litosphereЛитосфераLITHOSPHERE (Russia)1681-90042500-302XA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry10.24930/1681-9004-2020-20-3-397-410litosphere-1299Research ArticleСтатьиArticlesУсловия образования, состав и источники рудообразующих флюидов золото-порфирового месторождения Большой Каран (Южный Урал)Formation conditions, composition and ore-forming sources of the Bolshoy Karan gold-porphyry deposit (the Southern Urals)ЗнаменскийС. Е.ZnamenskyS. E.

450077 г. Уфа, ул. К. Маркса, 16/2

Znamensky_Sergey@mail.ruАнкушеваН. Н.AnkushevaN. N.

456317 г. Миасс, Ильменский заповедник, 1

456304 г. Миасс, ул. 8 июля, 10

1 Ilmensky Reserve, Miass 456317, Russia

10 8 Yulya st., Miass 456304, Russia

АртемьевД. А.ArtemyevD. A.

456317 г. Миасс, Ильменский заповедник, 1

456304 г. Миасс, ул. 8 июля, 10

1 Ilmensky Reserve, Miass 456317, Russia

10 8 Yulya st., Miass 456304, Russia

Институт геологии УФИЦ РАНРоссияInstitute of Geology uFSC RASRussian FederationИнститут минералогии ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН, Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. МиассеРоссияInstitute of Mineralogy Su FRC MG uB RAS, South-urals State university, Miass departmentRussian Federation202006072020203397410Copyright © Знаменский С.Е., Анкушева Н.Н., Артемьев Д.А., 20202020Знаменский С.Е., Анкушева Н.Н., Артемьев Д.А.Znamensky S.E., Ankusheva N.N., Artemyev D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.lithosphere.ru/jour/article/view/1299Объект исследований

Объект исследований. Исследовались условия формирования, состав и источники золото-порфирового месторождения Большой Каран, расположенного в зоне Главного Уральского разлома на Южном Урале.

Методы

Методы. С помощью термокамеры Linkam TMS-600 и микроскопа Olympus BX 51 оценивались температуры минералообразования, солевой состав и концентрации солей во флюидных включениях. Газовый состав флюида определен на рамановском спектрометре Horiba LabRam HR800 Evolution с микроскопом Olympus BX-FM. Методом LA-ICP-MS исследованы элементы-примеси. Изотопный состав С и О определялся на масс-спектрометре MAT 253 (Thermo Fisher Scientific), изотопия S в минералах сульфидно-карбонат-кварцевых руд – на массспектрометре DeltaPLUS Advantage.

Результаты

Результаты. Установлено, что флюидные включения в кварце гомогенизируются в интервале температур 369–312ºC, а в кристаллизовавшемся позднее кальците – при 234–200ºС. Включения содержат Mg-Na водно-хлоридные растворы с соленостью 3.0–11.9 мас. % NaCl-экв. По данным LA-ICP-MS, кварц обладает высокими концентрациями Al (916–1556 г/т), свидетельствующими о его отложении из высококоглиноземистого кислого  флюида. Спектры распределения РЗЭ в кальците характеризуются накоплением легких лантаноидов (LaN/YbN  = 3.4–9.11), что также указывает на кислый состав флюида; негативными аномалиями Ce (0.58– 0.88) и положительными аномалиями Eu (1.51–3.61). Положительные аномалии Eu отражают  среднетемпературную обстановку (>250ºC), существовавшую до кристаллизации кальцита. Значения Y/Ho в кальците (29.3–35.6) позволяют предполагать присутствие во флюиде компонентов магматогенной природы и извлеченных из известняков. Величины δ18О в кальците варьируют в интервале от 14.7 до 19.8‰, а δ13С – от –4.1 до 0.7‰. Значения δ18ОH2O рудообразующего флюида, рассчитанные для температуры гомогенизации флюидных включений в кальците 230ºС, изменяются от 6.5 до 11.5‰, величины δ13ССO2– от –3.21 до 1.6‰. Значения δ34S в пирите составляют –0.60 – 1.50‰.

Выводы

Выводы. Результаты исследований свидетельствуют о формировании золото-порфировой минерализации месторождения Большой Каран в мезотермальных условиях. Ведущую роль в образовании оруденения играли магматогенные флюиды. Установлены геохимические признаки взаимодействия флюида с вмещающими породами.

Research subject

Research subject. We studied PT conditions, composition and sources of ore-forming fluids of the Bolshoy Karan goldporphyry deposit (South Urals) confined to the Main Urals Fault zone at Southern Urals.

Methods

Methods. Temperatures of ore mineral formation, salt composition and fluid salinity were estimated using a Linkam TMS-600 cryostage equipped with an Olympus BX 51 optical microscope. The gas composition of fluid inclusions was determined using a Horiba LabRam HR800 Evolution Raman spectrometer and an Olympus BX-FM optical microscope. Trace elements were detected by means of LA-ICP-MS analysis. С and О isotopic composition was identified using a MAT 253 (Thermo Fisher Scientific) mass-spectrometer. S in the minerals of sulphide-carbonate-quartz ores was identified using a DeltaPLUS Advantage mass-spectrometer.

Results

Results. It is shown that the fluid inclusions in quartz are homogenized at 370–310ºC, while those of the latest calcite – at 234–200ºС. The fluids contain Mg-Na chloride solutions with a salinity of 3.0–11.9 wt % NaClэкв. According to LA-ICP-MS data, quartz contains high Al contents (916–1556 ppm) confirming its formation from a high aluminous acid fluid. The REE distribution spectra in calcite are characterized by the accumulation of light lanthanides (LaN/YbN = 3.4–9.11) pointing to the acid fluid composition, as well as by negative Ce (0.58–0.88) and positive Eu (1.51–3.61) anomalies. The negative Ce anomaly may have been caused by interactions between the fluid and host limestones. The positive Eu anomaly reflects the existence of a middle-temperature environment (>250ºC) prior to  calcite crystallization. Y/Ho values in calcite (29.3–35.6) suggest the presence of magmatic components and those extracted from limestones. The values of δ18О in calcite vary from 14.7 to 19.8‰, while those of δ13С – from –4.1 to 0.7‰. The values of δ18ОH2O for the ore-forming fluid, which were  calculated based on average homogenization temperatures of fluid inclusions in calcite (230ºС), vary from 6.5 to 11.5‰, while δ13ССO2 – from –3.21 to 1.6‰. δ34S values in pyrite ranged from –0.60 to – 1.50‰.

Conclusions

Conclusions. Our data confirm the formation of the gold-porphyry mineralization of the Bolshoy Karan deposit under mesothermal conditions. Magmatic fluids played the key ore-formation role. The  geochemical peculiarities of interactions between the fluid and host rocks were revealed.

золото-порфировое месторождениеЮжный Уралфлюидные включенияизотопияэлементы-примесиgold-porphyry depositSouthern uralsfluid inclusionsisotopic compositiontrace elementsПолевые работы проведены в рамках программы государственного заказа ИГ УФИЦ РАН № 0246-2019-0078. Изотопные исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ (грант № 17-45-020717). Термобарогеохимические и LA-ICP-MS исследования поддержаны государственным заданием Института минералогии ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН (2019–2021 гг.)ReferencesГрабежев А.И. (2014) Юбилейное Cu-Au-порфировое месторождение (Южный Урал, Россия): SHRIMPII U-PB-возраст циркона и изотопно-геохимические особенности рудоносных гранитоидов. Докл. АН, 454 (3), 315-318.Bau M. (1991) Rare-earth element mobility during hydrothermal and metamorphic fluid-rock interaction and significance of oxidation state of europium. Chem. Geol., 93, 219-230.Грабежев А.И., Белгородский Е.А. (1992) Продуктивные гранитоиды и метасоматиты медно-порфировых месторождений. Екатеринбург: Наука, Урал. отд-е, 199 с.Bau M. (1996) Controls on the fractionation of isovalent trace elements in magmatic and aqueous systems: evidence from Y/Ho, Zr/Hf, and lanthanide tetrad effect. Contrib. Mineral. Petrol., 123, 323-333.Грабежев А.И., Сазонов В.Н., Мурзин В.В., Молошаг В.П., Сотников В.И., Кузнецов Н.С., Пужаков Б.А., Покровский Б.Г. (2000) Березняковское золоторудное месторождение (Южный Урал, Россия). Геол. рудн. месторожд., 42(1), 38-52.Bau M., Möller P. (1992) Rare Earth Element Fractionation in Metamorphogenic Hydrothermal Calcite, Magnesite and Siderite. Mineral. Petrol., 45, 231-246.Замятина Д.А., Мурзин В.В. (2014) Тамуньерское месторождение золота на Северном Урале: физико-химические условия образования, источники рудного вещества и флюида, генезис. Литосфера, (1), 139-147.Bodnar R.J., Vityk M.O. (1994) Interpretation of microthermometric data for H2O-NaCl fluid inclusions. Fluid inclusions in minerals: methods and applications. Pontignana-Siena, Virginia Polytechnic Institute and State University, 117-130.Знаменский С.Е., Косарев А.М., Знаменская Н.М., Тимофеев С.П., Шафигуллина Г.Т. (2017) Структурный контроль и геохимия даек золото-порфирового месторождения Большой Каран (Южный Урал). Геология. Известия Отделения наук о Земле и природных ресурсах АН РБ, 24, 39-46.Bowers T.S. (1991) The deposition of gold and other metals: pressure-induced fluid immiscibility and associated stable isotope signatures. Geochim. Cosmochim. Acta, 55, 2417-2434.Знаменский С.Е., Мичурин С.В., Анкушева Н.Н. (2013) Происхождение рудообразующих флюидов Орловского месторождения золота (Южный Урал). Руды и металлы, (4), 52-60.Burke E.A.J. (2001) Raman microspectrometry of fluid inclusions. Lithos, 55, 139-158.Знаменский С.Е., Холоднов В.В. (2018) Петролого-геохимические особенности рудовмещающих эффузивных и интрузивных пород Николаевского месторождения золото-порфирового типа (Южный Урал). Литосфера, 18(4), 607-620.Castorina F., Masi U. (2008) REE and Nd-isotope evidence for the origin siderite from the Jebel Awam deposit (Central Morocco). Ore Geol. Rev., 34, 337-342.Исаев В.А. (2006) Структурные примеси в кварце. Ч. I. Обзор и анализ традиционных способов очистки кварца от структурных примесей. Горный информационно-аналитический бюллетень, (9), 11-23.Davis D.W., Lowenstein T.K., Spenser R.J. (1990) Melting behavior of fluid inclusions in laboratory-grown halite crystals in the systems NaCl-H2O, NaCl-KCl-H2O, NaCl-MgCl2-H2O and CaCl2-NaCl-H2O. Geochim. Cosmochim. Acta, 54(3), 591-601.Косарев А.М., Пучков В.Н., Ронкин Ю.Л., Серавкин И.Б., Холоднов В.В., Грабежев А.И. (2014) Новые данные о возрасте и геодинамической позиции медно-порфировых проявлений зоны Главного Уральского разлома на Южном Урале. Докл. АН, 459(1), 62-66.Grabezhev A.I. (2014) Ubilee Cu-Au porphyry deposit (South Ural, Russia): SHRIMP-II U-PB-age of zircon and isotope-geochemical features of ore-bearing granitoids. Dokl. Akad. Nauk, 454(3), 315-318. (In Russian)Мансуров Р.Х. (2016) Строение минерализованных зон Петропавловского золото-порфирового месторождения (Полярный Урал). Вестник Пермского университета. Геология, 33(4), 49-69.Grabezhev A.I., Belgorodskiy Ye.A. (1992) Produktivnye granitoidy i metasomatity medno-porfirovykh mestorozhdenii [Productive granitoids and metasomatites of porphyry copper deposits]. Ekaterinburg, Nauka, Ural. otdel. Publ., 199 p. (In Russian)Прокофьев В.Ю., Афанасьева З.Б., Иванова Г.Ф., Буарон М.К., Мариньяк Х. (1994) Исследование флюидных включений в минералах Олимпиадинского Au-Grabezhev A.I., Sazonov V.N., Murzin V.V., Moloshag V.P., Sotnikov V.I., Kuznetsov N.S., Puzhakov B.A., Pokrovskii B.G.(2000) Bereznyakovskoye gold deposit (South Ural, Russia). Geol. Rudn. Mestorozhd., 42(1), 38-52. (In Russian)(Sb-W) месторождения (Енисейский кряж). Геохимия, (7), 1012-1029.Isaev V.A. (2006) Structural impurities in quartz. Part I. Review and analysis of traditional methods of cleaning quartz from structural impurities. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten’, (9), 11-23. (In Russian)Шишаков В.Б., Сергеева Н.Е., Сурин С.В. (1988) Вознесенское медно-порфировое месторождение на Южном Урале. Геол. рудн. месторожд., (2), 85-90.Keller J., Hoefs J. (1995) Carbonatite volcanism: Oldoynio Lengai and the petrogenesis of natrocarbonatites. Berlin, Springer, 123 p.Bau M. (1991) Rare-earth element mobility during hydrothermal and metamorphic fluid-rock interaction and significance of oxidation state of europium. Chem. Geol., 93, 219-230.Klein E.L., Harris С., Renac C., Giret A., Moura C.A.V., Fuzikawa K. (2006) Fluid inclusion and stable isotope (O, H, C, and S) constraints on the genesis of the Serrinha gold deposit, Gurupi Belt, northern Brazil. Miner. Depos., 41, 160-178.Bau M. (1996) Controls on the fractionation of isovalent trace elements in magmatic and aqueous systems: evidence from Y/Ho, Zr/Hf, and lanthanide tetrad effect. Contrib. Mineral. Petrol., 123, 323-333.Kosarev A.M., Puchkov V.N., Ronkin Yu.L., Seravkin I.B., Kholodnov V.V., Grabezhev A.I. (2014) New data on the age and geodynamic position of porphyry-copper manifestations of the zone of the Main Ural Fault in the Southern Urals]. Dokl. Akad. Nauk, 459(1), 62-66. (In Russian)Bau M., Möller P. (1992) Rare Earth Element Fractionation in Metamorphogenic Hydrothermal Calcite, Magnesite and Siderite. Mineral. Petrol., 45, 231-246.Mansurov R.Kh. (2016) The structure of the mineralized zones of the Petropavlovsk porphyry gold deposit (Polar Urals)]. Vestnik Permskogo universiteta. Geologiya, 33(4), 49-69. (In Russian)Bodnar R.J., Vityk M.O. (1994) Interpretation of microthermometric data for H2O–NaCl fluid inclusions. Fluid inclusions in minerals: methods and applications. Pontignana-Siena, Virginia Polytechnic Institute and State University, 117-130.McDonough W.F., Sun S. (1995) The composition of the Earth. Chem. Geol., 120, 223-253.Bowers T.S. (1991) The deposition of gold and other metals: pressure-induced fluid immiscibility and associated stable isotope signatures. Geochim. Cosmochim. Acta, 55, 2417-2434.Ohmoto H., Goldhaber M.B. (1997) Sulfur and carbon isotopes. Geochem. hydrotherm. Ore Dep. J. Wiley and Sons, 517-611.Burke E.A.J. (2001) Raman microspectrometry of fluid inclusions. Lithos, 55, 139-158.Ohmoto H., Rye R.O. (1979) Isotopes of sulfur and carbon. Geochemistry of hydrothermal ore deposits. N. Y., Wiley, 509-567.Davis D.W., Lowenstein T.K., Spenser R.J. (1990) Melting behavior of fluid inclusions in laboratory-grown halite crystals in the systems NaCl–H2O, NaCl–KCl–H2O, NaCl–MgCl2–H2O and CaCl2–NaC–H2O. Geochim. Cosmochim. Acta, 54(3), 591-601.Plotinskaya O.Yu., Grabezhev A.I., Tessalina S., Seltmann R., Groznova E.O., Abramov S.S. (2017) Porphyry deposits of the Urals: Geological framework and metallogeny. Ore Geol. Rev., 85, 153-173.Klein E.L., Harris С., Renac C., Giret A., Moura C.A.V., Fuzikawa K. (2006) Fluid inclusion and stable isotope (O, H, C, and S) constraints on the genesis of the Serrinha gold deposit, Gurupi Belt, northern Brazil. Minera. Depos., 41, 160-178.Prokofiev V.Yu., Afanasieva Z.B., Ivanova G.F., Boiron M.C., Marignac Ch. (1994) Study of fluid inclusions in minerals of the Olympiandinskoe Au-(Sb-W) deposit (Yenisey Ridge). Geokhimiya, (7), 1012-1029. (In Russian)Castorina F., Masi U. (2008) REE and Nd-isotope evidence for the origin siderite from the Jebel Awam deposit (Central Morocco). Ore Geol. Rev., 34, 337-342.Rollinson H.R. (1993) Using Geochemical Data: Evaluation, Presentation, Interpretation. London, Longman Scientific and Technical, 352 p.McDonough W. F., Sun S. (1995) The composition of the Earth. Chem. Geol., 120, 223-253.Rusk B.G. (2012) Сathodoluminescent textures and trace elements in hydrothermal quartz. Quartz: Deposits, Mineralogy and Analytics. N. Y., Springer, 360 p.Keller J., Hoefs J. (1995) Carbonatite volcanism: Oldoynio Lengai and the petrogenesis of natrocarbonatites. Berlin, Springer, 123 p.Rusk B.G., Lowers H.A., Reed M.H. (2008) Trace elements in hydrothermal quartz: Relationships to cathodoluminescent textures and insights into vein formation. Geology, 36 (7), 547-550.Ohmoto H, Goldhaber MB (1997) Sulfur and carbon isotopes. Geochem. hydrotherm. Ore Dep. J. Wiley and Sons, 517-611Rusk B.G., Reed M.H., Dilles J., Kent A. (2006) Intensity of quartz cathodoluminescence and trace content of quartz from the porphyry copper deposit in Butte, Montana. Amer. Miner., 91, 1300-1312.Ohmoto H., Rye R.O. (1979) Isotopes of sulfur and carbon. Geochemistry of hydrothermal ore deposits. N. Y., Wiley, p. 509-567.Schwim G., Markl G. (2005) REE systimatics in hydrothermal fluorite. Chem. Geol., 216, 225-248.Plotinskaya O.Yu., Grabezhev A.I., Tessalina S., Seltmann R., Groznova E.O., Abramov S.S. (2017) Porphyry deposits of the Urals: Geological framework and metallogeny. Ore Geol. Rev., 85, 153-173.Shishakov V.B., Sergeyeva N.Ye., Surin S.V. (1988) Voznesenskoe porphyry copper deposit in the Southern Urals]. Geol. Rrudn. Mestorozhd., (2), 85-90. (In Russian)Rollinson H.R. (1993) Using Geochemical Data: Evaluation, Presentation, Interpretation. London: Longman Scientific and Technical, 352 p.Sillitoe R.H. (2010)Porphyry Copper Systems. Econ. Geol. 105, 3-41.Rusk B.G. (2012) Сathodoluminescent textures and trace elements in hydrothermal quartz. Quartz: Deposits, Mineralogy and Analytics. N. Y., Springer, 360 p.Spenser R.J., Moller N., Weare J.N. (1990) The prediction of mineral solubilities in mineral waters: a chemical equilibrium model for the Na-K-Ca-Mg-Cl-SO4 system at temperatures below 25ºC. Geochim. Cosmochim. Acta, 54(3), 575-590.Rusk B.G., Lowers H.A., Reed M.H. (2008) Trace elements in hydrothermal quartz: Relationships to cathodoluminescent textures and insights into vein formation. Geology, 36(7), 547-550.Velivetskaya T.A., Ignatiev A.V., Gorbarenko S.A. (2009) Carbon and oxygen isotope microanalysis of carbonate. Rapid Commun. Mass Spectrom, 23, 2391-2397.Rusk B.G., Reed M.H., Dilles J., Kent A. (2006) Intensity of quartz cathodoluminescence and trace content of quartz from the porphyry copper deposit in Butte, Montana. Amer. Mineral., 91, 1300-1312.Zamyatina D.A., Murzin V.V. (2019) Tamunier gold deposit in the Northern Urals: Physical and chemical conditions of formation, sources of ore substance and fluid, genesis. Litosfera, (1), 139-147. (In Russian)Schwim G., Markl G. (2005) REE systimatics in hydrothermal fluorite. Chem. Geol., 216, 225-248.Zheng Y.-F. (1999) Oxygen isotope fractionation in carbonate and sulfate minerals. Geochem. J., 33, 109-126. Znamenskii S.E., Ankusheva N.N., Velivetskaya T.A., Shanina S.N. (2017) Composition and sources of mineral-forming fluids of the Orlovka orogenic gold deposit (Southern Urals). Russ. Geol. Geophys., 58, 1070-1080.Sillitoe R.H. (2010)Porphyry Copper Systems. Econ. Geol., 105, 3-41.Znamenskiy S.Ye., Kholodnov V.V. (2018) Petrologo-geochemical features of ore-bearing effusive and intrusive rocks of the Nikolaevskiy porphyry-type gold deposit (Southern Urals). Litosfera, 18(4), 607-620. (In Russian)Spenser R.J., Moller N., Weare J.N. (1990) The prediction of mineral solubilities in mineral waters: a chemical equilibrium model for the Na-K-Ca-Mg-Cl-SO4 system at temperatures below 25ºC. Geochim. Cosmochim. Acta, 54(3), 575-590.Znamenskiy S.Ye., Kosarev A.M., Znamenskaya N.M., Timofeyev S.P., Shafigullina G.T. (2017) Structural control and geochemistry of the Great Karan porphyry deposits dykes (Southern Urals). Geologiya. Izvestiya Otdeleniya nauk o Zemle i prirodnykh resursakh AN RB, 24, 39-46. (In Russian)Velivetskaya T.A., Ignatiev A.V., Gorbarenko S.A. (2009) Carbon and oxygen isotope microanalysis of carbonate. Rapid Commun. Mass Spectrom, 23, 2391-2397.Znamenskiy S.Ye., Michurin S.V., Ankusheva N.N. (2013) The origin of ore-forming fluids of the Orlovskoe gold deposit (Southern Urals). Rudy i metally, (4), 52-60. (In Russian)Zheng Y.-F. (1999) Oxygen isotope fractionation in carbonate and sulfate minerals. Geochem. J., 33, 109-126.Zheng Y.-F. (1999) Oxygen isotope fractionation in carbonate and sulfate minerals. Geochem. J., 33, 109-126.Znamenskii S.E., Ankusheva N.N., Velivetskaya T.A., Shanina S.N. (2017) Composition and sources of mineral-forming fluids of the Orlovka orogenic gold deposit (Southern Urals). Russ. Geol. Geophys., 58, 1070-1080.Znamenskii S.E., Ankusheva N.N., Velivetskaya T.A., Shanina S.N. (2017) Composition and sources of mineral-forming fluids of the Orlovka orogenic gold deposit (Southern Urals). Russ. Geol. Geophys., 58, 1070-1080.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.