Библ. 8.

 

 

Активные исследования сульфидных построек на дне современных океанических бассейнов позволяют получить значительный объем данных о гидротермальных рудообразующих системах. В то же время, в большинстве случаев для опробования доступны только верхние части рудных залежей. В результате, имеющаяся информация об условиях рудообразующих процессов на глубине ниже поверхности дна океана весьма ограничена.

Исследования образцов, собранных при непосредственном участии авторов во время 22-го рейса НИС «Академик Николай Страхов» (2000 г.) и 10-го рейса НИС «Академик Иоффе» (2001–2002 гг.) в районе Сьерра-Леоне [Мазарович и др., 2001; Симонов и др., 2001; Симонов и др., 2008; Шарков и др., 2007]позволили выяснить параметры эндогенных рудообразующих систем в Центральной Атлантике.

Физико-химические условия гидротермальных процессов были определены с помощью анализа флюидных включений. Параметры формирования обогащенных Fe-Ti интрузивных комплексов, тесно ассоциирующих с проявлениями гидротермальной сульфидной минерализации, установлены в результате изучения расплавных включений. Включения исследовались по методике, описанной ранее [Ермаков, Долгов, 1979; Симонов, 1993; Sobolev, Danyushevsky, 2004]. Составы расплавных включений установлены на рентгеновском микроанализаторе «Camebax-micro» (Институт геологии и минералогии СО РАН, г. Новосибирск). Содержания редких, редкоземельных элементов и воды в расплавных включениях определены методом вторично-ионной масспектрометрии на ионном микроанализаторе IMS-4f в Институте микроэлектроники РАН по методике [Соболев, 1996].

Сульфидное оруденение в интрузивных долеритах. В районе разлома Сьерра-Леоне большой интерес представляет каменный материал из драгировочной станции S2234 [Мазарович и др., 2001; Симонов и др., 2001]. Здесь особое внимание было уделено долеритовым порфиритам, которые по своей равномернокристаллической, приближающейся к габбро-офитовой, структуре в большей степени соответствуют интрузивным дайко-силловым образованиям. Долериты содержат обильные выделения (до 4 мм) сульфидов, заполняющих, в одних случаях, интерстиции между кристалликами плагиоклаза основной массы. В других случаях, сульфиды проникают по трещинкам в измененных вкрапленниках пироксена. Таким образом, судя по формам выделения и особенностям взаимоотношения с силикатами, есть возможность предположить, что сульфиды первой группы формировались на последних этапах магматических процессов, а второй – являются явно наложенными, возникшими в результате воздействия гидротермальных процессов. О разном происхождении рассмотренных сульфидов свидетельствуют и их составы. Для сульфидов из интерстиций между магматогенными силикатными минералами характерно присутствие кубанита, образующего структуры распада с халькопиритом. Наличие кубанита, который характерен для высокотемпературных, в том числе магматических, месторождений, свидетельствует, во-первых, о достаточно высоких температурах формирования данного типа сульфидов и, во-вторых, о возможном их магматогенном происхождении.
Состав сульфидов из трещин в измененных фенокристах пироксена однообразен. Здесь преобладает пирротин. Развитие пирротина по трещинкам в интенсивно переработанных вкрапленниках в ассоциации с актинолитом и хлоритом свидетельствует об его гидротермальном происхождении.

В амфиболах (тремолит-актинолитового ряда) образца S2234/22 были найдены флюидные включения (размерами 5–15 мкм), равномерно располагающиеся в минерале, – скорее всего мнимовторичные. Плоские, с некоторой огранкой включения содержат светлую жидкость и небольшой газовый пузырек. При исследовании в микрокриокамере было установлено, что температуры эвтектики составляют –22.5 – –23 °С, что свидетельствует о преобладании в растворе солей натрия – NaCl с примесью Na₂SO₄ и KCl. Растворение последних кристалликов наблюдалось в интервале –2.5 – –3.2 °С, т.е. концентрация солей составляет 3.8–5 мас. %. Эксперименты в микротермокамере показали, что полностью гомогенными включения становятся при 174–196 °С. С учетом поправки на давление (минимум 350 бар), согласно глубине отбора образцов на станции S2234, температуры гидротермальных растворов составляли 205–226 °С.

В результате проведенных исследований флюидных включений во вторичных минералах из долеритов станции S2234 было выяснено, что в данном районе активно действуют гидротермальные системы с температурами 205–226 °С, в растворах которых преобладает NaCl с примесью Na₂SO₄ и KCl, с общей концентрацией солей 3.8–5 мас. %. Незначительные содержания солей (с преобладанием соединений натрия) говорят о том, что источником данных гидротермальных растворов была морская вода. Наличие в составе гидротерм Na₂SO₄ свидетельствует в пользу их активного участия при образовании сульфидной минерализации.

В целом, проведенные исследования позволили выяснить, что изученные сульфиды станции S2234 имеют как гидротермальное, так и магматическое происхождение и формировались, скорее всего, не на поверхности дна океана, а на уровне интрузивных габбро-долеритовых комплексов.

Сульфидное оруденение в метасоматитах. Детально были исследованы метасоматические породы из впадины Маркова (район Сьерра-Леоне), образовавшиеся по брекчированным габброидам и содержащие прожилково-вкрапленную сульфидную минерализацию [Шарков и др., 2007].

Главная рудоносная зона расположена в основании восточного борта впадины Маркова, среди катаклазированных роговообманковых габбро и габброноритов
Fe-Ti серии. Метасоматические изменения этих пород выразились в формировании следующих минеральных ассоциаций: альбит + тремолит + хлорит + пирит; эпидот + кварц + хлорит + пирит + халькопирит + сфалерит; эпидот + пренит + пирит + халькопирит + сфалерит. Рудная минерализация в метасоматически измененных породах представлена кварц-сульфидными и пренит-сульфидными прожилками, сульфидной вкрапленностью и массивными жильными медноколчеданными рудами. Минеральный состав руд представлен пиритом, халькопиритом, сфалеритом, пирротином, борнитом, халькозином, диггенитом и атакамитом.

Флюидные включения были исследованы в прените и эпидоте метасоматитов, содержащих, кроме этих минералов, еще пирит, халькопирит, сфалерит и атакамит.

Пренит содержит многочисленные флюидные включения (размерами 5–15 мкм),иногда округлой формы, но чаще уплощенные со сложными очертаниями и неровной поверхностью, которые равномерно располагаются в зернах этого минерала, либо приурочены к залеченным трещинкам. При комнатной температуре они заметно различаются по фазовому составу: однофазовые включения состоят преимущественно из газовой фазы, а многофазовые – содержат жидкость, кристаллические фазы и газовый пузырек. Преобладают двухфазовые включения: светлая жидкость + газовый пузырек. Совместное нахождение включений, различающихся по фазовому составу, может служить свидетельством того, что кристаллизация метасоматических минералов происходила при фазовой сепарации флюида.

Микротермометрические исследования показали, что при охлаждении флюид, содеpжащийся во включениях, замерзает в интервале от –35 до –43 °С, а температуры эвтектики составляют от –24 до –27.5 °С. Это указывает на то, что во флюиде, захваченном этими включениями, среди растворенных солей преобладает NaCl с примесью KCl. Температуры плавления последних кристалликов льда варьируют от –3.0 до –4.1 °С, что позволяет оценить концентрации солей во флюиде 4.6–6.5 мас. %.

В ходе экспериментов в микротермокамере флюидные включения гомогенизировались при 172–238 °С. Чтобы получить истинные температуры минералообразования необходимо ввести поправки на давление. Даже если предположить, что давление было равным давлению толщи воды на глубине в среднем около 4200 м, то пренит кристаллизовался при 202–270 °С. В действительности эти значения должны быть выше, так как прожилковая минерализация образовалась ниже поверхности дна океана.

В эпидоте первичные флюидные включения (размером 5–20 мкм) преимущественно трубчатой формы располагаются равномерно и ориентированы в одном направлении. Эти включения, в основном, двухфазовые и содержат газовый пузырек, заключенный в светлой жидкости. При охлаждении флюид во включениях замерзает в интервале от –41.5 до –44.5 °С, а температуры эвтектики составляют около –26 °С. Следовательно, в захваченном флюиде преобладает NaCl с примесью KCl. Температуры плавления последних кристалликов льда (от –3.6 до –3.8 °С), позволяют оценить концентрацию солей во флюиде, равной 5.7–6.0 мас. %. При нагревании эти флюидные включения гомогенизировались при 138–248 °С. С учетом поправки на давление (420 бар), температуры образования эпидота оценены в 168–280 °С.

Полученные данные позволяют рассмотреть особенности кристаллизации отдельных минералов. Представляется, что эпидот и пренит начали кристаллизоваться близодновременно при температурах примерно 270–280 °С. При снижении температуры ниже 200 °С образовывался преимущественно эпидот.

Эндогенные рудно-магматические системы. Детальные исследования коллекций плутонических пород, собранных в районе Сьерра-Леоне, позволили найти и проанализировать расплавные включения в хромшпинелидах и на основе полученных данных выяснить физико-химические параметры формирования обогащенных Fe-Ti интрузивных комплексов из участков развития сульфидной минерализации [Симонов и др., 2008].

Анализ на электронном сканирующем микроскопе LEO 1430 VP показал, что основные петрогенные элементы равномерно распределены в закалочном стекле прогретых включений. S, Cl и B не отмечаются. По повышенному содержанию Fe в стекле выделяются сульфидные глобули, в составе которых преобладают S, Fe, Ni и, в меньшей степени, присутствуют Cr, Si (Fe – 36.5 мас. %, Ni – 21.84 мас. %, S – 37.07 мас. %, Si – 2.41 мас. %, Cr – 2.09 мас. %). Такой состав абсолютно не характерен для гидротермальных сульфидов. В то же время, присутствие никеля в существенных количествах вполне обычно для магматогенных глобулей, находящихся в базальтовых стеклах на дне океана.

Анализ стекол включений с помощью ионного зонда показал существенное обогащение Н₂О (0.74–1.24 мас. %) расплавов, формировавших Fe-Ti интрузивные комплексы района Сьерра-Леоне. Содержание воды во включениях сравнимо с информацией по обогащенным расплавам типа E-MORB, но значения калия при этом низкие и характерны для N-MORB. В целом, это максимальные содержания Н₂О по сравнению с данными по расплавным включениям во вкрапленниках из базальтов (до 0.23 мас. %) и в базальтовых стеклах (до 0.68 мас. %) в районе Сьерра-Леоне.

Таким образом, с помощью расплавных включений в хромшпинелидах установлено, что дифференцированные высокожелезистые Fe-Ti интрузивные серии формировались из особых водонасыщенных магм. Расчетное моделирование процессов кристаллизации оливина и плагиоклаза (троктолитовый парагенезис детально изученного нами образца I1042/1) на основе данных по составам расплавных включений показало, что в присутствии воды ликвидусные температуры образования минералов были относительно невысокими: оливин – 1030–1240 °С и плагиоклаз – 1020–1160 °С.

Учитывая тесную пространственную ассоциацию высокожелезистых интрузивных комплексов с проявлениями сульфидной минерализации, можно сделать вполне обоснованный вывод о том, что на гидротермальные рудообразующие системы в районе Сьерра-Леоне большое влияние оказывали специфически обогащенные и водонасыщенные расплавы кремнеземистой Fe-Ti серии, значительно отличающиеся от типичных магм срединно-океанических хребтов. Особое значение имеет накопление в интрузивных камерах существенного количества воды, которая после отделения от силикатных расплавов из-за резкого понижения ее растворимости при давлениях около 1 кбар, несомненно принимала самое активное участие в формировании рудообразующего флюида.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (№ 08-05-00180), интеграционного проекта совместных исследований СО-УрО РАН (№ 6.8), целевой программы
Минобрнауки РФ (РНП.2.1.1.1840).

 

1.    Ермаков Н. П., Долгов Ю. А. Термобарогеохимия. М.: Недра, 1979. 271 с.

2.    Мазарович А. О., Симонов В. А., Пейве А. А. и др. Гидротермальная минерализация разлома Сьерра-Леоне (Центральная Атлантика) // Литология и полезные ископаемые, 2001. № 5. С. 526–533.

3.    Симонов В. А. Петрогенезис офиолитов (термобарогеохимические исследования). Новосибирск: ОИГГМ СО РАН, 1993. 247 с.

4.    Симонов В. А., Мазарович А. О., Ковязин С. В., Третьяков Г. А. Особенности рудообразующих процессов в зоне трансформного разлома Сьерра-Леоне (Центральная Атлантика) // Геология морей и океанов. М.: ГЕОС, 2001. Т. 1. С. 259–260.

5.    Симонов В. А., Шарков Е. В., Ковязин С. В., Бортников Н. С. Расплавные включения в хромшпинелидах из Fe-Ti интрузивных комплексов Центральной Атлантики: ключ к познанию физико-химических параметров гидротермально-магматических систем медленно-спрединговых океанических хребтов // ДАН, 2008. Т. 418. № 5. С. 679–682.

6.    Соболев А. В. Включения расплавов в минералах как источник принципиальной петрологической информации // Петрология, 1996. Т. 4. № 3. С. 228–239.

7.    Шарков Е. В., Абрамов С. С., Симонов В. А. и др. Гидротермальные изменения и сульфидная минерализация в габброидах впадины Маркова (Срединно-Атлантический хребет, 6º с.ш.) // Геология рудных месторождений, 2007. T. 49. № 6. C. 535–558.

8.    Sobolev A. V., Danyushevsky L. V. Petrology and Geochemistry of boninites from the North Termination of the Tonga Trench: Constraints on the Generation Conditions of Primary High-Ca Boninite Magmas // J. Petrol, 1994. V. 35. P. 1183–1211.