Сероводород гидротермальных флюидов как источник серы полиметаллических руд 

C А.Ю. Леин (Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, e-mail: lein@ocean.ru) Сероводород гидротермальных флюидов как источник серы полиметаллических руд (по изотопным данным). Материалы XVIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии Москва, N2,16–20 ноября 2009 г, cc. 167-171 http://rogov.zwz.ru/Marine%20geology%202009_t_2.pdf

В рудной геологии распределение изотопов серы используют для определения источника серы в сульфидных рудах.Многочисленные исследования глубоководных гидротермальных систем океана показали, что все они вязаны с магматическими породами океанической коры разного состава: от дацитов, риолитов и андезито-базальтов в задуговых бассейнах до базальтов океанской коры и ультраосновных перидотитов низов океанской коры–верхов мантии в срединно-океанических хребтах (СОХ).

Источником серы сульфидных минералов гидротермальных (гидротермально-осадочных?) пород является сероводород гидротермальных растворов. Генезис сероводорода растворов определяет генезис сульфидных рудных скоплений. В древних залежах генезис сероводорода может предполагаться только по изотопии серы сульфидных минералов. На современных гидротермальных полях изучение изотопов серы H2S сопряжено с рядом трудностей.

Первые данные по содержанию и изотопному составу серы сероводорода во флюидах получены для растворов 21o с.ш. Восточно-Тихоокеанского поднятия. Средний изотопный состав серы H2S составляет 4,0 o/oo при широких вариациях значений b34S (от -5,7 до + 8,6o/oo в горячих растворах из геодинамически различных гидротермальных систем. Для растворов гидротермальных полей 21o с.ш. высокоспредингового Восточно-Тихоокеанского поднятия диапазон вариаций b34S 1,5–5,5 o/oo при среднем значении 3,2 o/oo .

Большое число изотопных данных по сере H2S флюидов содержится для гидротермальных полей 9o–10o с.ш. [Shanks et al., 1995; Shanks, 2001;Von Damm, 2000; Леин и др., 2006].Интерес к этому отрезку Восточно-Тихоокеанского поднятия был вызван серией вулканических извержений на месте гидротермальных полей и возможностью изучения гидротермальной активности сразу после эксплозивной стадии.Это позволило наблюдать изменение в химическом и изотопном составе различных соединений, в том числе серы H2S от начальной стадии жизни гидротермального поля (время «zero») [Von Damm, 2000; Shanks et al.,1995], когда горячие растворы выходили непосредственно из базальтовой лавы, а не из жерла гидротермальных построек, как это привыкли видеть на других гидротермальных полях (Haymon et al., 1992; 1993). Значения b34S-H2S изменялось от 3,1 до 7,8 o/oo, причем в северной части района, где свидетельства извержений 1991–1992 гг. наиболее очевидны (поля Q, F, B), сероводород содержал больше тяжелого изотопа b34S, количество которого уменьшалось без особых видимых закономерностей к 1994–1995 гг., достигая значений b34S, характерных для «зрелых» стабилизировавшихся гидротермальных систем 21o с.ш. [Леин и др., 2006].

Изотопно-тяжелый сероводород (34S = 7,4–8,6o/oo) характеризует гидротермы трога Эсканаба и трога Джейд, что следует связать с участием в процессах формирования гидротермальных систем осадочных отложений и/или сульфат-иона окружающей океанской воды, а для трога Джейд – еще и с исходными дацитовыми породами, с изотопно-тяжелой серой.

Суммируя результаты анализов изотопного состава серы H2S можно сделать вывод о том, что в образовании сероводорода глубоководных гидротерм может принимать участие сера из трех основных источникoв:

1 – сера сероводорода, выделившегося из магмы и захваченного расплавом при кристаллизации магматических пород океанской коры (b34S 0 o/oo CD);
2 – сера рассеянных сульфидных минералов магматических пород, выщелачиваемая из этих пород гидротермальными растворами;

3 – сера сероводорода, образованного при высокотемпературном (абиогенном) процессе восстановления сульфата океанской воды, циркулирующей в гидротермальной системе, различными восстановителями, в первую очередь, водородом и двухвалентным железом.

Если первый из перечисленных источников серы характеризуется изотопным составом, близким к метеоритному, то во втором и третьем случае может наблюдаться отклонение от нулевого стандарта в сторону обогащения серы тяжелым изотопом 34S.

Значения TM34S серы рассеянных сульфидных минералов в основных и ультраосновных породах близки к метеоритному, но в кислых изверженных породах океанского дна сера сульфидных минералов утяжелена в
среднем на 4,0–4,5 o/oo относительно нулевого стандарта [Изотопы серы и вопросы рудообразования, 1967].

В третьем случае, значения TM34S серы сероводорода могут отклоняться от значений TM34S метеоритной серы в сторону положительных значений, поскольку при абиогенном восстановлении сульфата происходит небольшое фракционирование изотопов серы, ноo но по данным модели «смешения» не может приводить к превышению над нулевым стандартом более чем на 4,5o/oo [Janecky, Shanks, 1988; Гричук, 2000].

Превышение этого значения TM34S серы Н2S можно объяснить процессами подповерхностного смешения в гидротермальной системе горячих флюидов и океанской воды.

Моделирование процессов формирования изотопного состава серы сероводорода флюидов в системе вода–порода (Гричук, 2000) не всегда может объяснить поведение изотопов серы H2S в реальных растворах. Pезультаты модели для «очень молодой гидротермальной системы» Восточно-Тихоокеанского поднятия не находят подтверждения при исследовании реальных растворов на вновь образованных гидротермальных полях 9–10o с.ш. По модели Д.В. Гричука [2000] сера Н2S на первых этапах формирования гидротермальной системы должна быть наиболее изотопно-легкой и приближаться по изотопному составу к нулевому метеоритному стандарту.

В качестве подтверждения правильности модели Д.В. Гричук приводит результаты изотопного анализа серы Н2S из растворов 21oс.ш. быстроспредингового Восточно-Тихоокеанского поднятия.Наблюдения в 1991–1994 гг. на гидротермальных полях 9–10o с.ш. не подтверждают как будто бы этот вывод, поскольку сера сероводорода горячих флюидов была изотопно утяжелена до 5,6–7,8 o/oo на самых первых этапах «жизни» новых гидротермальных полей. Со временем, к 1994 г., напротив, изотопный состав серы Н2S сдвигался в сторону отрицательных значений TM34S=3,1–3,4 o/oo, т.е. система из молодой термодинамически неустойчивой переходила в устойчивую «зрелую» систему [Леин и др., 2000].

При извержении 1991–1992 гг. к перечисленным выше возможным трем источникам серы Н2S могла добавиться сера от взрыва уже существовавших ранее гидротермальных сульфидных и сульфатных отложений, что могло сдвинуть значения TM34S серы Н2S в сторону положительных величин. Участие этих гидротермальных серусодержащих соединений в образовании Н2S флюидов на вновь образованных полях подтверждается ураганными концентрациями в этих флюидах сероводорода (до 78 мМ) в первый год-два после извержения. К 1994 г. наблюдается резкое падение концентрации Н2S во флюидах. Во все последующие годы концентрация сохранялась близкой к таковой в 1994 г.

Таким образом, в «зрелых» термодинамически устойчивых гидротермальных системах все заметные отклонения от метеоритной серы в сторону облегчения (до -5,7 o/oo) или утяжеления изотопного состава выше 4,5o/oo (СD) гидротермального сероводорода СОХ связаны с участием в процессе его образования, помимо серы магматических пород океанской коры, соединений серы из осадочных пород, или с биогенными процессами восстановления сульфат-иона окружающей океанской воды вблизи поверхности дна.

See also aдсорбционноe осаждениe золота при образовании сульфидов в океанических гидротермах. Материалы XVIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии Москва, N2, 16–20 ноября 2009 г http://rogov.zwz.ru/Marine%20geology%202009_t_2.pdf

Хостинг от uCoz