ИСТИНА

Концентрации халькофильных элементов и благородных металлов в примитивных магмах и отделение несмесимых жидкостей (флюидов) от силикатного расплава являются ключевыми моментами в формирования любой минерализации, связанной с эволюцией магматических систем. Достоверные данные о составах примитивных магм и о процессах природной магматической несмесимости могут быть получены практически единственным способом – при помощи изучения расплавных и флюидных включений в минералах. В таких включениях могут быть зафиксированы составы исходного расплава до кристаллизации, дегазации или явлений несмесимости, а также сам момент разделения расплава на две или более несмесимые фазы. По сравнению с экспериментальными и теоретическими методами преимуществом расплавных включений является то, что в них представлены непосредственно природные системы (расплав или флюид), тогда как в опытах или теоретических построениях обычно используются упрощенные составы. Развитие современных локальных методов анализа (электронный и ионный микрозонд, ICP-MS с лазерной абляцией и т.д.) позволяет, изучая расплавные и флюидные включения, эффективно получать новые данные о коэффициентах распределения и эволюции летучих и экономически значимых элементов в магмах. Анализы расплавных включений могут быть дополнены составом породы в целом, что помогает оценить направление эволюции расплава. Исследовать включения расплава, флюида, сульфидных и других несмесимых с магмой жидкостей предполагается на имеющемся и вновь отобранном каменном материале. Коллектив располагает образцами наиболее примитивных островодужных пород (с высокомагнезиальными оливином и пироксенами) с некоторых современных и древних островных дуг: Камчатка, Урал, Эоловые острова, Вануату, Соломоновы острова, Индонезия, Valu Fa Ridge, Новая Зеландия, Манус, Новая Каледония, Папуа Новая Гвинея, Тродос (Кипр). Предполагается также провести дополнительное опробование двух камчатских вулканов Толбачик и Горелый. Выбор объектов исследования на Камчатке обусловлен несколькими причинами. В первую очередь, это необычно высокие концентрации золота, измеренные в ряде образцов с обоих вулканов (до 36 ppb в лавах Толбачика и до 216 ppb в пеплах вулкана Горелый, согласно данным известного исследователя золоторудных месторождений И.Я. Некрасова). Толбачик известен проявлениями самородного золота в необычной ассоциации среди лав и шлаков, т.е. в таких местах, где обычно золото не встречается. Золотая аномалия может быть связана с ассимиляцией скрытого золоторудного месторождения; эту гипотезу предстоит подтвердить или опровергнуть путем систематического анализа разновозрастных пород вулкана и статистической обработки. В магнезиальных оливинах (Fo89-92) на вулкане Толбачик нами обнаружен уникальный комплекс расплавных, сульфатных и (Fe,Cu,Ni)S-Au-PGE включений. Имеющиеся у коллектива образцы беспрецедентны для вулканов островных дуг по интенсивности минерализации и высоким концентрациям благородных металлов; сумма Au-PGE в сульфидах достигает 240 ppm, что соответствует наиболее богатым месторождениям мира типа риф Меренского или Столлуотер в Южной Африке. Сульфидные глобули Толбачика зачастую соседствуют с глобулями сульфатного расплава (ангидрит CaSO4), что является первым в мире подтверждением природной сульфид-сульфат-силикатной несмесимости. Для исследования силикатно-флюидной несмесимости важно, что оливины Толбачика содержат много крупных (до 150 мк) природно-закаленных расплавных включений с высокими концентрациями летучих компонентов, и одновременно для этого вулкана были недавно измерены составы высокотемпературных (> 1000 °C) газовых эмиссий, включая полный набор микроэлементов. Работа над проектом будет состоять из нескольких стадий: (1) сбор каменного материала, дробление и предварительное концентрирование Au-PGE методом “NiS Fire Assay”; (2) выделение фракций минералов с расплавными, сульфидными и флюидными включениями; (3) эксперимент на газовых установках высокого давления, в том числе гомогенизация расплавных включений; (4) эксперименты в термокамере, анализ на LA-ICPMS и электронном микроскопе высокого разрешения. Проект рассчитан на три года. Все участники проекта имеют опыт полевых работ. Цели и задачи проекта были выработаны с учетом опыта руководителя проекта В.С. Каменецкого в изучении расплавных и флюидных включений и опыта М. Зеленского в изучении вулканической дегазации, минералогии и рециклинга летучих компонентов в зоне субдукции, а также опыта организации полевых работ. Квалификация коллектива подтверждена списком публикаций в международных журналах (около 90 публикаций в базе Scopus за 5 последних лет, в том числе 20 публикаций в качестве первых авторов в престижных международных журналах).

The most perplexing questions concerning the orthomagmatic mineralization relate to understanding of initial metal abundances in common primitive magmas and mechanisms of separation of immiscible liquids or fluids from the silicate melt. Reliable data on the composition of primitive magmas and the processes of natural magmatic immiscibility can be obtained virtually the only way - by studies of melt and fluid inclusion in minerals. Such inclusions can represent melt compositions at the onset of crystallization, degassing or immiscibility phenomena, as well as the moment of separation of the melt into two or more immiscible phases. The great advantage of inclusion studies compared to experimental and theoretical approaches is that they directly apply to natural melts and fluids, and the use of modern microanalytical techniques (EMPA, SIMS, LA-ICPMS) also vital for success of this project, can put solid constraints on element partitioning and the ultimate fate of volatile and economic elements. Melt inclusion studies complement analyses of bulk rocks, providing important constraints on the melt evolutionary pathways. Inclusions of melt, fluid, sulfide liquid and other immiscible liquids in minerals will be studied in the samples already in hand, as well as new samples from Kamchatka that will collected during the 2016 field season. The team has samples of the most primitive arc rocks (with high-Mg olivine and pyroxene) from some modern and ancient island arcs: Kamchatka, the Urals, Aeolian Islands, Vanuatu, Solomon Islands, Indonesia, Valu Fa Ridge, New Zealand, Manus, New Caledonia, Papua New Guinea, Troodos (Cyprus). It is also anticipated that additional samples will be collected at two Kamchatka volcanoes Tolbachik and Gorely. The choice of Tolbachik and Gorely volcanoes as main objects for this study is justified by the following: First of all, magmatic products of these volcanoes contain unusually high Au (up to 36 ppb in Tolbachik lavas and up to 216 ppb in ashes from Gorely, according to I. Nekrasov, the well-known researcher of gold ore deposits). Tolbachik is well-known for abundant manifestations of native gold within lava and scoria, i.e., in places where gold does not typically occur. The study will test the hypothesis whereby occurrence of anomalous gold is associated with magmas assimilation of an unknown gold ore deposit at depth. The magnesian olivines (Fo89-92) from Tolbachik contain a unique assemblage of silicate melt, sulfate, and (Fe, Cu, Ni) S-Au-PGE inclusions. Further, the samples for this study have large amounts of sulfides and precious metals, so far unknown for volcanic rocks in island arc settings. The bulk Au-PGE content (up to 240 ppm) of the sulfide globules is a factor of two higher than that found in other volcanic sulfides elsewhere and higher or comparable to that of the bulk sulfides in major PGE-rich Ni-Cu-PGE deposits and several of the less-extreme reef occurrences (e.g. Merensky reef and Stillwater in South Africa). Sulfide globules from Tolbachik often coexist with globules of molten sulfate (anhydrite CaSO4), which will be considered as the world's first occurrence of natural sulfide-sulfate-silicate liquid immiscibility. The Tolbachik olivine phenocrysts commonly contain large (up to 150 microns) naturally quenched melt inclusions with high concentrations of volatiles. The latter will be studied in comparison with the high-temperature (> 1000 °C) gas emissions during the latest Tolbachik eruption in 2013. The proposed study will involve: (1) sample collection, crushing and pre-concentration with NiS Fire Assay method for further Au-PGE analysis; (2) identification and separation of mineral grains with melt, sulfide and fluid inclusions; (3) experimental works including homogenization of melt inclusions in high-pressure vessels; and (4) homogenization experiments with a visual control and analytical work including a high-resolution electron microscope and LA-ICPMS. The project is planned and budgeted for three years. All participants have experience in field works. The project aims and methodological approaches are defined based on the combined expertise and experience of both investigators in petrology, geochemistry and melt/fluid inclusion studies (V. Kamenetsky) and volcanology, volcanic gases and mineralogy (M. Zelenski). The publication list of both investigators, comprising around 90 papers indexed by Scopus in the last 5 years, including 20 first-authored papers, demonstrates that they are ideally placed to successfully run this proposed study.