Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 492, № 2, стр. 26-30

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Флюидные включения обнаружены в жильном кварце. Они считаются первичными, т.к. приурочены к зонам роста и встречаются группами или поодиночке. По фазовому составу при комнатной температуре они являются трехфазовыми (рис. 1): в их составе присутствует жидкая (L), газовая (G) и твердая (S) фазы. Фазы G и S во всех включениях расположены рядом как на рис. 1, объем каждой их них менее 5 об. %. Они очень подвижны и имеют сферическую форму.

Рис. 1.

Типичное первичное включение, содержащие: жидкую (L), газовую (G) и твердую (S) фазы.

Температура эвтектики водно-солевого раствора (фаза L) изменялась от –42 до –48°С (табл. 1) Это может свидетельствовать о присутствии в захваченном флюиде растворенных хлоридов магния с примесью хлоридов кальция [3]. Температура плавления льда обычно равна –10 ± 0.3°С, газогидраты плавились при 23.5–24°С. По температуре плавления газогидрата определена плотность сероводорода, которая равна 0.03 г/см³ [4]. Флюидные включения частично гомогенизировались (G растворялась в L) при температурах 30–47°С, а полностью (S растворялась в L1) – в интервале 120–150°С. После 200°С начиналась активная декрипитация включений.

Повсеместное распространение трехфазовых включений, их сходство по объемным соотношениям всех фаз позволяет предположить, что ими захвачен гомогенный однофазный жидкий флюид. В этом случае, температуры гомогенизации флюидных включений ниже истинных температур отложения минералов, т.е. дают минимальные значения температур их кристаллизации. Следовательно, температура минералообразования была выше 120–150°С.

С помощью КР-спектроскопии было обнаружено большое количество растворенного во флюиде сероводорода (рис. 2а). При нагревании до температуры гомогенизации наблюдалось смещение в КР-спектре линии сероводорода, растворенного в водной фазе в сторону уменьшения относительного волнового числа (рис. 2б). Иногда при комнатной температуре также фиксировалось смещение линий в сторону уменьшения рамановского сдвига. Таким образом, установлено, что в жидкой фазе присутствует большое количество сероводорода, раствор которого является сероводородной кислотой. Несмотря на то, что эта кислота слабая, она, несомненно, могла играть большую роль в образовании многих минералов, в том числе сульфидных слоев в юшкините. В некоторых включениях на КР-спектрах наблюдались небольшие пики углеводородов (рис. 2в). Иногда отмечалась сильная люминесценция, что косвенно свидетельствует о присутствии органических соединений. В единичных включениях наблюдались заметные пики ~2500 см^–1, которые мы не смогли идентифицировать.

Рис. 2.

КР-спектры жидкой и газовой (L и G) фаз включений при разных температурах.

КР-спектроскопическое изучение газовой фазы (G) было осложнено ее подвижностью в объеме включения и поэтому проводилось в термокриостолике в режиме охлаждения до –60°С. При этом сначала наблюдалось увеличение газового пузырька, потом происходило активное образование газогидратов. Установлено, что в составе газовой фазы также присутствует сероводород (рис. 2г). В некоторых случаях отмечены незначительные пики углеводородов, источником которых могли стать вмещающие породы, обогащенные органическим веществом. По данным [5], содержание С_орг во вмещающих породах достигает 10.46%. При таком содержании органического углерода можно было ожидать значительного количества углеводородов. Однако они присутствуют в очень небольших количествах (рис. 2в) и не во всех включениях, что, вероятно, связано с преобразованием бόльшей части органического вещества во вмещающих породах до состояния антрацита и несовершенного графита в процессе метаморфизма [5]. Сероводород мог образоваться при разложении серосодержащего органического вещества, а с учетом того, что его концентрация весьма значительная “… нельзя исключить и более сильной гипотезы: сероводородном заражении нижневизейского морского бассейна” [5]. С этой идеей хорошо согласуются накопление во вмещающих сланцах многих элементов, необходимых для образования юшкинита и сопутствующих ему минералов ([5] и др.).

Исследование твердой фазы (S), как и в предыдущем случае, осложнялось ее подвижностью. При замораживании образовывались газогидраты, которые практически полностью закрывали эту фазу, и мы не могли получить достоверный спектр. Кроме того, присутствие самого термокриостолика также ослабляло сигнал, поэтому мы отказались от его использования. Вместо этого, перед съемкой пластинки на несколько часов были помещены в морозильную камеру (температура около –8°С) и потом исследованы в ускоренном режиме (время накопления сигнала – 1 с). Для наблюдения использовался короткофокусный объектив ×100. При таком охлаждении эта фаза стала значительно менее подвижной, и не произошло образование видимых кристаллов газогидрата, которые ранее мешали. В результате были получены спектры, на которых можно уверенно диагностировать серу (рис. 3). Как уже было отмечено выше, она всегда имеет сферическую форму. Вероятно, в составе включений находится глобулярная модификация серы, которую обычно связывают с присутствием серобактерий, но иногда она может образоваться хемогенным путем [6]. В литературе есть сведения о присутствии живых бактерий в составе включений в жильном кварце ([7] и др.), которые описаны как удлиненные (до 3.5 мкм) движущиеся фазы; причем их активность менялась при нагревании и замораживании. В нашем случае ничего подобного не наблюдается, поэтому вероятнее всего, глобулярная сера в составе изученных включений образуется хемогенным путем. В то же время, размеры бактерий могут быть значительно меньшими, чем в [7], поэтому полностью исключить вероятность присутствия бактерий мы не можем. Тот факт, что фазы S и G всегда расположены рядом и очень подвижны, можно объяснить гидрофобностью серы и ее флотационными особенностями.

Рис. 3.

КР-спектр твердой фазы, SiO₂ – матрица.

В последнее время в литературе появляется все больше сведений о присутствии сероводорода в составе флюидных включений ([8] и др.). Чаще он диагностируется во флюидных включениях минералов, связанных с месторождениями углеводородов ([9] и др.), есть единичные сведения о включениях с сероводородом высокой плотности [4]. Тем не менее, этот газ в жильных минералах встречается редко и, как правило, в резко подчиненных количествах. Необычность изученных включений заключается в том, что их газовая фаза практически полностью состоит из сероводорода. Присутствие в минералообразующем флюиде большого количества этого газа при полном отсутствии других, несомненно, способствовало формированию уникальной юшкинитовой минерализации.

ВЫВОДЫ

Формирование юшкинитовой минерализации произошло при температурах близких к 120–150°С в резко восстановительных условиях, о чем свидетельствует большое количество сероводорода в составе жидкой и газовой фаз включений.