некоторых условиях вблизи остывающего плутона будет располагаться зона, в которой отлагается кремнезём, тем самым, снижая проницаемость. Этому, вероятно, способствует процесс отделения магматических летучих около плутона и выше расположенных конвекционных гидротерм, которые, в основном, имеют метеорное происхождение.
|
|
Следовательно, высокая проницаемость в порфировых структурах и в недрах эпитермальных структур существует непродолжительный срок.
Проницаемость может возникать при образовании разломов, связанных с гидравлическим дроблением, производимым внедряющимися интрузиями, или/и в результате теплового расширения нагретых пород (образование контракционной трещиноватости), и которая может существовать продолжительное время. Эти эффекты усиливаются свойствами воды при высоких температурах.
При высоких температурах вода обладает очень низкой вязкостью. Известно, что в этом отношении она больше напоминает газ, чем жидкость и, следовательно, высокотемпературная вода может легко проникать даже в тончайшие трещины. Она также имеет очень низкую плотность. Таким образом, большой объём высокотемпературных гидротерм, просачивающийся через породу, может прореагировать с этой породой и образовать минералы. Это не относится к очень солёным рассолам, образовавшимся около интрузий в результате разделения фаз при декомпрессии (снижение давления). Они очень тяжелые и могут, фактически, не подвергаться конвекции. В результате этого около интрузии и в ней образуется порфировая минерализация. Часто продвижение температурного поля гидротермальной системы вверх к дневной поверхности, когда изотермы от 300 до 2400С располагаются на глубине 1-3 км, обусловлена высокой проницаемостью высокотемпературных гидротерм. Породы достаточно прочные, чтобы могли образоваться трещины, могут охлаждаться настолько, что это приводит к быстрому выпадению минералов и последующему их полному и быстрому закупориванию. В этом интервале глубин отсутствует резкий перепад растворимости большинства обычных гидротермальных минералов. Здесь проходит граница, обусловленная свойствами гидротермальных растворов, и она располагается ниже уровня, на котором находится большая часть эпитермальной рудной минерализации.
|
|
Несмотря на то, что гидравлическое дробление является обычным в процессе развития гидротермальных систем и, как правило, гидротермы поднимаются по трещинам под большими давлениями, имеются некоторые существенные исключения. В редких случаях проникновение гидротерм в выше расположенные горизонты обусловливалась резким опусканием этих участков гидротермальных систем на большие глубины.
Верхняя часть высокотемпературных гидротермальных систем до глубины 1000 м, где температуры снизу вверх изменяются от 240-2600С до значений температур, характерных поверхностным термопроявлениям, представляет собой интервал, в котором происходит интенсивное гидротермальное брекчирование. Иногда этот процесс сопровождается гидротермальными извержениями. Таким образом, эта часть гидротермальных систем является зоной наиболее вероятного эпитермального рудообразования. Причину этого легко установить при анализе поведения кривой кипения гидротерм в зависимости от глубины их расположения: относительный градиент давления значительно больше вблизи дневной поверхности (рис.10). В пределах этой зоны газ может также выделяться из обычных гидротерм и аккумулироваться под газоизолирующей кровлей, представленной изменёнными породами (аргиллитами, отложениями кремнезёма), создавая условия, провоцирующие гидротермальные извержения. Этот горизонт в гидротермальных системах, расположенных в вулканогенных структурах с сильно расчленённым рельефом, может быть водовмещающим и в его составе присутствовать гидротермы разнообразного состава. В свою очередь, процесс преобразования верхней части гидротермальной системы, обусловленный взаимодействием двух сред вода-порода, может привести к уменьшению проницаемости этой части гидротермальной системы.
По-видимому, таким образом, должно происходить фокусирование (сосредоточение) большей части потока гидротерм в относительно небольших каналах (дренах), которые также способствуют концентрированному отложению рудной минерализации и образованию промышленных эпитермальных месторождений. Также смешение гидротерм может быть важным дополнительным рудообразующим процессом в этой части гидротермальной системы.