ГЕОХИМИЯ, 2007, № 7, с. 766-785
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МИНЕРАЛЬНОГО И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ДЫМОВ "ЧЕРНЫХ КУРИЛЬЩИКОВ" ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ПОЛЕЙ ТАГ И БРОКЕН СПУР (СРЕДИННО-АТЛАНТИЧЕСКИЙ
ХРЕБЕТ)
© 2007 г. В. Ю. Русаков
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 ГСП Москва, ул. Косыгина, 19; e-mail: rusakov@geokhi.ru Поступила в редакцию 17.08.2005 г.
В статье представлены данные по потокам гидротермально-осадочного вещества, собранного с помощью седиментационных ловушек в 3-х метрах от основания "черных курильщиков" гидротермальных полей ТАГ и Брокен Спур; а также приводится сравнительный анализ минерального и химического состава этого вещества. Установлено, что осадочный материал, осаждающийся в районе источника, формирует около 3% от общей массы рудного тела. Результаты анализа показали, что ловушечный материал в обоих случаях имеет высокие содержания рудных компонент и рудообра-зующих химических элементов (Fe, Cu, Zn, Co), а также Se, As, Sb, Ba и Р относительно толеитовых базальтов, из которых они выщелачиваются. Однако на более "зрелом" гидротермальном источнике поля ТАГ (возраст 40-50 тыс. лет) он состоит на 40% из гидроокислов Fe в отличие от источника поля Брокен Спур (возраст <1000 лет), где доминируют сульфиды (72%) с высоким содержанием пирротина. Также высоки различия коэффициентов обогащения между двумя источниками для Se (в 4.8 раза), As (в 3 раза), Са (в 4.1 раза) и Si (в 5.2 раза). Мы полагаем, что эти различия могут отражать разные этапы развития гидротермальной циркуляционной системы.
Гидротермально-осадочное вещество, образующееся при взаимодействии гидротермальных растворов с морской водой, формирует не только металлоносные осадки за пределами гидротермальных полей, но и массивные сульфидные руды непосредственно в районе источника. Однако до сих пор однозначное установление его роли в формировании рудного тела представляет определенную сложность. Во-первых, на сегодняшний день мы располагаем лишь отрывочными данными о его составе и величинах потоков, поскольку отбор частиц, осаждающихся в непосредственной близости от гидротермального источника, расположенного на глубинах, как правило, более 2 км, представляет собой сложную и дорогостоящую техническую задачу. Во-вторых, процессы формирования самого вещества продолжают оставаться малоизученными. Совершенно неясным остается вопрос относительно возможности изменения состава гидротермально-осадочного материала по мере эволюции субмаринной гидротермальной системы.
Как показали исследования известных субма-ринных гидротермальных оруденений, накопление рудного тела за счет питающих его гидротермальных растворов (флюидов), истекающих на поверхность дна в зонах разгрузки рециклинго-вой гидротермальной системы, имеет сложную историю и порой трактуется неоднозначно. Су-
ществуют различные точки зрения, основанные, как правило, на двух подходах. В основе первого лежит предположение о пространственном формировании различных минеральных парагенези-сов из одного и того же раствора, в зависимости от термохимических условий. В основе второго -последовательное образование руд из растворов, меняющих свой состав по мере эволюции гидротермальной системы. В этом ряду существует и наиболее сложная термодинамическая модель, объединяющая механизмы отложения рудного вещества по мере смешения высокотемпературного флюида с морской водой, эволюционное изменение состава флюида и метасоматические замещения внутри рудной постройки [1]. Однако, учитывая цикличность гидротермальной активности [2] и полигенный характер колчеданного оруденения [3], сложно однозначно установить эволюцию рудонакопления, используя в качестве индикатора лишь минеральные ассоциации постройки. Массивные сульфидные руды в той или иной степени являются продуктом последующих перекристаллизаций вещества в результате мета-соматических процессов. Важность использования гидротермально-осадочного материала в качестве одного из индикаторов истории рудоот-лождения существенно возрастает при изучении древних месторождений, для которых сложно установить состав первичных рудоносных раство-
ров. В отличие от представительного материала по составу гидротермальных растворов и массивных сульфидных руд, данных по составу вещества, осаждающегося в районе источника, и его потокам очень мало, в литературе имеются лишь отдельные сведения по некоторым гидротермальным полям Тихого океана [4-8].
В статье обсуждается состав осадочного вещества, собранного непосредственно под дымами "черных курильщиков" в Атлантическом океане с помощью седиментационных ловушек в ходе экспедиции ВЯАУБХ/94 [9]. Ловушки были установлены прицельно подводными обитаемыми аппаратами "МИР" в 3 метрах от основания "черных курильщиков" на двух гидротермальных полях: ТАГ и Брокен Спур. Оба поля расположены на базальтах в пределах рифтовой долины низко-спредингового Срединно-Атлантического хребта (САХ). Материал, собранный ловушкой на поле Брокен Спур, ранее уже был частично представлен в печати [10, 11]; данные по составу гидротермально-осадочного материала, собранного ловушкой у основания "черного курильщика" поля ТАГ, публикуются впервые. Основным отличием этих полей является возраст активных построек. Гидротермальное поле Брокен Спур расположено в осевой части рифтовой долины и принадлежит к полям центрального типа наравне с полями Сквид Форест, Лаки Страйк, Снейк Пит, Пюи де Фоль [12]. Открытые в пределах поля 13 построек (большая часть из которых активна) содержат около 100 тыс. т сульфидных руд [13]. По оценкам Богданова [14], их накопление продолжалось не более 1 тыс. лет. Гидротермальное поле ТАГ связано с долгоживущей системой, приуроченной к краевой части рифтовой долины. Согласно современным оценкам, в холме Активной постройки сосредоточено около 2.7 млн. т руды и еще 1.2 млн. т - в ее "корнях" [15], которые уходят в базальтовый фундамент до глубины 125 м. Используя методы изотопного датирования, Лалу с соавторами [16-18] показала, что формирование массивных сульфидных руд здесь началось 40-50 тыс. лет назад. Разница в возрасте гидротермальных полей позволяет нам выявить некоторые характерные эволюционные отличия в минеральном и химическом составе собранного гидротермально-осадочного материала.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Седиментационные ловушки, благодаря простоте конструкции и удобству в эксплуатации, нашли широкое применение в различных областях исследований. С их помощью можно не только собирать материал, осаждающийся в водном столбе, но и определять величины потоков. К неоспоримым достоинствам этого метода можно отнести возможность собирать достаточные ко-
личества вещества для детальных минералогических и химических исследований. Использование ловушек для изучения состава и потоков гидротермально-осадочного материала началось практически сразу после открытия активных гидротермальных источников [4, 6-8]. Изучение процессов седиментации в локальных районах гидротермальных полей с высокой пространственно-временной изменчивостью потоков поставило задачу повышения репрезентативности отбираемых проб. Дело в том, что жестко прикрепленный к основанию конуса накопительный стакан собирает попутный материал в период постановки и подъема ловушки на борт судна. Впоследствии отделить его от материала, собранного на заданном горизонте, практически невозможно. Для предотвращения подобного "загрязнения" ловушки снабдили специальными механизмами, позволяющими изолировать накопительный стакан в ходе ее постановки и подъема. Для изучения потоков вещества в районах активных гидротермальных полей нами были разработаны и испытаны две седиментационные ловушки КСЛ-400/1 [19] с механизмом, позволяющим изолировать накопительный стакан от загрязнения попутным материалом. Однако существуют и некоторые недостатки метода. Так, в ловушку оседает преимущественно "тяжелый" материал, который легко тонет в воде; тонкие частицы, как правило, остаются во взвешенном состоянии в водном столбе за счет броуновского движения молекул воды.
Одна ловушка КСЛ-400/1 была установлена на гидротермальном поле Брокен Спур с помощью глубоководного обитаемого аппарата "МИР" у подножия наиболее массивной постройки Сарацин Хед (Голова Сарацина) с температурой истекающего на ее вершине флюида 362°С. Схема постановки ловушки изображена на рис. 1. Площадь собирающего конуса ловушки составляла 0.125 м2. За период экспозиции 17.5 сут ловушка собрала 4.0 г сухого вещества. Описание материала под бинокулярным микроскопом в воде представлено в табл. 1. Вторая ловушка аналогичным образом была установлена на вершине холма активной постройки поля ТАГ, увенчанной "черными курильщиками" в 3-х метрах от наиболее массивной трубы (рис. 2). За время экспозиции (5.87 сут) в ловушке накопилось 3.87 г сухого вещества. Описание материала под бинокулярным микроскопом в воде представлено в табл. 2.
Порядок обработки ловушечных проб. Как
показывает практика, стратегия обработки материала, собранного в водном столбе, в значительной степени определяет конечный результат. Особого внимания требуют пробы, собранные с помощью седиментационных ловушек. Поскольку гранулометрический и вещественный состав такого материала очень разнообразен и неодно-
N
''Сарацин Хед''-362°С
j Седиментационная ловушка КСЛ-400/1
Рис. 1. Схема гидротермального поля Брокен Спур [20] и место установки седиментационной ловушки КСЛ-400/1. Ловушка изображена в увеличенном масштабе.
роден, он требует применения широкого спектра методик и аналитических приборов. Разные стратегии обработки иногда приводили к разным результатам. Это, в свою очередь, инициировало появление специальных исследований, направленных на разработку единых подходов в сборе, подготовке и лабораторном анализе ловушечного материала. При обработке собранных проб мы придерживались общепринятых рекомендаций [21].
На предварительном этапе (на борту судна) нами проводилась оценка всего собранного материала под микроскопом (табл. 1 и 2). Отдельно определялись биогенные и абиогенные частицы.
Определение биогенных частиц в пробе выполнили С.В. Галкин
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.