Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Месторождение сухой лог 9
1.1. Гигантские месторождения золота 9
1.2. Краткая геологическая характеристика месторождения сухой лог 13
1.2.1. Основные черты геологического строения Байкало-Патомского нагорья 15
1.2.2. Геологическая позиция месторождения Сухой Лог 17
1.2.3. Метасоматические образования 20
1.2.4. Внутреннее строение и условия формирования рудных тел 21
1.3. Изотопно-геохимические данные, ранее полученные для месторождения сухой Лог 25
ГЛАВА 2. Методика изотопных исследований 32
2.1. Основные понятия и величины. Изотопные стандарты 32
2.2. Методика изотопных измерений кислорода силикатных пород и подготовка проб 33
2.2.1. Подготовка проб к изотопному анализу кислорода 34
2.2.1.1. Фторирование объемным методом 35
2.2.1.2. Фторирование с применением лазерного нагрева 39
2.2.2. Сравнение методов подготовки образцов силикатного состава к изотопному анализу кислорода 46
2.3. Фторирование силикатных проб, содержащих карбонаты 47
Фторирование искусственных силикат-карбонатных смесей 51
ГЛАВА 3. Результаты исследования 55
3.1. Сводная таблица 55
3.2. Изотопно-кислородная система жильного кварца и вмещающих пород 56
3.3. Изотопно-кислородная и изотопно-углеродная системы жильных карбонатов и карбонатов вмещающих пород 59
3.4. Изотопный состав серы сульфидов жил и вмещающих пород 62
ГЛАВА 4. Поведение изотопных параметров (о, с, s) минералов жил и вмещающих пород на месторождении сухой лог 65
4.1. Поведение изотопно-кислородной системы кварца жил, прожилков и вмещающих их пород 66
4.1.1. Изотопный состав кислорода кварца жил и прожилков 66
4.1.1.1. Геотермометрические расчеты и оценка водного компонента флюида по изотопному составу кислорода кварца, анкерита и мусковита 67
4.1.1.2. Расчет изотопного состава кислорода флюида и жильных минералов. контролируемого обменом с вмещающими породами 72
4.1.2. Изотопный состав кислорода вмещающих сланцев 76
4.1.3. Соотношение величин д О жильного кварца и вмещающих сланцев 78
4.2. Изотопно-кислородная и изотопно-углеродная системы жильных карбонатов и карбонатов вмещающих пород 82
4.4. Поведение изотопного состава серы сульфидов жил и вмещающих пород 90
4.4.1. Влияние температуры на возникновение изотопных вариаций серы 91
4.4.2. Роль первичной неоднородности осадочного пирита 92
4.4.3. Дополнительное поступление серы из внешнего источника 96
4.4.4. Неравномерность гидротермально-метасоматических изменений вмещающих сланцев месторождения 97
Заключение 102
Библиографический список использованной литературы
- Основные черты геологического строения Байкало-Патомского нагорья
- Подготовка проб к изотопному анализу кислорода
- Изотопно-кислородная система жильного кварца и вмещающих пород
- Геотермометрические расчеты и оценка водного компонента флюида по изотопному составу кислорода кварца, анкерита и мусковита
Введение к работе
Актуальность темы. Изучение генезиса крупных и уникальных рудных месторождений, таких как месторождение золота Сухой Лог, является одним из ведущих направлений современной геологии и геохимии. Важное место в этих исследованиях занимают вопросы источников вещества и условий образования таких месторождений. При этом наиболее информативными являются изотопно-геохимические методы, в том числе методы геохимии стабильных изотопов, которые позволяют провести оценку физико-химических параметров формирования руд, установить происхождение и формирование изотопных параметров рудообразующих флюидов.
Объектом исследования диссертационной работы является уникальное месторождение золота Сухой Лог (Байкало-Патомское нагорье, Россия). Это месторождение активно исследуется с применением современных изотопно-геохимических методов. Однако данные об изотопном составе кислорода кварца жил, прожилков и вмещающих их пород, а также об изотопном составе кислорода и углерода карбонатов жил и вмещающих пород и об изотопном составе серы сульфидов на месторождении Сухой Лог существуют в ограниченном количестве, и большинство из них получено с применением устаревших методов.
Целью работы являлось исследование поведения стабильных изотопов легких элементов в гидротермально-метасоматическом рудообразовании на месторождении Сухой Лог путем систематического изучения изотопных систем кислорода, углерода и серы в жильных минералах и вмещающих породах месторождения.
Исходя из поставленной цели, были решены следующие задачи исследования:
изучена применимость метода фторирования для изотопного анализа кислорода пород сложного состава (силикат-карбонатных сланцев);
проведен изотопный анализ кислорода в жильных минералах (кварц, мусковит) и вмещающих породах месторождения Сухой Лог; изотопный анализ углерода и кислорода в карбонатах жил и вмещающих пород; изотопный анализ серы пирита и галенита из прожилково-вкрапленного и жильного типов минерализации месторождения Сухой Лог;
оценены температура, режим изотопного обмена и роль флюидной фазы при формировании изотопного состава изученных минералов и пород.
Фактический материал. В основу диссертации легли результаты исследований, проведенных автором в лаборатории изотопной геохимии и геохронологии ИГЕМ РАН. Образцы пород для изотопных исследований были отобраны при участии автора в течение полевого сезона (2009г.) на территории месторождения Сухой Лог, часть образцов любезно предоставлены Сарояном М.Р., Чугаевым А.В., Юдовской М.А. (ИГЕМ РАН) и Кряжевым С.Г. (ЦНИГРИ).
Методы исследования. Изотопный состав кислорода минералов кварц-карбонатных жил, кварцевых прожилков, кварц-сульфидных прожилков, гнезд и линз, а также вмещающих пород месторождения Сухой Лог был определен методами объемного фторирования и фторирования с применением лазерного нагрева. Измерения проведены на масс-спектрометре Deltapus (Thermo-Finnigan). Величины 8 О, полученные методом фторирования с применением лазерного нагрева для 51 образца кварца, 6 образцов мусковита и 45 образцов вмещающих пород, были использованы при оценке температуры и 8 О водного компонента флюида. Изотопный состав кислорода и углерода в карбонатах (24 образца жильных и нежильных карбонатов и 17 образцов рассеянного карбоната вмещающих пород) определен методом CF-IRMS на масс-спектрометре DeltaV+ (Thermo-Finnigan) с использованием устройства GasBench П. Изотопный состав серы определен методом CF-IRMS в 30 образцах пирита и в 2 образцах галенита на масс-спектрометре DeltaV+ (Thermo-Finnigan) с использованием элементного анализатора FlashHT. Изотопные исследования сопровождались анализом химического состава вмещающих пород с помощью РФ А метода (ИГЕМ РАН).
Научная новизна работы. Проведено комплексное изучение жильных минералов и вмещающих пород месторождения Сухой Лог современными (фторирование с применением лазерного нагрева, CF IRMS) изотопными (О, С, S) методами. Впервые расчетным путем показано, что формирование жильных минералов (кварца и анкерита) происходило из флюида, который находился в изотопном равновесии с вмещающими терригенно-карбонатными породами в порододоминирующем режиме. Проведено детальное исследование поведения изотопно-кислородной системы силикатов и изотопно-углеродной, изотопно-кислородной систем карбонатов в зоне контакта вмещающие породы - жильные минералы. Изучен изотопный состав серы в метакристалле пирита по всей площади среза, что стало возможным при использовании метода локального механического микроотбора (навеска составляла 0.15 мг) и измерений 5 S на высокочувствительном современном масс-спектрометре DeltaV+ (Thermo-Finnigan) без потери точности изотопного анализа.
Практическая значимость работы. Полученные изотопные (О, С, S) результаты значительно расширяют современные представления об образовании крупномасштабных золоторудных объектов, связанных с породами черносланцевой формации. В Бодайбинском золоторудном районе выявлено не только уникальное месторождение золота Сухой Лог, а также менее богатые месторождения и рудопроявления: Чертово Корыто, Верненское, Голец Высочайший, Ожерелье и другие. Проведенные изотопные (О, С, S) исследования месторождения Сухой Лог
дают информацию, которая может быть использована при сравнительном анализе с другими месторождениями золота в этом районе, либо с месторождениями подобного генетического типа. Выявление роли, режима и условий взаимодействия флюид-порода, которым посвящена значительная часть работы, имеет большое значение для расшифровки источника и процессов транспортировки рудного вещества.
Защищаемые положения.
Разработан метод изотопного анализа кислорода в породах силикат-карбонатного состава, основанный на разложении проб в атмосфере BrF5 с использованием лазерного нагрева. Показано, что для проб, содержащих до 20% карбонатного вещества, этот метод дает правильные результаты. Использование метода объемного фторирования приводит к получению заниженных значений величин 8 О.
Формирование изотопного состава кислорода кварца и анкерита кварц-карбонатных жил на месторождении Сухой Лог контролировалось изотопным обменом с вмещающими терригенно-карбонатными породами в порододоминирующем режиме в присутствии водного флюида. Величина 8 О флюида изменялась от 12 до -1 %о по мере снижения температуры от 400 до 110С.
Вмещающие терригенно-карбонатные породы на месторождении Сухой Лог являются источником карбонатного материала, переотложенного в гидротермально-метасоматическом процессе. Поведение изотопных систем С и О карбонатных минералов показывает, что взаимодействие карбонатов вмещающих пород с гидротермальными растворами происходило при низких, а карбонатов жил - при высоких соотношениях флюид/минерал.
Пирит, минимально измененный в гидротермально-метасоматическом процессе на месторождении Сухой Лог, характеризуется высокими (около 20 %о) величинами 8 S. В рудных зонах наблюдается снижение 8 S пирита до 7.5-15.5 %о, связанное с его гидротермальной перекристаллизацией. Ведущим источником серы пирита на месторождении являлись вмещающие терригенно-карбонатные породы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 4-х глав, введения, заключения и дополнительных материалов, включающих результаты химического анализа пород (Приложение № 1) и сводную таблицу изотопных характеристик (О, С, S) образцов с месторождения Сухой Лог (Приложение № 2). Основной материал работы изложен на 123 страницах, которые содержат 7 таблиц и 34 рисунка. Список цитируемой литературы включает 103 наименования.
Основные черты геологического строения Байкало-Патомского нагорья
Прежде чем перейти к описанию собственно месторождения Сухой Лог стоит кратко рассмотреть геологические и минералого-геохимические особенности гигантских месторождений и рудных районов, уделяя особое внимание их характерным чертам.
Существуют тысячи рудных месторождений и еще большее количество мелких рудопроявлений. На их фоне выделяются крупные и уникальные месторождения-гиганты, в которых заключены огромные массы руды. По своим запасам (более 1000 т Аи) к гигантским объектам относятся уникальное месторождение Витватерсранд (Witwatersrand), Мурунтау (Muruntau) и месторождение Сухой Лог [Laznicka, 1999]. Большое число крупных месторождений (с запасами более 250 т Аи) считаются орогенными месторождениями золота, такие как Тимминс (Timmins), Канада; Калгорли (Kalgoorlie), Западная Австралия; Колар (Kolar), Индия; Ашанти (Ashanti), Гана; Хоместайк (Homestake), Штат Южная Дакота в США; Виктория (Victoria), Австралия; Олимпиада, Нежданинское, Березовское, Россия; Кумтор, Кыргызстан; и Маве Лоде (Mother lode), Калифорния [Groves et al., 2003].
He существует общепринятых черт, которые были бы присущи для гигантских месторождений золота [Sillitoe, 2000]. Например, такие параметры, как возраст месторождения, литология вмещающих пород, структурный контроль и окислительно-восстановительные условия рудообразующего флюида, для разных месторождений могут отличаются. Тем не менее, общим признаком для всех гигантских месторождений золота является присутствие на месторождениях тектонического контроля [Groves et al., 2003].
Наличие тектонических зон глубинного заложения отмечается для большинства золоторудных провинций, в том числе и для разновозрастных гигантских месторождений золота. С такими структурами глубинного заложения часто пространственно ассоциируют магматические тела и вулканические породы. Отметим также, что присутствие тектонических структур создает благоприятные условия для фильтрации флюида и формирования крупномасштабной золоторудной минерализации. Вмещающие оруденение терригенно-осадочные толщи метаморфических областей имеют низкую первичную проницаемость, и вследствие этого флюидный поток преимущественно будет двигаться по вторичным тектоническим структурам [Jamtveit, Yardley, 1997]. Гигантские орогенные золоторудные месторождения характеризуются сложной геометрией региональных структур, возникновение которых обусловлено сочетанием различного типа и ориентацией тектонических деформаций (например, Тимминс (Timmins), Калгорли (Kalgoorlie), Ашанти (Ashanti)) [Groves et al., 2000].
Помимо тектонического контроля, для этих месторождений вследствие химической неоднородности вмещающих золоторудную минерализацию пород устанавливается наличие и геохимического контроля [Phillips et al., 1996; Groves et al., 2000]. Как правило, геохимическими особенностями вмещающих пород являются высокие Fe Fe + Mg (±Са) отношения (например, Калгорли (Kalgoorlie), Тимминс (Timmins), Колар (Kolar), Маве Лоде (Mother lode), Хоместайк (Homestake)) и/или аномальные содержания углерода (например, Мурунтау (Muruntau), Сухой Лог, Ашанти (Ashanti)).
Наконец, для многих гигантских месторождений отмечается многостадийность рудообразующего процесса, что сопровождается перераспределением и концентрированием золота (например, такие месторождения, как Хемло (Hemlo), Калгорли (Kalgoorlie), Тимминс (Timmins), Мурунтау (Muruntau), Нежданинское) [Bateman et al., 2001; Graupner et al., 2001; Бортников и др., 1998].
В настоящее время существует несколько гипотез формирования золотоносных рудообразующих флюидных систем. Наиболее развитыми и обоснованными являются ортомагматическая, конвективно-гидротермальная и гипотезы метаморфогенного источника флюида.
Ортомагматическая гипотеза предполагает, что источником флюида являются летучие компоненты, отделяемые при кристаллизации гранитоидных магм. Она выдвигается, например, для месторождений Байя Мааре (Baia Маге) в Румынии [Grancea et al., 2002] или Шотган (Shotgun) на Аляске [Rombach, Newberry, 2001]. Эта гипотеза подразумевает наличие видимой или предполагаемой связи рудного месторождения с магматическим телом соответствующего состава и возраста.
Конвективно-гидротермальная гипотеза, выдвигаемая, например, для месторождений Дорлин (Dorlin) (Французская Гвиана [Lerouge et al., 1999]), Барит Хилл (Barite Hill) (США [Seal et al., 2001]) или для мезотермальных месторождений Канады [Nesbitt, Muchlenbachs, 1989], существенную роль отводит флюиду метеорного или морского происхождения.
Однако для месторождений, связанных с проявлением регионального метаморфизма, эти гипотезы, как правило, неприменимы.
Чаще всего при интерпретации данных по месторождениям, залегающим в метаморфизованных породах, привлекаются гипотезы метаморфогенного источника флюида [Буряк и др., 1982; Kerrich, Fryer, 1988; Lu et al., 1996; Neumayr et al., 1998; Vielreicher et al., 2002; Mathur et al., 2000; Jingwen et al., 2000; Oberthur et al., 2000; Jia, Kerrich, 2000 и др.]. При этом считается, что флюид образуется при дегидратации и декарбонизации вмещающих, либо подстилающих глубинных пород терригенного или терригенно-вулканического происхождения. Подобные взгляды на происхождение рудообразующего флюида обсуждаются и в отношении месторождения Сухой Лог [Meffre et al., 2008; Устинов и др., 2007]. Хотя в районе гигантского месторождения Сухой Лог Э.Н. Лишневским и В.В. Дистлером [Лишневский, Дистлер, 2004; Distler et al., 2004] по геолого-геофизическим данным отмечается «выступ активизированной мантии, расположенный на глубине 35...37 км с амплитудой 7... 10 км».
Подготовка проб к изотопному анализу кислорода
Для анализа силикатных минералов и пород, приблизительно 1.5-2 мг образца помещается в одну из ячеек держателя образцов. После загрузки образцов реакционная камера закрывается и откачивается. Затем объем, состоящий из реакционной камеры и криогенной ловушки, заполняется приблизительно 50 миллибар газа BrF5 и этот объем оставляется на нескольких минут, чтобы удалить любую атмосферную влагу, адсорбируемую на поверхности стекла BaF2, реакционной камеры и образца. Выделенные газы откачиваются. Приблизительно 100 миллибар газа BrF5 направляются в тот же самый объем, состоящий из реакционной камеры и криогенной ловушки, и отсекают этот объем. Давление газа BrF5 при комнатной температуре, достаточно высокое для реакции фторирования.
С помощью программы и видеокамеры делается фотография держателя образца и по ней координируется движение лазера джойстиком (рис. 2.3). Выставляется положение лазера на центр ячейки с образцом. Методики сжигания образца различаются в зависимости от его состава. Если в ячейке лежит образец кварца, то сначала, не сфокусированным (1.00 мм) низкой мощности (2-3) лучом лазера проводится нагревание при постоянном перемещении луча лазера по кристаллу посредством джойстика. Кристалл кварца должен прогреться, это будет видно, когда он «поседеет». Далее переходим на более сфокусированный (0.36 мм) лазерный луч и с помощью него разлагается большинство образца в ячейке при постоянном перемещении луча. Такой нагрев продолжается до полного разложения с постепенным увеличением мощности излучения (примерно до 8-9). При разложении образца кварца не остается продуктов реакции, поэтому можно судить о том, прошла ли реакция или нет, а также по измерителю давления, который соединяется с реакционной камерой.
Если в ячейке лежит образец вмещающих сланцев, то сначала, сфокусированным (0.36 мм) низкой мощности (1-2) лучом лазера проводится нагревание при медленном перемещении луча лазера по порошку породы посредством джойстика. Быстро начинает протекать реакция: выделяется газ и образуются продукты реакции, из-за этого объем порошка начинает расти и может выходить за стенки ячейки. Чтобы этого не происходило надо медленно перемещать луч лазера с маленькой мощностью по кругу: сначала по внешнему контуру ячейки постепенно приближаясь к центру ячейки. Так как остаются продукты реакции, судить о том прошла ли реакция до конца или нет можно только по измерителю давления, который соединяется с реакционной камерой.
После реакции фторирования газы, такие как избыток BrF5, BrF3, SiF4, и другие газы, из реакционной камеры захватываются в криогенную ловушку, замороженную при температуре жидкого азота, оставляя только 02 и минимальное количество F2 в линии (рис. 2.3). Фториды металлов, типа MgF2, остаются в реакционной камере. Газ 02 далее очищается криогенным способом через ряд криогенных ловушек. Газовая передача отслеживается по измерителю давления (рис. 2.3). Малое количество F2, если таковое вообще имеется, удаляется, проходя через ловушку, содержащую крупные кристаллы КВг, нагретые до 150С. Очищенный 02 адсорбируется на молекулярное сито (NaX) в контейнер для сбора образца при температуре жидкого азота. После сбора газа контейнер подогревается до комнатной температуры и через систему напуска вводится в масс-спектрометр для измерения изотопного состава.
Вся процедура выделения кислорода из образца занимает 15-20 минут, дальнейшие измерения изотопного состава кислорода на масс-спектрометре длятся еще 15 минут. В результате, в течение рабочей смены провести анализ 12-18 образцов, в зависимости от сложности поведения образца во время реакции.
Контроль чистоты получаемого газа, также как и при объемном фторировании, осуществляется контролем полноты выделения газа и измерением спектра отдельных образцов в области масс от 12 до 70, где может обнаруживаться присутствие атмосферных (N2, Аг) примесей и продуктов реакции, остающихся газообразными при температуре жидкого азота (главным образом F2). Обычно измерение спектра проводится ежедневно с тем, чтобы контролировать возможную разгерметизацию системы (например, появление микротрещины в BaF2 окне реакционной камеры или стеклянных элементах линии) и эффективность очистки измеряемого газа от примесей фтора. Для долговременного контроля воспроизводимости получаемых данных использовались внутренний стандарт ГИН-1 и международные стандарты NBS-28 (кварц), NBS-30 (биотит).
Изотопно-кислородная система жильного кварца и вмещающих пород
Опыт использования двух методов пробоподготовки для измерения изотопного состава кислорода образцов силикатного состава позволяет прийти к ряду заключений при их сравнении. В целом, фторирование с применением лазерного нагрева (ЛФ) имеет несомненные преимущества перед методом объемного фторирования (ОФ).
Размер образца уменьшается при ЛФ до 1-2 мг, почти в 10 раз по сравнению с методом ОФ. Это позволяет использовать более тщательно очищенные от механических примесей образцы минералов; производить измерения с высокой детальностью; анализировать минералы, которые в природе встречаются в малых количествах.
Высокие температуры, которые достигаются при лазерном нагреве, позволяют проводить анализ высокотемпературных минералов (оливина, циркона, граната), которые при объемном фторировании не разлагаются полностью.
Проведение реакции в оперативном режиме позволяет визуально контролировать ход реакции и полноту разложения образца, менять режим (мощность и фокусировку лазерного луча) для достижения полного протекания реакции фторирования.
При фторировании с применением лазерного нагрева не происходит фракционирования кислорода из-за малого времени проведения реакции и высокой температуры. На разложение одного образца требуется не более 15-20 минут, что сводит к минимуму возможность загрязнения полученного газа атмосферными примесями. 2Подготовка проб к исследованию изотопного состава кислорода во вмещающих сланцах и кварце месторождения Сухой Лог проводилась объемным фторированием (ОФ) и фторированием с применением лазерного нагрева (ЛФ). Для стандартных образцов кварца (ГИН-1 и NBS-28) и образцов с месторождения величины 8 О, определенные с помощью обоих методов пробоподготовки, являются близкими в пределах суммарной погрешности методов (рис. 2.6). Однако для образцов вмещающих пород (сланцев хомолхинской и имняхской свит) ситуация является совершенно иной (рис. 2.6).
Образцы пород, подготовленные методом объемного фторирования, показали широкий диапазон вариаций 5180 и более легкий изотопный состав фторирования с применением лазерного нагрева (8 О от 13.0 до 17.3 %о). На рисунке 2.7 видно, что, чем больше образцы сланцев содержат силикатного 1 Я материала, тем меньше разница между величинами 5 О, подготовленных разными методами. Как только в образцах сланцев содержание SiC 2 становится меньше половины, величины 8 О, полученные с помощью метода объемного фторирования, становятся заметно ниже величин 5 О, полученных с помощью метода фторирования с лазерным нагревом. подготовленные методом фторирования с применением лазерного нагрева. Поскольку кроме минералов силикатного состава для вмещающих сланцев хомолхинской свиты характерно присутствие карбонатов, можно предположить, что это является причиной проблем, возникающих при изотопном анализе кислорода данных пород. Средние оценки минерального состава сланцев показывают, что основными породообразующими минералами сланцев являются кварц (30-50%), карбонаты (10-30%), хлорит (10-25%), серицит (10-30%) и полевые шпаты (1-3%) [Буряк, 1982]. Тем не менее, эти величины сильно варьируют. Проведенный анализ содержаний главных компонентов вмещающих сланцев с разных участков месторождения, проведенный методом РФА (ИГЕМ РАН, Приложение № 1) подтверждает не только присутствие значительного количества карбонатного материала в этих породах, на что указывают высокие величины LOI, СаО, MgO, но и значительные вариации этих величин.
Выделение кислорода из силикатных пород, содержащих карбонатный материал, можно формально описать двумя химическими реакциями. Фторирование силикатной части образца соответствует приведенной выше реакции (2.2), а фторирование карбонатной части образца можно представить в виде реакции:
Как следует из реакции (2.3), при фторировании карбонатного материала, два атома кислорода из трех образуют молекулу СОг- Кислород, выделившийся при взаимодействии с BrF5 из СаО, суммируется с кислородом, выделившимся из силикатной части образца по реакции (2.2). Считается, что молекула СОг не вступает в реакцию с пентафторидом брома, даже при повышенных температурах [Устинов, 1991]. Поскольку углекислота переходит в твердое состояние при температуре жидкого азота, при очистке выделенного из силикат-карбонатной пробы газа часть кислорода образца теряется. Эти потери вносят закономерную ошибку если происходит фракционирование между отделившейся С02 и оставшимся образцом. Например, при температуре 550-500С коэффициент фракционирования в системе С02-кальцит составляет 7.5-8 %о [Bottinga, 1968]. Следовательно, оставшийся кислород карбонатной части образца будет иметь более легкий изотопный состав кислорода. Чем медленнее протекает реакция, и чем ниже температура этой реакции, тем вероятнее равновесное фракционирование при выделении СОг из карбоната и тем сильнее происходит искажение изотопного состава образца, причем это искажение должно быть направлено в сторону занижения величины 8180. При подготовке проб методом объемного фторирования реакция протекает при 550-500С, но применение внешнего нагрева не позволяет достичь заданной температуры мгновенно, поэтому весьма вероятно, что отделение СОг с соответствующим изотопным эффектом имеет место. К сожалению, степень искажения изотопного состава остающегося карбонатного материала при этом учесть трудно, поскольку неизвестны полнота выделения СОг из карбонатной части образца в присутствии сложной смеси газообразных продуктов реакции и степень достижения изотопного равновесия между С02 и оставшимся карбонатом.
Если применяется метод фторирования с применением лазерного нагрева вероятность реализации изотопно-кислородного обмена между образующимися по реакции (2.3) СОг и оставшимся карбонатным материалом минимальна, в силу высокой температуры (около 1000С) и быстрого нагрева образца. Тем не менее, равновесный коэффициент фракционирования в системе СОг-карбонат при 1000С остается значимым, по оценкам [Zheng, 1999] он составляет около 3 %о. Если при разложении образца реализуется реакция (2.3), искажение изотопного состава образца также может иметь место, хотя и в минимальной степени. Однако вполне возможно, что при температуре, обеспечиваемой лазерным нагревом, реакция взаимодействия карбонатов с пентафторидом брома может протекать с полным разложением карбоната, без образования СОг:
В этом случае в порции измеряемого газа будет присутствовать весь кислород образца, полностью выделенный как из карбонатной, так и из силикатной его составляющих. Полное выделение кислорода (по реакции типа (2.4)) гарантирует отсутствие искажений при определении его изотопного состава.
Нами была проведена проверка с использованием искусственных силикат-карбонатных смесей, чтобы ответить на вопрос - какая именно из реакций (2.3) или (2.4) реализуется при фторировании с применением лазерного нагрева, на основании которой можно заключить, применим или нет метод фторирования для силикат-карбонатных пород.
Фторирование искусственных силикат-карбонатных смесей Для того чтобы провести экспериментальную проверку, нами были подготовлены две смеси кварца с кальцитом. В качестве кварца использовался внутренний стандарт POLARIS (кварц с месторождения Желанное, Полярный Урал), в качестве карбонатного компонента использован международный стандарт NBS-18 (кальцит из карбонатита). Изотопный состав стартовых материалов и пропорции, в которых изготавливались смеси, приведены в таблице 2.2. Для приготовления смесей использовались микровесы Mettler Toledo МХ5, что обеспечивало необходимую точность для дальнейших расчетов.
Геотермометрические расчеты и оценка 5 О водного компонента флюида по изотопному составу кислорода кварца, анкерита и мусковита
Сопоставление расчета с полученными изотопными данными показывает, что формирование изотопного состава кислорода минералов рудных кварц-карбонатных жил и прожилков на месторождении Сухой Лог могло происходить в равновесии с водным флюидом, изотопный состав которого контролировался обменом с вмещающими терригенно-карбонатными толщами в порододоминирующем режиме.
Общий интервал вариаций изотопного состава кислорода вмещающих сланцев составляет около 5 %о (рис. 3.1, 4.1). Отчетливо прослеживается закономерное соотношение величин 8180 кварца и непосредственно вмещающих жилы сланцев: 8180 кварца всегда выше 8180 вмещающих сланцев, разница составляет от 2 до 6 %о (рис. 3.1 и рис. 4.1). Вариации изотопного состава кислорода вмещающих сланцев можно объяснить разной степенью их метасоматического преобразования.
Химизм метасоматического преобразования вмещающих пород месторождения Сухой Лог определялся заметным привносом Са, СО2, S и Аи [Буряк, 1982]. На рисунке 4.6а представлена корреляция между СаО и LOI в образцах вмещающих сланцев из Приложения № 1, откуда следует, что LOI преимущественно отражает содержание СОг во вмещающих породах. Следовательно, судить о степени метасоматического преобразования можно по содержанию в сланцах СаО и LOI. зо
На рисунке 4.56 хорошо видно отрицательную корреляцию между степенью метасоматического преобразования и изотопным составом кислорода вмещающих сланцев. Наиболее измененные вмещающие сланцы расположены на контакте с кварц-карбонатными жилами, которые локализованы на Западном участке, а наименее измененные - за пределами месторождения Сухой Лог. Вмещающие сланцы Центрального участка из контакта с кварц-карбонатными жилами занимают промежуточное положение.
Таким образом видно, что в процессе формирования жильной и прожилково-вкрапленной минерализации на месторождении Сухой Лог происходило изменение изотопного состава кислорода вмещающих терригенно-карбонатных пород. Связь метасоматического изменения сланцев с формированием жильного оруденения может быть рассмотрена более детально по локальным соотношениям изотопного состава кислорода кварца жил и вмещающих сланцев. 4.1.3. Соотношение величин д О жильного кварца и вмещающих сланцев
Изучение поведения величин 5180 в зоне контакта сланцы-жила было проведено на трех образцах с разных участков месторождения Сухой Лог: SL-Z-52-09 (Западный участок), SL-C-37-09 (Центральный участок) и СЛ56-06 (Сухоложский участок). Оно показало, что изотопный состав кислорода кварца и вмещающих сланцев действительно резко различен. Отбор материала кварца и вмещающих сланцев для изотопного анализа осуществлялся локально с поверхности образца (рис. 4.7 а, б).
На рис. 4.7 показаны места отбора проб и приведены результаты изотопного анализа кислорода в точках отбора. Опробование образца СЛ56-06 проводилось вкрест контакта сланцы-жила в следующей последовательности: сланцы на удалении от контакта (3), осветленные сланцы непосредственно на контакте с жилой (2), жильный кварц непосредственно на контакте со сланцами (1). При опробовании образца SL-Z-52-09, кроме кварца (1) и сланцев (3) на контакте, были отобраны вмещающие сланцы на определенном расстоянии от контакта: в 7см от контакта (4), в 15см от контакта (5) и в 40см от контакта (6). Опробование образца SL-C-37-09 включало в себя отбор кварца (1) и сланцев (3) в зоне контакта и вмещающих сланцев в 40см от контакта (6).
Изотопный состав кислорода кварца для двух образцов оказался практически одинаковым, немного отличается значение 5180 для образца с Центрального участка, его изотопный состав кислорода кварца на контакте со сланцами равен 18.0 %о (1). При этом сланцы, находящиеся на удалении от контакта с жилами (3), резко «облегчены» по сравнению с кварцем во всех образцах. Поведение величин 5180 в измененных сланцах непосредственно на контакте с жилой (2) характеризуется промежуточным значением величины 8180 между составом сланцев на удалении от контакта и составом кварца. Изотопный состав вмещающих сланцев в образцах SL-Z-52-09 и SL-C-37-09 при удалении от контакта с жилой начинает расти: с 12.3 %о и 14.5 %о (3) до 16.7 %о и 15.9 %о (6) соответственно.
В зоне 3 (1см до видимого контакта) наблюдается резкое облегчение изотопного состава кислорода вмещающих сланцев, но для разных образцов степень облегчения различна. С одной стороны, отличие величин 6180 вмещающих сланцев может быть связано со степенью их метасоматического преобразования: для разных участков месторождения она разная (см. рис. 4.6). С другой стороны, такое отличие может возникать из-за того, что образцы представляют различные типы рудной минерализации: СЛ56-06 -прожилково-вкрапленный золотосульфидный тип, a SL-Z-52-09 и SL-C-37-09 - жильный золото-кварцевый малосульфидный тип.
При относительно одинаковом изотопном составе кислорода кварца из кварц-карбонатных жил и из кварцевых и кварц-сульфидных прожилков величина 5 80 вмещающих сланцев в околоконтактовой зоне (зона 3) различна (рис. 4.8). Величины изотопного состава кислорода сланцев, которые непосредственно вмещают кварц-карбонатные жилы, имеют более низкие значения по сравнению с величинами 5180 сланцев, вмещающих кварцевые и кварц-сульфидные прожилки.
