В кальдере вулкана

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.