Палеогидрологические реконструкции

Цель палеогидрологических реконструкций это обнаружение рудных месторождений. После установления на местности гидротермальной минерализации необходимо построить модель гидротермальной системы, ответственной за образование рудной минерализации, и её дальнейшее использование для прогноза места нахождения потенциально промышленных зон. Для чего с наибольшей детальностью определить направление потоков гидротерм и физико-химические условия гидротермальной системы. Главным документом является карта изотерм, но должны учитываться и другие факторы, как химическая зональность, локализация зон кипения и после рудная тектоника. Изучение палеогидрологии для эпитермальных месторождений важнее, чем для порфировых, поскольку температурный режим порфировых месторождениях более однороден, как по латерали, так и по вертикали.

Методы. Основанием любого палеогидрологического исследования должно быть петрологическое изучение пород. Оно базируется на хорошем геологическом картировании. Выбор петрологических методов будет зависеть от природы месторождения. По-видимому, необходимо использовать несколько видов петрологических исследований. В первую очередь нужно определить общие характеристики месторождения и позже изучить определённые аспекты более детально. Петрография всегда будет самым важным и полезным базовым методом, но рентгеноструктурные анализы, например, могут быть исключительно полезным дополнением для исследований на большой площади при минимальной стоимости, после изучения состава базовых минералов.

На карту необходимо наносить наиболее важные факты. Так, например, что касается минералогии, то на карту выносятся только места расположения минералов-индикаторов, которые имеют геотермометрическое или химическое значение. Таким образом, необязательно фиксировать локализацию вторичного кварца. Обычно листовые силикаты являются наиболее важными фазами, но другие, такие, как, например, эпидот должны быть нанесены. Уместно нанести на карту данные по флюидным включениям. Затем можно попытаться сделать первую попытку и нарисовать изотермы, путём соединения точек, где известны температуры образования минералов (рис.1). Если окажется, что история более сложная, то возможно возникнет необходимость нарисовать две версии карт, одна из которых представляет ранние гидротермальные изменения, а другая, возможно, показывает жилы поздней стадии (рис. 2).

Должно исследоваться любое кажущееся несоответствие между температурами образования минералов и данными по флюидным включениям. Они могут свидетельствовать о более чем одном эпизоде рудной минерализации, или они могут указывать на процесс кипения гидротерм, или на необходимость коррекции давлений во флюидных включениях. Также необходимо учитывать природу вмещающих пород. Так, например, если вмещающие породы содержат детритовый иллит, то его диагностика рентгеноструктурными анализами для гидротермальной системы не имеет никакого значения. Другие информативные данные, такие как отношения Au/Ag или минерализация по флюидным включениям, могут быть нанесены, в качестве дополнения. Направления потоков гидротерм могут стать очевидными путём сравнения с моделями современных систем (рис. 3)

Должно отмечаться расположение любых аномальных температурных точек. Они могут дать ключ к расшифровке тектонической ситуации. Необходимо сделать расчёты химического состава гидротерм и отмечать любые аномальные зоны, такие как местонахождение минералов, свидетельствующих о кислых гидротермах. Эти места должны быть тщательно изучены. Рассмотреть представляют ли собой зоны кислых гидротерм почти горизонтальные слои на высоких абсолютных отметках, или их распространение ограничено зонами разломов? Потоки кислых гидротерм восходящие или нисходящие? Имеются ли индикаторы магматических летучих, такие как турмалин? Также интерпретируются места расположения зон кипения гидротерм, субгоризонтальные они или находятся в почти вертикальных разломах. Коррелируются ли они с зонами гидротермального брекчирования?

Как только этот процесс исследования закончится, то картина гидротермальной системы должна стать ясной (рис.4). Может оказаться, что до сих пор была разведана только часть системы. В этом случае уместен вопрос, а с какой частью системы мы имеем дело? Является ли она восходящим потоком или растёком? И как глубоко мы заглянули в систему? Где она заканчивается?

Расшифровка тектонических событий

Ископаемые гидротермальные системы редко сохраняются в первоначальном состоянии. В активных системах частое образование разломов является правилом, а эрозия может привести к наложению гидротермальных изменений. Здесь может происходить значительный после рудный тектонизм. Отличие синхронного и после рудного тектонизма является важным фактором. Рудные зоны могут скрываться при образовании разломов и изменениями наклонов залегания залежей в последнем случае. Интенсивность после рудного тектонизма может быть значительной даже для очень молодых месторождений. Так, например, вулканические породы, содержащие эпитермальные месторождения на Вуда (Фиджи), подвергались, по крайней мере, подъёму на 1800м после плиоцена и сейчас залегание находится под углом до 85° с большим смещением по разлому.

Глубина эрозии

Первым шагом в исследовании месторождения является оценка глубины эрозии системы при современной земной поверхности. Приближенные расчёты могут быть сделаны на основании минералогии гидротермальных изменений и использования кривой температура - кипения глубина. Если имеется в наличие вертикально распространённая система данных, то предполагаемые температуры могут быть помещены на графике вертикального профиля и этот график сравнивается с кривой кипение-глубина в соответствующем масштабе (рис. 5).

Это является редким случаем, если только не рассматривать существующие подземные рудники или районы с сильно расчлененным рельефом, таким, например, как в некоторых местах Ирианской Яйи. Обычно имеются в наличии только данные поверхностных исследований и неглубокого бурения. В этом случае самые высокотемпературные вторичные минералы могут использоваться для прогноза минимальной глубины эрозии.

Так, например, если встречается иллит, то здесь определяется минимальная температура 230°С, а минимальная глубина эрозии 315м, поскольку предполагается, что иллит образуется на этой глубине (рис. 6а). Местонахождение фаз, указывающих более низкие температуры в том же образце, не учитывается, так как они могли отложиться позже более холодными гидротермами. Но этот случай необходимо особо тщательно изучить, чтобы сделать следующий вывод:

- иллит может образоваться при температурах более 230°С, таким образом, глубина эрозии является минимальной оценкой (рис. 6b).

- Гидротермы могли иметь две фазы, в результате чего градиент точка кипения-глубина должен был быть значительно менее крутым и глубина эрозии должна быть большей. Это особенно применимо к пробам, которые свидетельствуют о процессе кипения. В этом случае градиент точка кипения - глубина совершенно неприемлем (рис. 6с) - Палео-пьезометрическая поверхность могла быть на некоторой значительной глубине от земной поверхности. Как мы видели на примере современных Филиппинских систем, глубина зеркала воды 500 м является обычным случаем (рис. 6d).

Все эти факторы означают, что глубина эрозии оценивается всегда по минимуму и это может большим просчётом.

Образование разломов во время рудообразования не оказывает большого влияния на зональность гидротермальных изменений, хотя этот процесс может быть очень важным механизмом рудной минерализации. Образование разломов после рудной минерализации может смещать секторы зональности гидротермальных изменений вверх или вниз. Это можно проследить по изотермам, что проявляется в размещении вблизи друг от друга образцов, показывающих низкие и высокие температуры. Образование разломов может предполагаться, особенно, в тех случаях, когда градиент температур между образцами минералов превышает температурный градиент, характерный для активной системы, или, когда окажется, что зона дислокации линейная (рис. 7). Небольшие смещения по разломам (несколько десятков метров) можно интерпретировать по данным флюидных включений, если они образовались в соответствующей зоне, т.е. в одной кварцевой жиле. Важно гарантировать, чтобы одновозрастные температуры были сопоставимыми.

Любые гипотезы о формировании разломов, полученные по зональности гидротермальных изменений, должны затем тщательно сравниваться с полевыми исследованиями. Имеются ли какие-то свидетельства наличия разлома в определенном месте? Соответствует ли направление подвижек по разлому региональной тектонической схеме?

Образование наклонов. Региональные наклоны, как и образование разломов, могут быть важными факторами в активных тектонических районах, таких как островные дуги. Они могут быть менее уловимыми и более трудными для диагностики, чем образование разломов, но также важными. После рудные наклоны до 15° могут вызывать более чем 500 метровые вертикальные смещения на протяжении 2 км. Если палеогидрология оценивается на основании градиента точка кипения-глубина, то кажущееся вертикальное смещение в 500 метров может привести к допустимой разнице в смещении изотерм до 160°С (рис. 8). Возникает вопрос, предполагается ли гидрологический градиент по соответствию изотерм и чувствительны ли они в плане моделей активных систем? Если нет, то данные должны исследоваться, чтобы понять имеется ли систематический тренд и можно ли это объяснить наклонением после образования руд. Ещё раз, предполагаемые смещения должны тщательно изучаться, чтобы понять являются ли они результатом активности региональной тектоники.

Построение прогнозной модели

После построения модели гидротермальной системы, возникает вопрос, где в гидротермальной системе может находиться рудная минерализация. Очевидно, что знание концентрации руд является очень полезной информацией, в связи с чем, должны быть изучены имеющиеся в наличии данные. Путём сравнения с моделями активных гидротермальных систем, возможно, определять, как наблюдаемая рудная минерализация встроена в гидротермальную систему и, следовательно, прогнозировать, где локализуются более крупные и богатые месторождения (рис. 4). Если только модель не может быть использована для прогноза, то она не имеет ценности в качестве промышленного месторождения!

Промышленные зоны эпитермальной минерализации могут не находиться в самой центральной высокотемпературной части гидротермальной системы, поскольку они могут быть эродированы ниже эпитермального уровня. Аналогично в порфировых месторождениях центр Плутона может не содержать богатых руд. Более богатая рудная минерализация может располагаться на флангах или в определенной температурной зоне вдали от главной интрузии.

Практические упражнения

Для каждой карты или разреза (Рис.9-12), рисуются изотермы и стараются понять гидротермальную систему, обусловившую образование рудной минерализации. Даётся короткое описание района и определяются наиболее перспективные зоны разведки золота или меди. При этом нет «правильных» и «неправильных» ответом. Полученные данные являются реальной информацией, которая может содержать некоторые аномалии (неточности), и вполне возможно, что различные люди могут прийти к разным выводам.

распространение потока гидротерм вдоль разломов. Имеются некоторые данные о присутствии пограничной зоны кислых гидротерм в самых западных образцах, вероятно, образованных конденсатами пара.

Температура быстро уменьшается на восток, но в этом же направлении происходит подъём рельефа и здесь распространены минералы, образованные кислыми гидротермами. Это остатки кислотного перекрытия.

Предполагается, что две большие рудоносные зоны располагаются на западе и востоке, где распространен эпидот. Пробы с эпидотом не имеют высоких концентраций золота. Эпидот может находиться ниже уровня зоны рудной минерализации, в которой происходило кипение гидротерм. Следовательно, глубокое бурение в этом месте не рекомендуется. Далее к западу концентрации золота выше и температуры ниже, что позволяет предполагать наличие шанса нахождения жил на глубине. Считается лучшим сконцентрироваться на зоне распространения потока гидротерм по разлому. Бурение на востоке под кислый экран (перекрытие) также считается перспективным для обнаружения месторождения.

Похожая ситуация может наблюдаться в середине жилы, несмотря на меньшее количество проб, имеющихся в наличии. Температуры уменьшаются к северу, с продвижением вверх согласуется образование разломов, ориентация которых как у жил. Температуры в этой жиле в целом ниже, чем в более крупной жиле на западе. Это могло бы означать, что эта жила более удалена от источника тепла или она не глубоко эродирована. Низкая концентрация золота в средней пробе из центральной жилы не должна обескураживать. Это, вероятно, просто означает, что эта часть жилы не эродирована вглубь до уровня лучшей рудной минерализации таким образом, при всех равных других условиях эта жила может рассматриваться, как мало перспективный объект для разведки.

Немногое можно сказать о восточной жиле. Она имеет температуры, аналогичные температурам средней жилы. Низкая концентрация золота не может обескураживать. Однако факт низкого отношения Au/Ag может означать, что оно свидетельствует об удаленности потока гидротерм, и, нейтральных минеральных комплексов (адуляр, хлорит, возможно, иллит), так и для минералов, образованных кислыми гидротермами, (каолинит, диккит, возможно, анкерит и сидерит). Они также аномальны для повышенных концентраций золота и отношений золота к серебру.

Одним из возможных объяснений является то, что эти четыре пробы представляют зону эпитермального наложения на ранее существовавшую более высокотемпературную систему (связанную с порфирами?). Температуры флюидных включений позволяют предполагать или все эти пробы относятся к последней стадии развития системы, для которой характерны большие градиенты температур в зоне эпитермального наложения, или они связаны с литостатической стадией порфировой системы и требуют очень большой коррекции давлений.

Ясно, что это была бедная золотая минерализация, связанная с порфировыми событиями, но повышение концентрации золота произошло в боле поздние эпитермальные события. Минералогия позволяет предполагать отложение золота смешанными гидротермами, возможно, восходящими бикарбонатными растворами (на что указывают сидерит и анкерит). Выделенная зона может быть лучшим разведочным объектом, хотя нет причин предполагать, что концентрации золота могут увеличиваться с глубиной.