Файл: Борисов, О. Г. Экструзии и связанные с ними газо-гидротермальные процессы.pdf

няется в широких пределах. Если исходить из среднего (52,96%) содержания воды (по газам Килауэа), то для базальтов КР= 1,217,

что соответствует температуре 1150—1300° К. И хотя средние цифры не отражают реальной температуры кристаллизации пород разного типа, они вполне однозначны в оценке температуры кристаллизации эффузивных и интрузивных пород.

др.) предполагают первично щелочной состав магматических эмана­ ций, которые в более поверхностных условиях переходят в кислые. Газо-гидротермы различного состава в вулканических районах представляют собой генетический ряд, связанный с последователь­ ной дифференциацией эманаций и взаимодействием вод с вмещаю­ щими породами. Изменение состава гидротерм, проявляющихся на поверхности, может быть вызвано также изменениями состава глу­ бинных эманаций у источника с течением времени.

Мнение о единстве газо-гидротерм вулканических районов в принципе поддерживается и японскими исследователями (I. Iwasaki, 1962; I. Iwasaki et al., 1962, 1966). Разнообразие проявлений вулка­ нических газо-гидротерм они объясняют дифференциацией первич­ но кислых магматических эманаций, связанной с отделением тех или иных компонентов вследствие избирательного растворения га­ зов, реакций окисления и взаимных реакций внутри газо-гидротерм и с вмещающими породами. Общая классификация вулканических газов, по данным И. Ивасаки и др., (I. Iwasaki et al., 1966), приве­ дена в табл. 29. Они предлагают следующее общее направление дифференциации магматических эманаций.

Магматические эманации, находящиеся в химическом равнове­ сии с материнской магмой при температуре 1200° С, содержат весь летучий материал магмы: Н2 0, НС1, HF, S 0 2, H2 S, С 02, СО, Н2, N2’

и др. Вследствие изменения химического равновесия как твердая, так и жидкая фазы могут разделяться и перемещаться. Соответ­ ственно будет изменяться и химический состав магматических эма­ наций. При падении температуры и давления ниже критической точки для воды обособляется водная жидкая фаза и значительная часть компонентов из магматических эманаций должна в ней раст­ вориться. В результате образуются два типа вулканических газов и воды кислого хлоридиого типа. При окислении серы образующий­ ся сернокислотный тип вод присоединяется к кислому хлоридному

141

типу и на выходе в горячих источниках отношение SO4/CI постелен-

но будет увеличиваться. Со временем эти воды изменяют свою при­ роду из кислых в щелочную. И в течение длительного времени вул­ канические газы, выделяющиеся из этих вод, будут содержать в незначительном количестве НС1 и SO4 и очень много С02, N2 и H2 S. По мере возрастания pH воды растворимость С 02 увеличивается,

что приводит к формированию карбонатного типа вод, которые уже

формируются вне зависимости от концентрации SO.?- или С1“ и отношения SO4/CI и присоединяются к другим типам вод. По мере уменьшения содержания С02 в газовой фазе начинает растворяться

H2S и формируется азотный тип вулканических газов. Вдоль всего пути движения газо-гидротерм к поверхности будут проходить мно­ гочисленные реакции, продукты которых отлагаются около фумарол и выходов горячих источников. Многие виды продуктов дифференци­ ации магматических эманаций могут образоваться независимо на каждой стадии дифференциации. Продукты, образующиеся при ран­ них стадиях (высокое давление и температура), впоследствии изме­ няются и переходят в другие соединения пли изменяют свои хими­ ческие свойства.

Точка зрения, высказанная японскими исследователями, четко рисует направление дифференциации магматических эманаций от кислых к слабощелочным. Эта схема по своему построению не про­ тиворечит схеме сторонников иного направления дифференциации — от щелочных хлоридных глубинных газо-гидротерм к кислым по­ верхностным. Противоречия возникают от различного понимания природы хлоридно-щелочиых терм вулканических районов: одни считают их свежими родоначальными термами, другие — конечным продуктом дифференциации, а это во многом определяет природу рудообразующих растворов — первично магматических или сущест­ венно контаминированных (коровых). Решение вопроса о хлорид- но-щелочных термах вулканических районов склоняется в настоя­ щее время в пользу первого случая, т. е. первичного происхождения их газового и минерального состава. Многие факты показывают, что кислые сульфатные термы развиваются у выходов на поверхность щелочных хлоридных вод вследствие окисления содержащегося в последних сероводорода.

Дифференциация магматических эманаций закономерно прояв­ ляется и в изменении состава минеральных вод, что выявлено при

•исследовании вулканических гидротермальных систем в различных странах. Благодаря процессам дифференциации проявляется верти­ кальная зональность в распределении гидротерм различного соста­ ва со щелочными водами внизу и кислыми наверху. Эти выводы были сделаны почти одновременно исследователями различных вул­ канических районов мира, где проводились геотермальные исследо­ вания (С. И. Набоко (1963), С. С. Сидоров (1965) и др.— Камчатка; Д. Е. Уайт, 1965 и др.— США; И. Ивасаки, Озава, Иошида и др., 1965 — Япония). В то же время геологи, работающие в областях не­ давнего вулканизма, установили существование там вертикальной зональности гидротермально измененных пород (Г. М. Власов,

142

№. M. Василевский (1964) — Камчатка и Курильские о-ва; В. С. Со­ болев (1954), М. Ю. Фишкин (1958) и др.— Карпаты; А. Стейнер (1953, 1955)— Н. Зеландия; Г. Е. Сигвальдсон и Д. Е. Уайт (1965) — США, Невада и др.)- Смена сверху вниз кислотных про­ дуктов породами, преобразованными щелочными растворами, согла­ суется с общим зональным распределением вод различного состава. Изучение вулканических эманаций показало родство кислых суль­ фатных, кислых сульфатно-хлоридных и щелочных хлоридных вод. Вся эта гамма минеральных вод проявляется зонально и наблюда­ лась авторами на ряде вулканов Камчатки и Курильских островов — вулкан Кихпиныч — Долина Гейзеров, вулканы Менделеева и Го­

ловнина.

Родственные связи между ее отдельными членами доказывают­ ся наличием взаимопереходов и идентичностью азотно-углекислого состава свободно выделяющихся газов, а также отношением щело­ чей, что позволило сделать вывод о генетическом единстве различ­ ных типов терм областей современного вулканизма и об образова­ нии сульфатных и сульфатно-хлоридных вод из щелочных хлорид­ ных (Сидоров, 1965; Воронова, Сидоров, 1965ь 19652, 1966).

Причины дифференциации магматических эманаций

Различные типы зональности вулканических газо-гидротерм находят свое отражение прежде всего в составе вулканических га­ зов. Намечаются две группы вулканов, одна из которых характери­ зуется существенно сернокислотными, а другая галогенокислотны­ ми эманациями. Чем вызвана такая дифференциация? Не она ли определяет расхождения на источник щелочных хлоридных терм? В большинстве случаев сернокислотные эманации сопровождают вулканы, образованные существенно гиперстеновой лавой среднего состава, а галогенокислотные — лавой кислого состава. Выше мы отмечали, что такие вулканы отличаются друг от друга не толькосоставом пород, а, главным образом, геологоструктурным положе­ нием и глубиной магматического очага. Следовательно, состав и дифференциация магматических эманаций должны обязательно от­ ражать условия становления магматического очага.

Существуют различные теоретические предпосылки для объ­ яснения способа выделения летучих из общей смеси магматических эманаций. Остановимся на одной из них, которая довольно точно отражает сущность поставленного вопроса (закон Генри). Этот ча­ стный случай общей закономерности выражается в том, что давле­ ние пара летучих в жидкости при данной температуре является функцией концентрации летучего вещества в жидкости (с учетом на отклонение от их неидеальности). Теоретические построения на ос­ нове закона Генри показывают, что в смеси газов компонент, обла­ дающий более низким давлением пара, по мере уменьшения давле­ ния занимает увеличивающуюся долю газовой фазы. Причем так происходит до тех пор, пока этот компонент не, станет менее раство­

143

рим, чем компонент с первоначально высоким давлением пара. Дру­ гими словами, относительно нерастворимые газы в магме вытесня­ ются в самом начале выделения газов, а растворимые выделяются последними. Не исключено, что летучие вещества в расплаве взаи­ модействуют таким образом, что сочетание давления паров, соответ­ ствующее определенным порциям летучих компонентов, будет больше давления пара этих отдельных компонентов, если бы другие и не присутствовали.. В этих условиях во время выделения газа при определенном давлении была бы получена смесь с минимально низ­ кой точкой кипения и затем различные летучие вещества были бы удалены в определенных пропорциях.

К. В. Бёрихама и его коллег по растворимости воды в расплавах магмы с небольшим количеством сульфидов показывают, что прак­ тически вся сера в виде H2 S, находящегося в равновесии с силикат­

ным расплавом, концентрируется в парообразную богатую водой фазу. К. Бёрихам считает, что с геологической-точки зрения боль­ шое значение имеет не растворимость H2S в магме, а отсутствие или наличие богатой водой парообразной фазы, которая служила бы коллектором H2 S. Если это так, то сернистые газы можно ставить в

ряд с водой, не учитывая в принципе их летучесть.

Летучесть газов зависит и от общих физических свойств, кото­ рые определяются молекулярной формой газовой составляющей смеси. Так, в зависимости от критической температуры или темпера­ туры кипения имеем следующий ряд летучести (от более летучих к менее): для молекул однокомпонентных газов — IT2, N2, F2, 0 2, С12; для молекул двухкомпонетных газов— СО, СН4, НС1, С 02, IT2 S, S 0 2, HF, Н2 0; для обычного ряда вулканических газов — Н2, No, СО, 0 2, СН4, НС1, С 02, H2 S, S 0 2, HF, Н2 0.

Считают, что температура меньше влияет на летучесть, чем давление. Видимо этим объясняется выпадение из общего ряда ле­ тучести НС1 и H2 S, построенного по критической температуре. Кро­

ме того, нужно учитывать «растворимость» шли сродство газовых компонентов смеси — их способность вступать в реакции с силикат­ ным расплавом или вмещающими породами. Полевые наблюдения показывают, что состав и порядок выделения газов тесно связан с их летучестью, определяемой на поверхности или в приповерхно­ стных условиях формой проявления вулканизма (эксплозия, эффу­ зия, экструзия).

Начало извержения в районе Катмаи происходило в кульмина­ ционный момент повышения давления паров менее растворимых ле­ тучих веществ (сернистые и углекислые газы с водородом). Затем последовало выталкивание лавы, насыщенной на глубине более растворимыми галогенными кислотами (Lovering, 1957, 1961). Со временем галогенйкислотная деятельность фумарол на песчаном

144