Предлагаемый анализ физико-химических особенностей процесса брекчирования базируется в основном на детальном изучении свойств минералов брекчиевых тел и исследовании флюидных включений в этих минералах (преимущественно кварце и апатите). Поэтому приводимые параметры характеризуют преимущественно определенный период формирования брекчиевых тел, когда формирование данных минералов завершалось. В работе основное внимание уделяется температурам и давлению.
Учитывая индивидуальные особенности проявления эксплозивного брекчирования на отдельных месторождениях и отсутствие в литературе сведений о физико-химических параметрах процесса, целесообразно рассмотреть его по каждому месторождению отдельно.
Температуры определялись гомогенизацией в среднетемпературной термокамере конструкции Долгова — Базарова. Состав и концентрация солей в растворах включений определялись криометрически. Для расчета концентраций многофазовых включении использовались справочные данные по растворимости солевых систем, диаграммы состояния системы NaCl—KCl—H2O и диагностическая диаграмма NaCl—CaCh. Давления рассчитывались с помощью диаграмм Г.Г. Леммлейна, Г.Г. Леммлейна и П.В. Клевцова, М. А. Стыриковича, И.X. Хайбулина, С. Сорирояна, Д. Кеннеди.
Шахтаминское месторождение. Характерным типом I газово-жидких включений в кварце цемента штокообразного брекчиевого тела являются первичные существенно газовые (>75% газа) включения. Включения хорошо огранены, с относительно постоянными фазовыми соотношениями. Гомогенизация при 600—650°С в газ. При температурах, близких к 650°С, отмечаются критические явления (давление около 1000 атм). Иногда встречаются мелкие кристаллики солей.
Тип II представлен многофазовыми первичными включениями с кристалликами хлоридов Na, К. В большинстве включений присутствуют чешуйки гематита и удлиненные темные кристаллики недиагностированного минерала. Для некоторых многосолевых включений общая концентрация хлоридов достигает 60%. Во включениях с полной гомогенизацией при 500—550°С главной солью является KCi (35—45%). С понижением температуры начинает преобладать NaCl (табл. 57). Растворение кристалликов NaCl происходит обычно после исчезновения газового пузырька с разницей температур в 100—220°С. Давления, рассчитанные по PT диаграмме 30%-ного раствора NaCl, достигают 2000—2500 атм. Аналогичные давления были получены А.В. Пизнюром. Давление растворов во включениях с подобным характером гомогенизации наиболее отвечает давлению, существовавшему при минералообразовании, и может быть принято за нижний предел.
Многие включения II типа наряду с хлоридами Na и К содержат небольшие (2—3% от объема вакуолей) светлые изометричные и слегка удлиненные кристаллы, растворяющиеся при 545—560°С и выше (в последнем случае включения взрываются). Температура эвтектической кристаллизации раствора при замораживании этих включений равна —59°С, т. е. близка к температуре эвтектики системы H2O—CaCl2 (—51°С). Некоторое снижение эвтектической температуры объясняется, возможно, присутствием NaCl и KCl. Твердая фаза NaCl в данных включениях растворяется при 300—320°С. Замерзание раствора начинается при —15°. Концентрация солей в растворе по диагностической диаграмме для системы NaCl—CaCl2 составляет при —45°С 28% CaCl2 и 5% NaCl (без учета твердых фаз).
В тесной ассоциации с названными включениями находятся включения с температурой растворения NaCl—440°С (газовые пузырьки в них исчезают при ~ 590°С), а также включения, не содержащие твердых фаз и гомогенизирующиеся в газ и жидкость при 550—580°. Гомогенизация включений высококонцентрированных растворов в жидкую фазу при высоких температурах свидетельствует о возможности существования последних в жидком состоянии до 500—600°С при соответствующих высоких давлениях.
Многочисленны включения, содержащие фазу NaCl, растворяющуюся до исчезновения газового пузырька. Температура растворения соли 290—230°, а полная гомогенизация включения происходит при 360—260°. Концентрация NaCl 31—37%. Давление 120—30 атм. Эти включения характеризуют состояние значительного спада давления в системе брекчирования.
Включения III типа — существенно газовые (80—100% газа) содержат жидкую и газообразную углекислоту. Они приурочены к трещинам, порам и прочим дефектам в кварцевых зернах и имеют большие размеры по сравнению с первыми типами и неправильную форму. Характерны явления расшнурования. Гомогенизация в жидкость и газ происходит при 320—440°. Иногда с ними сосуществуют газово-жидкие включения с твердыми фазами хлоридов, что свидетельствует об имевшем место кипении растворов.
Двухфазовые включения с объемом газовой фазы 30—50%, локализующиеся по трещинкам, гомогенизируются при 300—320° в жидкую фазу (рис. 57).
Большинство газово-жидких включений в цементе «жильной» брекчии приурочено к многочисленным трещинкам в обломочном кварце. Выделяется несколько ассоциаций включений, во многом идентичных включениям в кварце цемента штокообразной брекчии, но имеющих свои специфические особенности.
Включения I типа — существенно газовые (75—95% газа) с хорошей огранкой, расположены по системам субпараллельных залеченных трещин. Гомогенизация при 500—600°С в газовую фазу. К этому же типу относятся существенно газовые включения (гомогенизация в газ при 450—610°) в новообразованном интерстиционном апатите (табл.58, рис. 58).
Тип II — включения углекислотно-водных растворов (жидкая углекислота, по данным криометрии, составляет 15—50% от объема вакуолей). Содержание углекислоты с различной плотностью колеблется в этих пределах часто даже во включениях, приуроченных к одной трещине. Гомогенизация при 315—320°С в жидкую и газовую фазу. Вблизи точки гомогенизации включения обычно взрываются. Характер включений свидетельствует о кипении и гетерогенизации растворов, обогащенных углекислотой, при падении давления. Многие трещины содержат более крупные включения, несущие газообразную CO2 (газовая фаза занимает 70—85% объема вакуолей). Гомогенизация при 370—400°С в газ.
Тип III — трехфазовые включения с кристалликами хлоридов. Температура растворения NaCl 250—280°, полная гомогенизация включений в жидкую фазу при 450—550°С. Средняя концентрация солей 32—35%. Давление 600—750 атм. Типично постоянное сосуществование в пределах одной трещины включений III типа с существенно газовыми.
Многочисленны более низкотемпературные трехфазовые включения. Температурный интервал растворения NaCl 270—280°С, температура исчезновения газовой фазы 300—315°С. Концентрация NaCl—34%. Давление 80—50 атм. В этих включениях присутствуют рудные минералы (?). Давление в 270 атм определено для включений с температурами растворения NaCl 290—300°С и исчезновения газового пузырька 265°С. Концентрация солей 35%/
В составе водной вытяжки кварца «жильной» брекчии заметно преобладает НСО3-, из катионов — Na и К (табл. 59).
В целом развитие процесса брекчирования на Шахтаминском месторождении представляется в следующем виде. Брекчирование несколько предшествовало становлению соответствующих интрузий многофазового магматического комплекса, достигая максимальной интенсивности при внедрении и становлении гранит-порфиров. Бурная дегазация магмы сопровождалась отделением высококонцентрированных растворов, обогащенных хлоридами Na, К, Ca и соединениями Fe Концентрация растворов частично повышалась за счет их выкипания при резких перепадах давлений в периоды эксплозий. Растворы могли нести значительные количества кремнезема, что подтверждается наблюдениями за ходом гомогенизации включений.
При достижении критических давлений возникшие напряжения разрешались прорывом газов в верхние горизонты с механическим дроблением, перетиранием и перемещением обломков пород. Прорыву газов способствовала и общая ослабленность пород на участках, приуроченных к тектоническим зонам. Co своей стороны эксплозивное воздействие на вмещающие породы в наиболее активных зонах (штокообразные брекчии) приводило к трещинообразованию по периферии последних и проработке ранее существовавших структур. Разрушение могло усиливаться при стремительных оттоках газовых струй из трещинных и поровых пространств в результате резкого снижения давления. Значительная роль в этом случае, очевидно, могла принадлежать углекислоте, обладающей значительным коэффициентом расширения и высоким парциальным давлением.
Резкое снижение давления после взрыва приводило к вскипанию и гетерогенизации растворов во всей зоне брекчирования. Углекислота вследствие своей высокой миграционной способности совместно с другими легколетучими компонентами и водяным паром удалялась из растворов и мигрировала в периферийные участки по системам трещин. Этот высокотемпературный период фиксируется наличием водно-углекислотных включений гетерогенного состава, локализующихся по трещинкам в кварце штоковой и особенно «жильной» брекчии.
Падение давления стимулировало интенсивный приток вадозных вод из окружающей среды в ослабленную брекчированием зону, обеспечивая водонасыщение для последующих гидротермальных процессов. В дальнейшем выравнивание давления и восстановление теплового и энергетического баланса происходило, по-видимому, уже в условиях хорошей обводненности.
По мере уплотнения массы раздробленных пород, цементации их тонкообломочным материалом (а на глубоких горизонтах, возможно, и магматическим) и закупорки выводного канала вновь возрастало давление и процесс мог неоднократно повторяться (при этом в разных участках с различной интенсивностью).
Только многократные эксплозии могли сформировать сложный и гетерогенный брекчиевый субстрат с огромным объемом тонко перетертого материала, хорошей окатанностью многих обломков и даже зерен минералов и различной степенью измененности обломков однотипных пород.
График PT зависимости (рис. 59) иллюстрирует в общих чертах ход процесса формирования эксплозивных брекчий. Линия I отражает ступенчатое, скачкообразное изменение давления в штоксобразном брекчиевом теле на фоне эволюционно снижающейся температуры. Давления, отмеченные при исследовании «жильной» брекчии, значительно ниже давлений, характерных для штокообразной, а их эволюция довольно постепенная, без резких перепадов. Снижение температуры более быстрое. Очевидно, эксплозивное брекчирование в трещинных зонах, развивавшееся на удалении от центрального выводного канала, представляло собой одноактный процесс и проявилось на более низком энергетическом уровне, чем в зоне штокообразного брекчиевого тела. Оно, по-видимому, может рассматриваться как процесс, разрешающий один из активных импульсов эксплозивного брекчирования и в зоне штокообразного брекчиевого тела.
Обкорондинское месторождение. Как уже отмечалось, эксплозивное брекчирование на Обкоронде происходило по крайней мере в два этапа. В метасоматических «глазках» кварца цементирующей массы брекчий I постоянно наблюдаются первичные газово-жидкие включения, гомогенизирующиеся в газовую фазу при 480—365°С (иногда при 275°). Согласно криометрии, концентрация солей (по NaCl эквиваленту) составляет 10—12%. При более низких температурах гомогенизация осуществляется в жидкость (при 355° отмечаются критические явления). Концентрация солей в растворах снижается до 8—6% (в области 300—250°С).
Для вторичных включений, локализующихся по трещинкам в обломочном кварце (брекчированные кварц-калишпатовые метасоматиты) брекчий II, наиболее характерна гомогенизация в жидкость при 350—260° с концентрацией солей в пределах 5—10%. Интересно, что если в крупных обломках метасоматитов (как и в небрекчированных кварц-калишпатовых телах) обычно отмечается большое количество первичных и вторичных включений с CO2, то в мелких количество включений, содержащих углекислоту, резко сокращается. Вероятно, термальная проработка мелкообломочного материала приводила к перегреву и разгерметизации включений с CO2, к высвобождению последней и выносу ее из зоны брекчирования. Характерным признаком, указывающим на выжимание содержимого включения по мелким трещинкам при перегреве, является густой ореол мелких включений — сателлитов, окружающих основное включение (рис. 60). Аналогичные явления были установлены нами также для кварцсодержащих эксплозивных брекчий Соры. Максимальные давления, установленные для брекчиевых зон в температурном интервале 350—250°, достигают 1800 атм. Давления в растворах газово-жидких включений в кварце из кварц-полевошпатовых метасоматитов и кварц-молибденитсвых прожилков составляют 700—800 атм.
Растворы, участвовавшие в формировании эксплозивных брекчий, имели сложный и специфический состав. Твердых фаз хлоридов щелочных, металлов (за редким исключением) и рудных минералов в составе газово-жидких включений не обнаружено. Кроме элементов, установленных в водных вытяжках (табл. 60), нами при термо- и криометрических исследованиях во включениях обнаружены значительные содержания углеводородных веществ.
Форма нахождения углеводородов и их соотношения с раствором H2O и CO2 различны, что определило большое разнообразие типов включений (табл. 61). Углеводородные вещества находятся в основном в виде аморфных вазелиноподобных масс в первичных и вторичных средне- и низкотемпературных включениях. Цвет их изменяется от светлого, светло-желтого до зеленоватобурого и бурого. Агрегатное состояние битуминозных веществ, вероятно, зависит от их концентрации во включении и процентного соотношения H2O и CO2. Иногда это вязкая бурая масса без четких очертаний, иногда вязкая жидкость каплевидной формы. Находясь в обособленном положении, фаза жидких углеводородов тяготеет к фазе жидкой углекислоты. При нагревании до 330—340°С данная жидкость растворяется почти одновременно с жидкой CO2 в водном растворе. В некоторых случаях фаза битуминозного вещества, занимая около 80% от объема включения, при нагревании медленно сокращается и при 500°С составляет ~40% объема вакуолей, затем приобретает неправильную форму и распадается. Этот эффект сопровождается общим потемнением включения (возможно, происходит испарение битума). При охлаждении положение фаз восстанавливается. Твердые битуминозные вещества также, как правило, тяготеют к фазе жидкой CO2.
Подобные включения были описаны С.В. Икорским в минералах щелочных пород Кольского полуострова.
Битумы из различных образований Обкоронды близки между собой по составу (рис. 61) и обнаруживают большое сходство с битумами щелочных пород Кольского полуострова (рис. 62). В составе битумов присутствуют высокомолекулярные парафиновые углеводороды с числом углеводородных атомов в цепи 20, с ясно выраженными полосами поглощения в областях 1465—1467, 1380 см-1 и дублетными полосами 738 и 725 см-1. Кислородные группировки фиксируются широкой полосой поглощения в областях 1715—1730 и 1250—1290 см-1 (рис. 61), а также полосой 1080 см-1. Полосы поглощения в области 1210—1140 см-1 соответствуют эфирной группировке С—О—С связи, а в области 1740—1720 см-1 — группировке карбонила насыщенных карбоновых кислот С—О связи. Существуют различные точки зрения на происхождение битуминозных веществ в эндогенных образованиях. По мнению И.А. Петерсилье, углеводородные газы и битумы образовались в результате неорганического синтеза из простейших газообразных компонентов H2, CO, CO2, H2O в процессе формирования и остывания горных пород. Битумы являются наиболее низкотемпературными представителями синтеза. В.Н. Флоровская и В.Г. Мелков связывают их образование с постмагматическими процессами. М.Н. Соколовой твердые битумы были определены в низкотемпературном кальците и натролите. В природных условиях температура образования углеводородов 600—150°С.
Наличие твердых углеводородов в относительно высокотемпературных газово-жидких включениях Обкоронды позволяет предполагать их высокотемпературный генезис, т. е., согласно С.В. Икорскому, конденсацию из первичных углеводородных газов при снижении температур. Источником же углеводородных газов могли явиться глубинные реакции с участием CO2 и H2O, диссоциировавших в условиях высоких температур и давлений с выделением водорода и углерода. И.Ю. Икорниковой в эксперименте по кристаллизации магнетита в системе H2O—NaCl—CaCo3—Fe при высоких температурах (450°С) и давлениях получен метан. Источником H2 могли быть и высокотемпературные окислительно-восстановительные реакции между летучими компонентами расплава и железистыми минералами. Учитывая углекислотную специфику растворов Обкоронды и широкое развитие в брекчиях маггемита, вероятно, можно предположить возникновение подобных реакций на фронте интрудирующих магм в субвулканической зоне.
Характерной особенностью растворов периодов эксплозивного брекчирования (как и при развитии метасоматических и рудообразующих процессов), наряду с большим содержанием углекислоты и углеводородов, является их способность к гидратообразованию.
В последнее время во включениях природных минералообразующих систем образование гидратов наблюдали Э. Роддер, В. Поти и H.А. Стальдер. На основании рентгеновских исследований кристаллической структуры искусственного гидрата было показано, что его состав соответствует СО2*5 3/4H2О. С. Такеноучи и Д. Кеннеди гидрат CO2 был получен экспериментально. Кривая давления диссоциации гидрата в эксперименте поднимается от 45 бар при 10°С до 2000 бар при 19°С (рис. 63). Плотность гидрата составляла 1,16 г/см3 при 10,5°С. Давление при этой температуре равно 85 бар.
В отличие от условий эксперимента, проводившегося в чистой системе H2O—CO2, для включений из кварцев Обкоронды характерно присутствие растворенных солей и углеводородных веществ, в то же время образование гидрата оказалось возможным в нашем случае при тех же температурах (7, 11°С), что и в эксперименте. Согласно данным С. Ларсена, кривая давления диссоциации гидрата CO2 в одномолярных растворах NaCl, HCl и NaOH отклоняется примерно на 2° от кривой диссоциации в чистой воде. С. Ларсен делает вывод, что температура диссоциации гидрата зависит от концентрации солен в растворе H2O, но не зависит от их природы. Исходя из экспериментальных данных С. Такеноучи и Д. Кеннеди, можно предположить, что давления растворов в газово-жидких включениях в кварце Обкоронды при температурах гидратообразования (7, 11°С) колеблются примерно в пределах от 45 до 100 атм (см. рис. 63). Основной температурный интервал гомогенизации указанного типа включений совпадает с интервалом температур позднего этапа брекчиривания.
Жирекенское месторождение. Согласно экспериментальным данным по термальному метаморфизму апатита и характеру люминесценции этого минерала в телах эксплозивных брекчий, температуры, при которых проходило брекчированпе на Жирекене, превышали 400—500°С. Аналогичные высокие температуры для процесса эксплозивного брекчирования указываются А.В. Пизнюром по данным изучения газово-жидких включений в минералах. По автору, раннему периоду формирования взрывных брекчий отвечают высокие давления (до 2200 атм), наиболее стабильно выдерживающиеся в пределах 1700—1500 атм.
Для «жирекенита» по результатам гомогенизации газово-жидких включений устанавливаются следующие температуры, °С: 600—450
(газообразное состояние растворов) и 470—380 (жиакое) при образовании кварца породы (P около 1000 атм); 350—300 (жидкое) при образовании игольчатого апатита; 300 при формировании целестина.
Сорское месторождение. Сведения о термодинамическом режиме эксплозивного брекчирования базируются на сравнительном термометрическом анализе газово-жидких включений в обломочном кварце кварц-калишпатовых метасоматитов из брекчиевых тел и в кварце из метасоматитов, удаленных от брекчиевых зон и не несущих следов брекчирования.
Характерными особенностями включений в обломочном кварце брекчий являются преимущественная локализация их вдоль мелких залеченных трещинок и практически полное отсутствие фазы жидкой углекислоты. Только в редких случаях обнаруживаются включения, содержащие 35—40% CO2 с плотностью 0,75 г/см3. При 350°С давление в них составляет 400 атм.
В отличие от включений из метасоматитов, имеющих преимущественно плоские прозрачные вакуоли, в кварце из брекчий последние приобретают объемную форму с более сложной скульптурой стенок и широкими темными фазовыми границами. Характерно также развитие тонких, коротких залеченных трещинок, пересекающих включения в брекчированном кварце. Отсутствие углекислоты во включениях и следы разгерметизации последних в кварце из брекчий свидетельствуют о термальном преобразовании в зоне брекчирования кварц-полевошпатовых метасоматитов, включения в которых обычно насыщены CO2. Происходило высвобождение больших объемов углекислоты с выносом из зоны брекчирования. He исключена возможность и вовлечения ее в эксплозивную деятельность.
Изотопные значения σС13, полученные по CO2 газово-жидких включений для эксплозивных брекчий, как показано в главе V, заметно отличаются от значений, характерных для кварцево-рудных (жильных к брекчиевых) образований; ближе к ним σС13 углекислоты из включений в телах кварц-калишпатовых метасоматитов 1-го эндогенного этапа. Как первые, так и последние попадают в область изотопных значений σС13, характерных для вулканических эксгаляций и фумарол.
В кварце из брекчий увеличивается количество высокотемпературных вторичных включений (300—450°С) и резко уменьшается количество трещинок, заполненных однофазовыми включениями холодных водных растворов. Вероятно, в процессе брекчирования произошло перенаполнение ранее существовавших трещин более высокотемпературными растворами. Последние залечивали и новообразованные при брекчировании трещинки. Появляются также существенно газовые включения с гомогенизацией в газовую фазу при 470—620°С. Количество катионов щелочных металлов в растворах включений из кварца эксплозивных брекчий несколько повышено (при относительно пониженном общем количестве включений в данном кварце) при некотором понижении содержания Cl- и особенно HCO3, что, вероятно, отражает общую тенденцию выноса летучих компонентов из зоны брекчирования и повышенную роль водяного пара (возможно, за счет участия в процессе вадозных вод). Содержание Mo в растворе водных вытяжек из кварца брекчий по сравнению с метасоматитами резко понижено. Концентрация хлоридов в растворах, участвовавших в формировании брекчий (для температур 250—300°С), определенная криометрически, составляет 9— 10% с преобладанием NaCl (для метасоматитов она колеблется в пределах 8—4% соответственно для температур 300—100°).
Для эксплозивных брекчий, связанных с развитием на площади Сорского месторождения девонских даек диабазов и диабазовых пор-фиритов, очень характерна повышенная роль углекислоты.
Кальмакырское месторождение (уч. Джаныбек). В цементирующем кварце эксплозивных брекчий резко преобладают существенно газовые (75% газовой фазы) включения, а также включения «сухих» газов (100% газа), являющиеся, очевидно, реликтами высокотемпературных газовых флюидов. Эти включения на отдельных участках составляют 90—100% от общего их количества; концентрация их достигает нескольких сотен на 1 мм2 образца. В большинстве случаев это — первичные включения, имеющие огранку в форме негативного кристалла кварца. Кроме того, они локализуются по трещинкам и прочим дефектам в кварце, имея разнообразную форму и размеры (в пределах сотых и тысячных долей миллиметра).
Гомогенизируются существенно газовые включения при 750—700°С в газовую фазу. Большинство включений этого типа содержит кристаллики твердых фаз (до 3—10% от объема вакуолей), представленных кубиками NaCl, удлиненными светлыми кристалликами недиагностированного минерала, не растворяющегося до 600°С, а также чешуйками и точечными кристаллами гематита и других рудных минералов (?). NaCl чаще всего растворяется при 300—350°С. Концентрация солей во включении при этих температурах составляет 40—42%, а давление, развиваемое солевым раствором в момент полкой гомогенизации (700—750°С), примерно 1000—1200 атм.
Значительное количество существенно газовых включений, локализующихся по трещинкам в кварце, гомогенизируется в газовую фазу при 350—400°С. Эти включения обычно не содержат твердых фаз и характеризуют, скорее всего, условия кипения и гетерогенизации растворов в брекчиевой зоне в периоды значительного спада давлении.
В тесной ассоциации с существенно газовыми находятся газово-жидкие включения (40—60% газовой фазы), гомогенизирующиеся в жидкость при 500—600°С. Это реликты высокоплотных гидротерм, способных существовать в жидком состоянии при этих температурах только в условиях значительных давлений, минимальные значения которых при 600°С составляют 1000 атм. Такие включения встречены также во вкрапленниках кварца гранодиорит-порфиров, что позволяет отнести начало эксплозивной деятельности к высокотемпературному периоду, периоду становления интрузии гранодпорит-порфиров и ранней метасоматической проработки пород, выразившейся на данном участке интенсивным окварцеванием.
Следующей, довольно характерной, хотя и менее представительной группой, являются многофазовые гомогенизирующиеся в жидкую фазу включения, содержащие кристаллики хлоридов щелочных металлов (обычно NaCl) (рис. 64). Эти включения встречены во всех изученных образованиях в качестве первичных и вторичных. Температура исчезновения газовой фазы при нагревании этих включений колеблется в пределах 200—350°С, а температура растворения NaCl лежит в интервале 400—450°С. Концентрация солей в растворе (по NaCl эквиваленту) составляет 40—67%. Давление растворов в области 400—450°С приближается к 2500 атм (табл. 62).
И наконец, включения слабоконцентрированных жидких растворов, гомогенизирующиеся в жидкую фазу ниже 400°С, характеризуют условия дальнейшего эволюционного развития гидротермальной системы в зоне брекчиеобразования. Концентрация растворов во включениях, гомогенизирующихся при 200—150°С, падает до 10—15%, а давления — до нескольких десятков атмосфер.
В исследованном интервале глубин (0—138 м) отмечается заметное увеличение роли газовой составляющей вверх по разрезу с максимальной концентрацией газовых включений в верхних горизонтах, где растворы отличались пониженной плотностью. Очевидно, накоплению на этом уровне мигрирующих с глубины газообразных флюидов способствовала довольно мощная покрышка слабо проницаемых кварцевых порфиров, вмещающих гранодиорит-порфиры и эксплозивные брекчии.
Зона проявления эксплозивных процессов оставалась термоактивной продолжительное время с постоянным привносом тепла из нижних горизонтов высокотемпературными флюидами, генератором которых в значительной степени являлась интрузия гранодиорит-порфиров. Перегретые парогазовые растворы, вероятно, способны были растворять и переносить большие массы кремнезема, что приводило к интенсивному окварцеванию брекчированных и окружающих пород вблизи контактов ослабленной зоны с захватом и консервацией громадного количества газовых включений. С глубиной увеличивается роль включений высококонцентрированных хлоридных растворов и уменьшается количество «сухих» газов.
В водной вытяжке (табл. 63) из кварца брекчии верхнего горизонта отмечается относительно повышенное количество Cl-, HCO3-, К и Mg. Резко возрастает концентрация Mo, что, по-видимому, свидетельствует о переносе Mo при активном участии газообразных растворов.
Для Коунрадского месторождения А.В. Пизнюром и А.И. Полетаевым установлено, что взрывные газы 1-го этапа брекчирования (предшествующего молибденовому и основному медному оруденению) были насыщены хлоридами, температура их достигала 330—390°С, а общее давление составляло 1100—1300 атм. Температура эманаций, которые явились причиной взрыва во 2-й этап (до образования халько-пиритовой и галенит-сфалеритовой ассоциации, по Юдину), достигала 410—460°С, давление равнялось 1600—1800 атм (последнее создавалось углекислым газом).
Цаган-Субургинское месторождение. Для оценки физико-химических параметров эксплозивного брекчирования использовались результаты термометрического анализа новообразованного апатита брекчий (выделить новообразованный кварц в данном случае затруднительно).
Преобладающая часть зерен апатита содержит включения с температурами гомогенизации 200—70°С. Перепад температур гомогенизации включений от центра кристалла к внешним зонам составляет 30—20°С. Общее количество газово-жидких включений в этом апатите заметно выше, чем в апатите вмещающих сиенито-диоритов. Наиболее насыщены включениями зерна апатита, несущие в основном низкотемпературные первичные трубчатые включения (до однофазовых жидких), вытянутые вдоль длинной оси кристалла (рис. 65).
В некоторых зернах апатита вторичные включения (локализующиеся по залеченным трещинкам) гомогенизируются при 320—280°С, т. е. по температурному параметру приближаются к гидротермальному процессу (температуры гомогенизации включений из кварца кварц-сульфидных прожилков 400—280°С).
Выявленные температуры характеризуют, скорее всего, только определенный интервал процесса эксплозивного брекчирования. Ho, учитывая широкое развитие новообразованного апатита в брекчиях и присутствие хлорита, киновари, сфалерита и галенита, можно говорить об относительно низкотемпературных условиях их становления. В целом, исходя из анализа геологической обстановки, особенностей минерального состава, химизма среды минералообразования и термометрических данных, можно высказать предположение, что эксплозивные брекчии Цаган-Субурги (за исключением, возможно, «Северного» брекчиевого тела) сформировались в заключительный эндогенный этап.
Таким образом, термо- и криометрические исследования показали, что в формировании эксплозивных брекчий принимали участие растворы различных температур и концентраций. Брекчии, характеризующиеся интенсивной гидротермальной и механической проработкой вещества и проявившиеся в начальные эндогенные этапы, образовались при участии относительно высококонцентрированных, высокотемпературных газово-жидких и газообразных растворов (Шахтама, Кальмакыр). Подобные растворы, вероятно, могли существовать только вблизи остывающего магматического очага в условиях высоких температур и давлений. Эксплозивные брекчии Обкоронды формировались уже с участием относительно низкотемпературных и слабоконцентрированных газовожидких растворов, без существенного участия газовых флюидов (на данном эрозионном уровне). Здесь эрозионный срез, по-видимому, невелик либо эксплозивные тела связаны с интрузивом, становление которого произошло в более глубинных условиях (возможно, в связи с отмиранием магматического очага). Становление брекчий на данном уровне происходило в зоне цикруляции вадозных вод, в условиях высокого окислительного потенциала среды. Близкие к данным условия существовали и в относительно низкотемпературных брекчиях Цаган-Субурги, а также Соры. Эксплозивные брекчии Соры на ранней стадии развития испытали интенсивный, но кратковременный прогрев под воздействием интрузии порфиров. Формирование их происходило также в близповерхностных условиях, в зоне циркуляции вадозных вод при высоком окислительном потенциале среды.
В целом значительные перепады давлении и температурные флуктуации. приводили к возникновению в брекчиевых зонах гетерогенных систем с участками различно измененных пород и спорадической минерализацией, что четко фиксируется при минералогических и термометрических исследованиях.
Общее развитие эксплозивного брекчирования представляется в следующем виде. Процесс брекчирования развивался в условиях фокусированного давления газов в головной части магматической колонны, поднимавшейся по тектонически ослабленной зоне. В относительно близповерхностных горизонтах бурная дегазация магмы и вскипание вадозных вод, проникавших в зону теплового потока, приводили к накоплению больших количеств газово-жидких флюидов в поровых и трещинных пространствах вмещающих пород, находившихся под большим давлением вследствие гидродинамического напора движущейся магмы. Перегретые пары воды в смеси с магматическими газами, находясь в условиях высоких температур и давлений, обладали колоссальной потенциальной «интрузивной» энергией, которая при резком падении внешнего давления реализовалась взрывом. Период взрыва очень краток, это почти мгновенный отрезок времени в истории формирования брекчий, но, охватывая целый ряд скоротечных, необратимых физико-механических процессов, он оказывал существенное влияние на дальнейшую судьбу как самих брекчий, так и окружающих пород.
В этот период резко нарушалось термодинамическое равновесие в зоне брекчирования и в прилегающих к ней вмещающих породах. Приращение значительных свободных пространств приводило к резкому падению давления в объеме брекчиевого тела и кратковременному глубокому охлаждению субстрата (в случае, когда магма не заполняла брекчию, т. е. в случае исследованных нами брекчиевых тел). Газовожидкий флюид, находившийся до этого под большим давлением в системе трещин, пор и межзерновых пространств, мгновенно увеличивал свой объем, что приводило к снижению механической прочности породы. Кроме того, если кварцсодержащие породы были нагреты в отдельных участках до температуры, превышающей температуру инверсии кварца (выше 573°С), то при быстром охлаждении, граничившем с закалкой, осуществлялось полиморфное α→β превращение, в результате которого происходило интенсивное трещинообразование. Это увеличивает степень разрушения породы при дальнейших механических нагрузках и способствует возникновению значительных масс тонкоизмельченного цемента (Сора, Обкоронда).
В дальнейшем система стремится прийти в термодинамическое равновесие с окружающей средой. Быстрое падение давления вызывает переход растворов в парообразное состояние и дальнейшее интенсивное отделение высокотемпературных газообразных флюидов, которые стремятся восстановить тепловой баланс системы, от магматического расплава. Ho прогревание осуществляется медленно, поскольку в верхних участках брекчиевых тел из-за интенсивного охлаждения и конденсации газообразных флюидов, а также притока вадозных вод из окружающей среды возникает зона пониженных температур. Образуются значительные температурные перепады, а вследствие этого — интенсивные флюидно-тепловые конвективные потоки в прилегающих к брекчиевым зонам вмещающих породах (там напряженность теплового поля в данный период окажется более высокой по сравнению с эксплозивными брекчиями). Тепловой фронт в этом случае перемещается в сторону брекчиевого тела. В данной ситуации активизированные гидротермальные растворы вызывают метасоматические преобразования окружающих пород, интенсивную мобилизацию, перенос и переотложение рассеянного рудного вещества в экзо- и эндоконтактовых зонах брекчиевого тела. Этот процесс можно, по-видимому, сравнить с процессом адиабатической мобилизации вещества при образовании камерных пегматитов в закрытой системе. Ho в нашем случае система является полузакрытой и условия, близкие к адиабатическим, существуют непродолжительное время. Возможно, что это одна из причин метасоматических изменений и концентрации оруденения в породах, непосредственно граничащих с эксплозивными брекчиями. Развитие рудной минерализации и интенсивность оруденения определяются временем существования термоактивной зоны и временем стабилизации гидродинамической системы в брекчиевых зонах и вмещающих их породах.
- К минералогии эксплозивных брекчий
- Внутреннее строение и вещественный состав эксплозивных брекчий
- Геологическое положение эксплозивных брекчий в структурах медно-молибденовых месторождений
- О проявлении эксплозивных брекчей на месторождениях различных типов
- Некоторые вопросы генезиса
- Вопросы петрологии и минералогии сложных даек
- Общие особенности проявления формации субвулканических гранитоидов в рудных полях медно-молибденовых месторождений
- Общая характеристика медно-молибденовой рудной формации
- Древние (ископаемые нелитифицированные) комплексные россыпи
- Россыпи золота и касситерита