Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Физико-химическое моделирование на ЭВМ процесса ртутного рудообразования

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Физико-химическое моделирование на ЭВМ процесса ртутного рудообразования"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи ВОЙЦЕХОВСКАЯ Мария Богдановна

УДК 553.22+553.499

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

НА ЭВМ

ПРОЦЕССА РТУТНОГО РУДООБРАЗОВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ТЕРЛИГХАЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ РТУТИ)

(04.00.02—геохимия)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА 1989

Работа вадолнена в Институте геологии и геофизики СО АН СССР и на кафедре геохимии геологического факультета Московского государственного университета им.М.В.Ломоносове

Научные руководители: доктор геолого-иинералогических наук, академик В.А.Жариков кандидат геолого-минералогических наук М.В.Борисов

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

Б.Н.Рыженко (ГЕОХИ АН СССР) кандидат геолого-минералогических наук В.И.Сорокин (ИЭМ АН СССР)

Ведущая организация: Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии АН-СССР

Завита диссертации состоится У ^ ноября 1989 г. в У У — час. в аудитории 60Р на заседании специализированного Ученого Совета К.053.05.08 по петрографии, геохимии и геохимическим методам поисков месторождений полезных ископаемых геологического факультета МГУ. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ (зона "А", 6 этаж). Адрес: 119699, Москва, Ленински горы, МГУ, Геологический факультет.

Автореферат разослан 16 октября 1989 года.

Ученый секретарь Специализированного Ученого Совета Пс^го

ст.н.с.

А.Ы.Бятаиова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Развитие теоретических и прикладных исследований в последние годы особенно отчетливо показало, что разработка геолого-генетических моделей главных типов рудных формаций составляет методологическую основу металлогенического анализа и прогнозирования местороздений полезных ископаемых.

Модельный подход к выявлению совокупности факторов, приводящих к формированию рудных месторождений позволяет провести исследования на более высоком уровне и получить качественную и количественную информацию нового содержания.

Одним из перспективных подходов к'оценке элементов гсоло-го-генетической модели месторохздения является термодинамическое моделирование на ЭВМ, основанное на понятиях частичного и локального равновесия в химических системах.

В связи с изложенным, была определена цель данной работы: построение численной равновесно-динамической модели гидротермальной рудообразущей системы Терлигхайского месторождения ртути.

В процессе исследования решались следуюцие задачи:

1. Выявление основных черт геологической модели месторождения.

2. Изучение распределения миграционных форм ртути в различных гидротермальных системах.

3. Расчет численной физико-химической модели зоны рудоот-лояенйя, которая рассматривается как система взаимодействия "гидротермальный флюид-порода".

4.Оценка массообмена при реализации возможного механизма автосмешения палеопотоков гидротерм.

Фактическая основа и методы исследования: предлагаемая работа основана на результатах исследований, проведенных автором в лаборатории гидротермального рудообразования ИГпГ СО АН СССР по программе ГКНТ 02.05.АН проблемы 0.05.01. "Построить генетические модели эндогенных рудных формаций" и в период прохождения заочной аспирантуры в МГУ им.И.В.Ломоносова. В работе использованы материалы:

а) геолого-геохимического картирования метасоматитов Терлигхайского месторождения, изучения структуры рудного поля, со-

става пород и руд с применением современных методов исследования вещества;

Ö) экспериментальных исследований - анализа газово-жидких •включений в минералах жильного выполнения, изучения петрофизи-ческих свойств вмещающих пород;

в) экспериментальных данных разных авторов по растворимости киновари в различных средах;

г) использованы методы термодинамического анализа и физико-химического моделирования на ЭШ химических.равновесий в системах: H-O-Cl-C-HgrH-O-CI-S-C-Hg; H-O-K-Ua-Ca-Mg-Al-Si-Fe-C-Cl-S-Hg с применением программы GIBBS.

Научная новизна: заключается в построении термодинамической модели гидротермальной рудообразувдей системы (ГРС) в пределах зоны рудоотложения месторождения ртути.

1. Впервые исследована многокомпонентная гетерогенная система H-O-K-Ka-Ce-Mg-Al-Si-Pe-C-Cl-S-Hg в интервале Т=100-200°С и P=Pjj п , которая описывает цроцесс взаимодействия "гидротермальный флюид-порода" и на этой основе предложена количественная модель эволюции ГРС Терлигхайского месторождения, показана причинная связь рудоотложения и зональности метасоматитов.

2. Проведена количественная оценка состава исходного гидротермального раствора и предложены элементы методики такой оценки на ЭШ.

3. Проведен термодинамический анализ системы H-O-Cl-S-C-Hg в интервале Т=50-200°С и Р=РН п и получены дополнительные данные по распределению равновесных Hg-комплексов в гидротермальном флюиде.

4. Впервые на количественной основ.е проведено термодинамическое моделирование на ЭШ процесса осаждения киновари и металлической ртути в тыловой и внешних зонах метасоматических колонок аргиллизитов, развиващихся по породам основного и среднего состава и выявлены причины ртутного рудообразования.

5. Показана возможная роль и место механизма автосмешения гидротермальных потоков при формировании мл выполнения в рудном поле месторождения.

Основные защищаемые положения

1. Расчет численной физико-химической модели процесса массообмена и рудообразования на ЭВМ позволил установить составы растворов, участвунцих на разных стадиях развития месторождения в мстасоглатическом процессе, определить изменение его свойств, показать зависимость схемы воспроизводимой минеральной зональности метасоматитов от состава вмещающей среды и гидротермального раствора.

На основании результатов расчета 15 частных численных физико-химических моделей, которые имитируют метасоматическое изменение вмещающих пород и рудообразование на Терлигхайском месторождении ртути,предложена количественная модель эволюции состава и свойств гидротермальной рудообразуыцей системы месторождения.

2. Данные термодинамического анализа распределения равновесных форм ртути в хлоридно-сульфидно-углекислых растворах при Т=50-200°С и в широком интервале значений рН , позволили получить дополнительную информацию о формах переноса ртути в гидротермальной системе ртутного месторождения аргиллизитового типа.

В системе H-0-c-ci-Hg преобладает хлоридный комплекс HgCl^" (Т=150°С, Ш^З.О; m^g ^ 10"6 ); в системе Н-0-С-С1-S-Hg ващейшими миграционшми формами являются гидросульфидный комплекс Hg (HS и атомарная нв°(р_р)( т^^КГ^лоль).

3. Осаздоние Hg^BO внеших зонах метасоматитов происходит при взаимодействии кислых хлоридно-углекислых растворов с вмещающими породами алюмосиликатного состава. При этом элементарная ртуть является одной из форм нахождения ртути в первичных ореолах рассеяния или присутствует в виде жидкой ртути в метасоматитах.

4. Образование киновари во внешних и внутренних зонах ар-гиллизитов месторождения связано с изменением окислитслыю-восстановитслышх свойств IPC! - возникновением подвижного окислительного геохимического барьера, который является продуктивным при концентрациях сульфидной серы(тн>^0~2моль).

Осаздение киновари не происходит в случае миграции ртути в форме вероятно поэтому основная масса метасоматитов

каолинитовой фации является безрудной.

Практическая ценность пр¿веденной работы заключается в

получении одного из элементов численной модели месторождения определенного минерального типа ртутной рудной формации. Результаты проведенной работы могут быть использованы для локального прогноза рудных и безрудных зон метасоматитов Терлигхай-ского местороаденш, а также дая других ртутных месторождений аргиллизитового типа.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на II Всесоюзном совещании "Генетические модели эндогенных рудных формаций" (Новосибирск, 1985), на II Всесоюзном симпозиуме "Термодинамика в геологии" (Миасс, 1988), на региональной конференции "Актуальные вопросы геологии Сибири" (Томск, 1988), на ежегодном семинаре.экспериментаторов в ГЕОХИ (1989), на 7 Всесоюзном симпозиуме по кинетике и динамике геохимических процессов (Черноголовка, 1989), на совещании рабочей группы по ртути (1989), на семинарах ИГиГ СО АН СССР (1988, 1989), на семинаре Мингео СССР (1988).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Объем работы. Работа состоит из текста диссертации (введение, 7-глав, заключение), изложенного на /01 страницах, рисунков, ¿5 таблиц.. Библиография включает /2$ наименований.

Пользуясь случаем, автор выражает глубокую признательность В.А.Жарикову и М.В.Борисову за предоставление интересной темы исследования и постоянную поддержку и внимание к работе. При подготовке диссертации были весьма полезны советы сотрудников лаборатории гидротермального рудообразования НГиГ СО АН СССР.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Анализ геологических данных. Терлигхайское месторождение ртути относится к кварц-барит-киноварному минеральному типу, приурочено к грабен-синклинальной структуре, выполненной вулканогенно-осадочными отложениями нижнего-среднего девона. Вмещающие породы•представлены риолит-дацитовыми порфирами, ан- ' дезитовыми порфиритами, вулканогенными брекчиями, конгломератами, гравелитами, песчаниками. Среди интрузивных пород развиты силлы и дайки диабазов и габбро-диабазов.

В пределах рудного поля проявилась интенсивная гидротермальная деятельность, результатом взаимодействия палоопотоков

с вмещающими породами явились зоналыше ореолы метасоматитов формации аргиллизитов: кварц-каолинитовые и кварц-гидрослвдис-тые метасоматиты.

Геолого-геохимическое картирование метасоматической зональности показывает закономерное положение киновари в тыловой и внешней зонах колонок, что подчеркивает определяющую роль метасоматоза в процессе рудообразования.

Минеральный состав руд практически монометальный, представлен киноварью, из других ртутьсодержащих минералов известны онофрит и блеклая руда-швацит. По данным геолого-геохишчес-кого картирования основным фактором локализации киновари является структурный, литологический имеет более подчиненное значение.

2. Экспериментальные исследования природных объектов.

Методом гомогенизации газово-зкидких включений автором изучался температурный режим минералообразования, методом криомет-рии - исследования проведены А.С.Борисенко - солевой состав и концентрация растворов. Результаты показали следующее: формирование ртутных руд Терлигхайского месторождения происходило в условиях низких температур ~150°С, концентрация растворов по солевой нагрузке достигала от 5 до-32 вео.%. Значительные колебания концентрации можно объяснить разной степенью разбавления ювенильных флюидов экзогенными водами. Основными компонентами гидротермального раствора являются хлориды натрия, кальция, калия, магния.

Реализация возможной модели автосмешения гидротерм на заключительной стадии развития ГРС основана на представлениях о фильтрационной неоднородности вмещающих толщ на месторождении, изменении проводимости 'трещинных каналов.

Постановка такой задачи привела к необходимости изучения некоторых петрофизических характеристик вулканитов (пористости, проницаемости, объемного веса). Измерения проведены в лаборатории ИГЕМ АН СССР совместно с Д.М.Топором. Результаты исследования показывают, что значения проницаемости вулканитов месторождения варьируют в широких пределах: от 5'10~1 мД в туфобрек-чиях до очень низких, порядка 5,6'Ю~6 мД в образцах риолит-да-цитовых порфиритов. Породы с такими низкими значениями проницаемости могли служить рудно-петрофизическголи экранами для ру-

доносных растворов на разных уровнях среды рудоотложения.

3. Методологические приемы и задачи Физико-химического моделирования.

В изучении рудных формаций существует ряд последовательных этапов и разработка геолого-генетической модели рудной формации происходит на этапе обобщения данных о геологических условиях и физико-химических параметрах природных процессов образования месторождений. Интегральная модель состоит из таких моделей как физико-химическая, изотопно-геохимическая и т.д. ■ :В настоящее время генетическая модель ртутной рудной формации 'находится на стадии предмодельного описания, многие дан- . ные требуют уточнения, они фрагментарны, эклектично включают в себя предполагаемые физико-химические феномены. За рамками анализа всегда оставался ключевой аспект проблемы - природа взаимодействия в системе "вода-порода", хотя ее существование является условием развития ГРС.

Установление закономерной связи рудообразования и метасоматоза дает возможность проследить эволюцию состава и свойств ГРС, выявить причины рудоотложения, построить детальную количественную генетическую модель месторождения.

Методологической основой расчета равновесно-динамической модели' природного процесса является положение о существовании в гидрогеохимических системах частичных и локальных равновесий.

В работах по термодинамическому моделированию необратимой эволюции систем используются методы - "степень протекания реакции", "ступенчатый проточный реактор", "ступенчатый реактор". В зависимости от задачи в работе были использованы все методы моделирования, а расчеты проводились по программе GIBBS , разработанной Ю.В.Шваровым. Программа позволяет расчитать равновесные составы закрытых и открытых гетерогенных систем с вполне подвижными компонентами.

4. Описание системы и оценка исходных растворов.

Исследовалась многокомпонентная система н-о-к-Na-Ca-Mg-Al-Si-Fe-C-Cl-S-Hg при Т=150°С и Р=РН п . Система описана 40 твердыми фазами постоянного состава, образование которых предполагается возможным в рассматриваемых условиях и 70 частицами водного раствора. Представительность принятой модельной системы с точки зрения ее химического и минерального соста-

ва определяется наличием надежных термодинамических констант для многих соединений.

Значения термодинамических свойств простых ионов, комплексных частиц и твердых веществ необходимых для расчетов предоставлены М.В.Борисовым. Автором был проведен расчетАо| рНв-комплексов исходя изДо|>т р базисных ионов. С учетом того, что . детальный анализ литературных данных по термодинамическим характеристикам большинства % -комплексов имеется в работах И.Л. Ходаковского (1977), Н.Д.Шикиной (1977) и В.И.Белеванцева (1982) рК° реакции, протекающих в системе взяты из этих работ.

Граничные условия дая расчета модельной системы были заданы следующие:

I. Изотерма Т=150°С была определена с учетом экспериментальных данных в работах й.ТипеП (1970), В.И.Сорокина (1978), И.Л.Ходаковского (1977) и ряда других по растворимости киновари и металлической ртути в системах %3-На2з-Н20; %-н20; н8|+-не2+-н2з-н2о-с1" ; %-н2о-со2; л.-нез-н2з-н2о , при Т$250°С и в широком интервале значений рН. Кроме того были учтены результаты анализа газово-жидких включений в жильных минералах Терлигхайского месторождения, показывающих интервал от 150°С до 70°С и ряда- других ртутных месторождений сходного минерального типа. Проведенная работа позволила сделать вывод,-что оптимальной температурой при моделировании ртутного рудооб-разования является изотерма 150°С. Эта же температура являлась оптимальной и при решении задачи моделирования процесса аргил-лизации. При этом исходили из следующего:

а) метасоматиты формации аргиллизитов являются продуктом низкотемпературного гидротермального метаморфизма, образующихся при Т«200°С (Омельяненко, 1978);

б) термодинамический расчет на ЭВМ метасоматической зональности при Т=200°С показал отсутствие пирита во всех зонах колонки, что нехарактерно для природных зон аргиллизитов месторождения;

в) такой же расчет был проведен и для изотермы 100°С. В данном случае, в теоретической колонке исчезает гематит, что также противоречит природным минеральным ассоциациям.

Влияние давления было учтено и выбрано равное давление насыщенного пара воды, исходя из того, что большинство ртутных

месторождений образуются в близповерхностных условиях^ при небольших- дадлениях. . •

' 2. Данные для насыщения исходного раствора по-ртути взяты ■из ряда- экспериментальных работ по растворимости киновари в различных системах, а также по"результатам термодинамических расчетов растворимости киновари и сулемы в концентрированных хлоридно-углекислых- растворах и хлоридно-сульфидно-углекислых растворах при Т=150°С и -Р=Р„. „ , при. этом ти„ оценивается от

-Д _я . н.ц.

10 до-10 моль/кг Н20 .. Предполагается, что источником ртути при формировании месторождения-служило недифференцированное вещество мантии.-Земли и ее основной перенос'связан с ювенильными источниками (Оболенский, 1985).'

3. Литературные данные и термодинамические расчеты показали, что концентрация сульфидной серы-в -гидротермальном флюиде . варьирует в пределах 10"1-10"6 моль/кг Н20. По данным изотопно-геохимического анализа сульфидных минералов Терлигхайского месторождения предполагается-, ■ что-сера имеет преимущественно коровое происхождение (Озерова, 1986).

Предварительный состав раствора'определялся из результатов анализа ГЖВ .в минералах -жильного выполнения Терлигхайского, - месторохедения и ряда ртутных месторолщений Тувы. Также учитывались особенности химизма рудообразующих % -содержащих гидротерм .в областях современного вулканизма.

. С учетом изложенного, дальнейший анализ состава растворов . проводился путем решения*серий задач взаимодействия возможных ■ "исходных растворов с породой.

Блок-схема поисков-исходного'раствора приведена, на рис.1.

Концентрация ИаС1 задавалась 1-5.моль,, концентрация ^со^. в пределах' 0,05-1,5 .моль, а СаС1^ и КС1 составляла 0,1-2,0 моль. При каждом фиксированном значении трех параметров, зна- -чения одного „пробегают''весь указанный диапазон концентраций.

При этом, для.каждой'точки нижней части блок-схемы проводились расчеты, уточняющие-отношение к*/Я*, кУСаг+ (верхняя часть схемы). Критерием надежности выбираемых векторов соста- .' вов растворов служили минеральные ассоциации расчитываемых метасоматических зон-, наиболее соответствующих природной минеральной зональности. Результаты расчетов показывают, что

значения концентрации Н2со^1 удовлетворяющие требованиям зональности гидрослкдистых метасоматитов, меняются от 0,08 до 0,1 моль. Концентрация СаС12 меняется от 0,5 до 0,1 моль, при этом концентрация КС1 принимает значения от 0,3 до 0,5 моль.

На основе расчетов и с учетом того, что по данным крио-метрии ГЖВ растворы, участвующие в образовании разных фаций метасоматитов, близки по составу, для моделирования метасоматоза и рудообразования были выбраны следуыцие составы исходных растворов.

Фация метасоматитов ИаС1 к2со'3 СаС12 КС1 ' .НС1 Н2Б НЕ

Каолинитовая 2,0 0,1 0,5 0,1 104102 105-102 104-107

Гидрослюдистая 2,0 0,1 0,5 0,5 - О! °л 106-107

5. Термодинамический анализ сборм ртути в гидротермальном растворе.

Результаты, приведенные в работе с учетом пределов физико-химических параметров, наиболее реальных для рудообразуицих растворов" (значения тН^; тС1; а?;рН, рассматриваемые выше), позволили сделать следующие выводы:

1. Наибольшее значение при миграции ртути в высококонцент-- рированных кислых (рН<4; шС1 =3,0 моль/кг Н О; Т=150°С) хлорид-

но-углекислых растворах имеет хлоридный комплекс (рис.2).

В растворах, содержащих даже низкие концентрации сульфидной серы (тН2з=Ю~5; тС1 =3,0 моль; Т=150°С) начинает доминировать растворенная неокисленная Ня°(р-р\ и эта же фори.а является преобладакщей среди равновеных форм ртути в хлоридно-сульфидных"растворах (шН2з =10~2 моль, при Т_> 200°С).

При более низких температурах в кислых концентрированных хлоридно-сульфидных растворах о тн2з ¿10 моль основной формой переноса ртути является гидросульфидный комплекс ^(^^(р-р)

2. Растворимость киновари, определяемая элементарной ртутью и гидросульфидным комплексом,имеет разную темепературную зависимость: слабовыраженную для комплекса ^(^^(р-р) и су_ щественную - для Hg0(p-p).'

3. Роль углекислоты сводится к незначительному регулирова-

нию кислотности раствора и не является определяющей, как -комплекс оо бразователя.

4. В низкоконцентрированных морядно-сульфидных растворах миграция ртути при Т=50-Ю0°С рН <5,5 и % 5 = 10" * моль

осуществляется за счет комплекса Н&(НЗ)° при значениях рН в интервале 5,6-8,5 преобладающей формой становится НеВНв^.

а при рН=8,5 растворимость киновари определяется бисульфидным

комплечдом н£3г(р_р)'-

6. Ооделирование массообмена и рудообразования при аргилг-

лизации вулканогенных пород месторождения (исследование системы Н-0-К-На-Са-Мя-А1-31-Б'е-С-С1-3-Нй при Т=150°С И Р=Р„ „ ).

л • П»

В главах 6 и V диссертации рассмотрены рассчитанные количественные модели различных вариантов массообмена и осавдения киновари и металлической ртути при кислотном выщелачивании вмещающих вулканогенных пород Терлигхайского месторождения, При этом основное внимание уделено исследованию проблемы функционального развития гидротермальной рудообразующей системы в заданных граничных условиях.

По результатам расчетов по программе БГВВЗпредставлено 15 моделей,. характеризующих развитие гидротермальной рудообразующей системы на месторождении от начального этапа до формирования заключительных лил и прожилков в рудном поле месторождения.

При общей замкнутой постановке задачи и принятых граничных условиях равновесно-динамическая модель местороздения может быть показана следующим образом (рис.3-4).

I. Предрудный этап (модель 1-7) - формирование метасомати-тов каолинитовой фации.

В начале этого этапа при условии:тН22=10-40"4-Ю-7 преобладающей формой переноса ртути является хлоридный комплекс Если моль, то в системе "вода-порода" реализу-

ется схема осаждения 1^Ж)В0 внешних зонах метасоматической колонки по реакции:

2РеС1++ НвС12-+ ЗН20-> Гв203(к)+ Не(ж)+бН++ 6С1"

Часть металлической ртути осаждается в зонах метасоматитов и консервируется при благоприятных геологических условиях (такие случаи отмечены на месторождении) или фиксируется в элементной форме в первичных ореолах рассеяния.

Интересной особенностью метасоматоза предрудного этапа яв-

* г з * * ЫаСе

Рис.1. Блок-схема поиска исходных гидротермальных растворов.

а н9

■

-12 ■ НдСВ,г- н9сег—

-10 - НдШ

-8 - ..И,-—-

-6 -

-

Щ5Н$"

идее;

Ндсе? Ядсе*?-

Рис.2. Равновесные формы ртути в хлоридно-сульфидно-углекислом растворе (Т=150°С, =3,0 моль, рЫ—3,0).

нясе&цн&ь-ы-, с*сьо5-,ксе-а*

ЕЗ* ЕЗз [23*

рИ

N

ыасе-го

СаС6,-0.5

ксе-а$ н^-го-го*

Лред/оудная стадия

Рудная стадия

Лосгярудная стадия

Рис.З. Состав растворов и формы миграции ртути при аргиллизации вулканогенных пород месторождения.

1-андезит; 2-гидрослгадистая фация; 3-каолинитовая фация; 4-ртутное оруденение; 5-трещин-ные зоны; 6-наложенная пирит-киноварная минерализация.

Рис.4. Эволюция состава и свойств гидротермальной рудооб-разуюцей систеглы Терлигхайского месторождения.

ляется возможность перехода практически всех компонентов, за исключением кремния, в подвижное состояние с соответствующим уменьшением числа сосуществующих минералов до образования мономинеральной кварцевой зоны.

Далее, если в системе выполняется условие:mHg<iO~4;mH2S<i0~2 то основной формой переноса ртути становится растворенная атомарная Hg°p_p^ В этом случае ртуть либо осаждается в форме блеклой руды - швацита в зонах аргиллизитов и такие метасомати-ческие колонки известны на'месторождении, либо мигрирует в зоне рудоотложения в виде

Вероятно, такое условие и, как следствие этого, присутствие ртутл в основном в атомарной.форме, наиболее характерно для стадии формирования каолинитовых метасоматитов и поэтому здесь не образуется промышленных концентраций ртути.

■Дальнейшая эволюция IPC - уменьшение кислотности, увеличение "калиевости"' раствора, изменение режима серы и ртути фиксируется в возникновении наложенных метасоматитов каолинитовой фации или в формировании аргиллизитов собственно гидрослюдистой фации.

Следует подчеркнуть, что природа "источника" таких флуктуации в режиме компонентов заложена в его полигенности. Более глубокий анализ этого вопроса выходит за рамки данной работы.

Дяя нас важно показать динамику массообмена и рудообразо-вания в многокомпонентной гетерогенной системе "раствор-порода".

При mHCl=10~4; Шц s=10~2-10"55 Hg=10~B-l0~4 образуется наложенная пирит-гидрослвдистая ассоциация, а осаждение киновари в тыловой зоне такой метасоматической колонки происходит по реакциям типа: 2Н8(11)(р-р)+Н£Г(р-р)+Н20 HgS(k)+HS°Cp-p)+3H++V202 (2)

HS<HS>2(p-Pr*HSS<k>&2SVp) (3)

Сульфидная сера может поступать в гидротермальный раствор за счет растворения пирита рашей стадии и тогда преобладающей формой миграции ртути является хлоридный комплекс HgCl|~ (реакция 2) или же сера привносится в зону рудоотложения тогда перенос ртути осуществляется преимущественно в форме комплекса Hg(HS)° (реакция 3).

П. Рудная стадия (модель 8-12) - образование кварц-гидрослюдистых метасоматитов, содержащих киноварь в промышленных концентрациях.

Как уже отмечено вше, модельные расчеты показали, что в гидротермальном флюиде, принимающем участие в формировании ме-тасоматитов гидрослюдистой фации увеличивается активность сульфидной серы (до Ю-* моль) и постепенно уменьшается концентрация ртути (до 10"^ моль) (рис. 4).

Отложение киновари происходит во внещней зоне метасомати-ческой колонки при т^д = п -10 , а во внутренней

(воспроизведено отложение прожилковой киновари) при 3 =10-**;

т„_ =п«10

г7

Результаты термодинамического анализа показывают, что в том и другом случае, также как и при наложенном метасоматозе, осаждение сульфида ртути происходит по реакции (2) на геохимическом окислительном барьере.

При этом осуществляется восстановление части ртути

Н8°р-Р) и окисление 3(11}(Р-РГ* 8(у,)(р-р)-Осаждение киновари как видно из рис.5 и реакции происходит из гидросульфидного комплекса , а в равновесном растворе всегда преобладающим ^-комплексом будет атомарная

•16

5 -2 .¿-и о г

иифильтяаиия '

кв*мс*лт ^ щ

.А*

Рис.5. 'Результаты моделирования массооб-мена между андезитом и раствором состава (моль/1000 г н20 ): ЯаС1-2,0{ Н2С03-0,1; СаС12-0,5;КС1-0,5; Н23-0,1; Нв-10~6;

а) распределение равновесных комплексов;

б) схема минеральной зональности (штрихом показана область осаждения киновари).

9Л

. Такая окислительно-восстановительная реакция, как показывают расчетные данные, возможна лишь при определенном режиме

кислорода в системе

Осаждение киновари в системе начинается только при условиях, в которых возможен переход Hg(IX)^p_pj —f не°(р_р)> а они,в свою очередь, контролируются реакциями, происходящими в системе взаимодействия "гидротермальный флюид-порода", т.е. обусловлены инконгруэнтными реакциями между силикатами вмещающих пород и гидротермальным раствором.

Необходимо подчеркнуть, что рудоотложение на ГБ продуктивно лишь при соответствующих пределах концентраций сульфидной серы в гидротермальном флюиде.

Ш. Пострудный этап (моАель 13-15) - -образование жил и прожилков разного состава на заключительном этапе развития ГРС. H2S = Ю"3-Ю"5моль ; Hg = Ю~7-Ю"8 моль.

■ Изучение петрофизических свойств вмещающих пород месторождения показало, что они представляют собой неоднородную толщу с разными фильтрационными характеристиками, а риолит-дациты могли служить рудно-петрофизическими экранами.

Теоретические аспекты механизма автосмешение и.его геохимических следствий, разработанные в работах Бикт.Л.Барсукова и М.В.Борисова (1982, 1987, 1988, 1989), позволяют предположить, что на Терлигхайском месторождении могли проявиться элементы механизма автосмешения гидротермальных потоков и наиболее отчетливо - на заключительной стадии метасоматического преобразования пород.

лПри моделировании автосмешения потоков было показано, что возвращение поровой составляющей потока гидротерм и смешение в разных пропорциях с трещинной составляющей потока формирует в верхней части ритма автосмешения поток нового раствора, участвующего в формировании жил и прожилков различного состава. Взаимодействие растворов может продуцировать в трещинной зоне у верхней границы ритма гематитовые прожилки или пирит-киноварные или хлорит-карбонатные, которые встречаются в рудных телах месторождения и воспроизведены в моделях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе изложены результаты термодинамических расчетов массообмена и рудообразования в многокомпонентной гетерогенной системе H-o-Ca-ITa-Mg-Al-Si-Fe-C-Cl-S-Hg при изотерма-изобари-

ческих условиях, которые можно обобщить в следущих выводах.

1. Результатом моделирования являются численные характеристики одного из элементов геолого-генетической модели - зоны разгрузки гидротермального флюида и на этой основе показана эволюция гидротермальной рудообразупцей системы месторождения.

Получена количественная и качественная информации о физико-химических условиях метасоматического процесса и рудообразо-вания и геохимических следствиях его развития. Теоретические метасоматические колонки обнаруживают значительное сходство с природными минеральными ассоциациями зон колонок и сопоставимы по валовому химическому составу.

2. В работе приведены данные термодинамического анализа форм нахождения ртути в хлоридно-сульфидно-карбонатных растворах при Т=50-200°С и в широком интервале значений рН, которые позволили получить информацию по формам миграции ртути в гидротермальном растворе.

В гидротермальном растворе, описанном системой н-о-С1-с-1^, ответственность за перенос ртути несет хлоридный комплекс ^С].^-, а в системе н-о-сл-з-с-не при тн2з 10"^ моль важнейшими миграционными формами являются гидросульфидная форма НвСНЗ)^ или Нв°(р-р). В случае миграции ртути в форме ^°(р-р) не возникает промышленных скоплений киновари, вероятно поэтому основная масса кварц-каолинитовых метасоматитов является безрудной.

3. При взаимодействии кислых хлоридно-карбонатных растворов с вулканитами на начальном этапе развития ГРС во внешних зонах метасоматитов осаждается металлическая ртуть, которая может консервироваться в трещинах и зальбандах жил и прожилков в метасоматитах или как одна из форм нахождения ртути фиксироваться в первичных ореолах рассеяния.

4. Осаждение киновари во внешних и внутренних зонах мета-соматической колонки аргиллизитов связано с изменением активности сульфидной серы и окислительно-восстановительных свойств ГГС, ГБ является следствием химических реакций.в системе "вода-порода" .

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. М.Б.Войцеховская, Р.В.Оболенская. Методологические проблемы теоретического моделирования в геохимии и петрологии // Методологические вопросы геологии и геофизики. - Новосибирск, Наука. 1986.

2. А.А.Оболенский, А.С.Бориданко, Р.В.Оболенская, Л.В.Гущина, М.Б.Войцеховская Интегральная модель ртутной рудной формации и количественная оценка ее отдельных элементов // Материалы П Всесоюзного совещания "Генетические модели эндогенных рудных формаций". - Новосибирск. 1985.

3. A.A.Оболенский, Р.В.Оболенская, А.С.Борисенко, М.Б.Войцеховская, Л.В.Гущина. Некоторые общие вопросы создания интегральных генетических моделей рудных формаций ртутных месторождений/ Дуд о образование и генетические модели эндогенных рудных формаций. - Новосибирск, Наука. 1988.

4. Войцеховская М.Б., М.В.Борисов. Моделирование на ЭВМ массообмена при аргиллизации вмещающих пород Терлигхайского месторождения ртути // Материалы П Всесоюзного симпозиума "Термодинамика в геологии", Миасс, 1988.

5. Войцеховская М.Б. Математическое моделирование на ЭВМ массообмена при аргиллизации вмещающих пород Терлигхайского месторождения // Источники рудного вещества и физико-химические условия эпитермального рудообразования.-Новосибирск, Наука,

6. Войцеховская М.Б., Борисов М.В., Оболенский A.A. Условия образования первичных ореолов рассеяния ртути на Тэрлиг-. хайском месторождении // Источники рудного вещества и физико-химические условия эпитермального рудообразования.-Новосибирск, Наука, 1989.

7. Войцеховская М.Б. Моделирование на ЭВМ тыловых зон метасоматитов формации аргиллизитов // Материалы региональной конференции "Актуальные проблемы геологии Сибири .-Томск,1988.

8. Войцеховская М,Б. Моделирование на ЭВМ динамики развития гидротермальной системы при ртутном рудообразовании Г/ Материалы У Всесоюзного симпозиума по кинетике и динамике геохимических процессов.- Черноголовка, 1988.

1989;

Технический редактор Н.Н.Александрова

Подписано к печати 21.09.89. МН 10364. Бумага 60x84/16. Печ.л.1,0. Уч.-изд.л.0,95.

Тираж 100. Заказ 364,

Институт геологии и геофизики СО АН СССР Новосибирск,90. Ротапринт.