CC BY
49
УДК 550.93:553.3.065:549.3
Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2013. Вып. 4
В. Ю. Кузнецов, Э. В. Табунс, В. Е. Бельтенев, Г. А. Черкашев, Ф. Е. Максимов, К. А. Кукса, Н. Г. Баранова, С. Б. Левченко, Х. Л. Лян
ХРОНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СУЛЬФИДОВ В ПРЕДЕЛАХ РУДНОГО ПОЛЯ «ЗЕНИТ-ВИКТОРИЯ» (20°08' С.Ш.) СРЕДИННО-АТЛАНТИЧЕСКОГО ХРЕБТА*
Введение. Глубоководные океанические гидротермальные системы и связанные с ними сульфидные руды были открыты в 70-х годах прошлого столетия и представляют несомненный научный и практический интерес. Изучение процессов современного рудообразования на океаническом дне позволяет ответить на фундаментальные вопросы рудогенеза, а также решить многие проблемы, возникающие при реконструкции древних геологических процессов в земной коре. Интерес со стороны практической геологии к этим рудным залежам, достигающими запасов в десятки миллионов тонн, обусловлен высокими концентрациями в них ценных для промышленности металлов (Си, РЬ, Zn, Ад, Аи и др.),
В настоящее время все основные океанские державы, включая Россию, активно занимаются поиском и исследованием гидротермальных рудных залежей. Российские экспедиции проводят работы преимущественно в северной приэкваториаль-
Кузнецов Владислав Юрьевич — доктор геолого-минералогических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный университет; e-mail: v_kuzya@mail.ru
Табунс Эрикс Викторович — кандидат географических наук, старший научный сотрудник, Лаборатория геоморфологических и палеогеографических исследований полярных регионов и Мирового океана им. В. П. Кёппена; Санкт-Петербургский государственный университет; e-mail: etabuns@gmail.com
Бельтенев Виктор Ефимович — ведущий геолог, ФГУНПП «Полярная морская геологоразведочная экспедиция»; e-mail: ocean-party@peterlink.ru
Черкашев Георгий Александрович — доктор геолого-минералогических наук, зам. директора, ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И. С. Грамберга»; e-mail: gcherkashov@gmail.com
Максимов Федор Евгеньевич — кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Лаборатория геоморфологических и палеогеографических исследований полярных регионов и Мирового океана им. В. П. Кёппена, Санкт-Петербургский государственный университет; email: maksimov-fedor@yandex.ru
Кукса Катерина Александровна — кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник, Лаборатория геоморфологических и палеогеографических исследований полярных регионов и Мирового океана им. В.П.Кёппена, Санкт-Петербургский государственный университет; e-mail: kkuksa@ gmail.com
Баранова Надежда Григорьевна — младший научный сотрудник, Лаборатория геоморфологических и палеогеографических исследований полярных регионов и Мирового океана им. В. П. Кёппена, Санкт-Петербургский государственный университет; e-mail:baranova@mail.ru
Левченко Снежана Богдановна — младший научный сотрудник, Лаборатория геоморфологических и палеогеографических исследований полярных регионов и Мирового океана им. В. П. Кёппена, Санкт-Петербургский государственный университет; e-mail:levchenko@mail.ru
Лян Хун Лэй — магистрант, Санкт-Петербургский государственный университет; e-mail: ley@ mail.ru
* Работа выполнялась при поддержке гранта правительства РФ № 11.G34,31,0025 и госконтракта № 11.519.11.5013 с Министерством образования и науки РФ.
© В. Ю. Кузнецов, Э. В. Табунс, В. Е. Бельтенев, Г. А. Черкашев, Ф. Е. Максимов, К. А. Кукса, Н. Г. Баранова, С. Б. Левченко, Х. Л. Лян, 2013
В.Д.
ной зоне Срединно-Атлантического хребта (САХ). В результате этих исследований, ежегодно выполняемых на НИС «Профессор Логачев» геологами Полярной морской геологоразведочной экспедиции (ПМГРЭ) в сотрудничестве со специалистами ВНИИ-океангеология, было открыто более десяти крупных гидротермальных рудных объектов.
Многими исследованиями показано, что активизация гидротермальной деятельности и связанное с нею рудообразование имеют дискретно-эпизодический характер [1]. Однако датирование этапов рудогенеза, позволяющее оценивать временные рамки и продолжительность процессов рудоотложения, до сих пор является одной из малоизученных проблем. Это связано, в частности, с недостаточным обоснованием практического применения методов датирования подобных объектов с использованием радиоизотопов природного уранового ряда, например с применением 230^/и метода геохронологии. Кроме того, крайняя неоднородность их состава требует проведения совместных радиохимических и геохимических исследований, что позволяет избежать определенных сложностей в интерпретации получаемых геохронологических данных.
Подобные исследования инициированы нами в начале 2000-х годов для экспериментальной проверки теоретических предпосылок 230^/и метода и возможностей его практического использования для датирования глубоководных полиметаллических сульфидов (ГПС). В результате были получены первые сведения о возрасте и хронологии формирования объектов ГПС в пределах узлов «Логачев» (в дополнение к датировкам К. Лалу и др. [2]), «Ашадзе», «Семенов», полей «Рейнбоу», «Краснов», открытых или опробованных (поля «Рейнбоу», «Пюи де Фоль») российскими экспедициями на Срединно-Атлантическом хребте [2-12]. Все перечисленные выше рудные объекты, включая новое гидротермальное поле «Зенит-Виктория», входят в российский разведочный район, в пределах которого Российская Федерация получила исключительное право на проведение поисково-оценочных работ в соответствии с подписанным контрактом с Международным Органом по Морскому Дну (рис. 1).
с.ш.
Рис. 1. Распространение гидротермальных рудных объектов в пределах российского разведочного района (от 12°48' до 20°54' с.ш.) [13].
Обозначения: 1 — гидротермальные поля; 2 — ось рифта; 3 — трансформные разломы; 4 — нетрансформные смещения. Батиметрическая основа для рисунка построена по результатам многолучевой съемки масштаба 1:200 000, выполненной ФГУГПП «Южморгеология» (2000 г.).
В настоящей работе представлены результаты радиохимических и геохимических исследований образцов сульфидных руд из гидротермального поля «Зенит-Виктория», которые позволили выделить временные этапы рудообразования и выявить особенности изменения состава руд во времени.
Описание гидротермального рудного поля «Зенит-Виктория». Объектом настоящих исследований является гидротермальное рудное поле «Зенит-Виктория». Детальное изучение этого участка САХ, включая отбор проб ГПС, проводилось в 2010 г. в 33-м рейсе НИС «Профессор Логачев». Геологическое описание рудного поля и характеристика рудных образований приведены в статье В. В. Шилова с соавторами [12].
Рудный участок расположен на восточном приподнятом борту рифтовой долины САХ. Координаты центра рудного поля 20°08' с.ш., 45°38' з.д., глубины, на которых встречаются сульфидные руды, составляют 2370-2600 м (рис. 1).
Поле располагается на пологонаклонной поверхности небольшой ступени в верхней части склона восточного борта долины на глубине 2370-2390 м и распространяется вниз по склону до глубины 2750 м. Контур поля вытянут в меридиональном направлении на 2550 м и в самой широкой, северной части, имеет размеры до 1000 м. В состав поля входят три рудных тела. Рудовмещающими породами являются базальты, подвергнутые гидротермальным изменениям — окварцеванию и гема-титизации.
К числу рудных объектов в составе поля относятся три рудных тела.
Рудное тело I, расположенное в северной части поля, имеет самые большие размеры — 600 х 1300 м и сложную конфигурацию. Тело сложено сульфидными постройками высотой от 1 м до 10 м, развалами сульфидных руд, обломками труб и продуктами их разрушения, рудоносными осадками и рудными корками, покрывающими весьма значительную часть поверхности тела. Отмечается ряд сульфидных уступов субмеридионального простирания с амплитудой от 1 до 20 м. В восточной части рудного тела I обнаружен гидротермальный плюм мощностью до 120 м и протяженностью не менее 400 м, свидетельствующий о наличии современной гидротермальной активности.
Рудное тело 2 расположено в 300 м к юго-западу от рудного тела 1. Это небольшой 70 х 150 м, сульфидный холм, вытянутый с севера на юг высотой 5-8 м. В пределах холма различаются обломки руд разных размеров, гидротермальные корки.
Рудное тело 3 расположено в 140 м к югу от рудного тела 2. Тело 3 — сульфидный холм 150 х 200 м, имеющий изометрические очертания в плане, высотой до 10-12 м. На холме обнаружены обломки руд разных размеров, гидротермальные корки.
Массивные сульфидные руды, образцы которых анализировались в настоящей работе, представлены фрагментами рудных построек размером от 10-12 до 60-70 см и имеют преимущественно серно-колчеданный и медно-колчеданный (реже — цинково-колчеданный и медно-цинковый) состав (табл. 1). Каркас медно-колчеданных построек сложен марказитовыми и марказит-пиритовыми рудами, а в наиболее пористых участках (в центральной части реже — в боковых частях) по сульфидам железа развиваются халькопирит и другие сульфиды меди. Для сфалерита в составе Си^п^е-руд характерно участие как в строении тонко-микрокристаллического каркаса сульфидной постройки вместе с марказитом, так и в заполнении полостей [12].
Таблица 1. Результаты радиохимического анализа разных типов руд и 230ТЬ/и-датировки образцов ГПС из гидротермального рудного поля «Зенит-Виктория». Типы руд: Ге-8 — серно-колчеданные (марказит-пиритового состава); Си-Бе — медно-колчеданные (халькопирит-пирит-марказитового состава); 2п-Бе — цинково-колчеданные (сфалерит-марказит-пиритового состава)
№ лаб. № обр. Тип руды 238 у расп./мин - г 234и расп./мин-г 230тъ расп./мин - г 232ТЪ расп./мин - г 230тъ/234и 234и/238и Возраст тыс. лет
568 68-М-1 Си-Бе 12,75 ±0,51 14,48 ±0,58 0,069 ±0,006 Н.о. 0,0047 ±0,0004 1,136 ± 0,027 0,51 ±0,05
416 374-Б-1 Си-Бе 19,37±0,66 21,206±0,72 0,383 ±0,009 Н.о. 0,018 ±0,001 1,094±0,018 2,0 ±0,1
415 348-Т-1 Бе-в 2,455 ±0,121 2,911 ± 0,137 <0,055 Н.о. <0,019 1,185 ±0,059 <2,1
413 374-Б-1а Бе-в 8,065 ±0,329 9,185 ± 0,369 0,248 ±0,012 <0,011 0,027 ±0,002 1,139 ±0,032 3,0 ±0,2
414 346-М-1 Бе-в 5,878 ±0,277 6,873 ±0,317 0,300 ±0,013 Н.о. 0,044 ±0,003 1,169 ±0,043 4,8 ±0,3
575 87-М-2 (70-М-2) Бе-в 2,529 ±0,068 2,888 ±0,075 0,135 ±0,008 <0,016 0,047 ±0,003 1,142 ±0,031 5,2 ±0,4
418 348-М-2 Бе-в 11,19 ±0,27 12,72 ±0,31 0,677 ±0,022 Н.о. 0,053 ±0,002 1,137 ± 0,017 5,9 ±0,3
571 69-М-1 2п-Бе 0,130 ±0,037 0,170 ±0,038 <0,010 <0,017 <0,056 1,313 ±0,463 <6,3
419 382-М-1/3 Бе-в 0,197 ± 0,019 0,274± 0,022 <0,017 Н.о. <0,061 1,386 ± 0,168 <6,8
412 382-М-1а Бе-в* 0,224±0,019 0,246 ±0,020 0,017±0,002 Н.о. 0,069 ±0,010 1,099 ±0,122 7,7 ±1,2
569 69-М-2 2п-Бе 0,120 ±0,016 0,127 ± 0,017 <0,012 <0,010 <0,090 1,064 ±0,200 <10,3
409 370-М-1 Бе-в 0,089 ±0,013 0,130 ± 0,015 <0,014 Н.о. <0,109 1,457±0,261 <12,5
417 366-Т-1/1 Си-Бе 0,143 ±0,019 0,175 ± 0,021 <0,021 Н.о. <0,120 1,225 ±0,213 <14,0
567 62-М-4/1 Fe-S 11,26 ±0,48 12,69 ±0,53 1,852 ±0,059 <0,016 0,146±0,008 1,127±0,030 17,1 ± 1,0
574 83-М-2 Cu-Fe 3,582 ±0,093 3,953 ±0,100 0,687±0,023 <0,014 0,174± 0,007 1,103 ±0,026 20,7 ±1,0
576 94 Cu-Fe 0,023 ±0,007 0,040 ±0,009 <0,007 <0,012 <0,179 1,746 ±0,668 <21,1
411 382-М-1 Cu-Fe* 0,129±0,013 0,169±0,014 0,035 ±0,004 И.о. 0,206±0,031 1,309 ±0,166 24,8 ±4,4
566 62-М-4/2 Fe-S 8,472 ±0,255 9,525 ±0,282 1,986±0,033 <0,019 0,209 ±0,007 1,124±0,024 25,3 ±1,0
410 368-М-1/1 Cu-Fe* 3,979 ±0,159 4,530 ±0,176 1,097±0,034 <0,017 0,242 ±0,012 1,139 ±0,042 29,9 ±1,8
577 94-М-2 Cu-Fe 0,043 ±0,008 0,047 ±0,008 <0,012 <0,014 <0,253 1,093 ±0,267 <31,5
565 60-М-З Fe-S 2,070 ±0,091 2,393 ±0,100 0,656±0,023 0,032 ±0,008 0,274± 0,015 1,156±0,053 34,5 ±2,3
573 70-М-1 Fe-S 3,414±0,129 4,079 ±0,148 1,291 ±0,034 <0,028 0,316±0,014 1,195 ±0,042 40,8 ±2,3
572 70-М-5а Fe-S 5,304±0,121 6,078 ±0,135 2,021 ±0,047 <0,027 0,333±0,011 1,146±0,021 43,5 ±1,8
420 370-М-1/2 Zn-Fe 0,104±0,008 0,123 ±0,009 0,052 ±0,003 0,005 ±0,001 0,428 ±0,040 1,177±0,120 59,5 ±8,4
421 374-М-1 Cu-Fe 0,101 ±0,024 0,059 ±0,018 И.о. И.о. — — —
* — тип руды приведен по данным ПМГРЭ.
Экспериментальное обоснование теоретических предпосылок применения 230П/и-метода для датирования образцов ГПС в пределах поля «Зенит-Виктория». Тестирование основных положений того или иного метода радиохронологии (в данном случае 230^/И-метода) является необходимой процедурой при геохронологических исследованиях объектов окружающей среды, тем более таких сложных в вещественно-генетическом отношении донных формаций, как сульфидные руды. Это объясняется тем, что их химический и минеральный состав может существенно варьировать не только при переходе от одного гидротермального поля к другому, но и внутри отдельно взятого поля [1, 14].
В настоящее время основные теоретические предпосылки уран-ториевого метода датирования гидротермальных рудных отложений формулируются следующим образом [6, 8, 15, 16].
1. В начальный момент своего формирования сульфидные отложения включают в свой состав уран без дочернего 230^ (а также 232^).
2. Сульфидные руды ведут себя как закрытые геохимические системы по отношению к урану и торию (в течение датируемого интервала времени).
Если условия метода выполняются, то уран без своих дочерних нуклидов концентрируется в составе сульфидных отложений в начальный момент их формирования. Из него со временем накапливается 230^, поэтому для определения возраста образцов руд необходимо знать величину отношения 230^/234и на сегодняшний день.
На первом этапе исследований были проведены радиохимические анализы (согласно методике, приведенной в [6, 8]) образцов ГПС для определения содержаний (удельных активностей) изотопов урана и тория и проработки теоретических основ применения 230^/И-метода для датирования этих рудных образований.
Радиохимические исследования, осуществленные нами ранее и направленные на изучение возможностей 210РЬ/РЬ-метода датирования молодых сульфидов с возрастом в несколько десятков лет с Восточно-Тихоокеанского поднятия, показали [4, 17]:
1 — практически полное отсутствие (или ничтожные концентрации) изотопов тория 230^ и 232^ и в то же время
2 — наличие измеримых количеств 238и и 234и в изученных рудных образцах.
Из данных табл. 1 видно, что и древние руды фактически не содержат 232^.
По совокупности полученных нами результатов, а также аналогичных данных, приведенных в литературе [2, 15], вполне определенно можно сделать вывод о выполнимости первой предпосылки уран-ториевого метода датирования анализированных образцов ГПС.
Отсутствие миграции изотопов тория в различных типах океанических отложений доказано многими работами [6, 8, 18, 19], поэтому нет оснований, на наш взгляд, предполагать возможные перемещения тория (в первую очередь 230^), находящегося в составе твердой фазы сульфидных формаций.
В практике морских геохронологических исследований принято считать [2, 5, 6, 8], что если не обнаруживается систематической взаимосвязи между содержанием урана (238и, 234и) и возрастом образцов из одного и того же гидротермального поля, то это является свидетельством отсутствия привноса или выщелачивания урана в системе: сульфид — морская вода. Наши данные, приведенные в табл. 1 и на рис. 2, вполне очевидно свидетельствуют, что увеличение или уменьшение 230^/И-возраста анализированных проб не имеет прямой или обратной зависимости от изменения
содержания (удельной активности) урана от образца к образцу в пределах рудного поля «Зенит-Виктория». Все это подтверждает выполнимость второй теоретической предпосылки метода.
Подробное экспериментальное обоснование правомерности применения 230^/и-метода датирования объектов ГПС изложено в ряде наших и зарубежных работ [2-6, 8, 15, 17, 20-23].
Геохимические особенности руд гидротермального поля «Зенит-Виктория». Образцы ГПС анализировались рентгено-флуоресцент-ным методом на спектрометре Спектроскан GV-Max. При этом использовалась методика «тонких пленок» с применением способа стандарт-рассеянного излучения в тонком слое образца [24, 25]. Такой подход позволил надежно оценить содержания основных рудных и второстепенных примесных элементов (Бе, Со, N1, Си, 2п, Р, Si, Т1, Мп, А1, Са, К, S) в широком диапазоне их концентраций. Измерения проводились при рабочем напряжении и = 40 ^ и силе тока 2-4 мА на родиевой рентгеновской трубке, при экспозиции 20-100 сек в зависимости от уровней концентрации анализируемых элементов. Ошибка анализа элементов не превышала 5%, а предел обнаружения находился ниже кларковых значений. Результаты геохимических анализов проб ГПС представлены в табл. 2.
Основные рудные элементы в анализированных пробах представлены Бе, Си и 2п. При этом концентрации железа варьируют от 8 до 45%, меди от 0,2 до 23,5%, цинка — от 0,06 до 8,8% что в целом хорошо согласуется с данными, приведенными в работе [12]. Как видно из данных табл. 2, уровни содержания основных петроген-ных элементов в рудах низки за исключением кремнезема, концентрации которого достигают десятков процентов в опализированных пробах со сфалеритовой минерализацией (см. табл. 2).
Обработка этих данных методами многомерной статистики — кластерным и факторным анализами (методом главных компонент) — показала, что рассматриваемые элементы образуют две отчетливые группы (рис. 3а): 1 — Бе, S, Со и N1 (сер-но-колчеданная ассоциация) и 2 — 2п, Си, Мп, СаО, К20, Р205, А1203 и SiO2 (мед-но-цинковая ассоциация). Присутствие в этой группе кремния подтверждают и результаты минералогических исследований, фиксирующих опаловые инкрустации в сульфидной массе ряда образцов в ассоциации со сфалеритом и халькопиритом.
Структура многомерных данных в координатах первых двух факторов (рис. 3б) подтверждает закономерности, выявленные кластерным анализом, и отражает наличие трех типов руд: (1) преимущественно колчеданных (с Со), (2) медно-колче-данных (с N1) и (3) цинково-колчеданных, с которыми ассоциирует кремнезем. Здесь же, наряду с уже выявленными ассоциациями, четко видна взаимосвязь урана с железом, серой и фосфором.
238и, расп./мин.г.
Рис. 2. Соотношение возраста и содержания (удельной активности) урана в образцах ГПС рудного поля «Зенит-Виктория».
Таблица 2. Химический состав руд гидротермального поля «Зенит-Виктория».
№ пр. Ре Со N1 Си Zn А1 Са К З Р Т1 Мп
% % % % % % % % % % г/т г/т г/т
4о9 25,2 о,о1о о,оо2 о,22 о,29 16,7 о,о7 о,о4 о,о1 25,9 5 26 34
413 41,6 о,о34 о,оо1 о,22 о,17 о,2 о,о2 о,о1 о,о1 27,о 216 28 3о
414 45,3 о,о38 о,оо7 4,85 о,57 о,6 о,о8 о,о1 о,оо 42,9 29 34 48
415 35,5 о,о21 о,оо4 5,21 о,22 о,4 о,11 о,31 о,о3 49,о 81 464 45
416 31,7 о,о16 о,оо4 о,44 о,о8 о,7 о,о3 о,о7 о,о2 31,4 579 749 4о
417 16,1 о,о42 о,оо9 19,2 о,о9 1,6 1,27 о,о4 о,о2 37,8 7о 294 91
418 38,9 о,о53 о,оо4 о,57 о,о8 о,8 о,21 о,о3 о,о2 48,6 123 146 55
419 41,4 о,о26 о,оо1 1,38 о,11 1,о о,68 о,о4 о,12 48,3 18 Ю9 64
42о 8,62 о,оо2 о,оо5 о,85 3,67 36,9 о,о6 о,о6 о,о4 9,18 87 167 138
421 34,о о,27о о,оо7 2о,6 о,о7 о,1 о,12 о,о1 о,о2 39,2 6о 59 52
565 33,1 о,о18 о,оо2 о,51 о,28 3,5 о,29 о,о1 о,о4 44,2 3о 84 47
566 34,3 о,о17 о,оо1 о,4о о,19 о,5 о,39 о,о1 о,о3 45,7 125 75 52
567 37,1 о,о2о о,оо1 о,42 о,33 о,8 о,45 о,о2 о,о5 48,7 47 Ю1 69
568 38,о о,о39 о,оо4 7,о8 о,о6 о,6 о,53 о,о3 о,о4 46,6 4о 94 4о
569 18,4 о,о17 о,оо3 1,83 2,97 18,о 1,о1 о,о3 о,о5 24,9 49 8о 32
571 18,8 о,о19 о,оо5 о,58 8,88 11,3 о,39 о,о2 о,о7 28,8 25 65 49
572 37,1 о,о3о о,оо1 о,42 о,о9 о,8 о,42 о,о2 о,о5 54,3 86 77 43
573 42,5 о,о28 о,оо3 о,53 о,о7 о,5 о,13 о,о2 о,о3 46,5 13 71 3о2
574 23,8 о,ою о,оо6 17,2 о,о6 1,о о,66 о,о2 о,о4 26,о 152 46 3о
575 4о,2 о,о62 о,оо3 о,24 о,о7 о,5 о,24 о,о2 о,о3 45,3 54 118 29
576 26,6 о,о11 о,о16 23,4 о,о7 2,9 о,38 о,о1 о,о1 27,4 26 441 27
577 19,5 о,оо7 о,оо9 13,9 о,о5 5,7 о,61 о,о1 о,о2 31,8 8о 117 36
Рис. 3. Результаты кластерного (а) и факторного (б) анализов совокупности геохимических данных для образцов ГПС из гидротермального поля «Зенит-Виктория». Результаты факторного анализа представлены в виде единой проекции факторных нагрузок элементов (кружки) и значений факторов (точки) в исследованных пробах сульфидов. Фактор 1 (32%) — Рео,9зЗо,8зСоо,74ио,72/З1-о,91, фактор 2 (17%) — Си_о,88№_о,8о. Римскими цифрами отмечены поля проб колчеданных (I), медно-колчеданных (II) и цинково-колчеданных (III) руд.
В целом вариации химического состава исследованных проб могут быть объяснены изменением в соотношении пропорций основных рудных минералов (пирит, халькопирит, пирротин, сфалерит, гидроксиды железа). Данное положение подтверждается рис. 4, где четко видны линейные тренды вариаций состава образцов,
0,75
0,2 0,3 0,4 Бе, атомн. %
0,0010
0,0100 0,1000 7п+Си, атомн. %
1,000
Рис. 4. Вариации составов гидротермальных руд поля «Зенит-Виктория» в зависимости от изменения соотношения основных рудных минералов. Условные обозначения: сру — халькопирит, БрЬ — сфалерит, ругг — пирротин, ру — пирит.
отвечающие смеси пирит-пирротин, пирит-халькопирит, пирит-сфалерит или их комбинации. Отклонения от основных трендов могут быть объяснены присутствием в системе дополнительных минералов, таких как оксиды и гидроксиды железа.
Интересно отметить наличие ассоциации урана с фосфором и железом в анализированных образцах ГПС (см. рис. 3б), что подтверждается данными о взаимосвязи фосфора и железа, с одной стороны, и урана и фосфора — с другой, полученными для разных типов океанских отложений [26-28]. Это может служить дополнительным свидетельством выполнимости первой теоретической позиции 230^/И-метода датирования ГПС (см. выше).
Эволюция процессов гидротермального рудообразования во времени в пределах рудного поля «<Зенит-Виктория». С использованием 230^/И-метода получены первые сведения о возрасте руд и временных эпизодах активизации гидротермальной деятельности в пределах поля «Зенит-Виктория». Геохронологические данные свидетельствуют, что процесс рудообразования начался здесь как минимум около 59,5 тыс. лет назад и продолжается вплоть до настоящего времени.
Как было отмечено ранее [12], структурно-вещественные особенности и взаимоотношения рудных минералов в ГПС поля «Зенит-Виктория» позволяют наметить следующую последовательность их формирования: пирит-марказитовая минеральная ассоциация серно-колчеданных руд предшествует формированию пи-рит-халькопирит-халькозин-борнитовой минерализации медно-колчеданных руд. В свою очередь, поздние халькопирит-сфалеритовые и сфалеритовые инкрустации совместно с опалом знаменуют, по-видимому, завершающие этапы развития процессов рудогенеза.
Самые древние образцы анализированных объектов ГПС с возрастом около 59,5 тыс. лет сложены сфалеритом и опалом (см. табл. 1, 3). Это может означать, что в пределах поля «Зенит-Виктория» должны присутствовать еще не выявленные
более ранние колчеданные и медно-колчеданные руды, сформировавшиеся на ранних стадиях первого этапа рудообразования. В пользу этого свидетельствуют и данные о наличии в пределах этого участка САХ металлоносных осадков с возрастом 75-128 тыс. лет [12].
В таком случае более молодые серно-колчеданные руды, образовавшиеся около 43,5 тыс. лет назад, знаменуют начальную стадию следующего (второго) этапа активизации рудогенерирующей системы. Вторая стадия этапа характеризуется медно-колчеданными рудами, которые прослеживается в интервале ~3о-2о тыс. лет назад (табл. 1, 3).
В дальнейшем, начиная с ~17 тыс. лет назад, начинается новый, третий этап ру-дообразования, где все указанные выше типы руд неоднократно обнаруживаются вплоть до настоящего времени (см. табл. 1, 3).
Таблица 3. Периодизация процессов рудообразования в пределах гидротермального поля «Зенит-Виктория»
Этап 1
Стадия Тип руды Возраст, т.л.
1-я, начальная нет данных нет данных
2-я, средняя нет данных нет данных
3-я, заключительная Zn-Fe ~59,5
Этап 2
1-я, начальная Fe-S ~43,5-34,5
2-я, средняя Cu-Fe ~29,9-20,7 < 21,1, < 31,5
3-я, заключительная нет данных нет данных
Этап 3
1-я, начальная Fe-S ~17,1-2,1 < 2,1, < 6,8, < 12,5
2-я, средняя Cu-Fe ~2,0-0,5 < 14,0
3-я, заключительная Zn-Fe современное рудообразование, < 6,3; < 10,3
Следует особо подчеркнуть, что предложенная нами периодизация рудообразования (см. табл. 3), включающая не менее трех временных этапов и основывающаяся на последовательности минералообразования, не является совершенной или окончательной для изученного поля «Зенит-Виктория». Это объясняется в первую очередь недостаточным количеством имевшихся в наличии проб для их комплексного изучения, а значит, и данных по их химическому составу и 23о^/и возрасту. Поэтому, вероятно, нам и не удалось обнаружить Zn-Fe-руды с возрастом, соответствующим 3-й, заключительной стадии 2-го этапа. Кроме того, треть образцов (8 из 24) не имеют конечной датировки (из-за крайне низких концентраций радиоизотопов), что еще более затрудняет интерпретацию геохронологических и минералого-геохи-мических данных. Рудные образцы, не имеющие конечных датировок, могут быть распределены по стадиям этапов согласно упомянутой выше последовательности
минералообразования. Так, Си^е-руды с возрастом < 21,1 и < 31,5 тыс. лет отнесены ко 2-й стадии (~29,9-20,7 тыс. лет назад) 2-го этапа. Тогда на 3-м этапе Fe-S-руды с возрастом < 2,1, < 6,8 и < 12,5 тыс. лет могут быть отнесены к его 1-й стадии (~17,1-2,1 тыс. лет назад), Си^е-руды с возрастом < 14,0 тыс. лет — ко 2-ой стадии (~2,0-0,5 тыс. лет назад); Zn-Fe-руды с возрастом < 6,3 и < 10,3 т.л. — к 3-й стадии (современное рудообразование). Все имеющиеся в настоящий момент данные комплексного исследования сульфидных руд не исключают, однако, более продолжительной и многоэтапной истории рудообразования в пределах поля «Зенит-Виктория».
Полученные результаты не противоречат в целом выводам о наличии как минимум трех крупных этапов рудообразования в пределах поля «Зенит-Виктория», сделанным в работе [12]. Для получения полной информации о развитии процессов рудогенеза в пределах гидротермального поля «Зенит-Виктория» требуются более детальные комплексные геохимические и геохронологические исследования.
Заключение. Выполнены радиохимические и геохимические исследования образцов ГПС, отобранных в пределах открытого в 2010 г. гидротермального рудного поля «Зенит-Виктория». По результатам полученных экспериментальных данных и опубликованным материалам сделан вывод о правомерности использования 230^/И-метода для датирования анализированных рудных образцов. Рудоотложе-ние в пределах поля «Зенит-Виктория» началось как минимум 59,5 тыс. лет назад и включало не менее трех временных этапов, характеризующихся последовательной сменой минеральных ассоциаций и, соответственно, химического состава формирующихся сульфидных руд. В то же время имеющиеся на сегодняшний день геохронологические и геохимические данные не позволяют в полной мере и однозначно детализировать хронологию формирования рудных объектов изученного гидротермального поля. Перспективным для этих целей представляется проведение исследований не только сульфидных руд, но и ассоциирующих с ними металлоносных осадков, формирующихся на дистальных участках рудного поля «Зенит-Виктория».
Литература
1. Богданов Ю. А. Гидротермальные рудопроявления рифтов Срединно-Атлантического хребта. М.: Научный мир, 1997. 167 с.
2. Initial chronology of a recently discovered hydrothermal field at 14°45'N, Mid-Atlantic Ridge / Lalou C., Reyss J. L., Brichet E., Krasnov S., Stepanova T., Cherkashev G., Markov V. // Earth and Planet. Sci. Lett. 1996. Vol. 144. P. 483-490.
3. Kuznetsov V. Yu., Arslanov Kh.A., Shilov V. V., Cherkashev G. A., Chernov S. B. 230Th-excess and 14C dating of pelagic sediments from the hydrothermal zone of the North Atlantic // Geochronometria. 2002. Vol. 21. P. 33-40.
4. 230Th/U dating of massive sulfides from the Logatchev and Rainbow hydrothermal fields (Mid-Atlantic Ridge) / Kuznetsov V., Cherkashev G., Lein A., Shilov V., Maksimov F., Arslanov Kh., Stepanova T., Barano-va N., Chernov S., Tarasenko D. // Geochronometria. 2006. Vol. 25. P. 51-56.
5. 230Th/U chronology of ore formation within the Semyenov hydrothermal district (13°31'N) at the Mid-Atlantic Ridge / Kuznetsov V., Maksimov, F., Zheleznov A., Cherkashov G., Bel'tenev V., Lazareva L. // Geochronometria. 2011. Vol. 38. P. 72-76.
6. Кузнецов В. Ю. Радиохронология четвертичных отложений. СПб.: Камильфо, 2008. 312 с.
7. 230,Й-датирование гидротермально-осадочных отложений Срединно-Атлантического хребта: методологические возможности и перспективы применения / Кузнецов В. Ю., Черкашёв Г. А., Бель-тенёв В. Е., Максимов Ф. Е., Шилов В. В., Жеребцов И. Е., Баранова Н. Г., Железнов А. М. // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7. 2011. № 2. С. 80-93.
8. Кузнецов В. Ю., Максимов Ф. Е. Методы четвертичной геохронометрии в палеогеографии и морской геологии. СПб.: Наука, 2012. 191 с.
9. Two Hydrothermal Fields at the Mid-Atlantic Ridge / Cherkashov G., Bel'tenev V., Ivanov V., Samova-rov M., Shilov V., Stepanova T., Glasby G. P., Kuznetsov V. // Marine Georesources and Geotechnology. 2008. Vol. 26. P. 308-316.
10. Seafloor massive sulfides from the northern equatorial Mid-Atlantic Ridge: new discoveries and perspectives / Cherkashov G., Poroshina I., Stepanova T., Ivanov V., Bel'tenev V., Lazareva L., Rozhdestvenska-ya I., Samovarov M., Shilov V., Glasby G., Fouquet Y.. Kuznetsov V. // Marine Georesources & Geotechnology. 2010.Vol. 28, N 3. P. 222-239.
11. Новые данные о строении гидротермальных полей в районе 13°31' с.ш. САХ (рудный узел «Семенов») / Бельтенев В. Е., Иванов В. Н., Рождественская И. И., Степанова Т. В., Шилов В. В., Давыдов М. П., Лайба А. А., Каулио В. М., Перцев А. Н., Кузнецов В. Ю., Добрецова И. Г. // Матер. XVIII междунар. науч. конф. (Школы) по морской геологии «Геология океанов и морей», Москва, 16-20 ноября 2009 г. М.: «ГЕОС», 2009. Т. 2. С. 133-136.
12. Новые гидротермальные рудные поля на Срединно-Атлантическом хребте: «Зенит-Виктория» (20°08' с.ш.) и «Петербургское» (19°52' с.ш.) / Шилов В. В., Бельтенев В. Е., Иванов В. Н., Черкашёв Г. А., Рождественская И. И., Габлина И. Ф., Добрецова И. Г., Наркевский Е. В., Густайтис А. Н., Кузнецов В. Ю. // ДАН. 2012. Т. 442, № 3. С. 383-389.
13. Сульфидные руды северной приэкваториальной части Срединно-Атлантического хребта / Черкашёв Г. А., Иванов В. Н., Бельтенёв В. И., Лазарева Л. И., Рождественская И. И., Самоваров М. Л., Порошина И. М., Сергеев М. Б., Степанова Т. В., Добрецова И. Г., Кузнецов В. Ю. // Океанология. 2013. Т. 53, № 5. С. 680-693.
14. Богданов Ю. А., Лисицын А. П., Сагалевич А. М., Гурвич Е. Г. Гидротермальный рудогенез океанского дна. М.: Наука, 2006. 527 с.
15. Lalou C., Brichet E. Ages and implications of East Pacific Rise sulphide deposits at 21oN // Nature. 1982. Vol. 300. P. 169-171.
16. Ivanovich M., Harmon R. S. Uranium-series Disequilibrium: Applications to Earth, Marine and Environmental Sciences. 2nd Edn. Oxford: Clarendon Press, 1992. 902 p.
17. Радиоизотопная (230Th/U- и 210Pb/Pb-) геохронология гидротермальных сульфидных рудопро-явлений в пределах Срединно-океанических хребтов / Кузнецов В. Ю., Леин А. Ю., Богданов Ю. А., Максимов Ф. Е., Бельтенёв В. Е., Черкашёв Г. А., Струков В. Н., Жеребцов И. Е., Жилинский П. Е. // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7. 2008. Вып. 2. С. 82-93.
18. Кузнецов Ю. В. Радиохронология океана. М.: Атомиздат, 1976. 279 с.;
19. Henderson G. M., Anderson R. F. The U-series Toolbox for Paleoceanography // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2003. Vol. 52, N 1. P. 493-531.
20. Chronology of selected hydrothermal Mn oxide deposits from the trans-Atlantic geotraverse «TAG» area, Mid-Atlantic Ridge 26°N / Lalou C., Thompson G., Rona P. A., Brichet E., Jehanno C. // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1986. Vol. 50. P. 1737-1743.
21. New age data for MAR hydrothermal sites: TAG and Snakepit chronology revisited / Lalou C., Reyss J. L., Brichet E., Arnold M., Thompson G., Fouquet Y., Rona P. A. // Journal of Geophysical Research. 1993. Vol. 98. P. 9705-9713.
22. Lalou C. et al. New age data for MAR hydrothermal sites: TAG and Snake-Pit chronology revisited // Journ. of Geoph. Res. 1995. Vol. 100, N 9. P. 9705-9713.
23. Sturm M. E., Golgstein S. J., Klein E. M., Karson J. A., Murrell M. T. Uranium-series age constraints on lavas from the axial valley of the Mid-Atlantic Ridge, MARK area // Earth Planet. Sci. Lett. 2000. Vol. 181. P. 61-70.
24. Renault J., McKee C. Method of X-ray Fluorescence Analysis For Environmental Lead, Especially in Household Dust, Using Thin-film Principles // Analyst. 1995. Vol. 120. P. 1261-1264.
25. Игнатова Ю. А., Еритенко, А. Н. Ревенко А. Г., Цветянский А. Л. Рентгенофлуоресцентный анализ твёрдотельных плёнок и покрытий // Аналитика и контроль. 2011. Т. 15, № 2. C. 126-140.
26. Савенко А. В. Соосаждение фосфора с гидроксидом железа, образующимся при смешении подводных гидротермальных растворов с морской водой (по экспериментальным данным) // Геохимия. 1995. № 9. С. 1383-1389.
27. Батурин Г. Н. Руды океана. М.: Наука, 1993. 303 с.
28. Коченов А. В., Батурин Г. Н. К вопросу о парагенезисе органического вещества, фосфора и урана в морских отложениях // Литология и полезные ископаемые. 2002. № 2. С. 126-140.
Статья поступила в редакцию 19 июня 2013 г.
