Курс лекций по инженерной геологии (стр. 18 )

На протяжении первых десятилетий текущего столетия ученые считали, что летучие компоненты могут неограниченно растворяться в магматическом силикатном расплаве. Поэтому предполагали, что при медленном остывании магмы на глубине (следовательно, в условиях значительного давления) одновременно с процессами кристаллизации происходит постепенное выделение этих компонентов. Эти представления, разработанные преимущественно крупными западноевропейскими минералогами и петрографами, получили название эволюционной гипотезы образования послемагматических растворов.

В середине ХХ в. ряд исследователей, главным образом России и США, провели экспериментальное изучение поведения летучих компонентов в расплаве горных пород при большом давлении и температуре. При этом было обнаружено, что растворимость в расплавах летучих соединений, в первую очередь важнейшего из них — воды, ограничена определенными пределами. Результаты этих исследований были обобщены , согласно представлениям которого образование послемагматических растворов происходит по следующей схеме.

Температура последних стадий кристаллизации кислых магм при глубине интрузивного массива в несколько километров, по-видимому, близка к 800°С, а наличие некоторых солей может способствовать нахождению расплава еще при более низкой температуре. По мере кристаллизации магмы в расплаве концентрируются летучие компоненты. В определенный момент их содержание превышает предел растворимости, магма вскипает и газы выделяются. Так как предел растворимости разных летучих компонентов неодинаков, то выделение газов происходит не одновременно, а в несколько этапов. Происходит как бы пульсационное выделение магматическим очагом остаточных подвижных соединений. Выделяющиеся газы устремляются от магматического очага по трещинам и порам в окружающие горные породы и при уменьшении температуры ниже критической точки воды (около 400°С) сжижаются, образуя гидротермальные растворы. Изложенные представления получили название пульсационной гипотезы. 

Эволюционная и пульсационная гипотезы резко различаются объяснением состава послемагматических образований. Исходя из первой гипотезы, в районе одного крупного интрузива (батолита) должны присутствовать все типы послемагматических образований и обязательно - взаимные переходы между ними. В действительности этого почти никогда не бывает. В одних случаях доминируют высокотемпературные пневматолитово-гидротермальные образования, в других более низкотемпературные. Разные послемагматические образования отчётливо различаются между собой, и взаимопереходы между ними нехарактерны. Пульсационная гипотеза объясняет пространственное разобщение различных эндогенных минеральных образований и отсутствие постепенных переходов между ними.

Состав газово-жидких продуктов остаточного отщепления кристаллизующейся магмы в настоящее время неясен. Некоторые из исследователей предполагают, что это кислый газ, другие — что это щелочные растворы, третьи допускают наличие и того и другого, а также нейтральных растворов в зависимости от конкретных условий их образования. Возможно, в определенные моменты из магмы выделяются кислые продукты возгона, но в дальнейшем в результате взаимодействия с окружающими горными породами эти продукты приобретают щелочной характер.

Следует иметь в виду, что высокое давление обусловливает нахождение многих соединений, которые на поверхности существуют в виде свободных газов, не в свободном, а в растворенном состоянии в составе гидротермальных растворов. Эти растворы водные, с чем и связано название процесса. Но вода магматогенных растворов своими свойствами резко отличается от воды, находящейся на поверхности земли. Вода глубинных гидротермальных растворов представляет собой сгущенный пар, который при температуре ниже 400—374°С под давлением переходит в жидкую фазу. Вода в этих условиях способна растворять минералы и переносить большое количество соединений в виде как истинных, так и коллоидных растворов.

Высокотемпературные, находящиеся под большим давлением магматогенные растворы очень подвижны, энергично проникают в мельчайшие трещины и в то же время весьма агрессивны по отношению к окружающим горным, породам. Эти растворы вступают в сложные реакции с минералами и глубоко изменяют состав вмещающих горных пород. Двигаясь по трещинам, которые возникают при охлаждении горных пород или в результате тектонических процессов, растворы поступают в области более низкого давления и постепенно остывают. Под влиянием уменьшающегося давления и температуры,  а главное, в итоге сложных химических реакций из гидротермальных растворов осаждаются минералы. Они постепенно заполняют трещины, по которым перемещаются растворы. Трещины, заполненные гидротермальными минералами, называются жилами.

Метасоматоз. Характерным процессом пневматолитово-гидротермальной деятельности является метасоматоз. Сущность процесса метасоматоза заключается в замещении ранее существовавших минералов новыми за счет химических элементов, приносимых газоводными высокотемпературными растворами. При этом растворение старого минерала и отложение нового совершается практически одновременно, так что порода в целом все время находится в твердом состоянии. Метасоматическое замещение происходит без изменения объема и часто с сохранением следов строения первичных минералов. Этот процесс может происходить при любой температуре, но наиболее активно протекает при высокой температуре, так как это ускоряет химические реакции.
Метасоматоз предполагает энергичное перемещение крупных масс химических элементов как в изменяемую породу, так и из нее. Это возможно благодаря диффузионным явлениям и наличию в породах многочисленных мельчайших капиллярных трещин. Диффузия представляет собой перемещение веществ в результате выравнивания  концентраций из участков с высокой концентрацией в участки с низкой концентрацией. В горных породах диффузия осуществляется в поровых растворах, содержащихся в капиллярных трещинах, и протекает очень медленно. Скорость диффузии увеличивается с увеличением температуры и разности концентраций, а также зависит от характера диффундирующих ионов. Чем больше радиус иона и меньше валентность, тем больше скорость его диффузии. Ионы, наиболее энергично перемещающиеся в результате процессов диффузии, имеют постоянную концентрацию в поровых растворах на данном участке и называются подвижными компонентами. Неподвижные, инертные компоненты при диффузионном метасоматозе не имеют постоянной концентрации в растворе.

В результате диффузионных явлений при взаимодействии гидротермальных растворов, поднимающихся по трещинам, с минералами горных пород возникают метасоматические оторочки, отделяющие жилы от вмещающих горных пород, так называемые зальбанды. Зоны диффузионного околожильного метасоматоза не ограничиваются зальбандами, а, постепенно затухая, распространяются в глубь горных пород. Мощность этих зон в зависимости от термодинамических условий и состава гидротермальных растворов может измеряться сантиметрами и метрами, редко превышая 10 м.

Помимо диффузии, для метасоматоза важное значение имеют явления инфильтрации, т. е. переноса вещества растворами, движущимися по более крупным трещинам и пустотам. В этом случае взаимодействие породы с растворами протекает без участия диффузии.
Инфильтрационный метасоматоз сопровождается мощными изменениями горных пород.

Пневматолитово-гидротермальные тела и их минеральный состав

Среди гидротермальных образований, формирующихся на значительной глубине (до 5 км), довольно четко различаются высоко - и низкотемпературные.

Для высокотемпературной стадии глубинного гидротермального процесса характерно образование штокверков. Они представляют собой сложную систему ветвящихся трещин небольшой мощности, заполненных гидротермальными минералами. Горные породы между трещинами метасоматически преобразованы высокоподвижными газоводными растворами и содержат вкрапления новообразованных минералов. Жилы и прожилки отделяются от вмещающих пород хорошо выраженными зальбандами. В целом образуется крупный участок пневматолитово-гидротермальной минерализации. Штокверки в плане достигают 1 км и более.

Наряду со штокверками глубинные высокотемпературные растворы образуют крупные жилы, линзы, пластообразные метасоматические залежи.

Основной жильный минерал — кварц. В значительном количестве встречаются турмалин, мусковит, флюорит, топаз, берилл. Среди рудных минералов типичны золото, молибденит, висмутин, пирротин, пирит, арсенопирит, халькопирит, гематит, магнетит, касситерит, шеелит, вольфрамит.

Для околожильного изменения вмещающих горных пород высокотемпературных глубинных гидротермальных образований типична грейзенизация, т. е. метасоматическое преобразование вмещающих пород с образованием породы, состоящей из кварца, слюд часто со значительной примесью турмалина, топаза, флюорита. Особенно характерна грейзенизация для гранитов и вообще кислых изверженных пород, хотя этот процесс распространяется и на все другие породы. Из других форм околожильного изменения отметим метасоматическое развитие во вмещающих породах турмалина (турмалинизация), мелкочешуйчатых светлых слюд (серицитизация) и кварца (окварцевание).

Минеральные образования рассматриваемого типа сопровождаются разными рудными месторождениями. Таковы кварцевозолоторудные месторождения Урала и северо-востока России, кварцево-касситеритовые месторождения Рудных гор (в Чехии) и кварцево-турмалиново-касситеритовые и касситеритово - сульфидные месторождения Восточной Сибири, Корнуэлла в Великобритании, кварцево-молибденовые и вольфрамитовые месторождения Забайкалья, кварцево-вольфрамитовые месторождения Португалии, юго-востока Азии и Забайкалья.

Среди жильных нерудных минералов характерны кварц и карбонаты (кальцит, анкерит, сидерит, родохрозит), иногда флюорит, барит, халцедон, хлорит. Рудные минералы представлены золотом и сульфидами (пиритом, халькопиритом, сфалеритом, антимонитом, киноварью, галенитом и др.). Часто сульфиды являются преобладающими минералами.

Для относительно низкотемпературных гидротермальных месторождений характерны менее интенсивные околожильные изменения, чем для высокотемпературных. Здесь в зонах околожильных изменений развиваются мелкочешуйчатые светлые слюды, кварц, хлориты и карбонаты (кальцит, анкерит).