Везде

ОНЗ Петрология Petrology

  • ISSN (Print) 0869-5903
  • ISSN (Online) 3034-5855

О СВЯЗИ СУЛЬФИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ОЛИВИНЕ ВУЛКАНА ТОЛБАЧИК И ФЛЮИДОВ ИЗ МАФИЧЕСКИХ КУМУЛЯТОВ ПОД КЛЮЧЕВСКОЙ ГРУППОЙ ВУЛКАНОВ

Вы можете
Код статьи
S0869590325030048-1
DOI
10.31857/S0869590325030048
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Симакин А.Г.
  • Аффилиация: Институт экспериментальной минералогии им. Д.С. Коржинского РАН
Том/ Выпуск
Том 33 / Номер выпуска 3
Страницы
75-92
Аннотация
Высокая активность вулканов Ключевской группы в голоцене предполагает накопление больших объемов частично закристаллизованной магмы (кумулатов) и ультрабазит-базитовых интрузивов в земной коре. В сочетании с высоким флюидным потоком, характерным для зоны быстрой субдукции старой океанической литосферной плиты, это создает условия для формирования флюидно-магматических рудных систем. Включения сульфидов в оливине, описанные в продуктах извержения вулкана Толбачик, могут нести информацию о составе корового флюида таких рудно-магматических систем. Проведено теоретическое моделирование взаимодействия восстановленного маловодного флюида и окисленного базальтового расплава (NNO+1.5), содержащего 2000–3000 ppm серы. Показано, что при локальной концентрации флюида свыше примерно 1–2 мас. % происходит восстановление серы в расплаве и образование сульфидных капель. К восстановлению серы приводит также растворение в расплаве SO, преобладающей формы серы во флюиде при O ≥ NNO+1.5. Это связано с тем, что в расплаве ионы SO являются единственной формой окисленной серы со степенью окисления 6+ выше, чем 4+ в SO. Согласно расчетам, при растворении примерно 2000–3000 ppm серы в виде SO в расплаве с O ≥ NNO+1 начинается сульфидообразование. При взаимодействии с безрудным флюидом с низкими содержаниями благородных металлов (БМ) получаются капли сульфидного расплава с содержаниями БМ, отвечающими фоновым содержаниям в расплаве. Согласно экспериментальным данным, в восстановленном маловодном флюиде высока растворимость платины и палладия – в виде карбонилов при низкой растворимости золота, тогда как в окисленном флюиде (NNO+1÷1.5) очень высока растворимость золота. При реакции с рудными флюидами с концентрациями БМ до первых десятков ppm происходит обогащение сульфидного расплава золотом (окисленный флюид) или Pt (восстановленный флюид). Локальная дегидратация расплава, вызванная взаимодействием с маловодным флюидом, повышает температуру ликвидуса оливина, что ведет к его быстрой кристаллизации при большом переохлаждении. Локализация фазовых переходов на границе флюидных пузырей облегчает захват сульфидных капель оливином. Редкая встречаемость сульфидных включений в оливине вулкана Толбачик может быть связана с тем, что локальный эффект реакции магмы с небольшим количеством флюида быстро диссипирует, а образовавшаяся сульфидная фаза растворяется в расплаве.
Ключевые слова
сера флюид магма кумулат ЭПГ золото вулкан Толбачик
Дата публикации
19.12.2024
Год выхода
2024
Всего подписок
0
Всего просмотров
3

Библиография

  1. 1. Ballhaus C., Berry R.F., Green D.H. High pressure experimental calibration of the olivine-orthopyroxene-spinel oxygen geobarometer: implications for the oxidation state of the upper mantle // Contrib. Mineral. Petrol. 1991. V. 107. P. 27–40.
  2. 2. Barnes S.J., Liu W. Pt and Pd mobility in hydrothermal fluids: Evidence from komatities and from thermodynamic modelling // Ore Geol. Rev. 2012. V. 44. P. 49–58.
  3. 3. Barnes S.J., Godel B., Gurer D. et al. Sulfide-olivine Fe-Ni exchange and the origin of anomalously Ni rich magmatic sulfides // Econom. Geol. 2013. V. 108. P. 1971–1982.
  4. 4. Benard A., Nebel O., Ionov D.A. et al. Primary silica-rich picrite and high-Ca boninite melt inclusions in pyroxenite veins from the Kamchatka sub-arc mantle // J. Petrol. 2016. V. 57. No 10. P. 1955–1982.
  5. 5. Berkesi M., Guzmics T., Szabo C. et al. The role of CO rich fluids in trace element transport and metasomatism in the lithospheric mantle beneath the Central Pannonian Basin, Hungary, based on fluid inclusions in mantle xenoliths // Earth Planet. Sci. Lett. 2012. V. 331–332. P. 8–20.
  6. 6. Borisov A., Behrens H., Holtz F. Ferric/ferrous ratio in silicate melts: A new model for 1 atm data with special emphasis on the effects of melt composition // Contrib. Mineral. Petrol. 2018. V. 173. P. 98.
  7. 7. Boulliang J., Wood B.J. Sulfur oxidation state and solubility in silicate melts // Contrib. Mineral. Petrol. 2023. V. 178. P. 56. https://doi.org/10.1007/s00410-023-02033-9
  8. 8. Boudreau A.E., Mathez E.A., McCallum I.S. Halogen geochemistry of the Stillwater and Bushveld Complexes: Evidence for transport of the platinum-group elements by Cl-rich fluids // J. Petrol. 1986. V. 27. No 4. P. 967–986. https://doi.org/10.1093/petrology/27.4.967
  9. 9. Cameron E.M., Cogulu E.H., Stirling J. Mobilization of gold in the deep crust: Evidence from mafic intrusions in the Bamble belt, Norway // Lithos. 1993. V. 30. P. 151–166.
  10. 10. Chaplygin I., Yudovskaya M., Vergasova L., Mokhov A. Native gold from volcanic gases at Tolbachik 1975–76 and 2012–13 Fissure Eruptions, Kamchatka // J. Volcanol. Geothermal Res. 2015. V. 307. P. 200–209. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2015.08.018.
  11. 11. Churakov S.V., Gottschalk M. Perturbation theory based equation of state for polar molecular fluids: II. Fluid mixtures // Geochim. Cosmochim. Acta. 2003. V. 67. No 13. P. 2415–2425. https://doi.org/10.1016/S0016-7037 (02)01348-0
  12. 12. Dallai L., Cioni R., Boschi C., D’Oriano C. Carbonate-derived CO purging magma at depth: Influence on the eruptive activity of Somma-Vesuvius, Italy // Earth Planet. Sci. Lett. 2011. V. 310. No 1–2. P. 84–95. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2011.07.013
  13. 13. Ding S., Plank T., Wallace P.J., Rasmussen D.J. Sulfur_X: A model of sulfur degassing during magma ascent // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2023. V. 24. e2022GC010552. https://doi.org/10.1029/2022GC010552
  14. 14. Frost B.R. On the stability of sulfides, oxides, and native metals in serpentine // J. Petrol. 1985. V. 26. Iss. 1. P. 31–63. https://doi.org/10.1093/petrology/26.1.31
  15. 15. Frost B.R. Introduction to oxygen fugacity and its petrologic importance // Rev. Mineral. Geochem. 1991. V. 25. No 1. P. 1–9.
  16. 16. Gerrits A.R., Inglis E.C., Dragovic B. et al. Release of oxidizing fluids in subduction zones recorded by iron isotope zonation in garnet // Nat. Geosci. 2019. V. 12. P. 1029–1033. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0471-y
  17. 17. Iacono-Marziano G., Le Vaillant M., Godel B.M. et al. The critical role of magma degassing in sulphide melt mobility and metal enrichment // Nature Communications. 2022. V. 13. P. 2359. https://doi.org/10.1038/s41467-022-30107-y
  18. 18. Jayasuriya K.D., O’Neill H.St.C., Berry A.J., Campbell S.J. A messbauer study of the oxidation state of fe in silicate melts // Amer. Mineral. 2004. V. 89. P. 1597–1609.
  19. 19. Jugo P.J., Wilke M., Botcharnikov R.E. Sulfur K-edge XANES analysis of natural and synthetic basaltic glasses: Implications for S speciation and S content as function of oxygen fugacity // Geochim. Cosmochim. Acta. 2010. V. 74. P. 5926–5938.
  20. 20. Kamenetsky V.S., Zelenski M., Gurenko A. et al. Silicate-sulfide liquid immiscibility in modern arc basalt (Tolbachik volcano, Kamchatka): Part II. Composition, liquidus assemblage and fractionation of the silicate melt // Chemical Geol. 2017. V. 471. P. 92–110. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.09.019
  21. 21. Kiryukhin A., Chernykh E., Polyakov A., Solomatin A. Magma fracking beneath active volcanoes based on seismic data and hydrothermal activity observations // Geosci. 2020. V. 10. No 2. P. 52. https://doi.org/10.3390/geosciences10020052
  22. 22. Koulakov I., Gordeev E.I., Dobretsov N.L. et al. Rapid changes in magma storage beneath the Klyuchevskoy group of volcanoes inferred from time-dependent seismic tomography // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2013. V. 263. P. 75–91.
  23. 23. Kutyrev A., Zelenski M., Nekrylov N. et al. Noble metals in arc basaltic magmas worldwide: A case study of modern and pre-historic lavas of the Tolbachik Volcano, Kamchatka // Front. Earth Sci. 2021. V. 9. 791465. https://doi.org/10.3389/feart.2021.791465
  24. 24. Masotta M., Keppler H. Anhydrite solubility in differentiated arc magmas // Geochim. Cosmochim. Acta. 2015. V. 158. P. 79–102.
  25. 25. Metrich N., Clocchiatti R. Sulfur abundance and its speciation in oxidized alkaline melts // Geochim. Cosmochim. Acta. 1996. V. 60. Iss. 21. P. 4151–4160. https://doi.org/10.1016/S0016-7037 (96)00229-3
  26. 26. Mironov N.L., Portnyagin M.V. Coupling of redox conditions of mantle melting and copper and sulfur contents in primary magmas of the Tolbachinsky Dol (Kamchatka) and Juan de Fuca Ridge (Pacific Ocean) // Petrology. 2018. V. 26. No 2. P. 145–160.
  27. 27. Moussallam Y., Edmonds M., Scaillet B. et al. The impact of degassing on the oxidation state of basaltic magmas: A case study of Kilauea volcano // Earth Planet. Sci. Lett. 2016. V. 450. P. 317–325. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2016.06.031
  28. 28. Nash W.M., Smythe D.J., Wood B.J. Compositional and temperature effects on sulfur speciation and solubility in silicate melts // Earth Planet. Sci. Lett. 2019. V. 507. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2018.12.006.
  29. 29. Phillips G.N., Powell R. Formation of gold deposits: A metamorphic devolatilization model // J. Metamorph. Geol. 2010. V. 28. No 6. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2010.00887.x
  30. 30. Pokrovski G.S., Borisova A.Y., Bychkov A.Y. Speciation and transport of metals and metalloids in geological vapors // Rev. Mineral. Geochem. 2013. V. 76. P. 165–218.
  31. 31. Ponomareva V., Melekestsev I., Braitseva O. et al. Late pleistocene-holocene volcanism on the Kamchatka Peninsula, Northwest Pacific Region // Geophysical Monograph Series. 2007. V. 172. P. 165–198. https://doi.org/10.1029/172GM15
  32. 32. Prokofiev V.Y., Banks D.A., Lobanov K.V. et al. Exceptional concentrations of gold nanoparticles in 1.7 Ga fluid inclusions from the Kola Superdeep Borehole, Northwest Russia // Sci. Rep. 2020. V. 10. 1108. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58020-8
  33. 33. Pu X., Lange R.A., Moore G.M. Evidence of degassing-induced oxidation of relatively oxidized K-rich magmas caused by degassing of dissolved SO (S) component in the melt to SO (S) in the gas phase // Amer. Geophys. Union, Fall Meet. 2016. Abstract V31C-3109.
  34. 34. Putirka K. Thermometers and Barometers for Volcanic Systems // Eds. K. Putirka, F. Tepley. Minerals, Inclusions and Volcanic Processes. Rev. Mineral. Geochem. Mineral. Soc. Amer. 2008. V. 69. P. 61–120.
  35. 35. Righter K., Campbell A.J., Humayun M., Hervig R.L. Partitioning of Ru, Rh, Pd, Re, Ir, and Au between Cr-bearing spinel, olivine, pyroxene and silicate melts // Geochim. Cosmochim. Acta. 2004. V. 68. Iss. 4. P. 867–880. https://doi.org/10.1016/j.gca.2003.07.005
  36. 36. Ruefer A.C., Befus K.S., Thompson J.O., Andrews B.J. Implications of multiple disequilibrium textures in quartz-hosted embayments // Front. Earth Sci. 2021. V. 9. 742895. https://doi.org/10.3389/feart.2021.742895
  37. 37. Shan J., Ye C., Chen S. et al. Short-range ordered iridium single atoms integrated into cobalt oxide spinel structure for highly efficient electrocatalytic water oxidation // J. Amer. Chem. Soc. 2021. V. 143. No 13. P. 5201–5211. https://doi.org/10.1021/jacs.1c01525
  38. 38. Shi P., Saxena S.K. Thermodynamic modeling of the C-H-O-S fluid system // Amer. Mineral. 1992. V. 77. No 9–10. P. 1038–1049.
  39. 39. Simakin A.G., Shaposhnikova O.Y. Low crustal fluid reservoirs in ultramafic cumulates of Kamchatka // Petrology. 2023. V. 31. P. 705–717. https://doi.org/10.1134/S0869591123060036
  40. 40. Simakin A., Salova T., Devyatova V., Zelensky M. Reduced carbonic fluid and possible nature of high-K magmas of Tolbachik // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2015. V. 307. P. 210–221.
  41. 41. Simakin A.G., Salova T.P., Gabitov R.I., Isaenko S.I. Dry CO-CO fluid as an important potential deep Earth solvent // Geofluids. 2016. V. 16. P. 1043–1057.
  42. 42. Simakin A.G., Salova T.P., Gabitov R.I. et al. Gold solubility in reduced carbon-bearing // Fluid Geochem. Int. 2019. V. 57. No 4. P. 400–406.
  43. 43. Simakin A., Salova T., Borisova A.Y. et al. Experimental study of Pt solubility in the CO-CO fluid at low O and subsolidus conditions of the ultramafic-mafic intrusions // Minerals. 2021a. V. 11. No 2. https://doi.org/10.3390/min11020225
  44. 44. Simakin A.G., Salova T.P., Shaposhnikova O.Y. et al. Experimental study of interaction of carbonic fluid with cumulus minerals of ultrabasic intrusions at 950°C and 200 MPa // Petrology. 2021b. V. 29. P. 371–385. https://doi.org/10.1134/S0869591121040068
  45. 45. Simakin A.G., Devyatova V.N., Shiryaev A.A. Theoretical and experimental modeling of local scale CO flushing of hydrous rhyolitic magma // Russian J. Earth Sci. 2023. V. 23. E56007, EDN: CTVIQU, https://doi.org/10.2205/2023e8000871
  46. 46. Simakin A.G., Shaposhnikova O.Yu., Isaenko S.I. et al. Raman spectroscopic data of the quenching phases of a Pt solution in a low water reduced carbonic fluid at = 200 MPa and = 950–1000°C // Petrology. 2024a. V. 32. No 5. P. 688–699.
  47. 47. Simakin A.G., Shaposhnikova O.Y., Devyatova V.N. et al. Estimation of chlorine fugacity in low-HO fluid of the C-O-(H)-NaCl system in the cumulus of ultramafic–mafic intrusions // Dokl. Earth Sci. 2024b. V. 515. P. 423–429. https://doi.org/10.1134/S1028334X23603292
  48. 48. Sullivan N.A., Zajacz Z., Brenan J.M. et al. The solubility of gold and palladium in magmatic brines: Implications for PGE enrichment in mafic-ultramafic and porphyry environments // Geochim. Cosmochim. Acta. 2022a. V. 316. P. 230–252. https://doi.org/10.1016/j.gea.2021.09.010
  49. 49. Sullivan N.A., Zajacz Z., Brenan J.M., Tsay A. The solubility of platinum in magmatic brines: Insights into the mobility of PGE in ore-forming environments // Geochim. Cosmochim. Acta. 2022b. V. 316. P. 253–272. https://doi.org/10.1016/j.gea.2021.09.014
  50. 50. White S.M., Crisp J.A., Spera F.J. Long-term volumetric eruption rates and magma budgets // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2006. V. 7. Q03010. https://doi.org/10.1029/2005GC001002
  51. 51. Zelenski M., Kamenetsky V.S., Mavrogenes J.A. et al. Platinum-group elements and gold in sulfide melts from modern arc basalt (Tolbachik volcano, Kamchatka) // Lithos. 2017. V. 290–291. P. 172–188.
  52. 52. Zelenski M., Kamenetsky V.S., Mavrogenes J.A. et al. Silicate-sulfide liquid immiscibility in modern arc basalt (Tolbachik volcano, Kamchatka): Part I. Occurrence and compositions of sulfide melts // Chemical Geol. 2018. V. 478. P. 102–111. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.09.013.
  53. 53. Zelenski M., Kamenetsky V.S., Nekrylov N., Kontonikas-Charos A. High sulfur in primitive arc magmas, its origin and implications // Minerals. 2021. V. 12. No 1. P. 37. https://doi.org/10.3390/min12010037
  54. 54. Zhong S.-S., Zhao Y.-Y.S., Lin H. et al. High-temperature oxidation of magnesium- and iron-rich olivine under a CO atmosphere: Implications for Venus // Remote Sens. 2023. V. 15. 1959. https://doi.org/10.3390/rs15081959
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека