Происхождение и процессы переноса элементов в термальных водах магматических гидротермальных систем. Сато Х., Ишияма Д., Мизута Т. // Металлогения древних и современных океанов–2008. Рудоносные комплексы и рудные фации. Миасс: ИМин УрО РАН, 2008.

 

Для понимания происхождения и процессов переноса элементов термальными водами магматических гидротермальных систем были изучены сильнокислые термальные воды горячего источника Тамагава (префектура Акита, Япония). Термальная вода горячего источника Тамагава подразделяется на три типа: Cl-SO₄-тип (источник Охбуки, pH 1.2), SO₄-тип (pH от 1.8 до 2.9) и нейтральный тип (pH 6.1). Эти горячие источники встречаются от центра к краевым частям от Cl-SO₄-тип через SO₄-тип, до нейтрального. Температуры термальных вод составляют 96 °С (Cl-SO₄-тип), 83–97 °С (SO₄-тип) и 44–57 °С (нейтральный тип). В результате изучения изотопных отношений Sr было показано, что вода Охбуки Cl-SO₄-типа транспортируется из глубокой части гидротермальной системы околомагматической области без взаимодействия между термальной водой и вмещающими породами. Подобное происхождение и процессы переноса также рассматриваются и для других элементов, таких как Ba, Pb и РЗЭ в термальной воде Cl-SO₄-типа.

 

Библ. 3.

 

 

Для понимания происхождения и процессов переноса элементов термальными водами магматических гидротермальных систем были изучены сильнокислые термальные воды горячего источника Тамагава в префектуре Акита. Термальная вода горячего источника Тамагава подразделяется на три типа: Cl-SO₄-тип (источник Охбуки, pH 1.2), SO₄-тип (pH от 1.8 до 2.9) и нейтральный тип (pH 6.1). Эти горячие источники встречаются от центра к краевым частям от Cl-SO₄– через SO₄-тип до нейтрального. Температуры термальных вод составляют 96 °С (Cl-SO₄-тип), 83–97 °С (SO₄-тип) и 44–57 °С (нейтральный тип). Дебит воды Cl-SO₄-типа составляет 9000 л/мин. Концентрации Na, K, Mg, Ca, Fe, Mn, Rb, Sr, Ba, Pb, суммарных РЗЭ, Th и U в Cl-SO₄-типе составляют 52, 50, 49, 177, 170, 4, 0.23, 0.42, 1.19, 2.41, 0.32, 0.009 и 0.005 г/т соответственно, тогда как концентрации этих же элементов в типичном SO₄-типе воды составляют 6.4, 8.2, 1.1, 11.3, 19.7, 0.2, 0.02, 0.10, 0.115, 0.12, 0.042, 0.0036 и 0.009 г/т соответственно. Концентрации растворенных компонентов в воде Cl-SO₄-типа в 10 раз больше, чем в воде SO₄-типа.

Изотопное отношение Sr в воде Cl-SO₄-типа варьирует от 0.703992 до 0.704032, в воде SO₄-типа оно составляет 0.704245. Изотопное отношение Sr воды SO₄-типа из гидротермальной области Сакебизава возле горячего источника Тамагава также изменяется от 0.704330 до 0.704401. Эти изотопные отношения схожи с таковыми из воды SO₄-типа источника Тамагава. Изотопное отношение Sr речной воды возле источника Тамагава составляет 0.704314–0.704519 [Kameietal., 1999]. Изотопное отношение Sr воды Cl-SO₄-типа ниже, чем таковое в воде SO₄-типа и речной воде в районе горячего источника Тамагава.

Изотопное отношение Sr в нижележащих породах источника Тамагава изменяется в следующих пределах: 0.704130–0.707132 для формации Аниаи, 0.70425–0.704549 для залежей озера Якеяма [Kameietal., 1999], 0.70387–0.704138 для андезитов средней стадии [Kameietal., 1999; Ohba, 1993], 70379–0.70411 для поздних андезитов и 0.70388–0.70393 для поздних дацитов Якеяма Волканикс [Ohba, 1993].
Изотопные отношения Sr андезитов средней стадии в районе горячего источника Охбуки составляют 0.704065–0.704093, и они значительно выше, чем в воде Охбуки Cl-SO₄-типа.

Изотопное отношение Sr термальной воды SO₄-типа источника Тамагава находится между его изотопным соотношением в андезитах и речной воде района источника. На основании данных по изотопному отношению, приведенных выше, и геологии района Тамагава, формирование термальной воды SO₄-типа источника рассматривается как результат реакции между андезитами и грунтовой водой, извлеченной из речной воды района Тамагава. Процесс формирования воды SO₄-типа также подтверждается тем, что 1) вода SO₄-типа формируется путем смешения фумарольного пара, содержащего CO₂ и H₂S, с неглубокой грунтовой водой и окислением H₂S в приповерхностных условиях и 2) вода SO₄-типа взаимодействует с андезитами вулкана Якеяма, о чем говорят изотопное изучение кислорода и водорода в термальной воде района Тамагава [Matsubaya, 1996] и данные по геологии района.

Изотопное отношение Sr в воде Охбуки Cl-SO₄-типа ниже, чем в воде из андезитов района Тамагава. Содержание Sr в воде Cl-SO₄-типа в 10 раз выше, чем в воде SO₄-типа. Эти факты подтверждают то, что источник Sr в воде Охбуки Cl-SO₄-типа отличается от такового в воде SO₄-типа. Вода Cl-SO₄-типа вскипала на глубине 400 м, отделялся пар, а остаточная вода реагировала с породой. Температуры реакции между породами и первичным гидротермальным раствором для воды Охбуки Cl-SO₄-типа должны быть повышенными. Вода Cl-SO₄-типа транспортировалась из более глубоких частей гидротермальной системы Тамагава. Поскольку предполагается, что андезит-дацитовая магма имеет низкое изотопное отношение Sr, схожее с таковым в термальной воде Охбуки Cl-SO₄-типа, то в этом случае она, застывая в глубинной части района горячего источника Тамагава, может быть одним из возможных источников Sr в этой воде. Изотопное отношение Sr термальной воды Охбуки Cl-SO₄-типа ниже, чем в породах формации Аниаи и залежей озера Якеяма в районе горячего источника Тамагава.

Учитывая, что вода Охбуки Cl-SO₄-типа транспортируется из глубокой части гидротермальной системы, а изотопные отношения Sr воды Cl-SO₄-типа отличаются от изотопных отношений Sr пород формации Аниаи и залежей озера Якеяма под районом горячего источника Тамагава, можно сделать вывод, что вода Cl-SO₄-типа транспортируется к поверхности из околомагматической области без взаимодействия между термальной водой и боковыми породами. Подобное происхождение и процессы транспорта также рассматриваются и для других элементов, таких как Ba, Pb и РЗЭ в термальной воде Cl-SO₄-типа.

1.    Kamei J., Kato H., Ueda A., Okano O. and Yamamoto M. Sr concentration and its isotopic ratio in the Sumikawa and Ohnuma geothermal fields // J. Geotherm. Res. Soc. Japan, 1999. № 21. P. 379–390 (in Japanese with English abstract).

2.    Matsubaya O. Characteristics of Japanese geothermal system based on oxygen and hydrogen isotopic ratios of geothermal water // Gekkan Chikyu, Spec. Issue, 1996. № 16. P. 154–158 (in Japanese).

3.    Ohba T. Geology and petrology of Akita-yakeyama volcano: 2. evolutional history of magma composition // J. Mineral. Petrol. Econ. Geol., 1993. № 88. P. 1–19 (in Japanese with English abstract).