Контроль проницаемости в гидротермальных системах (стр. 1 из 3)

Контроль проницаемости в гидротермальных системах

Почему проницаемость важна?

Гидротермальное рудное месторождение является ископаемым свидетельством взаимодействия гидротермы - порода. Для его образования гидротермы должны профильтроваться через породу. Если порода непроницаема, то лишь небольшое количество гидротерм сможет пройти через неё и передача тепла будет небольшой. При прочих равных условиях, чем большее количество гидротерм пройдет через породы, тем больше и богаче будет образовавшееся рудное месторождение. Любой процесс, сопровождающийся брекчированием (дроблением) породы, обнажает большую поверхность породы, способную к взаимодействию с гидротермами, и, таким образом, ускоряет необходимые химические процессы. Целью этого раздела является идентификация наиболее важных типов проницаемости для гидротермального рудоотложения. Следовательно, рассмотрение проблемы, как понимание геометрических соотношений зон проницаемости, может быть использовано для прогноза локализации мест рудообразования.

1. Типы проницаемости

1.1 Первичная проницаемость

Массивные вулканические породы являются наиболее обычными вмещающими породами эпитермальных и порфировых месторождений. Первичная проницаемость в них представлена на рис.1.

Первичные поры. Они оказывают слабое влияние на проницаемость пород, так как в целом не соединяются в единую систему каналов и полостей. Необходимо отличать пористость от проницаемости. Пористость важна для накопления гидротерм, но если поры соединены, то они не влияют на базовую величину проницаемости. Имеются исключения среди пород, в которых пористость сильно воздействует на проницаемость. К ним относятся пемзы.

Трещиноватость остывания. В лавовых потоках система трещин остывания образует зоны проницаемости. Такими примерами являются брекчии, образующиеся в кровле и в основании лавовых потоков. Эти зоны проницаемости первоначально имеют почти горизонтальное залегание. В плутонических или глубинных массивах породах зоны брекчирования формируются по периферии этих тел. Вероятно, эти зоны трещиноватости имеют, как вертикальное, так и горизонтальное расположение (или какое-либо промежуточное расположение).

Литологические контакты. Эти зоны проницаемости первоначально почти горизонтальные, но некоторые, образованные выпадавшей из воздуха пирокластикой, могут залегать поверх ранее существовавшего рельефа с довольно крутыми углами падения склонов (до 20^о). В плутонических или гипабиссальных породах контакты тел, сложенных ими, бывают, по-видимому, как вертикальными, так и горизонтальными (или с каким-либо промежуточным наклоном).

Структуры вулканических эруптивных каналов. Эти образования представляют особый случай автобрекчирования. Они обычно почти вертикальные.

В вулканокластических породах и осадках степень проницаемости будет зависеть от размеров обломков и их упаковки. Так, например, туфы могут быть хорошо проницаемыми, или совершенно непроницаемыми. Такие породы могут также иметь большую площадь обнаженной поверхности на единицу объёма и, следовательно, могут быть в большей степени склонными к гидротермальным изменениям. Большие вертикальные эруптивные каналы (т. н. диатремы) представляют особый случай первичных каналов с хорошей проницаемостью в вулканогенных толщах. Хорошим примером, где этот случай рудной минерализации представлен, является месторождение Монтана Туннелс в США (Sillitoeetal., 1985).

1.2 Вторичная проницаемость

В типичной островодужной структуре основными причинами вторичной проницаемости являются (рис.2):

Трещиноватость, образованная при инъекции дайки, наиболее вероятно, располагается в около поверхностных зонах.

Образование трещин в результате теплового расширения, хаотичное расположение. Растворение пород, хаотичное расположение.

Разломообразование, наиболее вероятное субповерхностное расположение.

Гидротермальное брекчирование: наиболее вероятное вертикальное расположение зоны проницаемости.

Инъекция дайки. Проницаемость, образованная вследствие механического размещения плутона перед образованием гидротермальной системы, может существовать наряду с первичной проницаемостью, как выше описанная. Очевидно, повторяющиеся внедрения даек во время деятельности гидротермальной системы так же будут приводить к образованию вторичной проницаемости в результате исключительно механического воздействия. Но это будет обсуждаться в другой главе, поскольку этот процесс оказывает более важное влияние на перераспределение температуры гидротерм и, следовательно, давлений. Такие события, хотя и важные, но редко учитываются по сравнению с другими процессами образования вторичной проницаемости.

Образование трещин в результате теплового расширения. Важным фактором, который связан с около плутоническими порфировыми средами, но не характерными для эпитермальных условий, является процесс образования трещин, обусловленный напряжениями, вызванными тепловым расширением. Этот процесс сопровождается формированием зон трещиноватости во вмещающих породах, по мере того как они нагреваются соседними плутонами, или, что более существенно, происходит растрескивание самих интрузивных пород, которые находятся в контакте с холодными подземными водами, вторгающимися в эти плутоны. Небольшое тепловое воздействие, сопровождаемое расширением, может привести породы к дроблению: по крайней мере, достаточно нагрева на 75^оС при благоприятных обстоятельствах, чтобы создать поле напряжения. Следовательно, увеличение проницаемости в интрузиях за счёт трещинообразования обусловливается механизмом положительной обратной связи, поддерживающего циркуляцию гидротерм и охлаждение плутона. Большее охлаждение, более интенсивное трещинообразование и более сильная раздробленность пород приводят к усилению циркуляции гидротерм.

Растворение пород. За исключением особых случаев, связанных с известняками, этот процесс представляет относительно второстепенную причину образования вторичной проницаемости в вулканических районах (террейнах). Однако это очень важно для образования нефтяных резервуаров. Наоборот, уменьшение проницаемости в результате отложения вторичных минералов, является очень важным процессом контроля гидрогеологического режима гидротермальных систем.

Тектонизм. Образование разломов и, сопряженное с ними трещинообразование (дробление), как нормальное, так и надвиговое, могут формировать большие зоны дробления, поскольку горизонтальные напряжения часто характеризуются большими значениями. Вблизи плитовых границ повторные подвижки по разломам - это обычное явление. Как только образуется разлом, он, по мере накопления напряжений, облегчает горизонтальную и вертикальную подвижки по нему. Следовательно, слегка изменившееся направление напряжений увеличивает проницаемость, по мере открытия свободного пространства, образованного в порядке приспосабливания данного участка (блока) к новым условиям поля напряжений. Обновленные структуры, следовательно, могут быть особенно проницаемыми. Наоборот, проницаемость может быть пониженной в ряде случаев и относительно высокой по всей протяженности разлома.

"Гидротермальное" брекчирование. Это особый тип брекчирования, обусловленный растяжением, которое происходит, когда давление гидротерм в породах превышает минимальное общее напряжение, плюс прочность пород на разрыв. Но в раздробленной породе (которая часто встречается в районах активного тектонизма) прочность пород на разрыв часто равна почти нулю и в островодужных условиях минимальное усилие часто происходит в горизонтальном направлении. Следовательно, трещины могут открываться при относительно низких давлениях, где-то вблизи "литостатического" (где давление определяется в качестве эквивалента вертикальной нагрузки пород). Как только происходит раскрытие трещины, начинается быстрое распространение этого процесса по этому направлению. Этот процесс называется "гидродроблением". Он может привести к образованию "зигзаговой" брекчии или брекчии "трещинного растрескивания".

Образование таких структур позволяет гидротермам течь значительно быстрее, чем до этого явления, поскольку этот процесс уменьшает гидравлический градиент в потоке гидротерм. Он может достичь точки, где обломки начнут передвигаться по трещине, в результате чего происходит их окатывание и превращение породы в муку. Если падение давления между источником и стоком становится достаточно большим, то гидротермы могут иногда претерпевать фазовый переход, т.е. они начинают "кипеть", "дегазировать" или "взрываться". Описываемый процесс обусловливает изменение объёма и, таким образом, энергично и быстро приводит гидротермы в движение. Следовательно, он может быть причиной значительного дробления с глубоким проникновением по разлому, в результате чего формируются глубокие проницаемые дрены (каналы) (рис.3). Поток будет функционировать до тех пор, пока трещина или разлом не будут перекрыты блоками пород или приток гидротерм в дрену прекратится по какой-то иной причине.

Тектонизм и гидротермальное брекчирование действуют по типу "рука в перчатке": они могут быть началом формирования разветвлений каналов. Такие же зоны играют роль мест сосредоточения (фокусирования) повторных эпизодов брекчирования обоих типов. Часто бывает не ясно, является ли любое частное событие чисто тектоническим или только гидротермальным. Иногда это различие искусственное. Тектонические силы формируют поле напряженности, в границах которого дробление может индуцироваться по мере увеличения давления в гидротермальном горизонте, что снижает эффективность предельного напряжения и в результате этого процесса происходит подвижка по разлому.