ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2012, том 443, № 3, с. 347-351
= ГЕОХИМИЯ
УДК 548.4
ПРЯМЫЕ ДАННЫЕ О РУДОНОСНОСТИ КИСЛЫХ МАГМ УЗЕЛЬГИНСКОГО РУДНОГО ПОЛЯ (ЮЖНЫЙ УРАЛ, РОССИЯ)
© 2012 г. И. В. Викентьев, А. Ю. Борисова, В. С. Карпухина, В. Б. Наумов, академик И. Д. Рябчиков
Поступило 18.11.2011 г.
Генетическая связь колчеданных месторождений Урала с кислым вулканизмом остается дискуссионной [1—3]. Несмотря на признание определенной роли в рудообразовании малоглубинных очагов кислых магм, остается не до конца ясным источник воды гидротермального флюида; большинство соглашается с его происхождением из морской воды, преобразованной при взаимодействии с вмещающими вулканическими породами. Однако изотопные данные (8г, Н, О, С) свидетельствуют о смешанной [4, 5] или преобладающей глубинной [6, 7] природе воды гидротермального флюида; доминирующую роль мантийного компонента (ЭММ-Л и ЕМ I) обнаруживает и свинец галенита колчеданных руд Урала [8]. Проведенные нами исследования высокоточным локальным методом масс-спектрометрии с лазерной абляцией (ЬЛ-1СР-М8) расплавных включений и флюидных включений магматической воды (ФВ) во вкрапленниках кварца кислых вулканитов Узельгинского рудного поля позволили установить высокую насыщенность металлами первичного магматического флюида и магматического расплава. Таким образом, впервые получены прямые данные о потенциальной рудоносности вулканических комплексов юных островных дуг, с которыми пространственно ассоциируют колчеданные месторождения Урала.
В последние годы метод ЬЛ-1СР-М8 был успешно применен для исследования флюидных и расплавных включений в минералах эпитер-мальных золоторудных, медно-порфировых и
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии наук, Москва
Институт наук о Земле и об окружающей среде, Тулуза, Франция
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской Академии наук, Москва
свинцово-цинковых месторождений, а также для изучения состава зерен основных рудообразую-щих сульфидов колчеданных, платиноидных и "орогенных" золоторудных месторождений. Этот метод позволяет проводить одновременное определение большого числа химических элементов с низкими и ультранизкими пределами их обнаружения. Поскольку по сравнению с другими существующими методами (PIXE, SIMS, из более ранних — спектральный эмиссионный с лазерным отбором пробы) LA-ICP-MS является одним из самых высокочувствительных локальных (до 10 мкм) методов анализа минерального вещества, с его помощью впервые для колчеданных месторождений были исследованы расплавные и флюидные включения в фенокристаллах кварца рудоносных кислых вулканитов.
Микроаналитический метод. Главные и редкие элементы во флюидных и расплав-ных включениях определяли методом LA-ICP-MS в Тулузе (Франция). Метод стандартизации [9, 10] и примененная абляционная камера разработаны в тулузском Институте наук о Земле и об окружающей среде. Данные обрабатывали при помощи программы GLITTER 4.0 (GEMOC, Сидней, Австралия) или рассчитывали вручную согласно процедуре, примененной в программе GLITTER. В качестве внешних калибраторов применили два международных стандартных синтетических стекла: NIST-SRM-612 и NIST-SRM-610, в то время как 23Na был использован в качестве внутреннего стандарта. Предел обнаружения, определенный из анализов стандартного стекла NIST-SRM-612, составил менее 5 г/т для 7Li, 11B, 27Al, 39K, 56Fe, 66Zn, 95Mo, 137Ba и не более 0.7 г/т для 9Be, 24Mg, 51V, 55Mn, 63Cu, 69Ga, 70Zn, 71Ga, 107Ag, 109Ag, 114Cd, 118Sn, 120Sn, 121Sb, 138Ba, 140Ce, 144Nd, 181Ta, 184W, 197au, 202Hg, 208pb, 209Bi, 238y.
Точность анализов лучше 15% RSD контролировали при помощи абляции микрокапилляров, наполненных стандартными мультикомпонент-ными растворами Merck IV с разведением до концентраций 10 и 100 г/т (Ag, Al, B, Ba, Bi, Ca, Cd,
348
ВИКЕНТЬЕВ и др.
Рис. 1. Схема строения Учалинского рудного района и положение колчеданных месторождений. 1 — офиолиты 0—8^; 2, 3 — островодужные базальт-риолитовый В2 (2) и андезит-базальтовый, базальт-трахитовый комплексы Вз—С1; подчиненные известняки С^ (3); 4 — гранодиориты, плагиограниты (D2—Dзfr); 5, 6 — габбро-гранитные серии Вз^—С^ (5) и С (6); 7 — граниты Р^; 8 — крупные разломы; 9 — надвиги; 10 — колчеданные месторождения.
Fe, Оа, К, Ы, М§, Мп, На, РЬ, 8г, 2п и др.) или Апа1аЬ 8ТВ-316 (Оа, Мё, Се, и и др.), и стандартного стекла №8Т-612 (или №8Т-610), проанализированного как неизвестное с типичной точностью 3 до 10% [9, 10].
Геологическая позиция. Исследованное рудное поле относится к Учалинскому району и расположено в северной части Магнитогорского прогиба, в его восточном борту (рис. 1). Кислые вулканиты слагают верхнюю часть карамалыташ-ской свиты В2е, принадлежащей к контрастной риолит-базальтовой формации. По петрохимиче-ским параметрам подстилающие базальты являются толеитовыми, а кислые вулканиты — известко-во-щелочными или переходными к ним. Среди кислых вулканитов в целом преобладают риодаци-ты (до 50%) и риолиты (30%), подчиненное распространение имеют дациты (до 20%).
В пределах района известно 11 колчеданных Си—Zn-месторождений с преобладанием в руде Zn (Си : Zn = 1/2). Колчеданные залежи района сосредоточены в двух рудных узлах с примерно одинаковыми запасами руды и цветных металлов
в каждом [11]: Учалинском (три месторождения) и Узельгинском (восемь месторождений). Сульфидная медно-цинковая минерализация локализована в кислых вулканитах на трех литолого-стратиграфических уровнях, соответствующих трем ритмам вулканизма [2, 4, 11].
Результаты. Объектом исследования явились кислые вулканиты (в основном риодациты) Узельгинского рудного поля, опробованные на флангах месторождений Узельгинское, Талганское и Чебачье по керну глубоких скважин. Наиболее распространенными являются расплавные включения размером от 5 до 70 мкм, в различной степени раскристаллизованные; более редки включения, представленные бесцветным, реже бурым стеклом (от 10 до 110 мкм). Размягчение стекол происходило при 600—720°С, гомогенизация — при 850—1130°С. Начало плавления в раскристал-лизованных включениях наблюдалось при 780— 850°С, полная гомогенизация — при 950—1210°С. По составу магматические расплавы соответствуют риолитам и находятся в основном в поле пород толеитовой серии. Кроме того, обнаружены [12]
ПРЯМЫЕ ДАННЫЕ О РУДОНОСНОСТИ КИСЛЫХ МАГМ
349
Интенсивность, имп/с 1.E+06 г
1.E+05 -
1.E+04 -
1.E+03 -
1.E+02 -
1.E+01
1.E+00
15
20
25
30 35 Время, с
Рис. 2. Типичный абляционный сигнал для флюидного включения (~40 мкм, обр. У-294) в кварце.
Растущие пики 23Ш, 63Си, 662п, 107Ля и 197Ли показывают начало абляции включения. 24Mg пик отвечает включению Mg-силиката и не влияет на качество анализа включения. Здесь и на рис. 3 штриховая горизонтальная линия означает, что лазер выключен.
Интенсивность, имп/с 1.E+07
1.E+06
1.E+05
1.E+04
1.E+03
1.E+02
1.E+01
1.E+00
10
Кварц
— 23Na
— 24Mg
— 27Al
— 29Si .......39K
— - 54Fe
— 63Cu
— 70Zn
— 107Ag
.....118Sn
......121Sb
— 197Au
— 208Pb
20
30
40
Время, с
Рис. 3. Результаты абляции расплавного включения (50 мкм) в фенокристалле кварца. Пики А1, К, №, Fe, Mg, Си, 8п, 2п, РЬ, Ag и Ли в интервале 21—25 с соответствуют абляции расплавного включения. Образец У-294.
включения стекол с кристаллами магнетита и глобулами, представленными пирротином, пент-ландитом, халькопиритом, борнитом. Концентрация Н2О в магматических расплавах составляла первые массовые проценты (до 4.7 [12]), С1 до 0.28 (среднее 0.13 для 50 включений), Б до 0.42 (среднее 0.08), среднее содержание 8 0.025 мас. %. Концентрация №2О в стекловатых включениях варьируется от 1.91 до 4.95 мас. % (среднее 2.82 мас. %), чуть шире разброс значений в полностью или частично раскристаллизованных включениях: 1.74—5.50 мас. %. В целом расплавы имеют нормальную щелочность и отвечают толеитовой К—Ка-серии.
Довольно редкие во вкрапленниках кислых вулканитов флюидные включения (ФВ) размером от 25 до 110 мкм имеют изометричную, ограненную, неправильную формы или форму отрицательного кристалла и содержат газовый пузырек диаметром 8—40 мкм. Гомогенизация ФВ происходит при 124—245°С в жидкую фазу; по данным криометрии, соленость водного раствора составляет 1.2—6.2 мас. %-экв. №С1. Плотность
флюидов при установленных температурах гомогенизации включений, а также с учетом объемного теплового расширения кварца и объемного барического сжатия составила 0.80—0.94 г/см3. Рассчитанные для минимальной температуры гомогенизации расплавных включений в кварце (850°С) флюидные давления составили 7.0—8.7 кбар; для минимальной температуры кислых магм при вулканических извержениях (700°С) оценки составляют 5.1—6.8 кбар [13].
Примеры спектров, полученных методом LA-ICP-MS для первичных магматических ФВ в фенокристаллах кварца, показаны на рис. 2, где представлены интенсивности изотопов главных и редких элементов. Первый пик 63Cu, 66Zn и многих редких элементов в ассоциации с главными компонентами (23Na, 39K) отражает абляцию флюидного включения. Следует отметить, что пики 107Ag и 197Au ассоциируют с 23Na, что указывает на их вхождение в состав флюида. Магматический флюид содержит повышенные концентрации, г/т: В 40-2000, Cu 300-3700, Zn 80-3400, Pb 14-1000, Ba 20-2200, Sn 4-1600, Au 4-8 и Ag 4-11.
350
ВИКЕНТЬЕВ и др.
Таблица 1. Концентрации металлов (г/т) в магматическом флюиде (Сфл) и расплаве (сраспл) и коэффициенты распределения (К) для сосуществующих магматического флюида и расплава по данным лазерной абляции расплавных и флюидных включений в фенокристалле кварца (обр. У-294)
Элемент ^фл с сраспл Kd (флюид/расплав)
63Cu 1431 1056 1.36
66Zn 268.1 1390 0.19
71Ga 5.4 36.7 0.15
75As 17.4 4389 0.00
80Se 932 544.3 1.71
109Ag 11.2 39.4 0.28
114Cd 23 34.3 0.67
118Sn 71.6 123.4 0.58
138Ba 30.6 454.9 0.07
140Ce 6.3 493.6 0.01
144Nd 1.9 31.7 0.06
181Ta 0.06 0.10 0.61
184W 1.2 9.7 0.12
197Au 8.1 1.27 6.38
208pb 59.6 258.2 0.23
209Bi 7.1 12.5 0.57
238U 0.33 30.9 0.01
В некоторых слу
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.