Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

Результаты выполненного моделирования взаимодействий в системе "порода-вода" могут быть оценены качественно и количественно, т.е. с позиций общего сопоставления полученных результатов с известными геохимическими закономерностями формирования химического состава подземных вод и на основе сопоставления с конкретными вариациями реальных концентраций элементов в подземных водах.

Проведем качественную оценку результатов моделирования с позиций общих вопросов формирования химического состава подземных вод в гранитоидных породах.

1. При взаимодействии воды (в системе открытой по углекислоте и сероводороду) с гранитом формируются растворы существенно обогащенные натрием. При этом общий ход изменения химического состава результирующих растворов при увеличении отношений порода/вода и температуры выглядит следующим образом:

НСО₃-Na-Ca-Mg НСО₃-Na-Ca НСО₃-Na НСО₃-SO₄-Na SO₄-Na.

Формирование катионного состава растворов этого ряда связано с увеличением концентраций натрия при росте величины отношения порода/вода и уменьшением концентраций кальция при увеличении температуры.

2. Увеличение концентраций хлора в исходных растворах приводит к интенсификации перехода натрия и кальция из пород в водную фазу. Возрастание концентраций породообразующих элементов тем существеннее, чем выше концентрация хлора и чем прочнее хлоридные комплексы элементов (Са>Na>К). С ростом температуры этот процесс интенсифицируется. В рамках данной модели причиной является комплексообразование катионов с хлором (известно, что устойчивость хлоридных комплексов увеличивается с ростом температуры).

Рис. 2.7. Расчетные и реальные (в подземных водах) концентрации компонентов в системе НСО3- -Na++K+)

3. Действие температуры, величины отношения порода/вода и хлоридности в формировании химического состава растворов во многих отношениях является однонаправленным. При этом по целому ряду признаков эти параметры могут быть взаимозаменяемыми. Действительно, при больших температурах аналогичный геохимический эффект достигается при меньших значениях порода/вода. И наоборот, при больших значениях порода/вода аналогичный химический состав формируется при меньших температурах, т.е. большая проработка пород равносильна увеличению температуры взаимодействий.

Аналогично большая хлоридность исходных растворов, по значимости для химического состава результирующих растворов, равносильна большим значениям отношения порода/вода и температуры. При большей хлоридности исходных растворов аналогичная проработка пород и вынос из них натрия и кальция достигаются при меньших величинах отношения порода/вода и температурах.

Эти выводы согласуются с известными геохимическими закономерностями формирования холодных и термальных вод в гранитоидных породах и общими особенностями состава этих вод. В частности, по результатам изучения азотных термальных вод зон эпиплатформенного орогенеза известно, что по мере увеличения глубины их формирования, т.е. с ростом температуры и значений порода/вода, происходит закономерная смена их геохимических типов в последовательном ряду

НСО₃-Ca НСО₃-Ca-Na НСО₃-Na-Ca НСО₃- Na НСО₃- SO₄- Na SO₄-Na,

аналогичном полученному при моделировании взаимодействий в системе "гранит-вода".

Известно также, что при увеличении концентраций хлора в азотных термальных водах массивов кристаллических пород (независимо от источника хлора) происходит рост минерализации вследствие возрастания в них концентраций натрия и особенно кальция (азотные термы иссыккульской группы - Кызыл-Су, Алтын-Арасан и др.).

Рис. 2.8. Расчетные и реальные (в подземных термальных водах) концентрации компонентов на диаграмме НСО3- + Na+

Таким образом, анализ результатов физико-химического моделирования взаимодействий в системе "гранит-вода" на качественном уровне показывает, что эти результаты вполне достоверно отображают принципиальные особенности формирования химического состава подземных вод в кристаллических породах.

Сопоставим, например, результаты моделирования с реальными распределениями элементов в подземных водах, формирующихся в кристаллических породах. Для этого используем массовый материал по химическому составу подземных холодных безнапорных вод массивов интрузивных пород (кислого и щелочного состава), а также напорных термальных (30-100^oС) вод, формирующихся в пределах массивов гранитоидов областей эпиплатформенного орогенеза (Тянь-Шань, Памир, Родопы, Балканы, Приморье). Расчетные и реальные концентрации элементов для низких (25^oС) температур можно сопоставлять только на примере вод HCO₃-Na типа, а для высоких (50-100^oС) температур также и на примере вод SO₄-НСО₃-Na и SO₄-Na типов. Результаты сопоставления расчетных концентраций с их реальными концентрациями в подземных водах, формирующихся в кислых и щелочных интрузивных породах, представлены на рисунках 2.7 и 2.8. Из такого сопоставления можно сделать следующие выводы.

Степень приближения реальных концентраций элементов к расчетным зависит от температуры, геохимических свойств элементов и значений отношения порода/вода.

Чем выше температура, тем больше степень приближения реальных концентраций к расчетным. Это особенно характерно для наиболее простых систем Na-HCO₃ с высокой растворимостью соединений и увеличением этой растворимости с ростом температуры. И наконец, в соответствии с ранее сказанным об однонаправленном влиянии температуры и величин отношения порода/вода приближение реальных концентраций элементов в подземных водах к их расчетным концентрациям происходит также с ростом значений порода/вода.

Изложенное не означает, что результаты выполненного нами моделирования повсеместно приближаются к реальным концентрациям элементов в подземных водах. Так, принятая низкосульфатная модель формирования химического состава подземных вод в гранитах обусловила значительное расхождение расчетных и реальных концентраций магния в подземных водах. Значения реальных природных концентраций магния оказались на порядок выше расчетных. Это означает необходимость расширения принятой модели, например задания концентраций SO₄ иным способом.