Рис. 1Кольцевой тектоно-магматический комплекс Мессум, Намибия (Bauer et al., 2003). Белым,, серым и чёрным цветом обозначены магматические тела разного возраста и состава.

Рис.2. Влияние напряжений в земной коре на размер и форму магматических тел при эволюции расплава от базальтов до дацитов (Hildreth, 1981): (1) и (2) - этапы андезитового вулканизма

В островных дугах гидротермально-магматические системы располагаются на границе взаимодействия атмо-, гидро- и литосферы. Это определяет взаимодействие восходящих глубинных флюидов с метеорными водами, подземное кипение и парогазоотделение. При извержении вулканов за счет понижения давления в очаговых зонах, вплоть до создания вакуума, происходит «мгновенное» поступление атмосферных газов на глубину до n км (Ohsawa et al., 2000). Это создает предпосылки для фреатомагматических взрывов и активизации гидротермальных процессов в недрах систем. В верхних горизонтах систем формируются среды, в которых происходит динамичное изменение термодинамических параметров, вызывающее образование смешенных гидротерм с различными pH и Eh. Последнее определяет перенос, концентрирование и отложение благородных, цветных и редких металлов. В таких условиях происходит формирование эпитермальных рудных месторождений (Hedenquist et al., 1988), а по нашим данным и материалам последних исследований – также и мезотермальной и, вероятно, Cu-Mo-Au…-порфировой минерализации. Возможно, это представляется парадоксальным, но на этапе островной дуги на фоне многократного увеличения объема пород продолжают интенсивно развиваться процессы тепловой и минералого-геохимической изоляции системы от окружающего геологического пространства и одновременно образование проницаемых зон внутри системы. Эти обстоятельства и предопределяют формирование крупных геотермальных, эпи- и мезотермальных Au-полиметаллических и, вероятно, Cu-Mo-Sn-Au-Ag…- порфировых месторождений в недрах гидротермально-магматических систем.

В зрелых островных дугах рудогенерирующие гидротермально-магматические системы образуются в пределах крупных (≥ 20-25 км в диаметре) кольцевых вулкано-тектонических структур. Образование структур связано с извержением газонасыщенных кислых расплавов из дифференцированных магматических очагов. Формируются кальдеры и гидротермальные системы типа артезианских бассейнов. Такие системы характерны для Срединно- и Восточно-Камчатского вулканических поясов, Вулканической зоны Таупо (Н.Зеландия), и др. Таким образом, в зоне перехода океан – континент выделено 4 типа гидротермально-магматических систем. Корни этих структур погружаются до уровней генерации ультраосновных или примитивных базальтовых магм в верхней мантии, что находит подтверждение, в частности, в геохимических и экспериментальных исследованиях коматиитов и коматиитовых базальтов (Гирнис и др., 1987).

Транспорт тепла в условиях бимодального магматизма и роль щелочных металлов

Одной из актуальных проблем в области минерало-рудообразования и геотермии остается понимание генезиса источников тепла и механизмов его переноса в земной коре. Аномально высокие значения мощности и плотности тепловых потоков в рифтовых структурах и вулканических островных дугах (Hochstein, 1995) сложно объяснить без привлечения гипотезы о магматической конвекции в сквозькоровых геологических структурах. Такими структурами являются долгоживущие (до n x 10⁷ лет) вулканические (вулканогенно-рудные) центры (Белоусов, 1978), в осевых зонах которых формируются гидротермально-магматические системы, обеспечивающие не только перенос, но и генерацию магматических расплавов, глубинных флюидов и металлоносных растворов.

Следовательно, сквозькоровые магматические структуры рассматриваются и как источники тепловой энергии, и как системы, передающие энергию от верхней мантии к дневной поверхности. Наиболее эффективной формой транспортировки базальтовой магмы сквозь кору являются субвертикальные дайки. Их высокая концентрация в основании базальтового и нижних горизонтах гранитного слоев, установленная по сейсмическим и гравиметрическим данным, обусловлена многократными внедрениями расплавов из мантийного источника (Bauer et al., 2003). История развития кольцевой геологической структуры Мессум (Намибия) характеризуется внедрением мафических и фельзитовых, включая щелочные, расплавов в течение 2-х млн. лет (рис. 1). Земная кора на данном участке рифтовой структуры отличается высокой неоднородностью, что объясняет наличие системы рассеянных мафических интрузий вдоль всей колонны. Петрологические исследования свидетельствуют о мантийном источнике интрузивных пород. Таким образом, кольцевые комплексы, сложенные полифазными интрузиями, являются классическими сквозькоровыми системами, обеспечивающими передачу тепла в различных тектонических структурах земной коры (рис. 2). Движение магматического расплава и сопряженных с ним летучих определяется температурным напором. Газы, вода и щелочные металлы обладают невысокими Р-Т параметрами в сравнении с породообразующими и радиоактивными элементами, но большой теплоёмкостью (вода и щелочи – от 800 до 1000 ккал/кг при температурах плавления пород). Они мигрируют вдоль колонн, используя магмы как проводящую среду и образуя интрателлурические (по Д.С. Коржинскому) потоки. До настоящего времени не получено достоверных данных о механизмах миграции комплексного эндогенного теплоносителя. Но не вызывает сомнений, что интрателлурические потоки транспортируют значительную часть глубинной тепловой энергии и служат связующим звеном между магматической и гидротермальной ячейками (рис. 3).

Процессы переноса, накопления и рассеяния тепла наиболее полно рассмотрены для гидротермальных условий. Однако, ранее не акцентировалось должного внимания на щелочных металлах, как агентов по переносу тепловой энергии. Между тем, щелочи насыщают расплавы, вулканические газы, гидротермальные растворы и вмещающие породы при эволюции гидротермально-магматических систем. Установлены высокие концентрации K, Na, Li, Rb и Cs в продуктах пневматолитовой минерализации (медных «рудах» и др.) БТТИ (Набоко, Главатских, 1985). В гидротермальных системах щелочи постепенно накапливаются от высоко- к низкотемпературным пропилитам, и далее к кварц-адуляровым метасоматитам и аргиллизированным породам (Коробов, 1995). Источником щелочей эти и др. авторы считают глубинные магматические расплавы. Щелочные металлы являются индикаторами фронтальных частей конвективных тепловых потоков.

Рис. 3. Схематическая модель перехода от магматических к эпитермальным (гидротермальным) условиям в субвулканических структурах (Fournier, 1999). А – Субвулканическая интрузия изолирована от гидротермальной системы зоной хрупко-пластичного перехода. Б – Эпизодические прорывы зоны и внедрения магматических флюидов в гидротермальную систему.