Изотопно-серные геотермометры




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Изотопно-серные геотермометры

Изотопно-серные геотермометры

11.09.2017


К самым чувствительным геотермометрам относятся те пары серосодержащих соединений, для которых кривые равновесного фракционирования изотопов серы в зависимости от температуры отличаются наибольшей крутизной. К таким парам относятся SO2—H2S в вулканических газах, SO4в2-—H2S в системах циркулирующих вод горячих источников, сульфаты—сульфиды, пирит — галенит, сфалерит — галенит и пирит — халькопирит в рудных месторождениях. Чувствительность всех геотермометров, которая зависит от обычной аналитической ошибки в определении значений А. равной ±0,2‰, приведена в табл. 10.2. Помимо адекватной температурной зависимости коэффициентов равновесного фракционирования успешное применение методов изотопно-серной термометрии зависит от следующих условий: 1) в равновесных ли условиях образовались обе минеральные фазы; 2) происходил ли изотопный обмен между минеральными фазами или между минеральной фазой и флюидной фазой после образования этих минералов (т. е. был ли заморожен исходный изотопный состав); 3) насколько чисто отобраны анализировавшиеся минеральные фазы. И обратно, сравнение температур, определявшихся изотопными методами, с температурами, полученными какими-либо другими методами (например, по жидким включениям), может стать источником информации о равновесном — неравновесном характере изотопного обмена между минералами, между минералами и растворенными формами серы рудообразующих флюидов, а также между самими растворенными формами серы в растворе.

Пары сульфид — сульфид. Некоторые проблемы, связанные с определениями температур минералообразования, можно выразить путем сравнения измеренных значений коэффициентов фракционирования изотопов между сосуществующими минералами пары сфалерит — галенит с температурами гомогенизации жидких включений в сфалерите из тех же или аналогичных образцов рудных месторождений (рис. 10.4). Линия наилучшей аппроксимации, построенная по способу наименьших квадратов с включением в анализируемую совокупность всех данных, за исключением образцов месторождения Пайн-Пойнт, описывается уравнением вида Асфалерит-галенит = (0,74/Т2)*10в6, которое хорошо согласуется с аналогичным уравнением, т. е. Асфалерит-галенит = (0,73/Т2)*10в6 (табл. 10.2), выведенным на основании имеющихся экспериментальных данных. Эти материалы, а также хорошее согласие в температурах минералообразования в ряде месторождений, определявшихся по парам сфалерит-галенит, пирит-халькопирит и пирит — галенит, свидетельствуют о том, что в неметаморфизованных месторождениях отложение большинства сульфидов происходило в условиях равновесного изотопного обмена и что после их образования значения b34S минералов не менялись.

В то же время, как можно видеть на рис. 10.4, значительное количество пар сфалерит — галенит заметно отклоняется от кривой равновесного фракционирования. Возможно, что в ряде случаев эти кажущиеся неравновесные отношения являются или следствием загрязнения анализируемых минеральных фракций или результатом отбора неодновременно кристаллизовавшихся минеральных фаз. Так, например, для пары сфалерит — галенит, образовавшейся в равновесных условиях при температуре 145° С (Aравновесное = 4,0‰), определяемое значение Д может оказаться равным 2,9‰, а температура — 215° С, если в составе каждой минеральной фракции содержалось порядка 10 об. % другой минеральной фазы. Совершенно очевидно, что минеральные фракции должны тщательно проверяться на чистоту.
Исключительную трудность представляет отбор таких пар минералов, из которых анализируемые минералы каждой выбранной пары представляли бы один и тот же интервал времени в истории гидротермального флюида. В геохимических исследованиях информативность пар минералов в очень сильной степени зависит от изменчивости температуры и значений b34SH2S гидротермального флюида во время их отложения. Даже в тех случаях, когда какая-либо пара минералов принадлежит одной генерации, значения b34SH2S и температура флюидов в ее пределах могут меняться столь значительно, что трудно получить сколько-нибудь достоверные температурные данные. Эта проблема специально изучалась на парах сфалерит — галенит в месторождении Провиденсия и пирит — сульфид в месторождении Саннисайд. На месторождении Саннисайд единственными парами минералов, по которым изотопными методами удалось получить приемлемые температуры, оказались те, которые росли в контакте друг с другом; в то же время пары минералов, отбиравшиеся из зон предполагаемого одновременного роста, нередко обнаруживали признаки неравновесной кристаллизации. Возможно, что частая причина аномальности температур минералообразования, определяемых изотопными методами по парам пирит — халькопирит и пирит — галенит, состоит в свойстве пирита кристаллизоваться в течение более длительного интервала времени по сравнению с халькопиритом и галенитом; поэтому вероятность их образования в идентичных условиях значительно меньше. С другой стороны, даже в том случае, если какие-либо минералы отчетливо разновременны, значения b34SH2S и температура могут быть столь однообразны в процессе их отложения, что определяемые температуры окажутся информативными; к примерам такого рода относятся некоторые пары минералов на месторождении Дарвин.
Положение некоторых пар минералов на диаграмме рис. 10.4 (например, образцы месторождения Пайн-Пойнт) указывает, по-видимому, на их образование в неравновесных условиях, в которых изотопное фракционирование между доминирующими сульфидообразующими формами серы в водных растворах (H2S, HS~) и кристаллизующимися сульфидами контролировалось скорее кинетическими эффектами, а не факторами равновесного изотопного обмена. Различие между явно равновесными условиями образования пар минералов в месторождениях верхнего течения реки Миссисипи и неравновесными условиями минералообразования на месторождении Пайн-Пойнт отражает, по-видимому, различие в механизмах транспортировки металлов и серы в рудообразующих флюидах, а также различие в механизмах рудоотложения этих двух районов. Данный аспект проблемы будет дополнительно рассмотрен ниже.
Значения b34S сульфидов в ассоциациях, в которых поздние минералы образовались путем замещения ранних (например, халькопирит по пириту), не всегда отвечают равновесным соотношениям. Достижение равновесного изотопного обмена между минералами в процессе избирательного замещения зависит, очевидно, от того, каким оно было, т. е. имело ли оно характер простого замещения одних катионов другими или же сопровождалось полной перегруппировкой, включая растворение и переотложение.
Согласно ряду предположений, в процессе метаморфизма происходит переуравновешивание изотопного состава серы сосуществующих сульфидов, и значения b34S пар сульфидов в метаморфизованных месторождениях позволяют надежно определять температуры метаморфизма. Однако тщательное изучение изотопных данных по многим метаморфизованным месторождениям свидетельствует о том, что процессы метаморфизма в условиях ниже высокотемпературной субфации амфиболитовой фации обычно не приводят к полному переуравновешиванию изотопного состава, за исключением тех случаев, когда происходит перестройка минерального состава. Степень изотопного переуравновешивания между сосуществующими минеральными фазами зависит от состава метаморфических флюидов, а также от величины температуры и давления. Многочисленные данные, полученные в результате экспериментального изучения процессов обмена изотопов серы, показывают, что, во-первых, скорость реакций изотопного обмена между сосуществующими минеральными фазами возрастает с увеличением фугитивности серы и с увеличением концентрации растворенных сульфидообразующих форм серы в обменной среде и что, во-вторых, скорость изотопного обмена между, сульфидами и газообразными или растворенными формами серы увеличивается от пирита к сфалериту и далее к галениту. Эти данные позволяют утверждать, что изотопный обмен между сфалеритом и галенитом может происходить при более низкой степени метаморфизма, чем между пиритом и другими минералами.
Пары сульфид — сульфат. В гидротермальных рудных месторождениях пары сульфат — сульфид нередко представлены разновременными образованиями. Кроме того, при низких температурах, как можно видеть на рис. 10.5, к состоянию изотопного равновесия они приходят медленно. Температуры образования минералов, приведенные на этом рисунке, определялись методом гомогенизации включений. При температурах выше = 300° С характер изотопного обмена вполне близко согласуется с коэффициентами равновесного фракционирования изотопов, что доказывает достижение состояния изотопного равновесия между сульфатами и сульфидами. Однако при температурах ниже = 300° С минералы этих пар не всегда изотопически равновесны.