litosphereЛитосфераLITHOSPHERE (Russia)1681-90042500-302XA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry10.24930/1681-9004-2023-23-2-209-224litosphere-1845Research ArticleСтатьиArticlesФормы нахождения, взаимосвязь и генетическое значение примесей Al и Li в кварце месторождений золота Дарасунского рудного поля (Восточное Забайкалье, Россия)Forms of presence, interrelation and genetic significance of Al and Li impurities in quartz of gold deposits of the Darasunsky ore field (Eastern Transbaikalia, Russia)РаковЛ. Т.RakovL. T.

119017

Старомонетный пер., 35

Москва

Leonid T. Rakov

119017

35 Staromonetnyi lane

Moscow

rakovlt@mail.ruПрокофьевВ. Ю.ProkofievV. Yu.

119017

Старомонетный пер., 35

Москва

 

Vsevolod Yu. Prokofiev

119017

35 Staromonetnyi lane

Moscow

МинервинаЕ. А.MinervinaE. A.

119017

Старомонетный пер., 35

Москва

Elena A. Minervina

119017

35 Staromonetnyi lane

Moscow

ЗоринаЛ. Д.ZorinaL. D.

664033

ул. Фаворского, 1а

Иркутск

Lidiya D. Zorina

664033

1a Favorsky st.

Irkutsk

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) РАНРоссияInstitute of Geology of ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry (IGEM) of RASRussian FederationИнститут геохимии им. А. П. Виноградова (ИГХ) СО РАНРоссияVinogradov Institute of Geochemistry SB RASRussian Federation202327042023232209224Copyright © Раков Л.Т., Прокофьев В.Ю., Минервина Е.А., Зорина Л.Д., 20232023Раков Л.Т., Прокофьев В.Ю., Минервина Е.А., Зорина Л.Д.Rakov L.T., Prokofiev V.Y., Minervina E.A., Zorina L.D.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/1845   Объект исследования

   Объект исследования. Изучались закономерности распределения примесей Al и Li в золоторудном кварце.   Материал и методы. Материалом для исследований служил кварц месторождений золота Дарасунского рудного поля: Дарасун, Теремкинское и Талатуй. Определение валовых содержаний примесей Al и Li в кварце проводилось методом LA-ICP-MS, измерение концентраций изоморфной примеси Al осуществлялось методом ЭПР. Формы нахождения примеси Al устанавливались по результатам изучения ее поведения в процессе рекристаллизации кварца. Генетическое значение примесей Al и Li в кварце оценивалось с учетом генетической информации, полученной при исследовании распределения концентраций изоморфных примесей Al и Ti.

   Результаты

   Результаты. Обнаружено, что примесь Al присутствует в кварце в двух основных формах – в виде изоморфной примеси и сложных алюминиевых комплексов, локализованных в зонах высокой дефектности минерала. Ионы Li+ располагаются в структурных каналах минерала и служат ионами-компенсаторами для обеих форм нахождения примеси Al. Предполагается, что в состав сложных алюминиевых комплексов входят три иона Al3+ и один ион H+ или Li+. Выявлены две стадии рекристаллизации кварца, протекающие при разных температурах минералообразования. Первая из них, низкотемпературная, приводит к обогащению кварца изоморфной примесью Al. Вторая стадия, высокотемпературная, вызывает распад сложных алюминиевых комплексов. Идентификация стадий рекристаллизации может проводиться по виду взаимосвязи между валовыми концентрациями Al и Li. Установлено, что повышенные содержания примеси Al в рудном кварце связаны с присутствием большого числа сложных алюминиевых комплексов. Выдвинуто предположение, что их образование обусловлено кристаллизацией минерала из растворов с высоким содержанием ионов металлов.

   Выводы

   Выводы. Полученные результаты свидетельствуют, что высокие концентрации примеси Al могут использоваться в качестве показателей рудного кварца. При этом необходимо учитывать распад сложных алюминиевых комплексов при рекристаллизации кварца. Предложен способ оценки их первоначальной концентрации, являющейся более достоверной генетической характеристикой.

   Research subject

   Research subject. The distribution regularities of Al and Li impurities in gold-ore quartz.

   Materials and methods

   Materials and methods. The quartz of the Darasun, Teremkinskoye and Talatuy gold deposits of the Darasun ore field was studied. The gross contents of Al and Li impurities in quartz were determined by the LA-ICP-MS method; substitutional Al impurity concentrations were studied by the EPR method. The forms of Al impurity in quartz were determined based on the results of studying its behavior during material recrystallization. The genetic significance of Al and Li impurities in quartz was estimated taking into account the genetic information obtained during the study of the distribution of substitutional Al and Ti impurity concentrations.

   Results

   Results. It was found that Al is present in quartz in two main forms, i. e., as a substitutional Al impurity and Al complexes localized in the areas of high mineral defectiveness. Li+ ions are located in the structural channels of the mineral, serving as compensating ions for both Al impurity forms. The composition of Al complexes is assumed to include three Al3+ ions and one H+ or Li+ ion. Two stages of quartz recrystallization occurring at different temperatures of mineral formation were identified. The first, low-temperature stage leads to quartz enrichment with substitutional Al impurities. The second, high-temperature stage causes the decomposition of Al complexes. The recrystallization stages can be identified by the type of relationship between the gross concentrations of Al and Li. The increased content of Al impurity in ore quartz was found to be related to the presence of a large number of Al complexes. An assumption is made that these complexes formed during mineral crystallization from solutions with a high content of metal ions.

   Conclusions

   Conclusions. The results obtained indicate that high Al impurity concentrations can serve as a genetic sign of ore quartz. At the same time, the decomposition of Al complexes during quartz recrystallization should be taken into account. A method for estimating the initial concentration of Al complexes is proposed, which is a more reliable genetic indicator.

золоторудный кварцпримеси Al и LiЭПРLA-ICP-MSгенетический показательgold-ore quartzAl and Li impuritiesEPRLA-ICP-MSgenetic indicatorИсследования выполнялись в рамках базовой темы ИГЕМ РАН “Главные особенности рудообразующих систем магматогенных месторождений Au, Ag–Mo, Re, W, Cu, Zn–Cu, Ni, PGE в разных геолого-тектонических обстановках”The research was carried out within the framework of the Basic topic of IGEM of RAS “The main features of ore-forming systems of magmatogenic deposits Au, Ag–Mo, Re, W, Cu, Zn–Cu, Ni, PGE in different geological and tectonic settings”ReferencesБершов Л. В. Электронно-дырочные центры O−-Al<sup>3+</sup> и Ti<sup>3+</sup> в кварце как показатель температурных условий регионального метаморфизма / Л. В. Бершов, М. Д. Крылова, А. В. Сперанский // Изв. АН СССР. Сер. геол. – 1975. – (10). – 113-117.Bershov L. V., Krylova M. D., Speransky A. V. (1975) Electron-hole centers of O−-Al<sup>3+</sup> и Ti<sup>3+</sup> in quartz as an indicator of temperature conditions of regional metamorphism. Izv. AN USSR. Ser. Geol., 10, 113-117. (In Russ.)Горячев Н. А. Типоморфные особенности жильного кварца месторождений золотокварцевой малосульфидной формации (Верхояно-Колымская складчатая область) : Дис. … канд. геол.-мин. наук / Н. А. Горячев. – Якутск: ИГ ЯФ СО АН СССР, 1984. – 208 с.Dennen W. H., Blackburn W. H., Quesada A. (1970) Aluminum in quartz as a geothermometer. Contrib. Mineral. Petrol., 27 (4), 332-342.Лютоев В. П. Структура и спектроскопия халцедона / В. П. Лютоев. – Екатеринбург: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2004. – 116 с.Express determination by EPR of the contents of isomorphic impurities in samples of quartz raw materials. (1991) Methodological recommendations. (Ed. L. T. Rakov et al.). Moscow, VIMS, 16 p. (In Russ.)Марфунин А. С. Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах / А. С. Марфунин. – М.: Недра, 1975. – 327 с.Goryachev N. A. (1984) Typomorphic features of vein quartz of gold deposits-quartz low-sulfide formation (Verkhoyano-Kolyma folded region). Cand. geol. and min. sci. diss. Yakutsk, IG YAF SO AN SSSR, 208 p. (In Russ.)Прокофьев В. Ю. Генетические особенности золотосульфидного месторождения Дарасун (Восточное Забайкалье, Россия) / В. Ю. Прокофьев [и др.] // Геол. рудн. месторожд. – 2000 – 42 (6). – 526-548.Iwasaki H., Iwasaki F., Oliveira V. A. R., Hummel D. C. A., Pasquali M. A., Guzzo P. L., Watanabe N., Suzuki C. K. (1991) Impurity content characterization of Brazilian quartz lascas. Jpn. J. Appl. Rhys., 30 (7), 1489-1495.Прокофьев В. Ю. Состав минералов и условия формирования руд Теремкинского месторождения золота (Восточное Забайкалье, Россия) / В. Ю. Прокофьев [и др.] // Геол. рудн. месторожд. – 2004. – 46 (5). – 385-406.Lyutoev V. P. (2004) Structure and spectroscopy of chalcedony. Ekaterinburg, IG Komi NTs UrO RAN, 116 p. (In Russ.)Прокофьев В. Ю. Состав, условия формирования руд и генезис месторождения золота Талатуй (Восточное Забайкалье, Россия) / В. Ю. Прокофьев [и др.] // Геол. рудн. месторожд. – 2007. – 49 (1). – 37-76.Marfunin A. S. (1975) Spectroscopy, luminescence and radiation centers in minerals. Moscow, Nedra Publ., 327 p. (In Russ.)Раков Л. Т. Механизмы изоморфизма в кварце / Л. Т. Раков // Гео химия. – 2006. – (10). – 1085-1096.Müller A., Keyser W., Simmons W. B., Webber K., Wise M., Beurlen H., Garate-Olave I., Roda-Robles E., Galliski M. A. (2021) Quartz chemistry of granitic pegmatites: Implications for classification, genesis and exploration. Chem. Geol., 584 (5), 120507. doi: 10.1016/j.chemgeo.2021.120507Раков Л. Т.. Структурно-динамическое состояние как генетический критерий кварца / Л. Т. Раков, Т. Н. Шурига // Геохимия. – (10).– 1086-1102.Passchier C. W., Trouw R. A. J. (1996) Microtectonics. Berlin, Heidelberg; N. Y., Springer-Verlag, 289 p.Раков Л. Т. Ионы-компенсаторы H+ и Li+ в структурных каналах кварца месторождений золота Дарасунского рудного поля (Восточное Забайкалье, Россия): данные электронного парамагнитного резонанса / Л. Т. Раков, В. Ю. Прокофьев, Л. Д. Зорина // Геол. рудн. месторожд. – 2019. – 61 (1). – 75-96.Prokofiev V. Yu., Bortnikov N. S., Kovalenker V. A., Zorina L. D., Baksheev I. A., Grichuk D. V., Krasnov A. N., Selector S. L. (2009) Vertical mineralogical-geochemical zoning of Mesozoic Transbaikalia fluid-magmatic gold systems. Large igneous Provinces of Asia. Mantle Plumes and Metallogeny. Abstracts of the Int. Symp. Novosibirsk, Sibprint, 251-254.Раков Л. Т. Элементы-примеси в кварце месторождений золота Дарасунского рудного поля (Восточное Забайкалье, Россия): данные электронного парамагнитного резонанса / Л. Т. Раков Л. Т., Прокофьев В.Ю., Зорина Л.Д // Геол. рудн. месторожд. – 2019. – 61 (2). – 72-92.Prokofiev V. Yu., Bortnikov N. S., Zorina L. D., Kulikova Z. I., Matel N. L., Kolpakova N. N., Ilyina G. F. (2000) Genetic features of the Darasun gold-sulfide depo sit (Eastern Transbaikalia, Russia). Geol. Ore Depos., 42 (6), 474-495 (translated from Geol. Rudn. Mestorozhd., 42 (6), 526-548).Румянцев В. Н. Структурный Al в кварце как индикатор физико-химических условий кристаллизации / В. Н. Румянцев. – Зап. ВМО. – 6 (108). – 647-657.Prokofiev V. Yu., Zorina L. D., Baksheev I. A., Plotinskaya O. Yu., Kudryavtseva O. E., Ishkov Yu. M. (2004) Composition of minerals and conditions of ore formation of the Teremkin gold deposit (Eastern Transbaikalia, Russia). Geol. Ore Depos., 46 (5), 332-352 (translated fromь Geol. Rudn. Mestorozhd., 46 (5), 385-406).Ставров О. Д. Исследование зависимости между концентрациями алюминиевых центров и содержанием в природных кварцах щелочных элементов / О. Д. Ставров, Б. М. Моисеев, Л. Т. Раков // Геохимия. – 1978. – (3). – 333-339.Prokofiev V. Yu., Zorina L. D., Kovalenker V. A., Akinfiev N. N., Baksheev I. A., Krasnov A. N., Yurgenson G. A., Trubkin N. V. (2007) Composition, conditions of ore formation and genesis of the Talatui gold deposit (Eastern Transbaikalia, Russia). Geol. Ore Depos., 49 (1), 31-68 (translated from Geol. Rudn. Mestorozhd., 49 (1), 37-76). doi: 10.1134/S1075701507010023Урицкий М. З. Роль акцепторной примеси в переносе протонов в протонпроводящих оксидах / М. З. Урицкий, В. И. Цидильковский // ФТТ. – 2014. – 56 (11). – 2104-2110.Rakov L.T. (2006) Mechanisms of isomorphic substitution in quartz. Geochem. Int., 44, 1004-1014 (translated from Geokhimiya, (10), 1085-1096). doi: 10.1134/S0016702906100053Экспрессное определение методом ЭПР содержаний изоморфных примесей в образцах кварцевого сырья : Методические рекомендации. (Исполн. Л.Т. Раков [и др.]) – М.: ВИМС, 1991. – 16 с.Rakov L. T., Prokofiev V. Yu., Zorina L. D. (2019а) H+ and Li+ compensator ions in structural channels of quartz from gold deposits of the Darasun gold ore field (Eastern Transbaikalia, Russia): electron paramagnetic resonance data. Geol. Ore Depos., 61 (1), 74-97 (translated from Geol. Rudn. Mestorozhd., 61 (1), 75-96). doi: 10.1134/S1075701519010057Dennen W. H., Blackburn W. H., Quesada A. (1970) Aluminum in quartz as a geothermometer. Contrib. Miner. Petrol., 27 (4), 332-342.Rakov L. T., Prokofiev V. Yu., Zorina L. D. (2019б) Impurity elements in quartz from gold deposits of the Darasunsky ore field (Eastern Transbaikalia, Russia): electron paramagnetic resonance data. Geol. Ore Depos., 61 (2), 162-184 (translated from Geol. Rudn. Mestorozhd., 61 (2), 72-92). doi: 10.1134/S107570151902003XIwasaki H., Iwasaki F., Oliveira V. A. R., Hummel D. C. A., Pasquali M. A., Guzzo P. L., Watanabe N., Suzuki C. K. (1991) Impurity content characterization of Brazilian quartz lascas. Jpn. J. Appl. Rhys., 30 (7), 1489-1495.Rakov L. T., Shuriga T. N. (2009) The structural dynamic state of quartz as a criterion of its genesis. Geochem. Int., 47 (10), 1021-1035 (translated from Geokhimiya, (10), 1086-1102). doi: 10.1134/S0016702909100061Müller A., Keyser W., Simmons W. B., Webber K., Wise M., Beurlen H., Garate-Olave I., Roda-Robles E., Galliski M. A. (2021) Quartz chemistry of granitic pegmatites: Implications for classification, genesis and exploration. Chem. Geol., 584 (5), 120507. doi: 10.1016/j.chemgeo.2021.120507Rumyantsev V. N. (1970) Structural Al in quartz as an indicator of physico-chemical conditions of crystallization. Zap. VMO, 6 (108), 647-657. (In Russ.)Passchier C. W., Trouw R. A. J. (1996) Microtectonics. Berlin: Heidelberg; N. Y.: Springer-Verlag, 289 p.Stavrov O. D., Moiseev B. M., Rakov L. T. (1978) Investigation of the dependence between the concentrations of aluminum centers and the content of alkaline elements in natural quartz. Geokhimiya, (3), 333-339. (In Russ.)Prokofiev V. Yu., Bortnikov N. S., Kovalenker V. A., Zorina L. D., Baksheev I. A., Grichuk D. V., Krasnov A. N., Selector S. L. (2009) Vertical mineralogical-geochemical zoning of Mesozoic Transbaikalia fluid-magma ticgold systems. Large igneous Provinces of Asia. Mantle Plumes and Metallogeny. Abstracts of the Int. Symp. Novosibirsk: Sibprint, 251-254.Uritsky M. Z., Tsidilkovsky V. I. (2014) Role of an acceptor impurity in the proton transfer in proton-conducting oxides. Physics of the Solid State, 56, 2173-2180 (translated from FTT, 56(11), 2104-2110). doi: 10.1134/S1063783414110298Weil J. A. (1984) A review of electron spin spectroscopy and its application to the study of paramagnetic defects in crystalline quartz. Phys. Chem. Miner., (10), 149-165.Weil J. A. (1984) A review of electron spin spectroscopy and its application to the study of paramagnetic defects in crystalline quartz. Phys. Chem. Miner., (10), 149-165.

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