Гидротермы, ответственные за низкосерную эпитермальную минерализацию, преимущественно метеорные, несмотря на то, что предполагаемым источником тепла, генерирующим гидротермальную конвекцию, в большинстве случаев является магма. Этот вывод основывается, главным образом, на содержаниях кислорода - 18 и дейтерия в эпитермальных флюидах. Значения 5Д1 обычно определяется прямым анализом флюидных включений, тогда как 518О определяется по анализам кристаллов кварца и кальцита, предполагая, что один из них имеет независимый геотермометр. Изотопный состав флюидов некоторых эпитермальных месторождений, рассчитанный по изотопному составу гидротермальных минералов, был использован С Neil, Silberman и показан на рис. Для сравнения, изотопный состав гидротерм и местной метеорной воды некоторых Новозеландских геотермальных систем показан на рис.

Разница изотопных составов между геотермальными минералами и флюидами известна, как фактор фракционирования. Минералы обычно имеют более тяжёлый изотопный состав, чем равновесные с ними флюиды и эта разница получается большей с понижением температуры. Так, например, при 300 С разница 5 О между кварцем и водой, Л Окв - Н2О составляет ~ 7%%, тогда как при 200 С она равна 12%. При тех же температурах, факторы фракционирования между щелочным полевым шпатом и водой при 3000С и 2000С составляет 5 и 10%, соответственно.

Свежая вулканическая порода обычно имеет значение 518О 7-9%%. Если мы предположим, что порода будет иметь фактор фракционирования, аналогичный кварцу и щелочному полевому шпату, то мы можем рассчитать состав 518О первой метеорной воды, которая циркулировала по свежей породе. Используя 8%% для 518О породы и 6%% для А Опорода-вода при 300 С, получаем, что первая вода, проходящая через породу при 3000С, должна иметь значения 5О18 2%%. Если это была метеорная вода из района Невады, то её первоначальное 5 18О должна была быть ~ - 12, таким образом, она стала значительно тяжелее. Однако, при этом порода стала несколько легче, чтобы сохранить масс-баланс в системе. Если мы продолжим фильтровать воду через породу, то она будет непрерывно облегчаться, до тех пор, пока она не приобретёт состав местной метеорной воды плюс с поправкой на температурный фактор фракционирования. Путём количественного определения этого сдвига мы можем определить интегрированое отношение вода-порода посредством изотопического масс-баланса.

Рисунок показывает, что некоторые эпитермальные месторождения не имеют минералов со сдвигом в максимальном значении. Однако, наблюдался большой сдвиг в составе изотопов в породах округов Тонопах, Саннисайд, Богие Манхаттэн, свидетельствующий об относительно большом отношении вода-порода. Это также видно на рисунке, который показывает, что Вайракей сложен породами, изменёнными значительно больше, чем породы Бродлэндс или Вайотапу.

Рисунок показывает, что большинство низкосернистых геотермальных систем в мире имеют преимущественно циркуляцию метеорных вод. Наоборот магматические флюиды сильно отличаются по изотопному составу от метеорных гидрогеологических систем. Это будет обсуждаться более детально при изучении минерализации высокосернистых систем.

Если мы сможем изучить изотопы минералов и пород, то по ним можно говорить о миграции в региональном и локальном масштабах.

Распределение изотопов и региональный поток гидротерм в кальдерных структурах

Cris и Taylor проводили широкие изотопные исследования на площади 15000 км2 в окрестностях батолита Айдахо. Серии больших эпизональных плутонов генерировали гидротермальные конвективные ячейки, которые вызывали широкую пропилитизацию и изотопные сдвиги. Одна часть изученного района показана на рис. 3.4 а; плотной штриховкой показан эоценовый плутон, крупные точки - точки отбора проб, изолинии показывают 518О. Изолинии < 4%% представляют кольцо, совпадающее с кольцевой зоной Шаутуз, граница кальдеры более 50 км в диаметре вокруг Гор Шаутуз.

Рисунок б показывает высокие отношения вода-порода, рассчитанные для этой проницаемой зоны кольцевых разломов; распределение изотопов на этой площади отражает наличие латерального потока метеорных гидротерм, длиной 25-50 км, который проникает на глубину 7 км. Эта гигантская метеорная конвективная ячейка сопоставима по размерам с ячейкой, существовавшей около Скаергардской интрузии.

Рисунок показывает 5 км ширины полосу, охватывающую изолинию +8 %% 518О, которая оконтуривает большинство эпитермальных и мезотермальных шахт благородных металлов в этом районе. Минерализация в этом случае не связана с районом наиболее низких 518О и фронтом гидротерм. Скорее всего этот район располагается вне кальдерно кольцевой зоны разломов, где имелся небольшой градиент в отношении вода / порода, который наилучшим образом способствовал минерализации.

Larsen и Taylor провели детальные кислородно-изотопные исследования на меньшей кальдере оз. Сити в западной части гор Сан Хуан, Колорадо. Рисунок 3.6 показывает границы кальдеры и карту изолиний 518О пород по 300 образцам в районе оз. Сити. Сильные отрицательные аномалии связаны с западной границей кальдеры; однако, это частично относится к тому факту, что западная граница эродирована на 1000 м глубже, чем восточная часть.

Larsen и Taylor определили отношение вода/порода для района кальдеры оз. Сити; они учитывают уровень дифференциации в гидротермальной системе, заключённой в кальдере. На основании этой карты была получена модель потока гидротермальной системы. В кальдере поток гидротерм контролировали три главных типа проницаемых зон. Это - разломы и трещины, связанные с резургенцией, пористая мегабрекчия и кальдерный кольцевой разлом. Циркуляция гидротерм возникла в результате внедрения центральной резургентной интрузии с контролем кольцевыми разломами фильтрации гидротерм в недра. Когда эти гидротермы пересекали проницаемые нижние свиты мегабрекчий, она служила дреной потока, направленного в сторону центра резургенции. Вблизи резергентных интрузий поток гидротерм направлялся к поверхности до пересечения с поднятием, образованным разломами в мегабрекчиевых водоносных комплексах. Эти разные структуры заполнялись кварцем, содержат сульфиды неблагородных металлов и имеют кварц-серицитовые зальбанды; на более высоких уровнях появляются аргиллиты. Однако, часть глубинных гидротерм должна была также разгружаться за пределами кальдеры, так как большая часть эпитермальной минерализации располагается за пределами кальдеры. Эти изотопные исследования гидротермальных систем связаны с кальдерами и изучение минерализации в них показывает параметры и направление потоков гидротерм, развитых в эпитермальных условиях. Это не значит, что все эпитермальные системы связаны с кальдерами, геологическая структура которых относительно хорошо изучена. Потоки гидротерм в андезитовых вулканических центрах также контролируется геологическим строением и проницаемостью толщ, хотя вероятно на них оказывает большое влияние рельеф.