Согласно результатам обширных полевых и лабораторных исследований, отложение сульфидов на многих рудных месторождениях обусловлено инконгруэнтными реакциями между силикатами и водными растворами электролитов. Относительная роль этих реакций в минералообразовании зависит от состава раствора, минерального состава системы и скорости просачивания водной фазы через сферу рудоотложения (depositional environment). Как следует из анализов флюидных включений, в гидротермальных растворах обычно содержатся в сравнительно высокой концентрации NaCl, КCl, CaCl2 и в меньшей концентрации MgCl2, AlCl3, H2S, H2SO4, CO2, SiO2 и рудообразующие металлы. Многочисленные экспериментальные и теоретические исследования форм нахождения компонентов в растворах и стехиометрической растворимости минералов в них, отклонения растворов от идеальности позволили понять химические и термодинамические свойства гидротермальных систем. Однако в связи с тем, что соотношения компонентов в гидротермальных растворах редко соответствуют их соотношениям в минералах и поскольку многие силикаты реагируют с водным раствором необратимо и инконгруэнтно, исследования стехиометрической растворимости дают очень мало для выяснения генезиса рудных месторождений. Вследствие технических затруднений и разнообразия природных гидротермальных систем столь же бесплодными оказываются попытки моделирования процессов рудообразования для выяснения сущности химических реакций, приводящих к одновременному изменению вмещающих пород и отложению сульфидов.
Давно уже общепризнано, что ассоциация сульфидов с измененными вмещающими породами отражает химическую взаимосвязанность процессов изменения пород и осаждения рудных минералов в гидротермальных жилах. Однако мало еще известно о том, какие химические реакции определяют образование в конкретных условиях именно данного, а не иного сульфида. Подобная же неоднозначность возникает при попытке выяснить, как в целом влияет вещество, диффузионно уносимое от фронтов взаимодействия в зонах изменений, на миграцию компонентов в растворах, заполняющих близлежащие трещины. Поэтому остается непонятным, какие генетические выводы следуют из наблюдаемой зональности и направленного распределения минералов метасоматитов и ассоциирующих с ними сульфидов.
Выявление чувствительных индикаторов условий, благоприятных для рудоотложения, в значительной мере зависит от способности геолога различать причину и следствие при расшифровке геологических процессов. Расчеты массообмена показывают, что отложение того или иного сульфида может быть результатом косвенного влияния процессов, протекающих в других частях системы и на первый взгляд не имеющих отношения к рудоотложению. Например, образование ангидрита при инконгруэнтной реакции плагиоклаза с раствором, который обеднен кальцием и обогащен сульфат-ионом, может привести к падению концентрации SO4в2-. В результате этого заметно понизится фугитивность кислорода, что будет благоприятствовать отложению сульфидов. Подобным же образом кристаллизация гидротермальных биотита, сидерита или хлорита в результате инконгруэнтных реакций водного раствора с вмещающей породой может привести к повышению отношения Cu/Fe, достаточному для осаждения халькопирита или борнита. В зависимости от наличия или отсутствия других железосодержащих минералов в системе указанные реакции могут вызвать выщелачивание какого-либо сульфида и появление нескольких его генераций. Расшифровка разнообразных следствий из этих и многих других, гораздо более сложных наборов взаимообусловленных реакций еще впереди. Одним из средств для достижения этой цели могут служить теоретические расчеты равновесий и массопереноса между минералами и водными растворами на базе термодинамики, механики жидкостей, химической кинетики, представлений о механизме переноса и вычислительной техники.
Непрерывно возраставший в последнее десятилетие интерес к механизму переноса вещества в гидротермальных условиях привел к разработке ряда теоретических моделей химического переноса. В большинстве из них за основу принимается какой-нибудь специфический механизм, например механизмы диффузионного переноса, принятые рядом исследователей. Одновременно с развитием диффузионной теории большие успехи в последнее время были достигнуты в применении теории хроматографического переноса к истолкованию процессов инфильтрационного метасоматизма. В других теоретических работах рассматриваются комплексные модели перемещения флюида и теплопереноса, причем во многих из них проводится количественный анализ одновременных диффузии и полного переноса в пространстве и времени.
При ином подходе, не связанном с конкретными механизмами массопереноса и пространственно-временными соотношениями, используются преимущества термодинамических ограничений, накладываемых существованием локального и частичного равновесий, для расчета степени перераспределения компонентов между минералами и водным раствором в процессе необратимых реакций между ними. Принципы, лежащие в основе указанных расчетов, рассмотрены ниже с целью воодушевить исследователей на дальнейшее применение этого подхода к изучению процессов рудообразования.
Главная