Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Полевые наблюдения за гидротермальными изменениями

Полевые наблюдения за гидротермальными изменениями

12.09.2017

Минеральные ассоциации, связанные с гидротермальным изменением, были исследованы на многих геотермальных полях путем изучения буровых кернов или шлама; на основании данных о составе изливающихся из скважин вод можно также понять ту химическую обстановку, в которой образовывались минералы измененных пород.
Хверагерди, Исландия. Эта область сложена базальтовыми туфами, ассоциирующимися с подчиненным количеством интрузивных риолитов. Ниже зоны кислотного выщелачивания, до глубины почти 100 м, главным минералом был монтмориллонит; но на более глубоких горизонтах наиболее распространенным минералом был хлорит, а кальцит и цеолиты были обычными минералами. Ниже 250 м главным цеолитом становится ломонтит, который устойчив до самых высоких температур (230° С), вместе с эпидотом, пумпеллиитом и клиноцоизитом. Подобное глубокое изменение происходило под действием воды с pH 8,3 и mCO2 = 2*10в-4.
Рейкьявик, Исландия. Изменения третичных базальтов по данным скважины глубиной 2200 м были описаны Сигвалдасоном. Изменения начинаются с монтмориллонита, кальцита и цеолитов; при температуре 120° С встречается морденит. От глубины приблизительно 200 м и до основания скважины был обильно развит обогащенный железом хлорит, сопровождаемый ломонтитом, кальцитом и альбитизированным плагиоклазом. В качестве жильного и метасоматического минерала в пределах наиболее горячей зоны (145° С) на глубине 1000—2000 м был найден эпидот, который, однако, рассматривается Секи как реликт ранее существовавших более высокотемпературных условий.
Рейкьянес, Исландия. Породы представлены комплексом измененных базальтов, базальтовых туфов и гиалокластовых брекчий и туфов, образованных недавно. Установлено, что гидротермальное изменение затрагивает в первую очередь базальтовое стекло, затем оливин и пироксен и в последнюю очередь плагиоклаз. Основное течение вод происходило по трещинам в базальтовых слоях, и в зонах восходящего потока были образованы щелочные полевые шпаты.
Ниже близповерхностной окисленной зоны, представленной опалом и гематитом, до глубины 400—600 м при температурах вплоть до 230° С распространены цеолиты (главным образом морденит, стильбит, анальцим; в подчиненном количестве — вайракит) совместно с монтмориллонитом (вплоть до 200° С). Пренит был обнаружен ниже цеолитовой зоны, тогда как эпидот впервые появляется на более глубоких горизонтах и при температуре, превышающей 200° С. С увеличением температуры проявляется тенденция к смене монтмориллонита смешанослойным хлоритом-монтмориллонитом (в меньшей степени — иллитом) и разбухающим хлоритом. Ниже окисленной зоны сквозные минералы представлены кварцем, пиритом, кальцитом и ангидритом. Глубоко циркулирующие воды с температурой 250—280° С имели величину pH примерно 5,5 и mCO2 = 0,02.
Уайракей, Новая Зеландия. Перечень минералов гидротермально-измененных пород Уайракея был составлен Стейнером. Первичными породами были стекловатые вулканиты риолитового состава, представленные пемзовыми туфами и брекчиями, игнимбритами и риолитовыми потоками. Андезиты развиты локально на глубине в западной части поля. Флюид поднимается преимущественно по трещинным зонам и мигрирует латерально по пластам формации проницаемых брекчий. Самые высокие температуры (вплоть до 265° С) и наибольшая степень изменения пород отмечаются выше трещинных проводников, и характер изменений состоит в постепенной смене минерального состава от трещины в сторону более холодной поверхности, а в некоторых случаях и вниз от трещины, где температура понижается снова. В трещинных проводниках, в точках, где происходит вскипание растворов, проявляется тенденция к накоплению кварца, калиевого полевого шпата и вайракита. Близ поверхности развита маломощная зона кислотного выщелачивания, представленная каолинитом, алунитом и опалом.

Подверженность минералов изменению уменьшается в следующей последовательности: стекло, магнетит, гиперстен, роговая обманка, андезин, биотит (кварц не подвергался воздействию). В целом калий и кремнезем привносились в измененные породы, а натрий и кальций выносились. На рис. 13.6 суммированы типичные направления минеральных изменений с температурой и глубиной, отмечаемые в геотермальном поле.
Кислое вулканическое стекло сначала превращается в кальциевый монтмориллонит, который взаимодействует с содержащимся в растворе калием с образованием чередующихся слоев иллита-монтмориллонита в температурном интервале 130—230° С и с образованием иллита при температуре выше 230° С. Ниже монтмориллонитовой зоны (120—130° С) повсеместно распространены обогащенный железом хлорит и слюдистые глины; пирит и пирротин также присутствуют во всех зонах.
Кальциевые цеолиты изменяются от морденита, формирующегося при температуре ~100° С, через ломонтит (150—200° С) к вайракиту — при более высокой температуре, которая отвечает возрастающей термической устойчивости этих минералов, продемонстрированной Кумбсом и др. и Секи.
При максимальных температурах от 250 до 260° С продукты изменения в проницаемых риолитовых вулканитах представлены главным образом калиевой слюдой, хлоритом, вайракитом, альбитом, калишпатом, кварцем и эпидотом. Кальцит не является обычным минералом, за исключением андезитовых пород. Значения pH составляли приблизительно 6,5, а mCO2 = 0,01 в первичной воде при температуре 250—260° С.
Бродлендс, Новая Зеландия. Гидротермальное изменение в этой области детально описано в гл. 15. Обычные минеральные ассоциации в условиях глубоких водоносных горизонтов (температура ~260° С) включали калиевую слюду, калиевый полевой шпат, альбит, хлорит, кальцит, пирит и кварц. Редкими минералами были вайракит, богатый железом хлорит и цоизит. Воды имели pH ~ 6,0—6,4 и mCO2 ~ 0,12.
Паужетск. Аверьев с соавторами и Набоко различают последовательно сменяющие друг друга на глубине зоны изменения — образования каолинита, монтмориллонита, цеолитов, полевых шпатов и пропилитизации. Наиболее интенсивное изменение происходило в пористых разностях местных андезитовых и дацитовых пород. Под поверхностной зоной окремнения (30—250 м), содержащей каолинит и алунит, были широко распространены ломонтит и адуляр и незначительно — кальцит и хлорит. Ниже 240 м количество ломонтита и адуляра уменьшалось и широкое развитие получали хлорит и кальцит наряду с цеолитами, гидрослюдами, пиритом и гипсом. Альбит образовывался при разложении плагиоклаза ниже зоны кипения и удаления CO2 при температуре, достигавшей 200° С, и mCO2 = 0,002. Адуляр образовывался главным образом в зоне кипения и удаления CO2.
Йеллоустонский парк, США. Хонда и Маффлер описали изменение пород, наблюдаемое в экспериментальной скважине глубиной 64 м в Йеллоустонском парке. В минеральные ассоциации измененных пород, образованных при наивысшей температуре 170° С из первичных обсидиановых песков риолитового состава и эффузивного риолита, входят кварц, анальцим, морденит, кальцит, монтмориллонит, селадонит, хлорит и окислы железа.
Стимбот-Спрингс, США. Минералогия этой области была описана в работе. Гранодиоритовые и андезитовые породы были изменены водами, нагретыми до 170° С, с образованием на максимально исследованной глубине (120 м) ассоциации иллита (или серицита), кварца, богатого железом хлорита, калиевого полевого шпата, альбита и в незначительной степени кальцита. В зонах более низкой температуры хлорит вместе с иллитом сменялся смешанослойным иллитом-монтмориллонитом. Альбит и кальцит образовывались из кальциевого плагиоклаза глубже ~60 м. Восходящий поток вод в этой области контролировался трещинами, в которых откладывался кварц (и кальцит на глубинах ниже порядка 50 м); калиевый полевой шпат появился в зоне кипения и удаления CO2 выше ~100 м. В близповерхностной окисленной зоне содержались опаловый кремнезем, каолинит и алунит. Значение pH подземной воды при температуре 170° С составляло ~6,1, а mCO2 ~ 0,15.
Maтcao, Тайвань. Проявления гидротермального изменения в этой области развития андезитовых пород были связаны с трещинными проводниками. Воды с температурой вплоть до 290° С были на некоторых горизонтах крайне кислыми (pH 3), по-видимому, вследствие того, что в породах залегали пропластки серы. Воды со значениями pH, близкими к нейтральным, были развиты на других горизонтах.
Продукты кислотного изменения представлены каолинитом, кварцем (опалом), пирофиллитом, алунитом (у поверхности). В зонах с промежуточными значениями pH содержались гипс или ангидрит, пирит, иллит и кальцит. В условиях более высоких значений pH (по-видимому, при pH 5—6) и наивысших температур (250—290° С) формировались эпидот, калиевый полевой шпат, иллит, магнезиальный хлорит, кварц и пирит (mCO2 = 0,02). Жильными минералами были кварц, кальцит, пренит, пирротин и халькопирит.
Отаке — Хаттобару, Япония. На участке Хаттобару этой области отдельные скважины, пробуренные до глубин 1000—1200 м, вскрыли воды с температурой 250—280° С, которые имели величину pH, близкую к нейтральной, или характеризовались высокой кислотностью. В секторе Отаке этого поля — воды только с близнейтральными значениями pH и температурой 200-250° С.
В зоне кислых вод (pH 3—5) пироксеновые андезиты были превращены в выщелоченную породу, представленную вблизи поверхности алунит-кристобалитовой, на больших глубинах и при температурах ~100—150° С каолинит-кварцевой ассоциациями и при самых высоких температурах каолинитом, диккитом, пирофиллитом и кварцем. При концентрациях сульфата ~0,001 т при данной кислотности вод алунит будет устойчив только при низкой температуре.
В Отаке и в некоторых частях Хаттобару воды со значением pH, близким к нейтральному, и при повышенных температурах вызывали изменение пород с образованием (при температурах вплоть до 260° С) минеральных ассоциаций, содержавших сменяющие друг друга гейландит, ломонтит или вайракит; по мере того как температура возрастала, монтмориллонит вступал в реакцию с формированием сначала монтмориллонита-серицита с беспорядочно чередующимися слоями, а затем серицита; одновременно с этим в сосуществующем хлорите по мере возрастания температуры снижалось содержание железа. Кварц и адуляр были обнаружены преимущественно в зонах трещинных проводников, в то время как пирит был распространен повсеместно. При высшей температуре вод минеральная ассоциация была представлена альбитом, адуляром, монтмориллонитом-серицитом, эпидотом, ангидритом, хлоритом, кальцитом, рутилом и пиритом (pH = 6,0, mCO2 = 0,01).
Промежуточная зона меньшей проницаемости, которая бывает обычно представлена частично измененными породами, установлена между участками кислых и щелочных вод области Хаттобару; в ней развиты такие минералы, как монтмориллонит, хлорит, кварц и ангидрит, встречающиеся при температурах 100—200° С.
Катаяма, Оникобе, Япония. Плиоцен-плейстоценовые дациты, андезитовые лавы и туфобрекчии при максимальных глубине (700 м) и температуре вод (210° С) были превращены в агрегат хлорита, кальцита, лейкоксена, вайракита, кварца и пирита. На меньших глубинах при температурах 105—175° С осуществлялся переход ломонтита в вайракит. Значения mCO2 в растворе глубокой циркуляции были примерно равны 0,01, а изливающиеся из скважин воды имели pH в интервале 5,1—6,9.
Солтон-Си, США. Геотермальные системы приурочены к серии плиоценовых и четвертичных речных песков, илов и глин довольно однотипного минерального состава (кварц, кальцит, калиевый полевой шпат, плагиоклаз, иллит, доломит и каолинит). При температуре значительно ниже 100° С превращение монтмориллонита в иллит начиналось со смешанослойного минерала; заканчивалось превращение приблизительно при 210° С. Хлорит, кальцит и CO2 были образованы при реакции доломита, анкерита и каолинита с горячим рассолом при температуре ниже 180° С, тогда как при температуре выше ~290—310° С широко распространенным был богатый железом эпидот, а второстепенный минерал — калиевый полевой шпат — был развит и в жилах, и в виде замещающего плагиоклаз. При температуре значительно выше 300° C в водоносном горизонте глинистых песков на глубине ~ 1200 м обычный набор минералов гидротермально измененных пород состоял из кварца, эпидота, хлорита, калиевого полевого шпата, альбита, калиевой слюды и пирита. Воды имели значение pH ~ 4,7 и mCO2 = 0,01.
Превращение незначительно гидратированных и карбонатных осадочных минералов в новообразованные полевые шпаты, эпидот, хлорит, двуокись углерода и воду может рассматриваться как процесс метаморфических изменений. Однако эта равновесная минеральная ассоциация сходна с той ассоциацией, которая возникает при сопоставимых температурах за счет гидротермального изменения кристаллических или стекловатых изверженных пород. Поэтому приближение к гидротермальному равновесию в системах кварц-полевошпатовых пород наблюдается в геотермальных системах с исходными как незначительно, так и высоко гидратированными минералами.
Мацукава, Япония. Скважины, пробуренные до глубин порядка 1200 м, пересекли андезитовые и дацитовые спекшиеся туфы и пироксеновые андезиты. Вскрытые ими воды оказались, лишь за одним исключением, сильнокислыми (величина pH на поверхности составляла 3—5); в них содержатся в большом количестве сульфат (обычно 500—1500 млн-1). На верхних 150 м при изменении пород образовались сапонит, хлорит и серицит; однако по мере приближения к зонам активного восходящего течения вод на глубине происходила последовательная смена этих минералов продуктами более интенсивного изменения — хлоритовой, монтмориллонитовой, каолинитовой и алунитовой зонами. Современное изменение накладывается на более древние метастабильные типы пирофиллитового и диккитового изменений, сохранившиеся, по-видимому, с периода господства более высоких температур в истории этого геотермального поля.
С внешней, хлоритовой зоной были связаны ломонтит, гидрослюда, кальцит, кварц, пирит, ангидрит и гипс. В монтмориллонитовой зоне были развиты гидрослюда, кальцит и ангидрит, а кварц и пирит связаны с каолинитовой и алунитовой зонами. Суми пришел к выводу, согласно которому воды, циркулировавшие в основании поля, имели значение pH ~3—4 и температуру ~250—280° С.
В соответствии с данными при тех концентрациях сульфата, которые присущи растворам Мацукава, алунит был бы устойчив при pH примерно меньше 3 или 4 для температур соответственно 300 или 200° С, что согласуется с полевыми измерениями. В наиболее горячих зонах mK = 0,001/0,01, так что mK/mП = 0,1/10,0; т. е. это те условия, при которых каолинит устойчив относительно как мусковита, так и монтмориллонита.
Лардерелло, Италия. Несмотря на то что из скважин выходил только пар, Маринелли предположил, что первоначально в этой области циркулировали горячие воды и циркуляция была конвективной. В породах фундамента, представленных кварцитами и аспидными сланцами, типичными минералами гидротермального изменения были адуляр, цеолиты, хлорит, кварц и ангидрит. Вайракит был найден в аргиллитах на контакте с продуктивным горизонтом.