Геология рудных месторождений, 2022, T. 64, № 6, стр. 657-686

Интрузивы норильского типа

Хараелахский интрузив содержит наибольшие запасы сульфидных руд в пределах Октябрьского месторождения, и эти сульфиды имеют наиболее тяжелый изотопный состав серы из всех норильских месторождений и рудопроявлений со средними значениями, оцененными как 12.0 ± 0.4‰ (n = 40) (Grinenko, 1985), 12.66 ± 0.49‰ (n = 29) (Malitch et al., 2014) и 12.45‰ (n = 59) (Изотопная геология …, 2017). Локализация интрузива в осадочных породах девона, насыщенных прослоями ангидрита/гипса, а также свидетельства реакционных соотношений с вмещающими породами используются в качестве аргумента в пользу ассимиляции первичными магмами коровой (сульфатной, газовой или битумной) серы. Два других рудоносных интрузива (Талнахский и Норильск-1) залегают последовательно стратиграфически выше по разрезу над эвапоритовой толщей и характеризуются прогрессирующим уменьшением запасов массивных руд и облегчением изотопного состава серы сульфидов. По данным (Grinenko, 1985), значение δ³⁴S сульфидов Талнахского интрузива в среднем составляет 10.8 ± 1.2‰ (n = 9), а интрузива Норильск-1 – 8.20 ± 0.4‰ (n = 33). По данным (Malitch et al., 2014), значение δ³⁴S сульфидов Талнахского интрузива в среднем составляет 10.92 ± 0.62‰ (n = 80), а интрузива Норильск-1 – 9.20 ± 1.82‰ (n = 9), что близко к значениям, приведенным в монографии ВСЕГЕИ (Изотопная геология …, 2017). Все исследователи также отмечают, что для рудоносных интрузивов характерны однородность величин δ³⁴S во вкрапленных и массивных сульфидных рудах и отсутствие корреляции между содержанием серы в породах и ее изотопным составом (Grinenko, 1985).

На ранних этапах исследования Хараелахского интрузива (Горбачев, Гриненко, 1973) были изучены образцы сульфидов из 5 скважин (фиг. 2), вскрывших интрузивные разрезы с вкрапленным и богатым оруденением в пределах Хараелахской основной залежи. Было установлено, что изотопный состав серы сульфидов вкрапленных и массивных руд гомогенен δ³⁴S = 11.6 ± 0.3‰ (n = 162) и максимально приближен к таковому осадочного ангидрита. Кроме того, было отмечено, что по площади месторождения отсутствуют закономерные вариации отношений изотопов серы в зависимости от глубины залегания интрузива. В работе И.А. Зотова (Зотов, 1979) на основе этих же данных предполагалось утяжеление изотопного состава серы сульфидов в направлении гипотетического погружения интрузива с запада на восток, объясняемое участием трансмагматических глубинных флюидов с преобладающими восстановленными формами серы, обогащенными изотопом ³²S. Необходимо отметить, что вся изученная (Горбачев, Гриненко, 1973) часть Хараелахского интрузива является в целом близко залегающей к поверхности (фиг. 2) и выделение в ее пределах западной фронтальной и восточной тыловой зон неправомерно, так как в северо-восточном направлении тело интрузива с вкрапленными и богатыми рудами прослежено еще не менее чем на 7 км по погружению.

Позднее коллективом ВСЕГЕИ (Изотопная геология …, 2017) были изучены образцы из 12 скважин, пробуренных в пределах Хараелахской основной залежи, и две скважины, вскрывшие Северную-2 залежь массивных руд по погружению (фиг. 2). В результате исследований четких закономерностей в распределении изотопного состава серы по разрезу интрузива не выявлено, хотя было предположено, что с северо-запада интрузива на юго-восток значение δ³⁴S в сульфидах несколько убывает (от 12.8 до 11.5‰).

Охваченные этими исследованиями разрезы интрузива были локализованы в интервале глубин от 500 м (скважины ЗФ) до 1100 м (скважины КЗ-1112 и КЗ-361бис) и не включали его корневые части (фиг. 2). Глубокозалегающие части интрузива, в частности залежи массивных руд Северная-4, Северная-5 и Северная-6, локализованные на глубинах свыше 1700 м, не были изучены. Единичные анализы сульфидов из глубокозалегающих частей Хараелахского интрузива в скважинах КЗ-1515 и КЗ-1613 (фиг. 2) показали, что изотопный состав серы сульфидов вкрапленных руд, залегающих на глубинах свыше 1900 м, значительно отличается от таковых из фронтальной части Хараелахского интрузива и составляет 7.6‰ δ³⁴S (n = 3) (Шадрин и др., 1986ф), что позволило авторам отчета предположить тренд облегчения изотопного состава серы по погружению интрузива к его корневой зоне (Шадрин и др., 1986ф).

Изотопное равновесие не достигается в срастаниях ангидрита и сульфидов в рудах Хараелахского интрузива (Li et al., 2009b; Ripley et al., 2010), при этом широкие вариации состава свойственны как ангидриту (18.8–22.8‰), так и сульфидам (9.3–13.2‰). Данные свидетельствуют о важной роли низкотемпературного изотопного переуравновешивания на постмагматическом гидротермальном этапе.

Интрузивы зубовского типа

Слаборудоносные интрузивы зубовского типа (Пясино-Вологочанский и Зуб-Маркшейдерский) локализованы на том же стратиграфическом уровне, что и Хараелахский интрузив, но не содержат залежей массивных руд и в целом минерализованы в гораздо меньшей степени по сравнению с интрузивами норильского типа. Вкрапленные сульфиды Зуб-Маркшейдерского интрузива характеризуются пониженными значениями δ³⁴S в диапазоне от –2.4 до 5.7‰ при среднем значении 1.3‰ (n = 20) и среднеквадратичном отклонении (СКВО) 2.3‰ (Служеникин и др., 2020), при этом повышенные значения δ³⁴S характерны для вторичного пирита.

Сульфиды Пясино-Вологочанского интрузива характеризуются также широким диапазоном значений δ³⁴S, варьирующих от 0 до 8.5‰ (Гриненко, 1987). Гриненко (1987) приводит данные по вариациям изотопного состава и содержанию серы в разрезе скважины АС-3 (Южно-Пясинская ветвь интрузива), согласно которым сульфиды центральных частей магматического тела имеют устойчиво пониженные значения δ³⁴S от 0 до 5‰ (в среднем 2.6‰, n = 13), а сульфиды эндоконтактовых зон содержат более изотопно-тяжeлую серу со средними значениями в верхней зоне – 8.5‰, а в нижней зоне – 8‰. Кроме того, в слаборудоносных интрузивах зубовского типа отмечена прямая корреляция между величиной δ³⁴S сульфидов и содержанием серы в породе (Гриненко, Степанов, 1985; Гриненко, 1987). Данная зависимость указывает на то, что причиной увеличения содержаний серы являлась добавка коровой серы, обогащенной тяжелым изотопом (Гриненко, 1987).

Позднее изотопный состав серы сульфидов Пясино-Вологочанского интрузива был изучен по двум скважинам, одна из которых вскрыла Вологочанскую (скважина ОВ-29) (Malitch et al., 2014), а другая Южно-Пясинскую (скважина ОВ-25) (Изотопная геология …, 2017) ветви интрузива (фиг. 3). По разрезу ОВ-29 изотопный состав серы сульфидов варьирует от 5.1 до 8.5‰, в среднем составляя 6.9 ± 0.8‰ (n = 11). По разрезу скважины ОВ-25 изотопный состав серы сульфидов характеризуется значениями от 4.3 до 10.5‰, в среднем составляя 8.3‰ (n = 7). Дополнительные исследования по скв. НВ-12 показали значения от 6.2 до 9.0‰ (n = 4), укладывающиеся в тот же диапазон (Служеникин и др., 2020). Все эти данные позволили авторам сделать два важных вывода: (i) взаимодействие сульфидсодержащей магмы с вмещающими породами может происходить в долгоживущей промежуточной камере задолго до внедрения интрузива и (ii) вмещающие породы, непосредственно контактирующие с интрузивом, практически не влияют на сульфидную минерализацию. Таким образом, сульфидное оруденение интрузивов зубовского типа характеризуется гетерогенным изотопным состав серы и в целом меньшей долей “коровой” серы по сравнению с интрузивами норильского типа. Диапазон изотопного состава серы сульфидов слаборудоносных интрузивов весьма близок к таковому базальтов Норильского района, которые показывают значения от –4.5 до 8.7‰ (Ripley et al., 2003). При этом большинство значений для базальтов попадают в интервал от 0 до 4 (Ripley et al., 2003), а наблюдаемое обогащение тяжелым изотопом по сравнению с мантийными составами могло быть достигнуто путем ассимиляции не более чем 0.5% верхнекоровых сульфатов, обогащенных тяжелым изотопом до 33‰ δ³⁴S (Рябов и др., 2018).

Краткий обзор показывает, что высокая гомогенность значений δ³⁴S в рудоносных интрузивах рассматривается как признанный факт и считается одним из благоприятных поисковых признаков крупномасштабного оруденения. В нашей статье, опираясь на новые данные по глубокозалегающим корневым частям Хараелахского интрузива, мы впервые показываем фациальную изменчивость изотопного состава серы по ходу внедрения интрузива и обсуждаем те ограничения, которые она накладывает на модели рудообразования.

Изотопный состав серы Хараелахского интрузива в его корневой и фронтальной частях

Наиболее глубинный разрез Хараелахского интрузива изучен по скважине РГ-2кл. Интрузив подсечен бурением в интервале 1767.3–1888.9 м в отложениях разведочнинской–курейской свит девона, а в интервале 1854.3–1881.1 м, непосредственно в теле интрузива, локализована залежь Северная 6 с массивными пентландит-халькопирит-пирротиновыми рудами.

В разрезе интрузива (фиг. 4а) установлены следующие типы пород, сверху вниз: лейкогаббро, габбро-долериты оливин-содержащие, оливиновые и пикритовые, троктолиты, такситовидные оливин-содержащие и оливиновые габбро-долериты, массивные пентландит-халькопирит-пирротиновые руды. Особенностью данного разреза является малая мощность (2.5 метра) оливин-содержащих и оливиновых габбро-долеритов, но при этом большая мощность пикритовых габбро-долеритов (20.2 м) и троктолитов (10.5 м). Переход из оливиновых в нижележащие пикритовые габбро-долериты резкий, что является характерным для данного интрузива. Пойкилоофитовые габбродолериты такситовидной текстуры отличаются от “классических” такситовых габбро-долеритов отсутствием в них обломков пегматоидного лейкогаббро, пикритовых габбро-долеритов и фрагментов роговиков, а также повсеместным проявлением второстепенного ортопироксена (до 10 мод. %). Такситовидность породы обусловлена присутствием крупных (более 5–6 мм) ойкокристов пироксена и различных по морфологии скоплений сульфидов, которые в верхней части горизонта представлены в основном тонкой сидеронитовой вкрапленностью (около 10 мод. %), с глубиной переходящей в гнездовую и прожилковую, составляющих в нижней части интервала до 20–30 мод. %.

Для большей части разреза характерна первично-магматическая сульфидная минерализация, представленная в основном пирротином, троилитом, пентландитом, халькопиритом и кубанитом. Лишь в лейкогаббро верхней серии на глубине 1770 м обнаружена ксеноморфная вкрапленность халькопирита (около 50 мод. % всех сульфидов) и прожилковидные цепочки метакристаллов пирита (около 40 мод. % сульфидов), образование которых, скорее всего, происходило на постмагматической стадии. Сульфиды пирит-халькопиритовой ассоциации имеют наиболее легкий изотопный состав серы сульфидов, варьирующий по значениям δ³⁴S от 4.2 до 6.4‰ со средним значением 5.2‰ (n = 3) (фиг. 4а). Ниже по разрезу троилит-пентландит-кубанит-халькопиритовая ассоциация в лейкогаббро характеризуется значениями от 9.4 до 10.8‰, в среднем составляющими 10.3‰ (n = 4).

В пикритовых габбро-долеритах сульфиды представлены троилитом, пентландитом, халькопиритом и сугакиитом, а в интервале троктолитов – троилитом, пентландитом, халькопиритом и кубанитом. Изотопный состав серы варьирует от 5.2 до 8.9‰ (в среднем –7.4 ± 1.38‰, n = 12) в пикритовых габбро-долеритах и в пределах 7.9–8.3‰ (n = 3) в троктолитах.

Пентландит-троилит-кубанит-халькопиритовая ассоциация в такситовидных габбродолеритах имеет изотопный состав серы в пределах от 9.2 до 10.7‰ δ³⁴S, в среднем составляющий 10 ± ± 0.57‰ (n = 13). В залежи массивных руд мощностью ~27 м (интервал 1854.3–1881.1) сульфиды представлены пентландитом, халькопиритом и пирротином, изотопный состав серы которых изменяется от 8.9 до 11.7‰, в среднем составляя 10.2 ± 0.74‰ (n = 12).

Распределение значений δ³⁴S в первично-магматических сульфидах скважины РГ-2кл показывает следующие закономерности:

• в пределах разреза интрузива различные типы пород и руд (или силикатно-рудных ассоциаций) характеризуются различающимся изотопным составом серы сульфидов: 1) в пикритовых габбро-долеритах и троктолитах центральной серии среднее δ³⁴S = 7.5 ± 1.26‰ (n = 15); 2) в лейкогаббро, такситовидных габбродолеритах и массивных рудах краевых серий среднее δ³⁴S = 10.2 ± ± 0.64‰ (n = 29);

• в среднем по разрезу значение δ³⁴S первично-магматической сульфидной ассоциации троилит-пентландит-халькопирит составляет 9.4 ± ± 1.68‰ (n = 47), что существенно ниже ранее установленных в рудах из фронтальной части интрузива (Гриненко, 1987; Malitch et al., 2014; Изотопная геология …, 2017);

• в разрезе отсутствует корреляция изотопного состава серы сульфидов и содержания серы в породах;

• в сульфидах первично-магматической ассоциации минимальные значения δ³⁴S характерны для пентландита, а максимальные – для халькопирита/кубанита/пирротина/троилита. Значение δ³⁴S в пентландите в среднем на 1.3 ± 0.34‰, (n = 12) меньше, чем в халькопирите/кубаните, и на 1.1 ± 0.26‰, (n = 11) меньше чем в пирротине/троилите. При этом между халькопиритом, кубанитом, пирротином, троилитом значимой разницы (Δ = δ³⁴S_Sfd1 – δ³⁴S_Sfd2) не установлено.

В скважине ВФ-69 интрузив залегает в интервале глубин 1690.03–1779.9 м (фиг. 4б), а в интервале 1785.74–1786.6 м в экзоконтакте интрузива вскрыты массивные пентландит-халькопиритовые/мойхукитовые руды краевой части залежи Северная-4. В отличие от скважины РГ-2кл, интрузив в разрезе скважины ВФ-69 характеризуется большим разнообразием типов пород. В разрезе интрузива сверху вниз установлены: такситовидное пегматоидное лейкогаббро с прослоем роговиков; метасоматически преобразованный габбро-долерит; габбро-диориты; оливиновые и пикритовые габбро-долериты, разделенные фрагментом лейкогаббро; такситовые и такситовидные габбро-долериты; оливиновые и оливин-содержащие габбро-долериты; контактовые габбро-долериты; роговики; и массивные пентландит-халькопиритовые/мойхукитовые руды.

В крупнозернистом лейкогаббро развита наложенная сульфидная ассоциация, сложенная халькопиритом 2, пиритом ранней и поздней генерации (пирит 1 и пирит 2 соответственно) и миллеритом. Основаниями для отнесения выделений халькопирита 2 к вторичной ассоциации были (1) тесная ассоциация с пиритом-2 в образце и (2) отсутствие пентландита, пирротина и других характерных минералов первично-магматической ассоциации, с которыми халькопирит первичной ассоциации практически всегда образует тесные срастания. Вторичное происхождение миллерит-пиритовой ассоциации в породах верхней серии единодушно принимается и другими исследователями (Sluzhenikin et al., 2020). Халькопирит показал значения δ³⁴S = 7.9 и 8.5‰ (n = 2), пирит - от 9.5 до 11.8‰ (n = 5), и в среднем значение δ³⁴S вторичных сульфидов из лейкогаббро составило 9.6‰ (n = 7).

Ниже горизонта лейкогаббро, в метасоматизированном такситовом габбро-долерите, большая часть (около 80 мод. %) рудных минералов представлена хромитом, а бедная вкрапленность сульфидов – халькопиритом, пиритом и миллеритом, что характерно для малосульфидных платиновых руд в верхних частях интрузива. В минерализованном интервале установлены высокие содержания Pt – 8.9 г/т и Pd – 19.9 г/т при содержании серы до 1.23 мас. %. Значения δ³⁴S составили в халькопирите – 8, в пирите – 9, в миллерите – 7‰.

Габбро-диориты и оливиновые габбро-долериты видимых сульфидов не содержат. Оливиновые габбро-долериты в данном разрезе имеют постепенный переход в нижележащие пикритовые габбро-долериты, которые разделяются на верхнюю и нижнюю часть фрагментом крупнозернистого лейкогаббро (1746.2–1746.9 м). В верхней части горизонта пикритовых габбро-долеритов отмечается тонкая сидеронитовая вкрапленность, переходящая с глубиной в глобулярную, что отражается и на содержаниях серы (фиг. 4б), которые возрастают сверху вниз от 0.72 до 4.65 мас. % S. Сульфидная минерализация представлена троилитом, мойхукитом, халькопиритом, пентландитом, сугакиитом, в нижней части интервала появляется пирротин. Значения δ³⁴S в сульфидах варьируют от 8.5 до 10.7‰, составляя в среднем 9.5 ± 0.72‰ (n = 12). Сидеронитовая пентландит-халькопирит-пирротиновая минерализация в лейкогаббро имеет значения δ³⁴S от 9.2 до 10.1‰ со средним 9.7‰ (n = 3), тогда как сульфиды в пикритовом габбро-долерите ниже фрагмента лейкогаббро сравнительно обеднены тяжелым изотопом до 6.9 и 7‰ по данным двух измерений. Ниже горизонта пикритовых габбро-долеритов залегают такситовые габбро-долериты, для которых характерна пентландит-халькопирит-пирротиновая гнездовая вкрапленность с изотопным составом серы сульфидов в интервале от 9.2 до 11.2‰, в среднем – 10‰ (n = 8). С глубиной такситовые габбро-долериты переходят в такситовидные и далее в неравномерно минерализованные мелко-пойкилоофитовые оливин-содержащие до оливиновых габбро-долериты. Коррозионный характер границ халькопирита и пирротина в пентландит-пирротин-халькопиритовой ассоциации свидетельствует об их разновременной кристаллизации. Значения δ³⁴S составили в пирротине – 6.8‰, в пентландите – 5.2‰, в халькопирите –7.4‰.

В подстилающих интрузив кварц-полевошпатовых роговиках развита неравномерная вкрапленность борнита и халькозина с δ³⁴S = 9.4‰ (n = 2) и 8.7‰ соответственно. В интервале 1785.7–1786.6 м в кварц-полевошпатовых роговиках подсечено маломощное тело (жила) пентландит-мойхукитовых/халькопиритовых руд. В верхней части и в центре жилы мойхукит слагает около 70–80% от общего объема сульфидов, а книзу его количество резко сокращается и основной объем минерализации (около 90%) представлен халькопиритом. Значения δ³⁴S в трех определениях мойхукита и халькопирита составляют 10.7‰, тогда как в ассоциирующем пентландите – от 9.1 до 9.4‰ (n = 3).

Распределение значений δ³⁴S в первично-магматических сульфидах скважины ВФ-69 позволяет сделать следующие выводы:

• в изученном разрезе Хараелахского интрузива установлены три рудно-силикатные ассоциации первично-магматических сульфидов, отличающихся по изотопному составу серы. Сульфиды с наиболее легким изотопным составом серы со средним значением δ³⁴S = 6.5‰ (n = 3) установлены в оливиновом габбро-долерите из нижней части разреза. Наиболее тяжелый изотопный состав серы сульфидов со средним δ³⁴S = 10.6 ± ± 0.64‰ (n = 8) установлен в такситовых габбро-долеритах нижней серии. Сульфиды из пикритовых габбро-долеритов и массивных руд имеют промежуточные значения среди указанных типов пород: в них значение δ³⁴S в среднем составляет 9.2 ± 1.16‰ (n = 14) и 10‰ (n = 6) соответственно;

• в сульфидах первично-магматической ассоциации минимальные значения δ³⁴S характерны для серы пентландита, а максимальные для халькопирита, мойхукита, троилита и пирротина. Величины δ³⁴S в пентландите в среднем на 1.4 ± ± 0.39‰ (n = 10) ниже, чем в халькопирите/мойхуките, и на 1.3 ± 0.33‰ (n = 7) ниже, чем в троилите/пирротине. При этом между халькопиритом, мойхукитом, троилитом и пирротином значимых различий не установлено;

• в целом по разрезу среднее значение δ³⁴S первично-магматической сульфидной ассоциации составляет 9.4 ± 1.41‰ (n = 34), что аналогично сульфидам скважины РГ-2кл и существенно ниже 12‰ в рудах из фронтальной части интрузива (Гриненко, 1987; Malitch et al., 2014; Изотопная геология …, 2017).

Для вторичной сульфидной ассоциации, сложенной пиритом, халькопиритом 2, миллеритом, борнитом и халькозином, получено среднее значение δ³⁴S = 9.1 ± 1.2‰ (n = 13). Максимальные значения (от 9‰ до 11.8‰) установлены в пирите, а минимальное – в миллерите (7‰). В сульфидах меди значение изменяется от 7.9 до 9.4‰.

Скважина ЗФ-23 (фиг. 4в) вскрыла несколько апофиз интрузива в интервале 482.5–581.3 м, а в интервалах 519.0–526.5 и 557.6–559.6 м вскрыла краевые части Хараелахской основной залежи пентландит-халькопирит-пирротиновых руд. Расщепление на отдельные маломощные тела (апофизы), имеющие разное строение и разный состав дифференциатов, характерно для фронта внедрения интрузива (Туровцев, 2002).

Разрез интрузива в апофизах характеризуется сильной петрографической изменчивостью. В верхней части разреза пикритовые габбро-долериты образуют две апофизы в ороговикованных вмещающих породах. В нижней части разреза широко распространены безоливиновые габбро-долериты, переслаивающиеся с оливин-содержащими габбро-диоритами, оливиновыми габбро-долеритами и лейкогаббро. Четыре интрузивных тела разделены интервалами, сложенными роговиками, с которыми соседствуют гибридный биотитовый гранодиорит и полевошпатовый метасоматит по неясному протолиту с высоким содержанием магнетита.

Для большей части горизонта пикритовых габбро-долеритов (интервал 486.6–511.5 м) характерна сидеронитовая вкрапленность первично-магматических сульфидов, представленных пирротином, халькопиритом и пентландитом. Значения δ³⁴S в сульфидах из пикритовых габбро-долеритов варьируют от 12.7 до 19.6‰, в среднем составляя 14.9 ± ± 1.77‰ (n = 12). Максимальное значение 19.6‰ установлено в пентландите, а два анализа редкого наложенного пирита показали 15.8 и 16.3‰. При исключении этих трех аномальных значений, скорее всего отражающих наложенный процесс, среднее значение δ³⁴S составило 14.0 ± 0.68‰ (n = 9). Содержание серы в породах этого горизонта варьирует в пределах 1.41–3.12 мас. %, корреляции изотопного состава серы и ее содержания в породах не наблюдается.

Тело густовкрапленных (около 80% объема породы) пентландит-халькопирит-пирротиновых руд (интервал 518.0–526.5 м) локализовано в полевошпатовом метасоматите (фиг. 4в), который разделяет верхнюю и нижнюю части интрузива. В пентландите из этих руд значение δ³⁴S составило 13.1‰, а в халькопирите и пирротине – по 14.4‰.

В интервале 526.5–558.6 м залегает тело мелкозернистых безоливиновых и оливин-содержащих габбро-долеритов, в различной степени подвергшихся вторичным изменениям. В верхней части интервала породы содержат бедную вкрапленность сульфидов, представленную пирротином, халькопиритом, пиритом и пентландитом. Значение δ³⁴S в сульфидах изменяется от 12.9 до 14.9‰, в среднем составляя 13.9‰ (n = 8). В нижней части тела габбро-долеритов доля сульфидов резко увеличивается до 30 и далее до 60 мод. %, образуя тело густовкрапленных брекчиевидных руд пирит-пентландит-халькопирит-пирротинового состава с изотопным составом серы в пентландите 11.0‰, в пирротине – 12.0‰ и в халькопирите – 12.4‰.

Ниже по разрезу в прослое призматически-зернистых габбро-диоритов (563.5–567.0 м) сульфидная минерализация представлена убогой сидеронитовой вкрапленностью в его верхней части и вкрапленниками размером до 1 см в его нижней части. Сульфиды пентландит-халькопирит-пирротиновой ассоциации в верхней части имеют гомогенный изотопный состав серы 3‰, а халькопирит и пирит из пирротин-пентландит-пирит-халькопиритовой ассоциации в нижней части показывают значения 7.1 и 7.7‰ соответственно. Содержание серы в верхней и нижней части горизонта достигает 0.67 и 2.41 мас. % соответственно.

Самая нижняя интрузивная апофиза сложена пойкилоофитовыми габбро-долеритами, которые в интервале 570.8–577.6 содержат вкрапленное и прожилково-вкрапленное оруденение пентландит-пирит-халькопирит-пирротинового состава. Сульфиды слагают до 10–15% объема породы. Значение δ³⁴S в пирите составляет 13.6‰, в халькопирите – 12.4‰, в пирротине – 12.1‰ при содержании серы в образце 0.96 мас. %.

Распределение значений δ³⁴S в первично-магматических сульфидах скважины ЗФ-23 позволяет сделать следующие выводы:

• несмотря на петрографическую изменчивость пород в разрезе фронтальной части Хараелахского интрузива, крайне неравномерное распределение сульфидного оруденения и широкие вариации содержаний серы, значение δ³⁴S первичных магматических сульфидов в большинстве типов пород изменяется незначительно от 11.0 до 14.8‰;

• среднее значение δ³⁴S первично-магматических сульфидов в изученном разрезе составляет 12.2‰ ± 3.27, (n = 24), что совпадает с известными средними значениями для сульфидов из фронтальной части Хараелахсого интрузива (Гриненко, 1987; Malitch et al., 2014; Изотопная геология …, 2017). Без учета данных по маломощному телу призматически-зернистых габбро-диоритов, где сульфиды обеднены тяжелым изотопом до δ³⁴S = 4.4‰ (n = 3) и, возможно, отделились от другой порции магмы, для всего разреза среднее значение δ³⁴S составит 13.4 ± 1.05‰ (n = 21);

• в сульфидах первично-магматической ассоциации минимальные значения δ³⁴S характерны для серы пентландита, а максимальные для халькопирита и пирротина. Величины δ³⁴S в пентландите в среднем на 1.4‰ (n = 3) меньше, чем в халькопирите, и на 1.2‰ (n = 3) меньше, чем в пирротине. Разница в изотопном составе серы сульфидных пар весьма близка во всех трех разрезах, несмотря на различия в их изотопных составах и, скорее всего, отражает схожую температуру достижения изотопного равновесия. Для халькопирита и пирротина значимой разницы значений δ³⁴S не установлено.

Пясино-Вологочанский интрузив зубовского типа

Результаты исследований изотопного состава серы сульфидов в трех скважинах, расположенных вдоль удлинения Южно-Пясинской ветви интрузива и восточнее от ранее изученной (Изотопная геология …, 2017) скважины ОВ-25, показаны на фиг. 5. В Пясино-Вологочанском интрузиве до настоящего времени не обнаружено залежей сплошных руд, а прожилково-вкрапленные руды имеют ограниченное распространение. Основной объем минерализации представлен вкрапленными рудами в пикритовых, пикритоподобных габбро-долеритах и такситовидных габбро-долеритах нижней серии, реже сульфидная минерализация присутствует в верхнем эндоконтакте в такситовидных и призматически-зернистых габбро-долеритах.

В скважине ПЛ-39 (фиг. 5а) больше половины мощности интрузива слагают оливин-содержащие, оливиновые габбро-долериты (интервал 471.0–516.5 м), а в нижней части разреза (интервал 516.5–546.5 м) залегают пикритовые, пикритоподобные и такситовидные габбро-долериты, вмещающие вкрапленное сульфидное оруденение. Отличительной особенностью разреза скважины ПЛ-39 является присутствие в верхнем эндоконтакте интрузива такситовидных габбро-долеритов, в которых установлена вкрапленность наложенных сульфидов (пирит, халькопирит и миллерит), а также повышенные содержания платины (0.31 г/т) и палладия (1.35 г/т) при относительно низких содержаниях серы (0.58 мас. %). Эта минерализация отождествляются с малосульфидным оруденением верхних эндоконтактовых зон промышленно-рудоносных массивов норильского типа.

В нижней части изученного разреза, в горизонтах пикритовых, пикритоподобных и такситовидных габбро-долеритов проявлена первично-магматическая сульфидная ассоциация, представленная пентландитом, троилитом и пирротином, халькопиритом, реже кубанитом, моихукитом и путоранитом. В пикритовых габбро-долеритах преобладает троилит, в залегающих ниже такситовидных разностях появляется пирротин. Кубанит и мойхукит встречаются только в горизонте пикритовых габбро-долеритов.

Значение δ³⁴S в сульфидах из минерализованных пород изменяется от 0 до 9.8‰ (n = 42). В такситовидных габбро-долеритах верхней серии сера наложенной сульфидной минерализации, по данным трех определений (два в пирите – 6.6 и 6.8‰, одно в халькопирите – 4.7‰) имеет среднее значение δ³⁴S = 6.0‰. В верхах пикритовых габбро-долеритов значение δ³⁴S сульфидов составляет 0.3‰ (фиг. 5а) и с глубиной оно постепенно увеличивается до 9.3‰, несколько снижаясь далее до 8.5 и 8.7‰. В подстилающих пикритоподобных габбро-долеритах, величина δ³⁴S резко снижается до 3‰.

В целом по разрезу среднее значение δ³⁴S в первично-магматической сульфидной ассоциации составляет 5.1 ± 2.95‰ (n = 39), что существенно ниже средних значений для сульфидов Хараелахского интрузива.

Содержание серы в изученных пробах изменяется от 0.07 до 2.27 мас. %, и положительно коррелирует с ее изотопным составом (фиг. 6а).

Аналогично рудам Хараелахского интрузива, для сульфидов скважины ПЛ-39 минимальные значения δ³⁴S характерны для пентландита, а максимальные – для халькопирита/кубанита и пирротина. Величина δ³⁴S в пентландите в среднем на 1.4 ± 0.21‰ (n = 11) меньше, чем в халькопирите/кубаните, и на 1.2 ± 0.26‰ (n = 11) меньше, чем в пирротине/троилите. Между халькопиритом, кубанитом, пирротином, троилитом значимой разницы в значениях (Δ = δ³⁴S_Sfd1 – δ³⁴S_Sfd2) не установлено.

Разрез интрузива по скважине ПЛ-42 (фиг. 5б) имеет сходство с описанным выше разрезом скважины ПЛ-39. В интервале 249.4–304.8 м залегают оливин-содержащие и оливиновые габбро-долериты, в которых видимые выделения сульфидов практически отсутствуют. Основной объем сульфидной минерализации локализован в нижней части интрузива в пикритовых и такситовидных габбро-долеритах в интервале глубин 304.8–341.6 м. В интервале 317.0–320.0 м горизонт пикритовых габбро-долеритов разделен прослоем оливиновых габбро-долеритов, в которых диагностирована убогая вкрапленность сульфидов.

Для изученного разреза характерна первично-магматическая сульфидная ассоциация, представленная халькопиритом, троилитом, пирротином, пентландитом, кубанитом и талнахитом в различных пропорциях. В пикритовых габбро-долеритах преобладает троилит, в залегающих ниже такситовидных разностях появляется гексагональный пирротин (обр. 335,8, 338,3, 341,2). Кубанит и талнахит встречаются только в горизонте пикритовых габбро-долеритов.

Значение δ³⁴S в сульфидах интрузива изменяется от –0.1 до 10.9‰ (n = 42). Как видно на фиг. 5а, значение δ³⁴S в горизонте пикритовых габбро-долеритов постепенно увеличивается с глубиной от 0‰ в верхах разреза до 10.3‰ в основании слоя. В подстилающих такситовидных габбро-долеритах величина δ³⁴S в сульфидах резко снижается до 4.3‰. В целом по разрезу среднее значение δ³⁴S в первично-магматической сульфидной ассоциации составляет 4.9 ± 3.02‰ (n = 42), что существенно ниже такового в сульфидах Хараелахского интрузива.

Содержание серы в изученных пробах изменяется от 0.12 до 2.03 мас. %, и, как видно из фиг. 6б, величины δ³⁴S коррелируют с содержанием серы в породе.

В сульфидах первично-магматической ассоциации минимальные значения δ³⁴S в пределах одного сульфидного вкрапленника характерны для пентландита, максимальные – для пирротина/троилита/кубанита/халькопирита. Значения δ³⁴S в пентландите в среднем на 1.3 ± 0.27‰ (n = 13) меньше, чем в халькопирите/кубаните, и на 1.2 ± ± 0.27‰ (n = 13) меньше, чем в пирротине/троилите. Для других сульфидных пар с халькопиритом, кубанитом, пирротином и троилитом значимой разницы в значениях (Δ = δ³⁴S_Sfd1 – δ³⁴S_Sfd2) не установлено.

В разрезе интрузива по скважине ПЛ-54 преобладает вкрапленная первично-магматическая сульфидная минерализация, локализованная в призматически-зернистых, пикритовых, пикритоподобных и такситовидных габбро-долеритах (фиг. 5в). Минерализация представлена халькопиритом, пирротином, пентландитом, кубанитом и троилитом в различных пропорциях. Кроме того, в метасоматически преобразованном габбро-долерите (глубина 298.0 м), присутствует вторичная сульфидная ассоциация, сложенная пиритом, халькопиритом и миллеритом.

Значения δ³⁴S в первично-магматических сульфидах изменяются от 1.9 до 8.3‰, в среднем составляя 5.7 ± 2.38‰ (n = 12). Вторичные сульфиды показали значения δ³⁴S от 6.4 до 8.5‰, в среднем 7.7‰ (n = 4). В целом по разрезу среднее значение δ³⁴S составляет 6.2 ± 2.26‰ (n = 16).

Содержание серы в изученных пробах изменяется от 0.14 до 4.04 мас. %, при этом максимальное значение установлено в метасоматите по габбро-долериту со вторичной сульфидной минерализацией. При исключении данного образца содержание серы в породах с первично-магматическими сульфидами изменяется от 0.14 до 1.84 мас. %, при этом вариации содержаний серы положительно коррелируют с изменениями ее изотопного состава (фиг. 5в).

В сульфидах первично-магматической ассоциации минимальные значения δ³⁴S характерны для пентландита, а максимальные для халькопирита, пирротина и троилита. Значения δ³⁴S в пентландите в среднем на 1.4‰ (n = 3) меньше, чем в халькопирите, и на 1.2‰ (n = 3) меньше, чем в пирротине/троилите. Значимой устойчивой разницы значений Δ = δ³⁴S_Sfd1–δ³⁴S_Sfd2 для халькопирита, пирротина и троилита не выявлено.

Вариации значений δ³⁴S первично-магматических сульфидов в вертикальном разрезе Хараелахского интрузива

В изученных разрезах Хараелахского интрузива установлена изменчивость изотопного состава серы сульфидов первично-магматической ассоциации по вертикали (фиг. 7). Наиболее контрастно ведут себя величины δ³⁴S в глубинной части интрузива в разрезе скважины РГ-2кл. Среднее значение δ³⁴S сульфидов в пикритовых габбро-долеритах и троктолитах составляет δ³⁴S = = 7.5 ± 1.26‰ (n = 15), тогда как в лейкогаббро верхней серии, в такситовидных габбро-долеритах нижней серии и массивных рудах δ³⁴S = 10.2 ± ± 0.64‰ (n = 29). В разрезе РГ-2кл наиболее магнезиальные пикритовые габбро-долериты мощностью 20 м локализованы в верхней половине интрузива и сменяются вниз по разрезу троктолитами мощностью 10 м и далее оливин-содержащими и оливиновыми, такситовидными габбро-долеритами мощностью около 45 м. Такое “подвешенное” (Годлевский, 1959) положение пикритовых габбро-долеритов не согласуется с их гравитационным или конвекционным отложением из расплава в закрытой камере, а говорит, скорее, о дискретном внедрении. Заметно меньший вклад изотопно-тяжелой серы в сульфидах высокомагнезиальных пород также свидетельствует об их поступлении с отдельной порцией расплава.

В центральной части западной ветви интрузива, в разрезе скважины ВФ-69 вертикальная изменчивость изотопного состава серы магматических сульфидов становится менее выраженной, прежде всего за счет утяжеления серы сульфидов в пикритовых габбро-долеритах до δ³⁴S = 9.5 ± ± 0.72 ‰ (n = 12). При этом в такситовых габбро-долеритах и массивных рудах значение δ³⁴S практически не изменяется по сравнению с разрезом РГ-2кл по погружению интрузива и в среднем составляет 10.3 ± 0.74‰ (n = 14). В нижней части разреза присутствуют оливиновые габбро-долериты, несущие сульфиды с δ³⁴S = 6.5‰ (n = 3), которые также, видимо, кристаллизовались из дискретной порции магмы.

На западном фланге интрузива в его фронтальной части (скважина ЗФ-23), несмотря на сильную петрографическую изменчивость интрузивных пород в разрезе, крайне неравномерное распределение сульфидного оруденения и, как следствие, содержаний серы в породах, изотопный состав серы сульфидов сравнительно гомогенен. Значение δ³⁴S магматической ассоциации сульфидов в большинстве типов пород изменяется от 12.7 до 14.0‰, однако в нижней части разреза присутствует рудно-силикатная ассоциация с δ³⁴S =4.4‰, сформировавшаяся, вероятнее всего, из другой порции магмы.

Однородность изотопного состава серы сульфидов фронтальной части Хараелахского интрузива по вертикали подчеркивалась неоднократно (Горбачев, Гриненко, 1973; Изотопная геология …, 2017; Malitch et al., 2014) и рассматривалась как индикаторная черта рудоносных магм вследствие гомогенизации при высокотемпературных процессах и/или в долгоживущих резервуарах. В целом в проточных магматических системах при высокотемпературном смешении серы из нескольких источников изотопный состав серы отделяющейся сульфидной жидкости стремится скорее к гомогенизации и равновесию (Ripley, Li, 2003). Вместе с тем, на предполагаемом фронте внедрения (западных флангах Хараелахского интрузива) и ранее отмечался разброс значений от 7 до 16‰ (Изотопная геология …, 2017), интерпретируемый авторами как результат локального изотопного переуравновешивания. Наши данные по сульфидам первично магматической ассоциации получены локальным методом, что позволило измерить изотопный состав конкретного минерала, а не их смеси, а также избежать наложенных изменений, которые могли привести к локальным вариациям в изотопном составе серы.

Обеднение тяжелым изотопом ³⁴S ранее было отмечено для сульфидов верхней краевой серии в пределах малосульфидного горизонта (Sluzhenikin et al., 2020) и объяснено раннемагматической дегазацией, признаки которой (миндалины, сегрегационные заполнения пустот и богатые летучими минералы) интенсивно проявлены в этих породах и, вероятно, связаны с насыщением расплавов летучими при растворении осадочных ксенолитов. Экспериментальные работы (Fiege et al., 2014, 2015) показывают, что декомпрессионная дегазация андезитовых и базальтовых расплавов приводит к заметному изотопному фракционированию, при этом флюид обогащается тяжелым изотопом серы по сравнению с расплавом на ~2–3‰ в восстановленных системах и обедняется на ~1.5‰ в окисленных системах при магматических температурах от 1200 до 1040°C. Относительно восстановленные (~QFM) расплавы норильских интрузивов при дегазации могут обедняться тяжелым изотопом, тогда как отделяющийся флюид будет им обогащаться. Однако магматическая дегазация, видимо, игравшая важную роль при образовании малосульфидной минерализации в верхней краевой серии (Schoneveld et al., 2020), не проявлена столь широко в нижней серии и массивных рудах и не может объяснить наблюдаемую гетерогенность.

Таким образом, различия в изотопном составе серы сульфидов краевых и центральной серий, отличающихся по текстурно-структурным особенностям, минеральному и петрохимическому составу силикатных пород, свидетельствуют об их поступлении с дискретными порциями магм, несущих сульфидный расплав с различающимся изотопным составом серы. Такая изменчивость, отражающая порционное поступление магм, более заметна в глубоких разрезах интрузива, тогда как по мере продвижения магм к фронту внедрения изотопный состав серы разных внедрений выравнивается на фоне общего обогащения тяжелым изотопом.

Вариации значений δ³⁴S первично-магматических сульфидов по латерали Хараелахского интрузива

Из описания вертикальной изменчивости изотопного состава серы сульфидов, локализованных в разных частях Хараелахского рудоносного интрузива, становится ясно, что для него также характерна латеральная изменчивость значений δ³⁴S сульфидов.

В разрезах скважин РГ-2кл и ВФ-69 среднее значение δ³⁴S первично-магматической сульфидной ассоциации составляет 9.4 ± 1.68‰ (n = 47) и 9.4 ± 1.41‰ (n = 34) соответственно. Несмотря на идентичность средних значений δ³⁴S сульфидов указанных разрезов, контрастно по этому параметру различаются сульфиды высокомагнезиальных пород. В скважине РГ-2кл отношение изотопов серы сульфидов в пикритовых габбро-долеритах изменяется от 5.2 до 8.9‰, в среднем составляя 7.4 ± 1.38‰ (n = 12), тогда как в скважине ВФ-69, в том же горизонте, значение δ³⁴S сульфидов изменяется от 8.5 до 10.7‰, в среднем составляя 9.5 ± 0.72‰ (n = 12).

Во фронтальной части интрузива сера сульфидов в пикритовых габбро-долеритах значительно утяжеляется – (δ³⁴S = 14.0 ± 0.68‰, n = 9), то же происходит с сульфидами густовкрапленных и богатых руд (δ³⁴S = 12.9 ± 1.35‰, n = 6), оливин-содержащих и нижних контактовых габбро-долеритов (δ³⁴S = 12.8 ± 0.55‰, n = 6).

Таким образом, в пределах Хараелахского интрузива установлена латеральная изменчивость изотопного состава серы сульфидов. На западном фланге интрузива, в первично-магматических сульфидах, величины δ³⁴S составляют в среднем 12.2 ± 3.27‰ (n = 24). Без учета маломощного тела призматически-зернистых габбро-долеритов с аномальными значениями δ³⁴S = 4.4‰ (n = 3), в основной массе оруденения значение δ³⁴S составляет 13.4 ± 1.05‰ (n = 21). На глубинах залегания свыше 1700 м изотопный состав серы в среднем составляет 9.4 ± 1.68‰ (n = 47).

Обедненность тяжелым изотопом серы сульфидов пикритовых габбро-долеритов по сравнению с сульфидами такситовых габбро-долеритов верхнего и нижнего эндоконтактов в глубинной части Хараелахского интрузива (скважина РГ-2кл) противоречит общепринятому представлению о гомогенности изотопного состава серы сульфидов в промышленно-рудоносных интрузивах (Изотопная геология …, 2017; Malitch et al., 2014). Установленные различия в распределении величин δ³⁴S сульфидов двух серий пород, характеризующихся также резкими магматическими контактами, указывают на становление Хараелахского интрузива по механизму множественных внедрений. Латеральная же изменчивость изотопного состава серы сульфидов отражает, по-видимому, прогрессирующую контаминацию и/или возрастающую степень восстановления сульфатной серы по мере продвижения порций рудоносной магмы к месту ее современного залегания, как это будет рассмотрено ниже.

Изотопные характеристики массивных руд

В разрезе скважины РГ-2кл залежь массивных сульфидных руд локализована в нижней части тела такситовидных габбро-долеритов (фиг. 4а). Количество сульфидов закономерно увеличивается сверху вниз в горизонте такситовидных габбро-долеритов, от тонкой сидеронитовой вкрапленности (около 10 об. % сульфидов) вверху до гнездовой и прожилковой вблизи тела богатых руд (20–30 об. % сульфидов). По всему разрезу такситовидных габбро-долеритов и всей залежи массивных руд средний по пробе изотопный состав серы сульфидов варьирует в пределах от 9.7 до 10.9‰ δ³⁴S, и лишь в габбро-долеритах, непосредственно подстилающих тело богатых руд, сера сульфидов утяжеляется до 12.3‰ δ³⁴S. Расположение массивных руд в горизонте такситовидных габбро-долеритов, а также близкий изотопный состав серы сульфидов массивных и вкрапленных руд указывают на единый источник серы и синхронность поступления их сульфидоносных расплавов к месту современного залегания.

Положение и характер контактов тела массивных руд в разрезах ЗФ-23 и ВФ-69 не позволяют сделать однозначных выводов об относительном времени поступления массивных руд к месту их современного залегания, хотя текстурные признаки на других участках свидетельствуют о более позднем времени их внедрения (Дюжиков и др., 1988). В скважине ВФ-69 массивные руды локализованы в нижнем экзоконтакте интрузива и по изотопному составу серы неотличимы от вкрапленных сульфидов такситовых габбро-долеритов. В скважине ЗФ-23, как указано выше, изотопный состав серы сульфидов еще более гомогенен. Таким образом, наши данные по изотопному составу серы сульфидов свидетельствуют в пользу комагматичности массивных руд и вкрапленных сульфидов в перекрывающем такситовом горизонте.

Изотопный состав серы Пясино-Вологочанского интрузива

В разрезах слаборудоносного Пясино-Вологочанского интрузива проявлена незакономерная гетерогенность изотопного состава серы сульфидов: значение δ³⁴S изменяется от –0.1 до +10‰ независимо от минерального состава пород и их положения в разрезе. При этом наблюдается отчетливая положительная корреляция содержания серы в породе и ее изотопного состава в сульфидах (фиг. 6). По латерали интрузива, с учетом наших данных и данных предшественников (Гриненко, 1987; Malitch et al., 2014; Изотопная геология…, 2017; Служеникин и др., 2020), диапазон вариаций изотопного состав серы сульфидов не меняется, как не меняется и степень рудоносности массива.

Вариации значений δ³⁴S в сосуществующих первично-магматических сульфидах Хараелахского и Пясино-Вологочанского интрузивов

Согласно более ранним данным, для руд промышленно рудоносных интрузивов характерна закономерность, при которой в сосуществующих в одном вкрапленнике, в одном шлифе или образце сульфидах изотопный состав серы обычно утяжеляется в направлении от пирротина к пентландиту и халькопириту (Коваленкер и др., 1974; Ryabov et al., 2014; Лихачев, 2006). В результате наших исследований указанная закономерность не подтвердилась ни в рудах Хараелахского интрузива, ни в рудах Пясино-Вологочанского интрузива. Выяснилось, что для первично-магматических сульфидов Хараелахского и Пясино-Вологочанского интрузива характерна иная закономерность, при которой моносульфиды железа (пирротин, троилит) и сульфиды меди (халькопирит, мойхукит, кубанит) из одного аншлифа не проявляют значимых различий в изотопном составе серы, тогда как сера пентландита всегда “легче” в среднем на 1.35 ± 0.28‰ (n = 52), чем в халькопирите/мойхуките/кубаните и на 1.18 ± 0.26‰ (n = = 48), чем в пирротине/троилите. Для пентландита данные по фракционированию изотопов серы в литературе отсутствуют, но при использовании данных для близкой по составу шпинели (виоларита FeNi₂S₄) (Li, Liu, 2006) температуры предполагаемого изотопного равновесия пентландита с троилитом, минералами группы халькопирита и кубанитом превышают 550^оС, что согласуется c незначительной, характерной для высокотемпературного обмена (Ohmoto, Rye, 1979; Li, Liu, 2006), разницей в изотопном составе и для других сульфидных пар.

Следствия для интерпретации происхождения изотопно-тяжелой серы

Установленный нами тренд не согласуется с моделью поступления первично изотопно-гомогенных и изотопно-тяжелых сульфидов из мантийного или нижне-корового резервуаров (Лихачев, 2006, 2019; Криволуцкая, 2014а, б; Yao, Mungall, 2021). Надо отметить, что геохимические характеристики этих гипотетических изотопно-аномальных нижнекоровых и верхнемантийных резервуаров в структуре восточного края платформы неизвестны. Напротив, близ-мантийное значение δ³⁴S в трапповых базальтах (Ripley et al., 2003), а также близ-мантийное среднее значение ниже 5‰ для первично-магматических сульфидов в интрузивах зубовского типа (Grinenko, 1985; Malitch et al., 2014; Служеникин и др., 2020) исключают возможность аномально высокой величины δ³⁴S в сублитосферной мантии, современной трапповому вулканизму.

Ripley and Li (2003) показали, что при длительном обмене ассимилированной коровой серы с магматической серой из неограниченно большого объема силикатного расплава изотопный состав несмесимых сульфидов будет стремиться к значениям магматического источника. Процесс, ведущий к гомогенизации и облегчению изотопных характеристик осадочной серы, одновременно должен приводить к обогащению сульфидного расплава халькофильными элементами, в том числе элементами платиновой группы. Степень обмена описывается в рамках концепции R-фактора (отношение масс сульфидного и силикатного расплавов, участвующих в обмене – Campbell et al., 1983; Lesher, Burnham, 2001; Ripley, Li, 2003), которая к настоящему времени наиболее удовлетворительно описывает механизм уникального ЭПГ-обогащения норильских руд (Naldrett et al., 1992, 1995). На фиг. 8а показаны ожидаемые тренды изменения значений δ³⁴S в ходе обмена гипотетических сульфидных расплавов с первичным δ³⁴S, равным 12 и 22, с силикатной магмой в условиях, близких к сульфидному насыщению (0.1 мас. % S, δ³⁴S = 0). По мере транспорта сульфидов в силикатном расплаве значения δ³⁴S должны уменьшаться (Lesher, Burnham, 2001; Ripley, Li, 2003):

где R_o = (С_силик/С_сульф)R, δ³⁴$S_{{{\text{сульф}}}}^{f}$ – конечный состав серы сульфида, δ³⁴$S_{{{\text{сульф}}}}^{i}$ – начальный состав, δ³⁴$S_{{{\text{силик}}}}^{i}$ – начальный состав серы силикатного расплава.

Очевидно, что наблюдаемое утяжеление изотопного состава серы к фронтальным частям интрузива не согласуется с результатами, ожидаемыми при росте R-фактора, то есть нарастающем обмене между сульфидом и силикатным расплавом. Наблюдаемое в Хараелахском интрузиве увеличение значений δ³⁴S предполагает либо более полное восстановление окисленной серы по мере движения расплавов в магматическом канале, как предложено Горбачевым и Гриненко (1973), либо дополнительную ассимиляцию осадочной серы вдоль путей следования, что также допускалось этими авторами.

Попытки смоделировать образование изотопно-тяжелых сульфидов Октябрьского месторождения привели Л.Н. Гриненко (Grinenko, 1985) к выводу, что источниками серы для сульфуризации магмы промышленно-рудоносных интрузивов были сероводородсодержащие газовые бассейны. Однако сера газонефтяных бассейнов имеет широкий диапазон вариаций и обычно обеднена тяжелым изотопом примерно на 15‰ относительно синхронных ангидритов и гипсов (Thode, Monster, 1965). Происхождение H₂S c тяжелым изотопным составом серы обсуждается в недавней работе В.В. Рябова с соавторами (2018), которая рассматривает возможность восстановления сульфатной серы в процессе абиогенной сульфат-редукции при взаимодействии углеводородов с ангидритом. Авторы предполагают, что при высокотемпературном взаимодействии углеводородов с сульфатами и большом объеме вовлечения в этот процесс последних будет образовываться сероводород, изотопный состав серы которого будет максимально приближен к таковому осадочного ангидрита. Так, например, Krouse (1980) показал, что высокотемпературное восстановление сульфатов (так называемая термохимическая сульфат-редукция) привело к образованию изотопно тяжелого сероводорода с изотопным составом серы, идентичным таковому в ассоциирующих эвапоритах в бассейнах Альберты (Канада). “Пропаривание” сульфатов углеводородами с образованием сероводорода также высвобождает кальций, который сохраняется в виде кальцита согласно реакции (Jiang et al., 2015):

Требуемый масштаб ассимиляции ангидрита c 23 мас. % S и ее изотопным составом ∼22‰ δ³⁴S (Рябов и др., 2018) магматическим расплавом (c сульфидной серой cостава ∼0‰ δ³⁴S) можно схематически (фиг. 8б) посчитать по следующей формуле масс-баланса для закрытой системы, принимая, что количество изотопов серы осталось неизменным в ходе реакции (Ripley, Li, 2003):

где δ³⁴S_кон и δ³⁴S_маг – изотопные составы, К и М – массовые пропорции компонентов (контаминанта и магмы, К + М = 1), С_кон и С_маг – концентрации серы в контаминанте (кон) и сульфидоносной магме (маг); при этом индексы i and f указывают на исходные и конечные продукты соответственно.

Расчет показывает, что ~0.5 мас. % ангидрита требуется, чтобы обеспечить сдвиг изотопного состав магматических сульфидов до 12‰ δ³⁴S при начальном содержании серы в расплаве 0.1 мас. %, хотя количество контаминанта возрастает до ~5 мас. % при условии 1 мас. % S в сульфидоносной магме. Очевидно, что полностью закрытая система нереалистична для природных условий и не может обеспечить наблюдаемые количества сульфидов в рудоносных интрузивах. Модель полностью открытой системы можно представить как совокупность множественных сдвигов изотопного состава серы dδ_mag при прохождении отдельных порций магмы (dM) через контаминант. В этом случае уравнение для проточной системы будет иметь вид:

где Δ = δ³⁴$S_{{{\text{кон}}}}^{f}$ – δ³⁴$S_{{{\text{маг}}}}^{f}$ в условиях равновесия, что при магматических температурах может приниматься равным нулю. Это уравнение было впервые предложено (Taylor, 1977) для описания кислородного изотопного обмена вода–порода и может быть использовано для расчетов обмена стабильных изотопов серы (Ripley, Li, 2003). Из него следует, что конечный состав магматических сульфидов экспоненциально зависит от отношения контаминант/расплав, и при волюнтаристическом подборе последнего можно объяснить самые широчайшие вариации.

Механизм высокотемпературной ассимиляции сероводородных газов или флюидов, впервые предложенный Grinenko (1985), был в дальнейшем модифицирован в моделях Li et al. (2003) и Рябова и др. (2018). Ассимиляция газа/флюида в условиях непрерывного обмена между сульфидом, магмой и контаминантом позволяет разрешить противоречие между изотопно-тяжелым составом норильских сульфидов (что предполагает незначительную степень контаминации) и высокими запасами серы, цветных металлов и ЭПГ (что требует больших объемов ассимилированной серы и высоких значений R-фактора). Расчетные (Poulson, Ohmoto, 1989) и эмпирические данные для проточных магматических систем (Lesher, 2017; Samalens et al., 2017) и контактовой минерализации (Арискин и др., 2021) подтверждают реалистичность и универсальность механизма флюидного транспорта серы из вмещающих пород в интрузив. Этот процесс не требует плавления или растворения осадочного контаминанта, которые могут быть эффективными в динамических условиях проточных магматических каналов (Li et al., 2003; Yudovskaya et al., 2018), но имеют значительные термальные и химические ограничения (Robertson et al., 2015).

Так, расчеты А.П. Лихачева (2002) предсказывают, что ассимиляция ангидрита, требуемая для накопления содержащейся в норильских интрузивах серы, превратит магматическую массу в гибрид, неспособный к дальнейшему перемещению и какой-либо последующей эволюции (Лихачев, 2002). Наша модель предполагает, что контаминация ангидрит-содержащих осадочных пород наиболее значительно проявилась в формировании краевых гибридных габброидных серий, которые формировались из такой кристаллической каши. Отсутствие признаков избыточного кальция, как следствия переработки ангидрита, также часто рассматривается как свидетельство отсутствия ассимиляции последнего. Однако избыточный кальций при раннемагматической ассимиляции и восстановлении ангидрита до сероводорода мог внести вклад в формирование пород, богатых высоко-Ca плагиоклазом, таких как лейкогаббро и такситовые габбро-долериты краевых серий (Рябов и др., 2018; Sluzhenikin et al., 2020). Обогащение сульфидов в такситовых породах эндоконтактов тяжелым изотопом по сравнению с сульфидами из непосредственно соседствующих с ними пикритовых габбро-долеритов также свидетельствует в пользу более высокой степени контаминации этих пород. Как известно, промышленно-рудоносные интрузивы Талнахского и Норильского рудного узлов содержат горизонты крупнозернистых лейкогаббро, состоящих на 70–80% из основного кумулусного плагиоклаза (Лихачев, 2019). Кроме того, на флангах промышленно-рудоносных интрузивов широко развиты маломощные площадные силлы габбро-долеритов (интрузивы круглогорского типа), в которых лейкогаббро являются характерными породами и нередко слагают до половины мощности силла (Служеникин и др., 2018). Объемы лейкогаббро как в самом теле интрузива, так и на его флангах, находятся в прямой зависимости с количеством сульфидного расплава, внедрившегося несколько позже с основной массой магнезиальных пород (Лихачев, 2019) и, возможно, являются индикаторами масштабности процессов сульфат-редукции.

К западной части Хараелахского интрузива приурочена наиболее крупная из всех известных в районе залежей массивных руд, в которой изотопный состав серы сульфидов гомогенен и наиболее близок к составу серы осадочного ангидрита. Следовательно, данные сульфиды образованы в результате ассимиляции максимальной пропорции сульфатов, которые, возможно, были восстановлены углеводородами, как это предполагают Рябов и др. (2018). Пониженные значения δ³⁴S сульфидов в рудах глубинной части Хараелахского интрузива отражают меньшие пропорции ассимилированной сульфатной серы. Пикритовые габбро-долериты из глубинной части интрузива (разрез скважины РГ-2кл), в которых установлена бедная сульфидная вкрапленность и наиболее низкие значения δ³⁴S (7.4 ± 1.38‰, n = 12), в рамках нашей модели представляют собой наиболее поздние инъекции магмы, образовавшей Хараелахский рудоносный интрузив. В этом случае разница в почти 3‰ между изотопным составом сульфидов в сосуществующих пикритовых и такситовых габбродолеритах (δ³⁴S = 10.2) указывает на более высокие значения R-фактора для высокомагнезиальных магм, что соответствует и большей мощности пикритового горизонта.

Исходя из геологического строения Хараелахского интрузива и данных по изотопному составу серы сульфидов, можно предположить, что интрузив образован в результате множественных инъекций рудоносной магмы, которая испытала длительную по времени кристаллизационную дифференциацию в протяженной по латерали промежуточной магматической камере или подводящем канале, локализованных в нижне-средне-палеозойской осадочной толще, где происходило стягивание пластовых флюидов и восстановление сульфатной серы.

Родоначальные магмы Пясино-Вологочанского интрузива, так же как и родоначальные магмы Хараелахского интрузива, испытали кристаллизационную дифференциацию и ассимиляцию в верхнекоровом промежуточном очаге. Однако время существования очага и транспорта было не достаточным для масштабных процессов сульфаторедукции и последующей сульфуризации магм сероводородными газами. Прямая корреляция между значениями δ³⁴S и содержанием серы, а также отсутствие богатых руд в Пясино-Вологочанском интрузиве указывает на кратковременность или неэффективность сульфидно-силикатного обмена, в результате чего образовывалось малое количество сульфидного расплава, изотопный состав серы которого не успел гомогенизироваться. Необходимо отметить, что Пясино-Вологочанский интрузив характеризуется гораздо меньшей степенью дифференциации (Служеникин, Криволуцкая, 2015) и, что наиболее важно, в его разрезе практически отсутствуют горизонты крупнозернистых лейкогаббро и такситовых габбро-долеритов, а на флангах интрузива не выявлены силлы с крупнозернистыми лейкогаббро, что также согласуется с предлагаемой гипотезой.