В разрезе рудные минералы имеют следующее распределение. В интервале 0–5 см — интенсивное обогащение тонкозернистыми землистыми образованиями аурипигмента со скородитом. Фактически в этом интервале формируется пласт мышьяковых руд. Ниже, до 1,5 м, следует зона с чередующимися тонкими, не более 1 см, слоями, насыщенными тем же землистым аурипигментом и мелкокристаллическим реальгаром. В интервале 30–50 см находится зона с тонкоигольчатым антимонитом. Глубже 1,5 м (до 4,5 м) наблюдается рассеянная вкрапленность реальгара. Аурипигмента уже почти нет. Глубже 5 м сульфидов мышьяка нет; по всему разрезу интенсивно развиваются тонкодисперсные и мелкокристаллические образования пирита. С 6 м преобладающей разновидностью становятся хорошо сформировавшиеся кристаллы пирита размером более 1 мм.
Скважина вскрыла зону относительно высоких температур. В процессе бурения удалось промерить температуру лишь до глубины 2 м, здесь опа составила 97 °C. На глубине 2,5 м произошло вскипание воды и пароводяной выброс. Дальнейшее бурение велось с закачкой в ствол холодной воды. После окончания бурения скважина имела режим самоизлива с избыточным давлением 0,3 атм. На глубине 16,5 м была зафиксирована температура 116 °C.
ВОДА В ПОРАХ ГОРНЫХ ПОРОД
Любая горная порода включает некоторое количество воды. Даже в свежеизлившейся магматической породе — лаве содержится до 0,5 % (иногда больше) воды. Она находится в межзерновых пространствах, в тонких трещинах, полостях и порах породы. Будучи универсальным растворителем, вода всегда интенсивно взаимодействует с вмещающими ее породами и фактически является раствором, содержащим самые разнообразные соли. Со временем между горной породой и заключенной в пей водой устанавливается динамическое равновесие, когда без изменения каких-либо условий не происходит существенного изменения ни солевого состава раствора, ни количественного и качественного состава вмещающих пород. Обычно в этом случае в породе завершается процесс формирования вторичных гидротермальных минералов, таких, как кальцит, гипс, опал, кварц, глинистые минералы, цеолиты и др.
Если же между породой и раствором, ее пропитывающим, еще не установилось равновесие, то возможны два случая взаимодействия — либо в воду будут интенсивно переходить минеральные компоненты породы, либо, наоборот, за счет солей раствора будет происходить кристаллизация новых минералов. Большую роль в этих процессах играют кислотность-щелочность растворов и так называемый окислительно-восстановительный потенциал вод и пород.
Изучая отжатые из горных пород растворы (например, из керна буровых скважин), можно получить представление о характере процессов, происходящих в породе на разной глубине. Для поровых растворов, находящихся в породах на глубинах, превышающих уровень циркуляции грунтовых вод, характерны слабощелочная реакция и восстановительная среда. В таких породах всегда будут находиться кристаллики пирита и, возможно, самородной меди без признаков растворения и окисления, а поровые растворы — без ионов железа и меди. В близповерхностных условиях, в зоне активного воздействия кислорода воздуха и грунтовых вод, проникающих на глубину по тончайшим трещинкам в породах, поровые воды, как правило, несут следы окислительных процессов. В зависимости от стадии окисления в них обнаруживается как закисное, так и окисное железо, ионы сульфата, а сами растворы приобретают слабокислую реакцию (pH снижается до 5–4,0). В окисленных породах отсутствует неизмененный пирит и самородная медь. Им на смену приходят окислы железа и меди, сульфаты: лимонит, алунит, ярозит, гипс, ковеллин, борнит и др. Надо отметить, что особенно интенсивно окисление происходит в поверхностной зоне породы, где возможен постоянный и быстрый приток кислорода. С глубиной концентрация окисляющего компонента (кислорода) в воде, проникающей в поры, очень мала, поэтому процессы окисления затухают. Кроме того, с глубиной увеличивается температура и затрудняются условия биохимических реакций, играющих, как показали исследования последних лет, большую роль в процессах окисления.
На Узоне, в области термального поля, в результате химических реакций раствор — порода при повышенной температуре, за время существования гидротермальной системы сформировалось сложное метасоматическое тело. Бурение показало, что оно состоит из зон гидротермально-измененных пород с новообразованными минеральными ассоциациями. На глубине вскрываются пропилитизированные породы с характерным для них набором минералов (адуляр, альбит, хлорит, кальцит, пирит). В приповерхностной зоне наблюдается развитие фаций кислотного выщелачивания. В интервале глубин 3,0–17 м (предельная глубина скважин) по озерно-кальдерным образованиям, представленным переслаивающимися гравелитами, псаммитовыми и алевропелитовыми пеплово-пемзовыми туфами с обломками лав андезита, базальта и дацита, развивается комплекс глинистых минералов монтмориллонитового ряда с цеолитами. Здесь же много прекрасно ограненных кубических мелких кристалликов пирита. Вверх по разрезу на смену монтмориллониту приходят галлуазит, каолинит и опал. Пирит в этом интервале уже тонкодисперсный. Самый верхний горизонт обогащен сульфидами мышьяка (аурипигмент, реальгар) и сурьмы (антимонит).
Интересно проследить изменение поровых растворов в вертикальном профиле описанного выше метасоматического тела. При бурении скважин поровые растворы были получены непосредственно из горячих образцов путем отжима малогабаритным прессом при давлении 100 кг/см’. Они отжимались в изолированный от воздуха сосуд из фторопласта, в который были вмонтированы электроды для измерения pH и Eh (окислительно-восстановительный (потенциал). Как правило, поровые растворы более минерализованные, сульфатные, с преобладанием кальция и натрия (в сравнении с магнием и калием). Они же имеют Колее высокую концентрацию водородных ионов (pH 6,3 против 7,2–7,6) и более высокий окислительно-восстановительный потенциал (Eh +215–275 мв против –50–65 мв в свободных растворах). По поровым растворам наблюдается вертикальная гидрохимическая зональность, которая находится в соответствии с вертикальной минералогической зональностью.
До глубины 0,2 м поровые растворы характеризуются ж низкой общей минерализацией и концентрацией основных (ионов: Na и Сl. Отношение натрия к калию самое низкое для изученного разреза. В растворах отмечается самая высокая концентрация магния; гидротермальная глина в этой зоне не содержит магния (каолинит + галлуавит). Из сульфидов развиты аурипигмент и пирит.
На глубине 0,5 м pH порового раствора уже равен 6,63; Eh +215 мв. Вместо аурипигмента здесь образуется реальгар и антимонит. Концентрация магния в растворе остается еще значительной, однако отношение кальция к магнию повышается. Это зона перехода каолинит-галлуантовой ассоциации к монтмориллонитовой. Глубже по всему разрезу возрастает минерализация поровых растворов, отмечается преобладание натрия над калием и кальция — над магнием. Уменьшение в поровом растворе концентрации магния соответствует увеличению с глубиной новообразованного магнезиального монтмориллонита.
Уже на глубине 1,25 м, где монтмориллонит становится ведущим гидротермальным минералом, концентрация магния в поровом растворе резко снижается. На глубине,2 м поровый раствор имеет повышенную концентрацию сульфат-иона и высокую общую минерализацию. Отношения натрия к калию и кальция к магнию высокие. Раствор имеет реакцию, близкую к нейтральной (pH 6,4) и (Eh +170 мв). В этой обстановке наряду с монтмориллонитом образуется и цеолит (клиноптилолит).
Высокое содержание сульфат-иона в поровых растворах с глубины 0,5–4,2 м свидетельствует, по-видимому, об уровне проникновения зоны аэрации и об интенсивно идущих здесь процессах окисления сульфидов железа. Во сяком случае, именно на этом интервале в керне скважин отмечено две генерации пирита: мелкозернистый латунно желтый и тонкодисперсный черного цвета.
Концентрация мышьяка и сурьмы в поровом растворе рудной залежи и по всему изученному разрезу более низкая (соответственно 0,1–1,0 и 0,008 мг/л), чем в свободных перегретых хлоридно-натриевых водах (соответственно 5–7 мг/л и 0,024 мг/л). Понижение в поровых растворах концентрации мышьяка, сурьмы, а также магния свидетельствует, по-видимому, об установившемся равновесии поровый раствор — глинистые минералы — сульфиды мышьяка и сурьмы, а также о существенном различии в физико-химической обстановке в зоне передвижения и отложения минеральных компонентов.