1.3 Изотопый состав гелия и аргона в палеофлюидах

Сведения о распространенности и изотопном составе благородных газов в древних флюидах, сохранившихся в газово-жидких микровключениях пород и минералов, представляют особый интерес при решении многих задач современной геологии. В частности, объективные данные о происхождении реликтов минералообразующих сред, об их связи с мантией и атмосферой Земли важны для понимания процессов формирования месторождений полезных ископаемых. Следует иметь в виду, что по существу единственный путь проникновения атмосферного аргона в недра - это миграция воздушных газов в составе близповерхностных вод. Поэтому доминирование воздушного аргона в палеофлюидах должно указывать на интенсивную циркуляцию вод - седиментационных или инфильтрационных.

Первые измерения изотопного состава гелия (и аргона) во включениях были проведены в конце 60-х годов ХХ столетия Э. М. Прасоловым и И. Н. Толстихиным /Прасолов, Толстихин, 1969/. Позднее ими был выполнен цикл работ о происхождении минералообразующих флюидов в разных объектах (камерные пегматиты Волыни и Казахстана, сурмяно-ртутные месторождения Таджикистана, соленосные породы и др.), а также методике измерений /Толстихин, Прасолов 1971/. Помимо фактических данных о генетической связи флюидов с верхней мантией была продемонстрирована возможность изотопии аргона для оценки степени открытости породообразующих систем в ряду объектов от наиболее закрытых камерных пегматитов к редкометальным жилам и грейзенам и далее к низкотемпературным кварцевым жилам /Прасолов, 1976/ .

В 1990-х годах в ряде публикаций сотрудников Кольского научного центра РАН (г. Апатиты) были представлены результаты измерения изотопного состава гелия и аргона в газово-жидких включениях магматических пород /Mamyrin, 1984; Икорский, 1992, 1998; Tolstikhin, 1999/.

Кроме того ими была предложена оригинальная и удобная методика выделения газов из включений с помощью механического разрушения образцов /Толстихин, Прасолов 1971; Икорский, Каменский 1998 а,б/, кстати говоря, использованная в данной работе. В зарубежных публикациях также обсуждались результаты этих измерений /Burnard, Hu, 1999; Tolstikhin, Marty 1998/.

В работе А. В. Козлова с коллегами было проведено изучение изотопного состава благородных газов гелия и аргона из флюидных включений кристаллов кварца с целью выявления природы хрусталеобразующих флюидов месторождения Додо. Результаты, полученные при изучении изотопного состава благородных газов включений минералообразующей среды в кристаллах кварца приводятся в качестве везкого доказательства участия мантийных флюидов в хрусталеобразующих гидротермальных системах. /Козлов, Лохов, 2004/. В нескольких работах Э.Г. Конникова и Э.М.Прасолова /Конников, 1999, Конников, Прасолов 2002/ впервые исследовались изотопы благородных газов во включениях из пород Довыренской мафитовой расслоенной интрузии (Восточная Сибирь). О.В.Казановым и Э.М.Прасоловым была выполнена подобная работа с породами расслоенной интрузии Луккулайсваара (Карелия) /Kazanov, Prasolov 2003; Prasolov, Konnikov, Kazanov, 2004/. В изученных объектах отношение ³Не/⁴Не было сравнительно низким, и доля мантийного гелия не превышала 10%.

В единственной обширной публикации, посвященной исследованию изотопов благородных газов в четырех расслоенных интрузиях Норильско-Таймырского региона, С.С. Неручев и Э.М. Прасолов /Неручев, Прасолов, 1995/ представили в значительной степени неожиданные результаты. Оказалось, что доля мантийного гелия вопреки ожиданиям в породах мафитовых интрузий низка. Причем особенно низка она в палеофлюидах наиболее богатой рудой Талнахской интрузии - около 3% (соответственно, доля радиогенного корового гелия 97%). В противоположность этому в бедных интрузиях вклад гелия верхней мантии был значительно выше - до 22%. В связи с этим вырисовывалась перспектива отличия богатых и бедных рудой интрузий только по изотопному составу гелия.

Не менее сенсационными представлялись данные об изотопном составе аргона. Согласно им в Талнахской интрузии аргон был почти нацело (99%) атмосферного происхождения, что должно было указывать на активнейшее участие близповерхностных флюидов в формировании пород и руд. В других - бедных - интрузиях доля воздушного аргона снижалась до 70% (радиогенного возрастала до 30%). В работе Э.М. Прасолова, Д.И. Завилейского и др. /Завилейский, Прасолов, 2004/, изучавших благородные газы в верхней части разреза богатой интрузии Норильск-1, были в целом подтверждены вышеприведенные результаты: доля мантийного гелия находилась в пределах 2-3%, радиогенного аргона 1-2%, почти весь аргон имел атмосферное происхождение.

Приведенные в указанных двух публикациях данные не только сенсационны, но и многообещающи; они в значительной степени инициировали проведение настоящей работы. Выявленные закономерности носят эмпирический характер и потому требуют пополнения банка данных, исследования других интрузий, в частности, наиболее богатой Хараелахской. Особый интерес вызывает вопрос о возможности отличать по изотопному составу не только богатые интрузии от бедных, но так же и от средних (с вкрапленным оруденением). Соответственно, планируемые исследования должны включать все экономико-геологические типы интрузивов.

В качестве дополнительного индикатора происхождения флюидов в настоящей работе привлекались данные об изотопном составе серы сульфидов. Известно, что рудные месторождения со значением д³⁴S около 0 ‰ содержат серу магматических источников, т.е. серу, которая отделялась от магмы или была извлечена из сульфидов изверженных пород. Источником серы со значениями д³⁴S около 20 ‰ были океаническая вода или морские эвапориты. Сера месторождений с промежуточными значениями д³⁴S произошла из местных вмещающих пород, рассеянных сульфидов или из других отложений /Хёфс, 1974/. Первая работа, в которой детально исследовался изотопный состав серы сульфидов Талнахского месторождения, была выполнена В.А. Гриненко, Л.Н. Гриненко. В ней сделаны выводы о том, что близкий к метеоритному, изотопный состав серы большинства медно-никелевых месторождений из различных регионов мира свидетельствует о глубинном подкоровом источнике рудообразующего вещества и исходном физико-химическом процессе формирования руд отдельных месторождений. Существенные отличия изотопных отношений серы медно-никелевых руд от метеоритного значения (более 4‰) указывают на ассимиляцию никеленосной магмой серы корового происхождения /Гриненко, 1974; Гриненко, 1980/.

Особенностью крупных месторождений Норильского района является повышенное содержание ³⁴S, что вероятно, обязано постмагматической деятельности, так как в экзоконтактовых рудах, по сравнению с сульфидами других типов руд, отмечаются более высокие значения S³⁴.

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ НОРИЛЬСКОГО РУДНОГО РАЙОНА