Геохимия минералов гидротермальных систем. Термобарогеохимия

Это понятие все чаще встречается в названиях научных трудов, объем информации уже позволяет говорить об особом научном направлении, оформившемся на границе между минералогией и геохимией. В геохимии минералов нашли дальнейшее развитие многие идеи А. Е. Ферсмана, особенно в области изоморфизма и геоэнергетики.

Новые возможности исследования геохимии минералов открыли физические методы локального элементного анализа — использование рентгеновского микроанализатора, лазерной спектроскопии, метода треков и др. С их помощью выявляется химическая неоднородность минералов, определяется содержание элемента в данной точке, его распределение на микронных расстояниях. В результате были обнаружены такие особенности распределения элементов-примесей, как миграция части из них к периферии зерен в ходе кристаллизации, включения самородного золота в сульфидах и др. Выяснилось, что часть элементов-примесей находится не в изоморфном состоянии, как предполагалось ранее, а образует самостоятельные фазы.

Обширные исследования по геохимии минералов выполнены как в нашей стране, так и за рубежом. Разнообразные элементы-примеси были установлены в оливинах, пироксенах и других минералах протокристаллизации. Накопление примесей в них во многом объясняется законами изоморфизма (в оливинах преимущественно концентрируются элементы, способные изоморфно замещать Fe2+ и Mg2+: Ni2+, Со2+ и др.).

В пироксенах концентрируются Ni, Cr, Со, Mn, Sc, V и др., в амфиболах — Ti, Mn, Sc, Ni, Со, V, Zn, иногда Cr и другие элементы.

Канадские ученые Р. Моксхэм и Д. Шоу предложили вычислять коэффициент накопления микроэлементов в минералах, равный среднему кларку концентрации изучаемой группы элементов в данном минерале. Было установлено, что минералы основных и ультраосновных пород обладают наибольшей изоморфной емкостью.

В отличие от минералов основных пород породообразующие минералы гранитоидов обладают низкой изоморфной емкостью, содержат меньше примесей. По В. В. Ляхо- вичу, носителем и концентратором большинства редких и рудных элементов в гранитоидах является биотит. Он показал, что изучение минералов гранитоидов, особенно биотита, помогает выяснять генезис пород. Как и в основных породах, в гранитоидах редкие элементы не только входят в виде изоморфной примеси в решетки главных минералов (изоморфное рассеяние), но и образуют микровключения собственных минералов (минеральное рассеяние). Например, с помощью электронно-зондового микроанализатора было установлено, что большая часть олова в слюдах находится в форме микровключений акцессорных минералов — касситерита и др.

Детально изучена и геохимия минералов гидротермальных систем. Многие гидротермальные минералы богаты элементами-примесями, изучение которых приобрело важное практическое значение. Например, большая часть меди на земном шаре добывается из халькопирита (CuFeS2), в котором установлены повышенные содержания Re, Jn, Se, Те, Ge, Au, Ni, Go, Ag, Cd, Tl, As, Sb, Pt, Pd, Rh и других элементов. Стоимость элементов-спутников в некоторых рудах в 2—3 раза превышает стоимость самой меди. Закономерности парагенных ассоциаций элементов-примесей объясняются изоморфизмом, а частично обусловлены другими причинами.

При изучении геохимии гидротермальных минералов важную роль играет анализ газожидких включений, который составляет предмет особой науки — термобарогеохимии. Н. П. Ермаков полагает, что анализ включений поставляет информацию о температуре, давлении и составе гидротермальных растворов.

В. И. Рехарский и другие исследователи установили, что на изученном ими медномолибденовом месторождении молибденсодержащие растворы полевошпат-кварцевой метасоматической формации имели температуру 250—360° С, минерализацию 50—80 г/л (рассолы), давление около 8-107 Па. Среда была почти нейтральной. Для медьсодержащих растворов того же месторождения (кварц-серицитовая формация) установлены температура 190—280° С, давление 8—8,5-107 Па, минерализация 600 г/л, состав существенно хлоридный, реакция кислая.

Концентрация растворов жидких включений, по разным авторам, колеблется от десятков до сотен граммов на литр. Наиболее распространены хлоридные рассолы.

В жидких включениях установлены Cu, Pb, Zn, Mo, Fe, Ni, Со и др. (до 0,72—0,On г/л). Эти включения содержат и «минералы-узники»: галит, сильвин, рутил и др. Газовая фаза включений представлена С02, СО, Н2, СН4, NH3, 02, N2 и другими газами.

Некоторые ученые считают, что газожидкие включения в минералах не всегда являются прямыми свидетелями состава глубинных растворов (В. Ф. Барабанов и др.). И. Ф. Вовк связывает состав газожидких включений с радиолизом воды — образованием в результате этого процесса газовой фазы и рассола (за счет разложения молекул растворителя). По его расчетам, за время, прошедшее с архея и протерозоя, в минералах щитов могли образоваться рассолы. Понятно, что это не позволяет рассматривать газожидкие включения в минералах гидротермальных руд в качестве рудоносных растворов.

К содержанию книги: Биография и книги Ферсмана