Исследование гидротермальных изменений в районах распространения горячих источников и геотермальных систем привело к выделению по крайней мере двух различных сред минералообразования и типов гидротермальных изменений. Ниже уровня грунтовых вод гидротермальные растворы обычно имеют нейтральную или слабощелочную реакцию, преобладающий анион — хлорид. Продуктами замещения в кислых породах являются полевые шпаты, слюды, цеолиты, минералы кремния, монтмориллонит и изредка каолинит. В противоположность этому в других горячих источниках и геотермальных системах близповерхностные растворы имеют кислую реакцию, высокие величины SO4в2-/Сl-, концентраций железа, магния, кальция и алюминия и относительно низкие натрия и калия. Процессы замещения соответствуют интенсивной аргиллизации (каолинит, алунит и другие сульфаты, минералы кремния и зуннит).
Для среды минералообразования первого типа в результате замещения гидротермальными растворами при относительно низкой температуре (до приблизительно 150° С) непосредственно ниже уровня грунтовых вод обычно образуются ассоциации, содержащие цеолиты и глинистые минералы. Такой тип замещения установлен в районе Уайракей и на других горячих источниках Новой Зеландии, в Йеллоустонском парке и в Исландии. Продукты замещения здесь соответствуют очень низкотемпературной стадии «метаморфизма» кислых пород, и их образование сопровождается незначительным выщелачиванием кальция, натрия и магния. Однако ниже этой глинисто-цеолитовой зоны обычным для натрийсодержащих пород является замещение серицитом, адуляром или альбитом наряду с образованием хлорита, эпидота, вайракита и других цеолитов.
Глубинные воды в геотермальных системах в кислых изверженных и осадочных породах обычно почти равновесны с кварцем, калиевым полевым шпатом, калиевой слюдой, альбитом, хлоритом, пиритом и эпидотом или цеолитом (вайракит или ломонтит). Когда такие воды достигают поверхности, характер производимых ими изменений и отложение минералов зависят от трех основных процессов: остывания, вскипания и конденсации. Охлаждение приводит к пересыщению и возможному образованию кварца (или некоторых других форм кремнезема), а для более высокотемпературных растворов наблюдается тенденция к появлению новообразований калиевых слюд за счет полевых шпатов. При температурах ниже приблизительно 150° С (но в зависимости от химизма вод), вероятно за счет охлаждения, образуются монтмориллонит, смешанослойный иллит и морденит, однако смешение и разбавление поверхностными водами, а также конденсация летучих компонентов способствуют образованию этих минералов и в более глубоких зонах.
Вскипание избирательно удаляет из растворов CO2, H2S и другие летучие соединения, благодаря чему повышаются величины pH и отношения К/Н. При этом калиевый полевой шпат, кальцит, а возможно, и вайракит или эпидот образуются либо путем осаждения из раствора, либо путем замещения ранее существовавших слюд или плагиоклазов. И наоборот, конденсация CO2-содержащего пара в горячую воду, равновесную с полевыми шпатами и калиевыми слюдами, приводит к обратным результатам — снижению величины pH и образованию калиевых слюд, вайракита и альбита или монтмориллонита.
Согласно Уайту, в гидротермальных системах с преобладающей газовой фазой, подобных тем, которые существуют на геотермальных полях Гейзеры, Лардерелло и в ряде мест в Йеллоустонском парке и в районе Стимбот-Спрингс, пар, отделяющийся в результате кипения на уровне водного зеркала в глубинных очагах горячих вод, перемещается вверх по направлению к поверхности и конденсируется при движении сквозь более холодные породы. Окисление H2S до H2SO4 (и самородной серы) приводит к интенсивному изменению вмещающих пород вплоть до образования глинистых минералов, алунита и других минералов зоны интенсивной аргиллизации. В таких случаях и в воде, и в паре концентрации хлоридов низки вследствие их низкой летучести в близнейтральных растворах; преобладающим анионом является сульфат, уравновешенный H+, Ca2+, Mg2+ и другими составляющими, выщелоченными из пород. Поры и подводящие каналы больших размеров заполнены паром, в то время как более мелкие заполнены продуктами конденсации, по крайней мере часть из которых возвращается в нижние зоны по направлению к уровню подземных вод.
В районе Стимбот-Спрингс породы, расположенные выше уровня подземных вод, представляют собой сильно выщелоченные массы опаловидного кремнезема, образованного, вероятно, под воздействием сильнокислых сред, возникших при окислении H2S. На уровне подземных вод преобладающим минералом становится алунит. Ниже следует зона с повышенным количеством каолинита, которая по направлению вниз постепенно изменяется до зоны обычного монтмориллонит-слюдистого (калиевая слюда) замещения. По-видимому, на протяжении нескольких десятков футов ниже уровня подземных вод горячие воды оказываются обогащенными опускающимися вниз кислыми продуктами конденсации и содержат высокие концентрации сульфат-иона. Различия в скоростях и способах подтока вод и их разгрузки, особенностях теплообмена и проницаемости пород, скоростях окисления H2S и во многом другом приводят к значительному разнообразию таких систем.
Третьим возможным типом вод горячих источников являются воды, состав которых сформирован под воздействием абсорбции глубинными подземными водами таких газов вулканического происхождения, как H2S, SO2, CO2, и других, как это предполагается в работах. Одзава с соавторами описал чрезвычайно кислые (pH 1,2—2,0) горячие источники с умеренной скоростью истечения, происхождение которых приписывается абсорбции обогащенных SO2 и HCl газов на глубине и последующему самоокислению SO2 до H2SO4. Зоны весьма интенсивной аргиллизации на месторождениях Бьютт, Серро-де-Паско и в других районах могут иметь сходное происхождение.
Близповерхностная интенсивная аргиллизация, описанная на месторождениях гор Сан-Хуан (Колорадо), Стимбот-Спрингс (Невада), Мэри-свилл (Юта), Голдфилд (Невада) и Кочити (Нью-Мехико), также обусловлена воздействием сольфатарного или кислого горячего источника. На месторождениях Кочити и Голдфилд околорудные изменения имеют горизонтальную зональность, выраженную в смене пропилитов на флангах через зоны серицитизации зонами интенсивной аргиллизации с появлением алунита, сопровождаемого глинистыми минералами и серицитом.
Главная