ИСТИНА

Изучение механизмов транспорта и концентрации халькофильных элементов в андезитовых островодужных системах. Медно-порфировые месторождения, являющиеся основным источником меди и одним из источников золота, молибдена, серебра и ряда других металлов, тесно связаны с субдукционными обстановками. Мировое научное сообщество активно изучает факторы, обуславливающие возможность их формирования. Имеющаяся в распоряжении автора проекта коллекция включает широкое разнообразие образцов, представляющее максимально возможное количество уровней островодужной магматической системы – от мантийных перидотитов и нижнекоровых пироксенитовых ксенолитов, через амфибол-плагиоклазовые кумуляты и амфибол-содержащие мафические включения к двупироксен-плагиоклаз-магнетитовым андезитам и андезибазальтам приповерхностного очага, а также вмещающих пород – коровые ксенолиты представлены как разнообразными вулканитами, так и габброидными породами. Почти все эти образцы породы содержат сульфидные фазы – в виде включений в минералах или каплях сульфидного расплава в матричном стекле или (для отдельных коровых ксенолитов) – в виде гидротермальных прожилках. Детальное микроаналитическое изучение сульфидных фаз и вмещающих их парагенезисов поможет проследить закономерности распространения халькофильных элементов и серы от мантийного клина до поверхности, а изотопные исследования – отследить источник и основные механизмы транспорта.

Porphyry copper deposits are widely distributed worldwide and are the primary source of copper production (and even other metals, like gold and molybdenum). They are associated with magmatic arc systems. Kamchatka is ideal for studying the early (magmatic) stage of formation of porphyry deposits due to many features (like crustal thickness, distribution of chalcophile elements in magmas, and crystallization features of lower crustal cumulates). Bezymianny is the active andesitic volcano with a differentiated plumbing system, which runs back to the mantle wedge. It is located in the central part of the Klyuchevskaya group. It is an excellent object for studying the factors that control the mechanisms of transport and concentration of sulfur and chalcophile elements. Sample collection is unique and represents a section of the magmatic system from the mantle wedge (peridotite xenoliths) and lower crustal pyroxenite xenoliths to the time-evolving near-surface chamber (eruptive products of a series of successive eruptions from 2006 to 2020), and also contains xenoliths of various crustal rocks. Fractionation at the lower crustal level leads to the formation of amphibole-plagioclase cumulates, which are sometimes brought to the surface along with mafic enclaves. All these rocks contain sulfide phases, which indicates the stability of sulfide sulfur throughout the system, except the actively degassing near-surface chamber, where sulfides are preserved only in relics of deep parageneses. Preliminary studies have shown that the composition of the sulfide phase is related to the host paragenesis, which will make it possible to construct a model for the distribution of chalcophile elements and mechanisms leading to their concentration at different levels. The study of hydrothermal sulfides in crustal xenoliths and isotopic analyses of sulfur and copper in igneous and hydrothermal sulfides will clarify the issues of transport, sources, and possible concentration mechanisms. During the project, we are planned to characterize the content and main phases of Cu and other chalcophile elements in mantle and crustal xenoliths, to identify patterns of distribution and evolution of the composition of sulfides in the magmatic system of the Bezymianny volcano, and to determine the evolution of the concentration of rare metals in the melt during the lower crustal fractionation and subsequent crystallization in the upper crust.

В ходе проекта планируется получить и опубликовать в международной печати следующие результаты: Будут получены данные о распределении магматических сульфидов на всей протяженности магматической системы – от мантийного клина и нижнекоровых кумулятов до приповерхностного очага. Охарактеризован их состав, морфология и структурное положение, привязан состав сульфидных фаз к P-T-fO2 условиям кристаллизации вмещающих парагенезисов, опубликована статья с моделью распределения халькофильных элементов в магматической системе вулкана Безымянный. Будет изучены гидротермальные сульфидные образования, их состав и условий образования; полученные результаты будут опубликованы в отдельной работе. Впервые для активных вулканов Камчатки будут проведены исследования изотопного состава серы и меди магматических и гидротермальных сульфидов, а четкая привязка сульфидных фаз к вмещающим их парагенезисам позволит проследить вариации изотопного состава на всех уровнях системы – от мантийного клина до приповерхностного очага и гидротермальных прожилках в стенках магматической системы. Будут получены данные о содержании летучих компонентов в расплаве в нижне- и верхнекоровом очага (за счет изучения расплавных включений, апатита и амфибола методами EMPA и SIMS). Объединение полученных геохимических, петрологических и изотопных данных позволит выявить источники серы и меди в андезитовой островодужной системе и уровни обеднения и обогащения халькофильными элементами расплава, однозначно определить механизмы и основные агенты переноса халькофильных элементов. Созданная согласованная модель поведения серы и халькофильных элементов в андезитовой островодужной системе внесёт вклад в активную дискуссию о источниках и механизмах формирования порфировых месторождений, а полученные результаты могут быть использованы для оптимизации поиска ряда связанных с ними полезных ископаемых.

На основе петролого-геохимических данных была предложена модель магматической системы вулкана Безымянный в период 2006-2012 гг. (Давыдова и др., 2017), а также модель эволюции системы в период 2012-2017, связывающая магматические процессы в системе с поведением вулкана, в том числе, объясняющая механизмы смены типов извержения (Davydova et al., 2022). Модели согласованы с геофизическими данными, данными спутникового, GPS и видеомониторинга (Davydova et al., 2022; Koulakov et al., 2021), что подтверждает корректность полученных данных. Полученные в этих работах данные будут использованы для привязки состава захваченных сульфидных фаз к P-T-fO2 условиям кристаллизации минералов-хозяев. Методом диффузионной хронометрии выявлено два различных механизма питания приповерхностного очага вулкана в период 2006-2012 гг. (Давыдова и др., 2018а). Предварительные данные показывают систематическое различие в содержании меди в матричных стёклах эруптивных продуктов данных типов. Проведены исследования одного типа коровых ксенолитов – высококалиевых трахиандезибазальтов (Давыдова и др., 2018б), выявлено наличие гидротермальные сульфидных прожилков на ксенолитах других типов.