Эти месторождения возникают из горячих водных растворов, циркулирующих в земной коре, а иногда и выходящих на поверхность земли. Иногда под гидротермальными месторождениями понимают только такие, которые формируются постмагматическими растворами. Однако достоверных критериев, определяющих генезис растворов, в настоящее время нет. Кроме того, допускается возможность генезиса месторождений из смешанных вод — постмагматических и вадозных. Поэтому не следует считать гидротермальные месторождения только постмагматическими. Одни гидротермальные растворы возникают па последних стадиях кристаллизации магм — это ювенильные воды; другие — из циркулирующих в земной коре подземных вод поверхностного происхождения, т. е. вадозных. Это и древние седиментационные воды, сохранившиеся в толщах горных пород, и так называемые элизионные воды, выделяющиеся из горных пород (например, глинистых пород) в связи с их уплотнением. Это и возрожденные воды, удаляющиеся из горных пород в процессе метаморфизма (метаморфическая вода).
Наряду с гидротермальными некоторые геологи выделяют пневматолитовые месторождения, которые, как полагают, формируются из горючих газов, поступающих из магматических очагов. В связи с тем, что точно неизвестно, чем пневматолитовын процесс отличается от гидротермального для месторождений, возникающих в подземных условиях, то и нет достаточных оснований для выделения этого класса. Кроме того, газы входят в состав гидротермальных растворов, особенно в их высокотемпературные разности, и ряд месторождений, ранее относимых к пневматолитовым, согласно более поздним исследованиям, оказались гидротермальными. В условиях вулканической деятельности можно четко выделить месторождения, связанные с газовой фазой. Эти месторождения называют эксгаляционными. Примерами последних служат некоторые месторождения серы.
Гидротермальные растворы переносят различные полезные компоненты, из которых в результате осаждения формируются те или иные месторождения. Полезные компоненты попадают в гидротермальные растворы различными путями: или из магматических очагов, или из тех горных пород, по которым циркулируют гидротермальные растворы, или непосредственно из мантии Земли. В магматических очагах могут находиться и такие компоненты, которые присущи самой магме, в связи с особенностями ее состава или, как говорят, магматической специализацией. Например, для гранитоидов характерно повышенное содержание урана и золота. Некоторые компоненты попадают в магму вместе с вмещающими породами, которые усваиваются магмой, т. е. при ассимиляции. Например, по мнению А. П. Никольского, при усвоении гранитоидной магмой песчано-сланцевых толщ с повышенным содержанием олова последнее обогащает магму этим компонентом. Большое значение имеет состав исходных пород, из которых формируются некоторые виды коровых магм, т. е. магм, образующихся в условиях земной коры. Поэтому для оценки рудоносности регионов следует учитывать не только состав магматических пород, по и их происхождение, в том числе помнить, являются ли они мантийными (т. е. внедрились ли из мантийных глубин) или коровыми. В гидротермальных растворах, или, как их иногда сокращенно называют, гидротермах, могут содержаться такие компоненты, которые способствуют выщелачиванию полезных компонентов из различных горных пород и их удержанию в растворе. К таким компонентам относятся хлор, бор, фтор, сероводород, углекислота, щелочные металлы и др. Полезные компоненты переносятся в гидротермах в виде простых ионов и комплексных соединений. В виде комплексных соединений могут переноситься уран, олово, сурьма, бериллий, молибден, свинец и др. Так, по В. А. Барсукову, олово может переноситься в виде комплексных гексакислот типа Na[Sn(Fе,ОН) 6], распадающихся в условиях нейтральной и слабощелочной среды. Сурьма, по мнению В. В. Щербины, способна переноситься в виде соединения 2Nа3SЬSз; разлагается это соединение при понижении концентрации иона S2 — в растворе. На сравнительно небольшие расстояния полезные компоненты могут переноситься в виде коллоидных растворов. Растворимость веществ в коллоидных растворах может значительно превышать таковую, известную для истинных растворов. В некоторых случаях смена физико-химических условий приводит к переходу истинных растворов в коллоидные.
Для постмагматических гидротермальных растворов Д. С. Коржинский выделяет ряд стадий, связанных с изменением кислотности. Это ранняя щелочная стадия растворов, затем кислотная и, наконец, поздняя щелочная. Возникновение этих стадий идет параллельно понижению температур растворов. Полезные компоненты выделяются из гидротермальных растворов по различным причинам, которые могут быть вызваны изменением состава растворов, связанным с взаимодействием растворов с горными породами, по которым они просачиваются, взаимодействием с другими по составу растворами, встречающимися на пути продвижения гидротерм, изменением температуры, связанным в основном с охлаждением растворов, падением давления, изменением кислотности растворов и режима серы и кислорода и др. Полезные компоненты могут выделяться из гидротерм или в естественных полостях (тектонического и иного происхождения), или при замещении вмещающих пород (т. е. метасоматическим путем). В первом случае образуются тела выполнения в основном жильной формы, во втором — метасоматические залежи. Примером жил выполнения служат жилы флюоритовых руд, возникших в трещинах скола. Метасоматическими являются сложные по форме залежи богатых свинцовоцинковых руд в карбонатных породах, известные, например, в Забайкалье. В условиях метасоматоза растворение минералов исходных горных пород происходит практически одновременно с отложением новых минералов. При этом состав возникающих руд совершенно отличен от замещаемых пород (что имеет место в вышеприведенном примере с замещением агрегатом галенита, сфалерита, пирита, кварца и барита, известняков или доломитов) или же из исходных пород заимствуется ряд компонентов для новообразующихся минералов. Например, при образовании талька за счет доломитов из последних наследуется магний, входящий в состав талька. Кремнезем, необходимый для формирования этого минерала, приносится растворами.
Гидротермальные месторождения формируются в сравнительно широком диапазоне физико-химических условий. По температурам образования все гидротермальные месторождения принято делить на высокотемпературные, или гипотермальные, среднетемпературные, или мезотермальные, и низкотемпературные, или эпитермальные. Впервые такое разделение предложил американский геолог В. Линдгрен еще в 1907 г. В дальнейшем была значительно развита методика определения температур образования месторождений. Эту температуру определяют по-разному. Один из методов — определение температуры превращения двухфазных включений в минералах в одну гомогенную фазу в процессе нагревания пластинок из образцов. Большую роль в развитие этого метода в СССР играют исследования Н. П. Ермакова. Другие методы — сравнение результатов искусственного получения минералов с природными процессами, изучение ассоциаций минералов, данные по температурам распада сложных минералов па более простые при понижении температур, т. е. уточнение условий образования минералов по температурам распада. Большую роль играет и учет полиморфных превращений. Например,326-кварц переходит при 573 °С в более низкотемпературный Р-кварц. Учитываются и температуры диссоциации минералов, изменение их физических свойств (например, окраски минералов при нагревании), температура распада твердых растворов (например, распад борнита-халькопирита происходит при 270 °С, сфалеритахалькопирита — при 350 °С) и ряд других факторов. В настоящее время температурами формирования гипотермальных месторождений считаются 500—300 °С, мезотермальных 300—200 °С и эпитермальных 200—50 °С.
Глубина образования гидротермальных месторождений в значительной мере обусловливает давление, при котором они создаются. Гидротермальные месторождения могут формироваться в самых приповерхностных частях земной коры и даже на поверхности, где давление составляет всего 100 Па. Гидротермальные растворы, содержащие (в мг/л): свинца 30, цинка 20, кадмия 8, серебра 2,3 и мышьяка 1, иода 258 и брома 450, известны в скважинах, пробуренных на полуострове Челекен в Прикаспии; температура их 70 °С и выше. Известно и отложение рудных минералов в поверхностных условиях в Калифорнии, на Камчатке, Курилах и других местах. Судя по геологическим особенностям месторождений и связанной с ними их распространенностью в различных зонах земной коры, основная масса месторождений рассматриваемого типа формируются на глубинах до 4,5 км и, как исключение, возможно их возникновение и на большей глубине, вплоть до 10 и 15 км. Гидростатическое давление на глубине 15 км составляет 150 МПа, а давление столба пород примерно 400 МПа (данные В. И. Смирнова). О давлении при рудообразовании можно судить не только по глубинам, на которых протекал этот процесс, но и по особенностям исследования многофазных включений (содержащих газ, жидкость и твердые кристаллы) в минералах, характерных ассоциациях минералов, по результатам синтеза искусственных минералов, по особенностям состава отдельных минералов (например, содержаниям железа в сфалерите, по данным С. Скотта, или алюминия в тальке, по данным X. Гринвуда), по диаграммам состояния углекислоты и воды и другим методам. П. М. Татаринов и И. Г. Магакьян выделили два класса гидротермальных месторождений по условиям глубинности их формирования:
- умеренных и значительных глубин (свыше 1 км),
- малых глубин и приповерхностных (менее 1 км).
Гидротермальные месторождения, связанные с магматическими процессами, В. Н. Котляр и В. И. Смирнов разделяют на плутоногенные, т. е. связанные с интрузивным магматизмом, и вулканогенные, зависящие от постмагматической деятельности вулканов. Пример плутоногенных месторождений — Березовское золоторудное, многие из металлоносных яшл которого расположены непосредственно в гранитном массиве и вблизи него. К гидротермальным вулканогенным относят залежи метасоматических руд самородной серы (месторождение Новое на о. Итуруп), медноколчеданные месторождения Урала и других регионов. Интересный пример этого типа месторождений — марганцево-вольфрамовое месторождение Унсия в Боливии. Здесь непосредственно из горючих источников, связываемых с вулканической деятельностью, отлагаются травертины с линзочками псиломелана, в которых содержится также и 0,38—2,19% оксида вольфрама. Месторождения гидротермального генезиса, источник рудообразующих растворов которых неясен, называют телетермальными. Нередко форма залежей таких месторождений пластообразная и некоторые геологи относят их к осадочным. Примерами телетермальных месторождений служат месторождение полиметаллов Миргалимсайское в Казахстане, некоторые месторождения барита в Башкирии. Н. Н. Ведерников к телетермальным относит месторождения хризотил-асбеста, хотя многие геологи, в том числе П. М. Татаринов, считают, что их происхождение обязано гидротермальным растворам, связанным с интрузивными процессами.
Послемагматические гидротермальные месторождения формируются в несколько стадий. С. С. Смирнов полагал, что стадийность обусловлена пульсациоппым поступлением растворов, и в качестве одной из причин этого считал периодическое открытие и смыкание трещин, по которым поступали растворы.
Формирование месторождений — процесс длительный, он осуществляется в условиях изменяющихся температур. Если на одном месторождении среди минеральных ассоциаций, несущих промышленные минералы, имеются минералы, отложившиеся в существенно различных температурных условиях (например, гипотермальных и эпитермальных), то такие месторождения, по предложению Сперра (1925 г.), относят к телескопированным.
В. И. Смирнов выделил из гидротермальных месторождений в самостоятельные группы альбитит-грейзеновую и колчеданную. В настоящем кратком курсе эти подразделения не учитываются. Следует подчеркнуть, что колчеданные месторождения, согласно представлениям В. И. Смирнова, формируются из восходящих газово-гидротермальных растворов, связанных с глубинными вулканическими очагами. Одни залежи этих месторождений возникают метасоматическим путем, другие, в случаях проникновения рудоносных потоков в морские бассейны, — вулканогенно-осадочным. К колчеданным месторождениям относятся месторождения серного колчедана, меди, полиметаллов.
Для гидротермальных месторождений характерны околорудные изменения горных пород, вмещающих тела полезных ископаемых. Нередко зоны околорудных изменений, вызванных потоками просачивающихся гидротермальных растворов, по мощности значительно превышают размеры рудных тел. Для высокотемпературных плутоногенных месторождений характерными процессами изменения вмещающих пород являются грейзенизация и альбитизация. Грейзенизация гранитов выражается в замещении полевых шпатов кварцем и чешуйчатым мусковитом. Диаметр листочков слюды составляет обычно от десятых долей миллиметра до первых миллиметров. В породе появляются минералы, свидетельствующие о привносе компонептов-минерализаторов (фтор, щелочи, бор и др.), — флюорит, топаз, турмалин, берилл, хлорит и др. Грейзенизация характерна для месторождений вольфрама, олова, бериллия, фтора. Особый тип грейзенизации — развитие этого процесса по карбонатным породам, резко недосыщенпых кремнеземом. Возникают выделенные И. Н. Говоровым десилицированные грейзепы или апокарбонатные грейзены, для которых характерны хрупкие слюды, например эфесит и Маргарит. В апокарбонатных грейзенах широко развит флюорит, мало распространен или отсутствует кварц.
Процессы альбитизации характерны для залежей, локализованных в гранитах, поэтому нередко такие месторождения называют апогранитными, или апогранитами. Месторождения с хороню проявленной альбитизацией, представляют собой источцик циркония, ниобия, тантала, берилла, лития, криолита и некоторых других компонентов. Нередко грейзенизация и альбитизация сопутствуют друг другу.
Для мезотермальных месторождений характерными околорудными изменениями являются серицитизация, хлоритизация, березитизация, лиственитизация. Серицитизация — интенсивное развитие серицита — свойственна кварц-полевоишатовым породам, в том числе кислым эффузивам, гранитоидам и др. Хлоритизация — развитие хлорита — типична для основных эффузивных и интрузивных пород. Березитизация проявляется преимущественно в кислых породах и заключается в разложении полевых шпатов на кварц и серицит при одновременном развитии пирита. Лиственитизация — процесс, приводящий к появлению лиственитов, пород, состоящих обычно из кварца, карбоната и ярко-зеленой слюды — фуксита (хромсодержащего серицита); эти породы главным образом возникают за счет ультрамафитов. Серицитизация и хлоритизация — характерные процессы для колчеданных месторождений полиметаллов и меди, рудные тела которых локализуются в эффузивных толщах. Текстура околорудных пород этих месторождений обычно сланцеватая. Хлоритизация характерна также для месторождений олова касситерит-сульфидной формации. Березитизация и лиственитизация — процессы, типичные для месторождений золота, а также некоторых месторождений ртути. Пирит березитов может содержать эмульсионную вкрапленность золота.
Для эпитермальных месторождений типичны околорудные изменения — каолинизация (включая ее разновидности с развитием вместо каолина минералов его группы — диккита и накрита), окварцевание, доломитизация, алунитизация, пропилитизация, цеолитизация. Эти процессы наблюдаются на месторождениях ртути, флюорита, исландского шпата, низкотемпературных золоторудных, некоторых полиметаллических (в карбонатных породах) и т. д. Названия всех процессов, кроме пропилитизации, четко отражают их особенности. Пропилитизация характерна для основных и средних эффузивов и их туфов. Она проявляется в развитии комплекса минералов, в том числе хлорита, альбита, карбонатов, кварца, актинолита, а также пирита, цеолитов и других минералов. Алунитизация типична для кислых пород.
Среди гидротермально-измененных околорудных пород и непосредственно рудовмещающих следует остановиться на понятии «вторичные кварциты». Ко вторичным кварцитам относят характерные породы, возникшие при гидротермальном изменении главным образом, кислых и средних вулканических пород. В их состав входят кварц», серицит, алунит, опал, пирофиллит, диаспор, цуниит, каолинит (диккит), корунд, андалузит, топаз, пирит и др. В более молодые разности вторичных кварцитов входят опал и самородная сера. В телах, сложенных вторичными киарцитами, выделяется ряд зон, имеющих отличный минеральный состав: зоны кварц-серицитовая, кварцевая, кварц-пирофиллитовая, корунд-андалузитовая и т. д. Согласно взглядам Н. И. Наковника, вторичные кварциты возникают на заключительных стадиях вулканической деятельности за счет воздействия низкотемпературных растворов на вулканические породы и их туфы и близповерхностпые интрузивные породы (вулканические интрузии). Само название — вторичные кварциты — не свидетельствует о привносе в породы кремнезема, происходит лишь некоторое его перераспределение. 13 процессе метаморфизма опаловые разности вторичных кварцитов преобразуются в кварцевые, а залежи самородной серы в них исчезают. Со вторичными кварцитами связаны месторождения корунда и андалузита, меди и молибдена, фарфорового камня, серы, алунита.
Связь тех или иных гидротермальных месторождений с интрузиями не всегда ясна. Она достаточно отчетлива для некоторых месторождений олова, вольфрама и бериллия, расположенных непосредственно в зонах грейзенизации гранитоидных интрузивов. Во многих случаях очевидна связь золотого оруденения с березитизированными гранитоидами. О наличии генетической зависимости месторождений от тех или иных интрузивных комплексов судят по совокупности ряда признаков: по закономерной пространственной и времепной ассоциации тех или иных месторождений с определенными интрузивными или эффузивными образованиями, по особенностям состава магматических пород. Например, в составе магматических пород нередко среди акцессорных минералов присутствуют минералы, несущие тот или иной химический элемент, который типичен и для месторождений. Например, в интрузивных породах, с которыми, как предполагают, связаны месторождения вольфрама или олова, в качестве акцессорных минералов отмечают вольфрамит и касситерит. В ряде случаев показатели зависимости — результаты спектральных анализов, фиксирующие относительную обогащенность магматических пород теми или иными элементами (не обязательно промышленными для данной серии месторождений), характерными и для генетически связанных с ними месторождений. О наличии связи можно судить по закономерному расположению месторождений относительно интрузивных комплексов — по смене минерального состава месторождений по мере удаления от интрузивов. Например, в районе Запокровского массива гранитоидов и порфиров в Забайкалье В. Н. Козеренко отмечает последовательную смену с удалением от интрузива арсенопиритового оруденения арсенопирит-полиметаллпческим и далее — полиметаллическим. По данным И. Г. Магакьяна, в Армении у контакта с массивом гранодиоритов развито медно-молибденовое оруденение, которое по мере удаления от контакта сменяется вначале медным, а далее — полиметаллическим. Зональность оруденения установлена в ряде рудных районов мира. Идеализированную схему последовательной смены зон составил В. Эммонс. Он выделил 16 зон, сменяющихся последовательно от кровли батолита. Вначале следует безрудная зона с кварцевыми жилами, далее — зоны с оловянным, вольфрамовым, висмутовым, мышьяковым, золотым, медным и другим оруденением. В числе последних зон отмечают сурьмяные, ртутные и безрудную, минерализация которой представлена халцедоном, кварцем и баритом. Несмотря па положительную роль, которую сыграла гипотеза В. Эммонса, она имеет и недостатки.
С. С. Смирнов отметил, что зональность в виде всех 16 зон не проявляется в природе; обычно устанавливают всего лишь несколько зон, реже 7—8. Например, В. И. Смирнов в районе Кумыштагского гранитного массива выделяет семь зон. Кроме того, В. Эммонс полагал, что оруденение различного состава формировалось из одпих и тех же растворов, температура которых понижалась по мере удаления от интрузии. С. С. Смирнов пришел к выводу, что месторождения, возникающие на различном удалении от магматических очагов, образовывались из различных порций растворов, которые отделялись в различное время от остывающих магматических очагов. Представления В. Эммонса о формировании оруденения разных зон из единого раствора не могут объяснить явление так называемой обратной зональности, устанавливаемое па ряде месторождений. Явление заключается в размещении по мере приближения к интрузииу более низкотемпературных месторождений. Обратную зональность можно объяснить с точки зрения гипотезы пульсационного поступления растворов, предложенной С. С. Смирновым. По гипотезе пульсационного поступления растворов, предполагают, что растворы определенными порциями поступали через промежутки времени, в течение которых рудогенерирующие растворы не поступают. Каждая порция имеет состав, отличный от предшествующей. Поступление очередной порции растворов прекращается, очевидно, с замыканием трещин, проводящих растворы, в силу тектонических причин. Тектонические особенности того или иного участка земной коры, в том числе эволюция трещинообразования, закупорка (залечивание) тех или иных трещин и эволюция самих источников растворов, могут привести к тому, что более ранние растворы, принимавшие участие в более высокотемпературном рудогенезе, проникали на большие расстояния от интрузии, чем последующие, а эго и приводит к формированию обратной зональности.
Для гидротермальных месторождений характерны разнообразные текстуры и структуры руд. На месторождениях устанавливаются пятнистые, полосчатые, вкрапленные, прожилковые, сетчатые, брекчиевые, брекчиевидные, друзовые и другие текстуры. Иногда развиваются кокардовые текстуры. Для крустификационных текстур типично повторение неровных очертаний предшествующих генераций, отложившихся на стенках трещины, последующими генерациями. Эти текстуры типичны для трещин выполнения. Среди структур отмечаются мелко-, средне-, крупно- неравномернозернистые, скрытокристаллические, коллоидные. Коллоидные структуры возникают при формировании агрегатов из коллоидных растворов, однако близкие к ним структуры, как показал Д. П. Григорьев, могут образоваться и из истинных растворов.
Большим разнообразием отличаются формы рудных тел гидротермальных месторождений. Наиболее типичны — жильная, линзовидная и гнездовая. Широко представлены штокообразная, пластообразная и др. Нередко встречаются комбинации форм (например, от пласто- или линзообразных тел отходят жилы).
