C. П. Масленникова
Институт минералогии УрО РАН,
г. Миасс
Сравнительный анализ изотопного состава серы сульфидов
из палеогидротермальных труб медно-цинково-колчеданных
месторождений Яман-Касы и Александринское
(Южный Урал)
Предыдущие результаты изучения изотопии серы в сульфидных трубах были получены в NERC Isotope Geosciences Laboratory (Keyworth, England) [6]. Пробы сульфидов отбирались механическими бурами в точках диаметром 1–2 мм и затем анализировались на масс-спектрометре в ручном режиме. Предполагалось, что отдельные пробы минеральных индивидов и их агарегатов могли засоряться примесью посторонних сульфидов и это могло оказывать влияние на изотопные отношения.
Новые данные явились результатом использования более современного оборудования и методики, которая успешно реализуется в Универститете Тасмании (г. Хобарт, Австралия). Методика основана на применении лазерного пробоотборника, испаряющего сульфиды в точке диаметром 100 мкм. Анализу подвергались минеральные индивиды в полированных пластинках толщиной 200 мкм. Изотопный состав серы изучался на примере трех образцов cульфидных труб из медно-цинкового колчеданного месторождения Яман-Касы и одной трубки из колчеданно-полиметаллического месторождения Александринское. Месторождения отличаются по составу и степени дифференциации как рудовмещающих вулканогенных толщ, так и собственно рудных залежей. Яман-Касинское месторождение является типичным представителем колчеданных месторождений уральского типа, Александринское относится к типу куроко.
По составу сульфидные трубы из медно-цинково-колчеданного месторождения Яман-Касы можно разделить на три группы, образующие непрерывный ряд: 1) медно-колчеданные; 2) медно-цинково-колчеданные; 3) колчеданно-полиметаллические. Оболочка труб (зона А) сложена колломорфным пиритом, марказитом, сфалеритом или их сочетаниями с увеличением содержаний сфалерита и галенита в данном ряду. Внутренняя стенка труб (зона В) представлена друзовым халькопиритом и/или изокубанитом. Осевые каналы труб (зона С) заполнены сфалеритом, марказитом, галенитом, кварцем, баритом или карбонатом.
Исследованные трубы из месторождения Яман-Касы относятся к медноколчеданному (труба 7380-32) и медно-цинково-колчеданному (трубы Y-2001-190 и Y-2001-88) типам. Краткая характеристика их строения и минеральный состав представлены в таблице. Сульфидная труба Александринского месторождения по минеральному составу наиболее близка к колчеданно-полиметаллическому типу, для которого характерны интенсивные псевдоморфные преобразования с замещением дисульфидов железа сфалеритом и халькопиритом. Теллуриды, обычные для халькопиритовых зон яман-касинских труб, здесь не обнаружены. Их место занимает рассеянная вкрапленность галенита, самородного золота, теннантита.
В целом, полученные данные согласуются с предыдущими результатами изотопного анализа порошковых проб каждой из зон палеогидротермальных труб двух месторождений [6]. В трубах Яман-Касинского месторождения наблюдается широкий диапазон
Таблица
Изотопный состав серы в сульфидах из палеогидротермальных труб месторождений Яман-Касы и Александринское
N трубы | Зона | Характеристика зон | d 34S | Примечание | ||
FeS2 | CuFeS2 | ZnS | ||||
Месторождение Яман-Касы | ||||||
7380-32 | А | Ламинарный колломорфный пирит, переходящий в колломорфный почковидный и далее в зернистый пирит. В направлении к внутренней части трубы появляются кубические кристаллы пирита, сцементированные халькопиритом. | +0.98 +1.47 +1.40 +0.33 | Пирит колломорфный Пирит почковидный Пирит почковидный Пирит кубический | ||
В | Друзовые агрегаты халькопирита с единичными кристаллами пирита. | +1.38 | ||||
С | Тонкий извилистый прослой сфалерита и кубический пирит в халькопиритовом цементе | +0.64 | -0.41 | |||
Y-2001-190 | А | Ламинарный колломорфный пирит, частично замещенный марказитом, переходит в гроздьевидные выделения зернистого марказита в сфалеритовом цементе, который далее замещается халькопиритовым. Эвгедральные кристаллы пирита наблюдаются на самом контакте с халькопиритовой зоной и в виде прожилка проникают далеко вглубь этой зоны. | -2.24 -1.85 -0.32 -0.45 -0.82 | 2.00 | Пирит колломорфный Пирит колломорфный Пирит колломорфный Пирит колломорфный Пирит кубический | |
В | В наружной части зоны встречаются многочисленные мелкие кристаллики пирита и кристаллы кварца. Друзовый халькопирит развит местами и содержит редкие крупные кристаллы пирита. На границе с каналом обнаружены удлиненные кристаллы теллуровисмутита. | -1.50 -1.28 +0.37 | ||||
С | Окаймляется шестоватыми кристаллами халькопирита и выделениями кварца в сфалеритовом цементе, количество которого возрастает. Центральную часть занимают крупные удлиненно-таблитчатые кристаллы марказита, частично замещенные халькопиритом. | +0.34 +0.10 | -1.61 -0.98 | |||
Окончание табл.
N трубы | Зона | Характеристика зон | d 34S | Примечание | ||
FeS2 | CuFeS2 | ZnS | ||||
Y-2001-88 | A | Ламинарный колломорфный пирит переходит в почки, сцементированные кварцем, которые далее замещаются зернистым марказитом. Присутствуют удлиненно-таблитчатые псевдоморфозы марказита по ангидриту. | -1.82 +0.79 -0.80 | Пирит колломорфный Пирит колломорфный Пирит колломорфный | ||
В | В наружной части встречаются многочисленные зерна марказита, выделения сфалерита и кристаллики пирита. Широко развита теллуридная минерализация, которая встречается по границе с друзовым халькопиритом и на контакте с каналом совместно с эвгедральными кристаллами пирита | -1.07 -1.47 0.00 | ||||
С | Окаймляется кристаллами халькопирита с теллуридной вкрапленностью с наросшим на них сфалеритом. К центру наблюдается ряд изменений состава почек: халькопирит ® сфалерит ® кварц. | -0.36 -0.74 | +0.17 +0.74 | |||
Александринское месторождение | ||||||
А-2001-6 | А | Сфалерит с ксеноморфными выделениями халькопирита и вкрапленностью теннантита. В интерстициях наблюдается барит. Изредка встречаются эвгедральные кристаллы пирита. | +3.42 +2.94 +2.85 | |||
В | Халькопирит, в интерстициях которого присутствует сфалерит. Изредка встречается пирит, развита рассеянная вкрапленность галенита. | +1.53 +3.53 +2.57 | ||||
С | Узкий канал заполнен сфалеритом с включениями халькопирита и баритом в интерстициях. Мелкая вкрапленность теннантита | +0.65 +5.98 +6.28 | ||||
вариаций δ34S в колломорфном пирите от – 2.24 ‰ до + 0.98 ‰ (см. табл.). Наиболее отрицательные значения δ34S (– 2.24 ‰ –0.45 ‰) характерны для палеогидротермальных труб медно-цинково-колчеданного типа. Халькопириты из труб этого же типа характеризуются легкой сульфатной серой с пределами колебаний от – 1.50 ‰ до – 0.74 ‰, в то время как в медноколчеданной трубе значение δ34S, определенное для гидротермального халькопирита, равно + 1.38 ‰. Для сфалерита отмечаются резкие отличия в значениях δ34S в двух трубах, относящихся к одному медно-цинково-колчеданному типу: облегчение изотопного состава в одной (– 2.00 ‰…– 0.98‰) и утяжеление (+ 0.17 ‰…+ 0.74 ‰) – в другой.
В минералогической зональности трубы из Александринского месторождения участвуют сфалерит и халькопирит. Первый образует оболочку трубы и заполняет ее канал. Второй минерал инкрустирует внутреннюю стенку трубы. В александринской трубе, по сравнению с яман-касинской, доля тяжелого изотопа сульфидной серы гораздо выше. В халькопирите значения δ34S колеблются в пределах + 1.53 ‰…+ 3.53 ‰, в сфалерите + 0.65 ‰…+ 6.28 ‰. Эти данные подтверждают результаты предыдущих анализов проб, полученных механическим пробоотборником [6].
Более тяжелый средний изотопный состав серы (+ 3.31 ‰) сульфидов в александринской трубе можно объяснить большей зрелостью гидротермальной системы этого месторождения по сравнению с таковой, сформировавшей месторождение Яман-Касы. Постепенное утяжеление состава серы сульфидов по мере “созревания” гидротермальной рудоформирующей системы сопровождается вовлечением в минералообразующую систему изотопно-тяжелой серы океанской воды [5]. В качестве современных примеров можно привести гидротермальные залежи, приуроченные к осевым частям Срединно-Атлантического хребта. Сульфиды из самого молодого гидротермального поля Брокен Спур имеют наиболее легкий изотопный состав серы (от – 4.4 до + 2.2 ‰). Самая зрелая гидротермальная постройка поля ТАГ содержит сульфиды с тяжелым изотопным составом серы (от + 3.0 до + 5.6 ‰) [1].
Широкий разброс значений δ34S сульфидов в яман-касинских трубах, относящихся к разным типам, объясняются разными условиями их формирования. Преобладание положительных значений δ34S в медноколчеданной трубе, возможно, свидетельствует о значительном вкладе изотопно-тяжелой серы ангидрита, замещенного пиритом. Преобладание отрицательных значений δ34S в оболочке и внутренней инкрустации в трубах медно-цинково-колчеданного типа, возможно, объясняется изменением окислительно-восстановительных условий минералообразования. Известно, что сульфиды тем сильнее обогащены легким изотопом, чем выше доля серы, перешедшей в сульфатную форму по сравнению с исходными растворами [3, 4]. В связи с этим облегчение изотопного состава серы сульфидов можно объяснить окислением части H2S при взаимодействии гидротермальных флюидов с морской водой. Кроме того, увеличение доли изотопно-легкой серы в сероводороде флюида может быть результатом вскипания (сепарации) минералообразующего флюида [2].
Автор выражает признательность профессору Р. Ларжу, директору Центра по изучению рудных месторождений (CODES, Университет Тасмании, Австралия) и К. Харрису за помощь в выполнении анализов.
Работа выполнялась при финансовой поддержке проекта РФФИ (№ 02-05-64821).
Литература
- Богданов Ю. А., Бортников Н. С., Лисицын А. П. Процессы формирования сульфидных залежей в Срединно-Атлантическом хребте // Металлогения древних и современных океанов – 1998. Миасс: ИМин УрО РАН, 1998. С. 6–11.
- Богданов Ю. А., Бортников Н. С., Викентьев И. В. и др. Новый тип современной минералообразующей системы: “черные курильщики” гидротермального поля 14˚45΄ с. ш., Срединно-Атлантический хребет // Геология рудных месторождений, 1997. Т. 39. № 1. С. 68–90.
- Буслаев Ф. П., Игумнов С. А., Прокин В. А., Славина Т. П. Изотопный состав серы // Медно-колчеданные месторождения Урала: Условия формирования. Екатеринбург: УрО РАН, 1992. С. 199–211.
- Гриненко В. А., Гриненко Л. Н. Геохимия изотопов серы. М.: Наука, 1974. 274 с.
- Гричук Д. В. Термодинамические модели субмаринных гидротермальных систем. М.: Научный мир, 2000. 304 с.
- Масленникова С. П. Изотопный состав серы в сульфидных трубах из медно-цинково-колчеданных месторождений Яман-Касы и Александринское (Южный Урал) // Металлогения древних и современных океанов–2002. Миасс: ИМин УрО РАН, 2002. С. 212–216.