1.2 Изотопы гелия и аргона в современных природных флюидах

Благородные газы являются исключительно подвижными компонентами. Большие атомные радиусы и химическая инертность придают газам свойства весьма несовместимых элементов. Наиболее высокими отношениями ³He/⁴He = (1 - 3) х 10^-5 отличаются гидротермы Исландии - своеобразного наземного проявления Срединно-Атлантической рифтовой зоны /Изотопы…, 1974/. Показательно, что это отношение в гелии гидротерм острова в 1000 раз (!) выше, чем в радиогенном гелии Земли, и более чем в 10 раз выше атмосферного отношения ³He/⁴He = 1,4 х 10^-6, примерно постоянно на всей территории острова. Интересны также сопоставления изотопных отношений гелия и серы Исландии /Виноградов, 1974/.

Для многих гидротерм внутри острова типичны ювенильный изотопный состав и гелия ³He/⁴He = 3 х 10^-5 и серы д³⁴S = 0 для всех проявлений серы. Однако по мере приближения к берегам острова ситуация меняется: отношение ³He/⁴He остается примерно прежним, в то время как сульфатная сера гидротерм утяжеляется, достигая величин д³⁴S = 20‰, т.е. в точности таких же как и в океанической воде. Этот пример наглядно иллюстрирует резко различное искажение ювенильных изотопных соотношений гелия и серы в приповерхностных условиях. Гелий атмосферы (и гидросферы), количество которого (вследствие диссипации) ничтожно по сравнению с его потоком из недр, не искажает изотопные соотношения в глубинном гелии. Напротив, изотопный состав серы изменяется коренным образом даже при незначительном подмешивании океанических вод к термальным, поскольку океан можно рассматривать в качестве мощного приповерхностного резервуара серы.

Высокими отношениями ³He/⁴He характеризуются термальные источники и газы Тихоокеанского вулканического кольца, а именно Камчатки, Курильских островов, Японии, Северной Америки /Толстихин, 1972/.

Сопоставляя положение островов, относимых многими исследо-вателями к особым структурам типа "горячих точек", можно сделать заключение, что высокие отношения ³He/⁴He в них не случайность.

Близкие к обнаруженным в Тихоокеанской зоне отношения ³He/⁴He ? 10^-5 характерны для гидротерм Большого и Малого Кавказа /Матвеева, 1978/, Италии /Изотопный…, 1979/, Мексики /Polyak, Prasolov, 1982/, а также в термах Байкальского рифта, Паганских островов, Агриханского берега, в рассолах Красного моря, на Шпицбергене и др. /Mamyrin, 1984/.

Резюмируя сказанное, подчеркнем, что гелий газов и гидротерм регионов, отличающихся наиболее активной тектоно-магматической деятельностью, современным вулканизмом, глубинными "незалеченными" разломами, высокой сейсмичностью и тепловым потоком, т.е. всех регионов, для которых связь мантии с поверхностными частями коры является наиболее вероятной, имеет весьма высокое и сравнительно постоянное изотопное отношение ³He/⁴He, в тысячи раз превосходящее таковое в радиогенном гелии земной коры.

Напротив, гелий газов стабильных в тектоническом отношении платформенных регионов, в пределах которых магматическая деятельность закончилась в далеком прошлом, характеризуется низкими, типичными для радиогенного гелия отношениями ³He/⁴He ?10^-8.

Эта особенность ярко проявлена среди детально исследованных газов осадочной толщи /Прасолов, 1990/. Если для газов залежей нефти и газа в среднем свойственно отношение изотопов гелия ³Не/⁴Не около 4х10^-8, то в некоторых залежах Сахалина и Западной Камчатки оно достигает значений 6х10^-6. Отношение изотопов аргона ⁴⁰Ar/³⁶Ar в этих объектах варьирует в широких пределах, в среднем составляя около 500, что соответствует доле воздушного аргона в 60%, а радиогенного в 40%.

Для аргона и других инертных газов (кроме гелия) "закрыты" пути из атмосферы: отсутствуют как диссипация в космическое пространство, так и консервация в связанном состоянии в пределах коры. Выделившиеся из твердой Земли инертные газы накапливаются в атмосфере, что приводит к их относительно высоким концентрациям и к сильной контаминации, доступных наблюдению частей земной коры атмосферными компонентами.

В атмосфере отношения ⁴⁰Ar/³⁶Ar = 296. Для определения изотопного состава аргона в мантии Земли были исследованы подводные изверженные породы. Изучение изотопного состава аргона из толеитовых базальтов привело к обнаружению довольно широкого диапазона отношений ⁴⁰Ar/³⁶Ar - от близких к атмосферным значениям до 25000 /Ozima, Podosek, 1983/. Примерно в таких же пределах менялось это отношение и в ультраосновных включениях в базальтах /Толстихин, 1986/. Поскольку возможность атмосферной контаминации не вызывает сомнения, обычно в качестве типичных для мантии принимают наиболее высокие отношения ⁴⁰Ar/³⁶Ar.

Подводя итог изложенному, можно констатировать, что гелий, являющийся идеальным трассером мантийных летучих компонентов и аргон, отражающий степень атмосферной контаминации газов земной коры, полезно будет использовать в качестве геохимических меток для установления критериев рудоносности уникальных Pt-Cu-Ni месторождений Норильско-Таймырского района.