Е. В. Рахов
Институт геологии и геохимии УрО РАН, г. Екатеринбург soroka@igg.uran.ru
Физико-химические параметры формирования золотоносных апосерпентинитовых метасоматитов
(по результатам термодинамического анализа минеральных равновесий)
Пространственно-генетическая связь концентраций золота с метасоматическими преобразованиями ультраосновных пород в пределах массивов альпинотипных гипербазитов обсуждается в научной литературе уже много лет. Известны объекты, на которых золотое оруденение ассоциирует с зонами оталькования и хлоритизации серпентинитов (Верх-Нейвинский массив), а также с метасоматитами хлорит-гранат-пироксенового состава (месторождение Золотая Гора). В отношении последних автор придерживается точки зрения сторонников существования золото-хлограпитовой формации [1, 2, 5, 6].
Поводом для настоящего исследования послужил явный дефицит литературных данных по термодинамическому и физико-химическому анализу минеральных равновесий, характеризующих переход от серпентинитов к новообразованным метасоматическим ассоциациям. Такая ситуация сложилась, по-видимому, ввиду специфики этих равновесий, не позволяющей составить уравнения реакций с использованием приемов классического парагенетического анализа.
Преодолеть указанные сложности удалось с помощью метода ионно-минеральных равновесий [3], который допускает частичный переход определенных инертных компонентов в растворенное состояние, позволяет учесть все ионные формы растворенных компонентов, и, наконец, дает возможность произвести термодинамический расчет реакций с учетом констант ионов в зависимости от температуры, давления и кислотности-щелочности среды.
С использованием данного метода были составлены и проанализированы равнообъемные реакции золото-хлограпитовой и золото-талькитовой формаций, а также реакция хлоритизации серпентина. Расчет проводился для диапазонов Т и рН 200–500 ºС и 1–11, соответственно, при условии, что давление составляет 1000 бар. Далее для краткости приводятся уравнения реакций только для Т = 300 ºС и рН = 3.
Реакция хлоритизации серпентина (Sp – антигорит; Chl – клинохлор) (1):
2.02Sp + 0.02Al(OH)2+ + 1.98AlO2– + 2.93H+ + 1.13H2O = Chl + 1.05Mg2+ + 0.01Mg(OH)+ + 1.04H4SiO4 + 1.14OH–
Реакция оталькования серпентина (Тс – тальк) (2):
1.3Sp + 1.4H4SiO4 + 1.29H+ = Tc + 0.89Mg2+ + 0.01Mg(OH)+ + 0.5OH– + 4.79H2O
Реакции хлограпитизации (Di – диопсид, Gross – гроссуляр):
(3) 3.22Sp + 4.11Ca2+ + 0.04Al(OH)2+ + 4.26AlO2– + 5.37H+ = 1.37Gross + 0.78Chl + 5.70Mg2+ +
0.06Mg(OH)+ + 2.09OH– + 4.97H2O
(4) 2.66Sp + 1.30Ca2+ + 0.02Al(OH)2+ + 1.80AlO2– + 2.46H+ = 1.30Di + 0.91Chl + 2.11Mg2+ + 0.02Mg(OH)+ + 0.96OH– + 2.44H2O
На рисунке представлена диаграмма зависимости равновесия от температуры и кислотно-основных параметров среды, построенная по данным таблицы. Положение линий равновесия отчетливо указывает на устойчивость новообразованных минералов и парагенезисов в кислых условиях. Эта особенность свойственна всем рассматриваемым реакциям без исключения.
Среди исследователей метасоматических явлений бытует мнение, что хлорит является индикатором щелочных условий минералообразования. Данные, полученные в результате анализа приведенных реакций методом ионно-минеральных равновесий, показывают, что в случае магнезиально-силикатного безглиноземистого субстрата хлоритизации благоприятствует противоположная, кислая обстановка.
Таблица
Результаты термодинамического расчета реакций 1, 2, 3, 4
Т, ºС | 200 | 300 | 400 | 500 | |||||||||||||||
рН | ΔZ, ккал/моль | ||||||||||||||||||
1* | 2* | 3* | 4* | 1* | 2* | 3* | 4* | 1* | 2* | 3* | 4* | 1* | 2* | 3* | 4* | ||||
1 | -25 | -21 | -40 | -29 | -41 | -11 | -67 | -40 | -31 | -26 | -64 | -46 | -27 | -29 | -66 | -51 | |||
3 | -21 | -13 | -33 | -24 | -29 | -1 | -42 | -30 | -17 | -14 | -43 | -35 | -17 | -16 | -58 | -44 | |||
5 | +1 | -6 | +1 | -7 | -15 | +5 | -18 | -19 | -3 | -9 | -28 | -26 | +6 | -9 | -26 | -29 | |||
7 | +16 | 0 | +25 | +5 | +1 | +7 | +2 | -8 | +16 | -3 | +2 | -12 | +28 | -2 | +11 | -12 | |||
9 | +26 | +7 | +41 | +12 | +17 | +14 | +26 | +3 | +40 | +4 | +46 | +8 | +49 | +3 | +52 | +7 | |||
11 | +35 | +16 | +67 | +24 | +46 | +14 | +72 | +23 | +56 | +17 | +84 | +25 | +67 | +14 | +94 | +26 | |||
Примечание. В ячейках указаны номера реакций. Термодинамические константы минералов и растворенных ионов заимствованы из [3, 4]. ∆Z – изобарно-изотермический потенциал.
Похожая ситуация имеет место в отношении талька, с той лишь разницей, что здесь определяющую роль играет наличие или отсутствие углекислоты в растворе, вызывающем метасоматические преобразования исходного ультраосновного материала. При условии насыщенности раствора углекислотой тальк-содержащие ассоциации появляются в щелочной обстановке. При существенно водном составе флюида тальк образуется только при низких значениях рН.
Опираясь на представленный материал, можно предполагать высокую степень вероятности следующей закономерности. Мобилизации, перераспределению и концентрации золота способствуют метасоматические преобразования гипербазитов, обусловленные деятельностью кислых флюидов, не содержащих углекислоту. Это вполне логично: кислые растворы неравновесны по отношению к ультраосновному субстрату, обладающему щелочной реакцией (рН вод, дренирующих толщи таких пород, достигает 10).
Очевидно, щелочная проработка ультраосновных пород не вызывает подобного поведения золота, поскольку растворы с высокими показателями концентрации водородных ионов по отношению к субстрату в данном случае равновесны, а появление щелочных метасоматитов обусловлено реакционной способностью углекислоты. Пример таких образований – тальк-карбонатные породы, которые, как известно, не концентрируют золото.
Наконец, рассмотренной спецификой метасоматических трансформаций гипербазитов может быть объяснен факт существования золотого оруденения в связи с хлорит-гранат-диопсидовой ассоциацией месторождения Золотая Гора и полного отсутствия золота в развитых по алюмосиликатному материалу родингитов Баженовского месторождения и других подобных объектов. Хлограпиты в свете изложенного материала – продукт кислотного метасоматоза, родингиты же, как принято практически всеми специалистами, формируются в щелочной среде.
По результатам приведенных расчетов явления метасоматических преобразований с термодинамической точки зрения осуществимы на протяжении всего исследованного температурного интервала. Давление не оказывает существенного влияния на положение этих минеральных равновесий. Следовательно, кислотность-щелочность является определяющим фактором формирования концентраций золота, генетически связанных с апосерпентинитовыми метасоматитами.
Литература
1. Берзон Р. О. Золоторудные гипербазиты. М: ВИЭМС, 1983. 72 с.
2. Берзон Р. О., Фадеичева И. Ф. Особенности метасоматических преобразований на месторождении Золотая Гора // Метасоматизм и рудообразование. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1974. С. 63–67.
3. Говоров И. Н. Термодинамика ионно-минеральных равновесий и минералогения гидротермальных месторождений. М: Наука, 1977. 239 с.
4. Дорогокупец П. И., Карпов И. К. Термодинамика минералов и минеральных равновесий. Новосибирск: Наука, 1984. 185 с.
5. Сазонов В. Н. Золотопродуктивные метасоматические формации подвижных поясов. УГГГА, Екатеринбург, 1998. 181 с.
6. Соболев Н. Д. Ультрабазиты Большого Кавказа. М: Госгеолиздат, 1952. 240 с.