ГЕОХИМИЯ, 2003, № 3, с. 304-328
МИНЕРАЛОГИЯ И ГЕОХИМИЯ СУЛЬФИДНЫХ РУД ПОЛЕЙ ЛОГАЧЕВ-2 И РЕЙНБОУ: ЧЕРТЫ СХОДСТВА И РАЗЛИЧИЯ
© 2003 г. А. Ю. Леин*, Г. А. Черкашев**, А. А. Ульянов***, Н. В. Ульянова*, Т. В. Степанова**, А. М. Сагалевич *, Ю. А. Богданов*, Е. Г. Гурвич*, М. П. Торохов**
*Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117851 Москва, Нахимовский просп., 36 е-та11:1е1п@$ео.8ю.г881.т **ВНИИОкеангеология 190121 Санкт-Петербург, Английский просп., 1 ***Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Геологический факультет 119899 Москва, Воробьевы горы Поступила в редакцию 09.07.2001 г.
Дается сравнительный анализ минералого-геохимических особенностей медно-цинковых сульфидных руд полей Логачев-2 и Рейнбоу Срединно-Атлантического хребта (САХ), приуроченных к про-трузии серпентинитов. Установлено, что Zn(Fe)- и Си^е^п)-сульфиды отлагались в трубах черных курильщиков практически одновременно из пульсирующих разнотемпературных неравновесных растворов, обедненных И2Б. Изотопный состав свинца подтверждает, что источником свинца являются глубинные участки океанской коры. В рудах поля Рейнбоу содержится в 20 раз больше Со, чем в рудах, приуроченных к базальтам, и наблюдается высокое отношение Со/№ = 46. Руды поля Рейнбоу обогащены тяжелым изотопом 348 (§348средн. = 10%е) за счет постоянного подтока холодной морской воды в близповерхностную зону гидротермальной системы. Руды поля Логачев-2 обогащены золотом в 8 раз по сравнению с другими районами САХ. По обогащенности полезными компонентами ^п, С^ Со и Аи) сульфидные руды полей Рейнбоу и Логачев-2 не имеют аналогов среди рудо-проявлений САХ.
Активные поля Рейнбоу и Логачев-2, так же как и поле Логачев-1, расположены во внутреннем рифте Срединно-Атлантического хребта (рис. 1). В пределах этих полей гидротермальные сульфидные рудопроявления связаны с серпентинитами и серпентинизированными ультрабазитами, а не с океаническими базальтами. Именно на активных полях Логачев-1 и Рейнбоу был установлен принципиально новый тип рудоформирую-щей гидротермальной системы, названной "глубинной", в отличие от широко распространенных в океане осевых гидротермальных систем [2, 3].
Поле Логачев-2 открыто в 1993-94 гг. в рейсе НИС "Профессор Логачев" на восточном склоне рифтовой долины в 5.5 км от поля Логачев-1 [4]. Координаты его центра 14°43'22 с.ш. и 44°56'27 з.д. Площадь поля - 0.15 х 0.2 км2 (рис. 2).
Поле Рейнбоу обнаружено в 1997 г. [5-13]. Его описанию посвящен ряд зарубежных и отечественных публикаций. Поле Логачев-2 находится на глубине ~2700 м, а Рейнбоу —2300 м (рис. 1). По мнению многих исследователей, близповерх-ностное гидротермальное рудоотложение на полях Рейнбоу и Логачев-1 сопровождается "процессами фазовой сепарации, что приводит к не-
стабильности в температурном режиме и солевом составе рудообразующих флюидов" [6].
Вместе с тем, наряду с общими геолого-геохимическими особенностями (приуроченность к сер-пентинитовым протрузиям и существенные вариации минералогического состава), гидротермальные образования указанных выше полей имеют свои специфические особенности, рассмотрению которых посвящена данная работа.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
На поле Логачев-2 анализировались гидротермальные сульфидные руды, отобранные с помощью телегрейфера с борта НИС "Профессор Логачев" в 1998 г. (рис. 2). Изучалась крупнообъемная проба (120 кг) в виде сросшихся труб конической формы, отобранная в привершинной части крупного рудного тела (станция 384).
Сбор материала на поле Рейнбоу осуществлялся с помощью гоа Мир-1 в 42 рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш", осенью 1999 г. Отбор проб проводили в направлении от древней (западной) части поля к более молодому (восточному) окончанию поля (рис. 3). Всего изучено
C
50°
Менез Гвен (850 м) Лаки Страйк (1700 м) Рейнбоу (2320 м)
Брокен Спур (3090 м) ТАГ (3650 м)
Снейк Пит (3500 м)
* Логачев ( 3000 м)
3 70'
Рис. 1. Схема расположения активных гидротермальных полей на Срединно-Атлантическом хребте между экватором и островами Азорского архипелага (по [1]).
шесть сульфидных труб, характеризующих активные и неактивные постройки. Валовый химический состав руд определялся в лабораториях ВНИИОкеангеология атомно-абсорбционным и количественным спектральным методами.
Детальное минералогическое исследование гидротермальных руд поля Рейнбоу проводили после их предварительной чистки в водной среде на ультразвуковом диспергаторе У3ДМ-1 (частота 22 и 35 кГц, время экспозиции 1-1.5 мин). На первом этапе исследования препараты изучались под бинокулярным микроскопом МБС-9 и поляризационным оптическим микроскопом ПОЛАМ М-212. После предварительной оптической диагностики минеральных фаз каждый из препаратов изучался на сканирующем электронном микроскопе CAMSCAN с энергодисперсионным анализатором Link-10000 (аналитики: Е.В. Гусева, Н.Н. Коротаева, МГУ). Многочисленные фотографии в обратно-отраженных электронах (BSE) и точное знание качественного состава минералов позволило в дальнейшем провести детальное изучение вариаций химического состава минералов на электронно-зондовом микроанали-
заторе Cameca SX-50, снабженного тремя волновыми спектрометрами (аналитики Н.Н. Кононко-ва, Н.Н. Коротаева, МГУ). Взаимоотношения минералов, а также установление последовательности их выделения из гидротермального раствора осуществлялось по данным оптического изучения препаратов в отраженном свете и на приборе CAMSCAN в режиме BSE и получения изображений поверхности искусственных сколов во вторичных электронах (SEI).
Результаты приводимых исследований базируются на 33-х оптических, 41-й электронно-микроскопической фотографиях, а также на 340 электронно-зондовых микроанализов различных минеральных фаз. Кроме того, образцы поля Рейнбоу и Логачев-2 проанализированы на электронном микроскопе АВТ-55 с энергодисперсионным анализатором Link-10000, при ускоряющем напряжении 25 кВ в Институте геологии и геохронологии докембрия (аналитики М.Р. Павлов, М.Д. Толмачев). В окончательные результаты включены только те элементы, содержание которых превышало предел обнаружения (2а). Диаметр электронного зонда составлял 3 мкм.
Рис. 2. Схема расположения гидротермальных полей Логачев-1 (активное) и Логачев-2 (неактивное) в плане и на геологическом разрезе (на врезке).
с.ш.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
/\/\ + &ООХПФОИША а • 3950 3951 3956 3959 3961 3982 3840 3844 3848
Рис. 3. Схема расположения сульфидных построек и места отбора проб на активном гидротермальном поле Рейнбоу в 41 и 42-ом рейсах НИС "Академик Мстислав Келдыш".
1 - холмистые гидротермальные постройки: 1а - активные, 16 - древние неактивные; 2-12 - места отбора проб сульфидных руд с указанием номеров станций погружений гоа Мир-1 и -2 (по [14]).
Таблица 1. Результаты радиохимического анализа образцов сульфидных руд гидротермальных полей Рейнбоу (ст. 3982) и Логачев-2. 42 рейс НИС "Академик Мстислав Келдыш"
Номер Мас- 238и 238и 234и 234и 232ТЬ 230ТЬ 230и Возраст,
образца са РРт ёрт ёрт 238и ёрт ёрт 234и тыс. лет
Рейнбоу
М1-3а 4.01 3.60 ± 0.15 2.59 ± 0.11 2.86 ± 0.12 1.11 ± 0.03 0.054 ± 0.006 0.55 ± 0.02 0.191 ± 0.011 23.0 ± 1.5
М1-46 4.01 4.75 ± 0.32 3.42 ± 0.23 3.71 ± 0.25 1.08 ± 0.04 0.023 ± 0.003 0.07 ± 0.01 0.020 ± 0.003 2.2 ± 0.3
М1-2/5 4.11 0.06 ± 0.01 0.044 ± 0.004 0.050 ± 0.004 1.13 ± 0.14 Н. п. о. <0.009 <0.181 <22.0
М1-6 4.89 0.24 ± 0.01 0.17 ± 0.01 0.21 ± 0.01 1.21 ± 0.08 Н. п. о. 0.007 ± 0.001 0.035 ± 0.005 3.9 ± 0.6
Логачев-2
384-4 4.55 3.37 ± 0.27 2.43 ± 0.20 2.54 ± 0.20 1.05 ± 0.05 0.001 ± 0.001 0.09 ± 0.01 0.035 ± 0.004 3.9 ± 0.4
Примечание. Аналитик В.Ю. Кузнецов, НИИГеография, СПбГУ; Н.п.о. - ниже предела определения.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СИТУАЦИЯ
Рудопроявление Логачев-2. По данным телепрофилирования в пределах поля выделено 6 рудных тел. В центре оконтурено относительно крупное рудное тело на глубине 2670-2740 м. Его длина составляет 140-150 м. Ширина варьирует от 40 м на востоке до 80 м на западе. Максимальная высота рудного тела 10-12 м. Его поверхность сложная, неровная. Здесь расположены группы неактивных труб, высотой 0.5-0.6 м, где была отобрана проба руды. В центре рудопроявления вместе с рудными образованиями подняты образцы рыхлых гидротермально-измененных пород. В 100150 м к югу от крупного рудного тела обнаружено еще 5 небольших изометричных холмообразных рудных построек, диаметром от 20 до 60 м и высотой до 6 м. Возраст сульфидного оруденения Логачев-2 оценивается в 3.9 ± 0.4 тыс. лет (табл. 1).
Гидротермальное поле Рейнбоу расположено на западном склоне хребта Рейнбоу, представляющим собой осевое поднятие рифтового прости-ранея. Это осевое поднятие сформировано сер-пентинитовой протрузией [15]. Гидротермальное поле размещается на относительно пологой площадке (15-20°), на глубине 2270-2320 м. Оно вытянуто в направлении с запада на восток на 250 м и с севера на юг на 60 м (рис. 3). В пределах поля встречено более 10 крупных активных и много неактивных (реликтовых) построек. Между постройками поверхность дна сложена серпентинитами, часто перекрытыми маломощным чехлом металлоносных осадков [6, 7].
Возраст сульфидного оруденения колеблется от 22-23 тыс. лет на западе (табл. 1), где преобладают крупные реликтовые постройки (рис. 4а), до 2.2-3.9 тыс. лет в центральной наиболее активной в настоящее время части поля. Современные черные курильщики в виде отдельных и причудливо
сросшихся труб осложняют склоны высоких "активных" холмов и построек (рис. 46).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Химический состав руд полей Логачев-2 и Рейнбоу
Средний химический состав массивных сульфидных руд гидротермальных полей приведен в табл. 2. Основными элементами руд являются Б, Бе, 2и, Си. Геохимическая специализация этих руд медно-цинковая и определяется соотношением в них Си и 2и. Вариации этих элементов в составе руд очень велики и колеблются от долей процента до 35 % по Си и до 64 % по 2и. Сравнение результатов валового химического состава руд полей Логачев-2 и Рейнбоу с химическим составом руд других гидротермальных полей САХ, развитых на базальтах, позволяет утверж
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.