Ю. А. Богданов

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, г. Москва

 

 

При исследовании неоднородности состава и свойств гидротермальных отложений на океаническом дне неоднократно отмечалось, что только на сравнительно глубоководных участках в областях развития высокотемпературных гидротермальных процессов могут быть встречены сульфидные гидротермальные залежи. На поверхности дна на глубинах менее 1000 м они, как правило, сменяются отложениями, состоящими, преимущественно, из нерудных минералов. Сульфиды присутствуют, главным образом, в рассеянном виде.

Среди причин такой неоднородности, несомненно, связанной с составом достигающих поверхности дна гидротермальных рудоносных растворов, наиболее вероятной является фазовая сепарация (в общем виде – гетерогенизация). Поднимающийся к поверхности дна однородный высокотемпературный гидротермальный раствор при уменьшении давления на определенных глубинах может стать неустойчивым. При давлениях ниже критического для океанической воды, отвечающих глубинам менее 3 км, происходит кипение раствора, на бóльших глубинах – отделение от раствора небольшого количества плотного высокоминерализованного флюида. При этом происходит перераспределение “гидротермального вещества” между формирующимися фазами.

Широкое развитие гетерогенизации гидротермальных растворов в океане в настоящее время подтверждено многочисленными исследованиями состава и свойств гидротермальных растворов современных подводных источников.

Исследованные нами гидротермальные отложения рифтов Срединно-Атлантического хребта были сформированы в широком диапазоне глубин океана (от 3650 м – поле ТАГ до 847 м – поле Менез Гвен), что представляется важным для исследования гипсометрического контроля гидротермального рудоотложения на океаническом дне.

Формирование гидротермальных рудоносных растворов связано, прежде всего, с трансформацией океанской воды при взаимодействии с породами коры и верхней мантии при высоких температурах. Участие магматических флюидов в гидротермальных растворах ничтожно мало. О глубинном источнике “гидротермальных” химических элементов в растворе можно говорить только в том смысле,
что они извлекаются океанической водой из пород коры и верхней мантии, которые являются продуктами глубинных оболочек Земли.

В рифтах открытой части океана, а также в таких молодых рифтах, как рифты Красного моря или Калифорнийского залива, в реакции с океанической водой участвуют сравнительно однородные по составу толеитовые базальты. Процессы взаимодействия океанских вод и базальтов срединно-океанических хребтов протекают при сравнительно близких температурах и давлениях. Поэтому следует ожидать, что состав первичных гидротермальных растворов на всем протяжении спредингового хребта мало изменяется.

Накоплена достаточно убедительная информация о том, что не всегда первичный рудоносный гидротермальный раствор достигает поверхности океанского дна неизмененным. В настоящее время установлено несколько причин (из них две – главных), вызывающих
преобразование первичного гидротермального раствора при миграции к поверхности океанического дна.

Первая причина – это влияние глубины океана, а соответственно, гидростатического давления на состав и свойства выходящих на поверхность дна высокотемпературных гидротермальных растворов. Действительно, при подъеме и уменьшении гидростатического давления высокотемпературные гидротермальные растворы на определенных глубинах достигают критических условий состояния однородного раствора и испытывают фазовую сепарацию (или гетерогенизацию). При этом происходит концентрирование металлов в высокосоленой фазе, а газов – в низкосоленой.

При подъеме и уменьшении давления раствор испытывает адиабатическое охлаждение, и в твердую фазу переходит целый ряд металлов, прежде всего, наименее подвижные. Раствор испытывает относительное обогащение химическими элементами, которые ассоциируют со средне- и низкотемпературными гидротермальными отложениями.

В принципе, под мелководными гидротермальными полями, развивающимися при подобной эволюции гидротермального раствора, мы должны ожидать подповерхностные сульфидные залежи (вкрапленные и штокверковые рудопроявления). Объемы их должны не уступать поверхностным гидротермальным залежам, формирующимся в течение такого же промежутка времени, а, возможно, и существенно превышать их, ибо в таких условиях эффективность рудоотложения гидротермальной циркуляционной системы значительно выше. Напомним, что при формировании массивной сульфидной залежи на поверхности дна 97–99 % гидротермального материала, поставляемого гидротермальными растворами из океанической коры на поверхность дна, рассеивается за пределы гидротермальных полей.

Для океана существует еще одна важная причина неоднородности состава гидротермальных отложений, которую необходимо учитывать. Основная разгрузка гидротермального высокотемпературного рудоносного раствора, достигшего поверхности дна, происходит в зоне его встречи с холодной океанической водой, обладающей сильными окислительными свойствами.

Второй причиной изменения поднимающегося к поверхности первичного гидротермального раствора является его смешение с придонными холодными водами, часто проникающими по трещинам в подповерхностные горизонты океанической коры. На некоторых зрелых гидротермальных полях наблюдается определенная латеральная зональность распределения минеральных ассоциаций: от центра к периферии они изменяются от высокотемпературных к средне- и далее – к низкотемпературным. Она определяется разной степенью смешения гидротермального раствора с придонной холодной океанической водой в подповерхностных условиях.

Как же в описанном выше диапазоне глубин меняются характеристики гидротермального рудоотложения?

1. На гидротермальных полях ТАГ и Снейк Пит на глубинах 3650–3500 м первичный рудоносный гидротермальный флюид при подъеме из “реакционной зоны” практически не испытывает гетерогенизации. Все неоднородности состава и свойств поверхностных гидротермальных отложений связаны с процессами подповерхностного смешения первичного флюида с проникающими в кору придонными океаническими водами. Выявленная ранее зональность распределения разнотемпературных гидротермальных отложений определяется степенью этого смешения.

2. По составу и свойствам выходящих на поверхность океанического дна рудоносных гидротермальных растворов на гидротермальном поле Лаки Страйк (глубина 1605–1730 м) установлены признаки гетерогенизации первичного гидротермального флюида в океанической коре. По составу гидротермальных отложений это поле, с одной стороны, имеет большое сходство с рудопроявлениями других полей рифтов открытого океана, а с другой – существенные различия. Гидротермальные отложения некоторых построек поля Лаки Стайк, в отличие от более глубоководных полей океанических рифтов, резко обогащены баритом и, в некоторых случаях, свинцом. Такая геохимическая специфика является характерной чертой многих сравнительно мелководных полей, формирующихся в разных геодинамических обстановках. Это поле Менез Гвен Срединно-Атлантического хребта, сегмент Эндовер и Осевая гора хребта Хуан-де-Фука, г. Франклин бассейна Вудларк западной части Тихого океана, подводные горы Идзу-Бонинской вулканической дуги и многие другие.

Тот факт, что в гидротермальных рудопроявлениях поля присутствует широкая гамма гидротермальных отложений от высокотемпературных разностей медной специализации до баритовых отложений, обычно формирующихся при существенно более низких температурах, свидетельствует о том, что на поле Лаки Страйк, на глубинах 1605–1730 м, фазовая сепарация только начинает проявляться в составе гидротермальных отложений.

3. На расположенном севернее гидротермальном поле Менез Гвен на глубине 847–871 м фазовая сепарация проявляется четко как в составе и свойствах гидротермальных растворов, так и в составе гидротермальных залежей. Основными типами гидротермальных отложений являются сульфатные (ангидритовые и баритовые) с рассеянными сульфидами. Важно также отметить, что находки подповерхностных массивных сульфидных отложений медной специализации подтверждают эти представления.

Построена гипотетическая модель связи состава поверхностных отложений с глубиной океана. В ней отражено также влияние процессов подповерхностного смешения первичного рудоносного гидротермального флюида с придонной океанической водой. Наименьшая степень смешения чаще всего характерна для наиболее высокотемпературных отложений центральной части залежи. Поэтому самые высокотемпературные разности отложений являются наиболее информативными с точки зрения выяснения гипсометрического контроля гидротермального рудонакопления в океане. Понятно, что для выполнения такого анализа необходимы детальные исследования поверхностной гидротермальной залежи. Случайные одиночные пробы являются в этом отношении не информативными.

Иными словами, в океане повсеместно проявляется гипсометрический контроль рудоотложения, обусловленный гетерогенизацией поднимающегося к поверхности гидротермального флюида. Гидротермальное поле Лаки Страйк находится на таких глубинах, где, с одной стороны, гипсометрический контроль в гидротермальном рудонакоплении только начинает проявляться, а с другой – накапливаются как высокотемпературные (более “глубоководные”) разности отложений, так и низкотемпературные. На меньших глубинах океанического дна высокотемпературные типы гидротермальных отложений полностью исчезают.

В данной работе описан гипсометрический контроль гидротермального рудонакопления на дне современного океана. Для древних аналогов колчеданных и колчеданно-полиметаллических месторождений, связанных с морскими и океаническими условиями, связи
состава рудных залежей с глубиной могут быть иными.

Если принять рециклинговую модель формирования гидротермального высокотемпературного рудоносного раствора в древнем океане, то при объяснении проявлений гипсометрического контроля гидротермального рудонакопления необходимо учитывать несколько факторов.

Этим далеко не исчерпывается список причин возможных различий гипсометрического контроля гидротермального рудонакопления в современном и древних океанах. Важно, что, по-видимому, гипсометрический контроль состава поверхностных гидротермальных отложений независимо от возраста определяется одним и тем же процессом.

Mатериалы получены в экспедициях НИС “Академик Мстислав Келдыш” с ГОА “Мир” на борту. Лабораторная обработка выполнена при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 03-05-64346).

 

Примечание редакторов. Проблемы глубины рудообразования в океанах рассмотрены также в работах: