Химический и изотопный состав Os-содержащих сплавов и сульфидов золоторудного поля Эвандер Витватерсрандского бассейна (Южная Африка)

Впервые охарактеризованы вещественные и изотопно-геохимические особенности Ru-Os-Ir сплавов, Ru-Os сульфидов и поликомпонентных твердых растворов системы Ru-Os-Ir-Pt(+-Fe) из конгломератной формации Кимберли золоторудного поля Эвандер Витватерсрандского бассейна (Южная Африка). Для исследования платиноидной минерализации применен комплекс методов, включающий рентгеноспектральный микроанализ, лазерную абляцию и масс-спектрометрию с ионизацией в индуктивносвязанной плазме. Новые результаты свидетельствуют в пользу: 1) высокотемпературного образования изученных минералов платиновой группы (МПГ); 2) субхондритового архейского источника рудного вещества; 3) сходства начального изотопного состава осмия в сосуществующих Os-содержащих сплавах и сульфидах в составе полиминеральных ассоциаций; 4) значительных Os -изотопных вариаций в индивидуальных Ru-Os-Ir сплавах, Ru-Os сульфидах и поликомпонентных твердых растворах системы Ru-Os-Ir-(+-Fe). Предложена возможность использования 187Os/188Os возрастов МПГ для разбраковки существующих моделей образования благороднометалльной минерализации Витватерсрандского бассейна.

минералы платиновой группы, изотопный состав осмия, Os-изотопный возраст, условия образования, золоторудное поле Эвандер, Витватерсрандский бассейн, Южная Африка, platinum-group minerals, osmium isotope composition, Os-isotope age, conditions of formation, Witwatersrand basin, South Africa

1. Баданина И.Ю., Малич К.Н., Белоусова Е.А., Мурзин В.В., Лорд Р.А. (2014) Осмиево-изотопная систематика Ru-Os-Ir сплавов и Ru-Os сульфидов дунит-гарцбургитовых массивов: синтез новых данных. Ежегодник-2013. Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 161, 167-172.

2. Баданина И.Ю., Малич К.Н., Мурзин В.В., Хиллер В.В., Главатских С.П. (2013) Минералого-геохимические особенности платиноидной минерализации Верх-Нейвинского дунит-гарцбургитового массива (Средний Урал, Россия). Ежегодник-2012. Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 160, 188-192.

3. Косовец Т.Н. (2015) Представления о генезисе золотоурановых месторождений Витватерсранда в свете данных по изотопии серы, кислорода, углерода. Изв. вузов. Геология и разведка, (2), 22-33.

4. Костоянов А.И. (1998) Модельный Re-Os возраст самородных платиновых минералов. Геология руд. месторождений, 40(6), 540-545.

5. Малич К.Н., Баданина И.Ю. (1998) Природные поликомпонентные твердые растворы системы Ru-Os-Ir-Pt-Fe, их генетическое и прикладное значение. Докл. АН, 363(1), 93-96.

6. Малич К.Н., Баданина И.Ю. (2014) Химический состав и осмиевая изотопия Ru-Os-Ir сплавов Кунарского дунит-гарцбургитового комплекса (северо-восточный Таймыр, Россия). Изв. вузов. Геология и разведка, (1), 24-29.

7. Малич К.Н., Костоянов А.И. (1999) Модельный Re-Os-возраст платиноидной минерализации Гулинского массива (север Сибирской платформы, Россия). Геология руд. месторождений, 41(2), 143-153.

8. Малич К.Н., Костоянов А.И., Меркле Р.К.В. (2000) Вещественный состав и осмиевая изотопия платиноидной минерализации Восточного Витватерсранда (Южная Африка). Геология руд. месторождений, 42(3), 281-295.

9. Малич К.Н., Лопатин Г.Г. (1997) Новые данные о металлогении уникального Гулинского клинопироксенит-дунитового массива (Северная Сибирь, Россия). Геология руд. месторождений, 39(3), 247-257.

10. Округин А.В., Костоянов А.И., Шевченко С.С., Лазаренков В.Г. (2006) Модельный Re-Os-возраст минералов платиновой группы из “вилюйских” россыпей востока Сибирской платформы. Докл. АН, 410(3), 372-375.

11. Рудашевский Н.С. (1989) Платиноиды в породах ультрамафитовых формаций (минералогия и генезис). Автореф. дис.. докт. геол.-мин. наук. Л., 42 с.

12. Рудашевский Н.С., Костоянов А.И., Рудашевский В.Н. (1999) Минералогические и изотопные свидетельства происхождения массивов альпинотипной формации (на примере Усть-Бельского массива, Корякское нагорье). Записки ВМО, 128(4), 11-28.

13. Cавицкий Е.М., Полякова В.П. (1975) Металловедение платиновых металлов. Москва: Металлургия, 423 с.

14. Щеглов А.Д. (1994) О металлогении Южно-Афри-канской Республики, генезисе золоторудных месторождений Витватерсранда и проблеме открытия их аналогов в России. СПб.: ВСЕГЕИ, 44 с.

15. Allegrй C.J., Luck J.-M. (1980) Osmium isotopes as petrogenetic and geological tracers. Earth Planet. Sci. Lett., 48, 148-154.

16. Andrews D.R.A., Brenan J.M. (2002) Phase-equilibrium constraints on the magmatic origin of laurite and Os-Ir alloy. Canad. Miner., 40, 1705-1716.

17. Badanina I.Yu., Malitch K.N., Lord R.A., Belousova E.A., Meisel T.C. (2016) Closed-system behaviour of the Re-Os isotope system recorded in primary and se-condary PGM assemblages: evidence from a mantle chromitite at Harold’s Grave (Shetland ophiolite Сomplex, Scotland). Ore Geology Reviews, 75, 174-185.

18. Barnicoat A.C., Henderson I.H.C., Knipe R.J., Yardley B.W.D., Napier R.W., Fox N.P.C., Kenyon A.K., Muntingh D.J., Strydom D., Winkler K.S., Lawrence S.R., Cornford C. (1997) Hydrothermal gold mine-ralization in the Witwatersrand basin. Nature, 386, 820-824.

19. Barton E.S., Compston W., Williams I.S., Bristow J.W., Hallbauer D.K., Smith C.B. (1989) Provenance ages for the Witwatersrand Supergroup and the Ventersdorp contact reef: constraints from ion microprobe U-Pb ages of detrital zircons. Econ. Geol., 84, 2012-2019.

20. Bird J.M., Bassett W.A. (1980) Evidence of a deep mantle history in terrestrial osmium-iridium-ruthenium alloys. J. Geophys. Res., 85, 5461-5470.

21. Carlson R.W. (2002) Osmium remembers. Science, 296, 475-477.

22. Chen J.H., Papanastassiou D.A., Wasserburg G.J. (1998) Re-Os systematics in chondrites and the fractionation of the platinum-group elements in the early solar system. Geochim. Cosmochim. Acta, 62, 3379-3392.

23. Cousins C.A. (1973) Platinoids in the Witwatersrand system. J. South African Institute Mining Metallurgy, 73, 184-199.

24. Depinй M., Frimmel H.E., Emsbo P., Koenig A.E., Kern M. (2013) Trace element distribution in uraninite from Mesoarchaean Witwatersrand conglomerates (South Africa) supports placer model and magmatogenic source. Mineral. Depos., 48, 423-435.

25. De Wit M.J., Tredoux M. (1988) PGE in the 3.5 Ga Jamestown ophiolite complex, Barberton greenstone belt, with implications for PGE distribution in the simatic lithosphere. Geoplatinum 87 (Prichard H.M., Potts P.J., Bowles J.F.W., Cribb S.J. eds.). London, Elsevier, 319-341.

26. Dickin A.P., Richardson J.M., Crocket J.H., McNutt R.H., Peredery W.V. (1992) Osmium isotope evidence for a crustal origin of platinum-group elements in the Sudbury nickel ore. Geochim. Cosmochim. Acta, 56, 3531-3537.

27. Dobretsov N.L., Kirdyashkin A.G. (1998) Deep-Le-vel Geodynamics. Rotterdam, Netherlands, Swets and Zeitlinger,328 p.

28. Du Toit A.L. (1954) Geology of South Africa, 3rd ed. Edinburgh; London: Oliver and Boyd, 611 p.

29. Feather C.E. (1976) Mineralogy of platinum-group minerals in the Witwatersrand, South Africa. Econ. Geol., 71, 1399-1428.

30. Frimmel H.E. (2014) A giant Mesoarchean crustal gold-enrichment episode: Possible causes and consequences for exploration. Soc. Econ. Geologists. Spec. Publ., 18, 209-234.

31. Frimmel H.E., Gartz V.H. (1997) Witwatersrand gold particle chemistry matches model of metamorphosed, hydrothermally altered placer deposits. Mineral. Depos., 32, 523-530.

32. Frimmel H.E., Groves D.I., Kirk J., Ruiz J., Chesley J., Minter W.E.L. (2005) The formation and preservation of the Witwatersrand goldfields, the world’s lar-gest gold province. Econ. Geol., 100th Anniversary Volume (Hedenquist J.W., Thompson J.F.H., Goldfarb R.J., Richards J.P. eds.), 769-797.

33. Frimmel H.E., Minter W.E.L. (2002) Recent develo-pments concerning the geological history and genesis of the Witwatersrand gold deposits, South Africa. Soc. Econ. Geologists. Spec. Publ., 9, 17-45.

34. Graton L.C. (1930) Hydrothermal origin of the Rand gold deposits. Part I. Testimony of the conglomerates. Econ. Geol., 25 (Supplement to Number 3), 1-185.

35. Hallbauer D.K. (1986) The mineralogy and geochemistry of Witwatersrand pyrite, gold, uranium and carbonaceous matter. Mineral deposits of southern Africa (Anhaeusser C.R., Maske S. eds.). Geological Society of South Africa. Johannesburg, 731-752.

36. Hallbauer D.K., Utter T. (1977) Geochemical and morphological characteristics of gold particles from recent river deposits and the fossil placers of the Witwatersrand. Mineral. Depos., 12, 296-306.

37. Harris D.C., Cabri L.J. (1991) Nomenclature of platinum-group-element alloys: review and revision. Canad. Mineral., 29, 231-237.

38. Hart S.R., Kinloch E.D. (1989) Osmium isotope systematics in Witwatersrand and Bushveld ore deposits. Econ. Geol., 84, 1651-1655.

39. Hattori K. (2002) A review of rhenium-osmium isotope geochemistry of platinum-group minerals and platinum mineralization. The Geology, Geochemistry, Mineralogy and Mineral Beneficiation of Platinum-Group Ele-ments (Cabri L.J. ed.). Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, Spec. vol. 54, 251-271.

40. Horscroft F.D.M., Mossman D.J., Reimer T.O., Hennigh Q. (2011) Witwatersrand metallogenesis: The case for (modified) syngenesis. Society for Sedimentary Geology (SEPM). Spec. Publ., 101, 75-95.

41. Junk S.A. (2001) Ancient artefacts and modern analytical techniques - usefulness of laser ablation ICP-MS demonstrated with ancient gold coins. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 181, 723-727.

42. Kirk J., Ruiz J., Chesley J., Titley S., Walshe J. (2001) A detrital model for the origin of gold and sulfides in the Witwatersrand basin based on Re-Os isotopes. Geochim. Cosmochim. Acta, 65, 2149-2159.

43. Kirk J., Ruiz J., Chesley J., Walshe J., England G. (2002) A major Archean gold and crust-forming event in the Kaapvaal craton, South Africa. Science, 297, 1856-1858.

44. Lambert D.D., Walker R.J., Morgan J.W., Shirey S.B., Carlson R.W., Zientek M.L., Lipin B.R., Koski M.S., Cooper R.L. (1994) Re-Os and Sm-Nd isotope geochemistry of the Stillwater Complex, Montana: implications for the petrogenesis of the J-M Reef. J. Petrol., 35, 1717-1753.

45. Ludwig K.R. (2003) User’s Manual for ISOPLOT/Ex 3.00. A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Spec. Publ., (4), 70 p.

46. Malitch K.N., Latypov R.M. (2011) Re-Os and S-isotope constraints on timing and source heterogeneity of PGE-Cu-Ni sulfide ores: a case study at the Talnakh ore junction (Russia). Canad. Miner., 49, 1653-1677.

47. Malitch K.N., Melcher F., Muhlhans H. (2001) Palladium and gold mineralization in podiform chromitite at Kraubath, Austria. Mineral. Petrol., 73, 247-277.

48. Malitch K.N., Merkle R.K.W. (2004) Ru-Os-Ir-Pt and Pt-Fe alloys from the Evander Goldfield (Witwatersrand Basin, South Africa): detrital origin inferred from compositional and osmium isotope data. Canad. Miner., 42, 631-650.

49. Massalski T.B. (ed.) (1993) Binary Alloy Phase Diagrams. Materials Park (Ohio): ASM Intern., 2224 p.

50. Mathur R., Gauert C., Ruiz J., Linton P. (2013) Evidence for mixing of Re-Os isotopes at №2.7 Ga and support of a remobilized placer model in Witwatersrand sulfides and native Au. Lithos., 164-167, 65-73.

51. McCandless T.E., Ruiz J. (1991) Osmium isotopes and crustal sources for platinum-group mineralization in the Bushveld Complex, South Africa. Geology, 19, 1225-1228.

52. Mellor E.T. (1916) The conglomerates of Witwatersrand. Transactions Institution Mining and Metallurgy, 25, 226-348.

53. Merkle R.K.W., Franklyn C.B. (1999) Milli-PIXE determination of trace elements in osmium-rich platinum-group minerals from the Witwatersrand basin, South Africa. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B158, 156-161.

54. Minter W.E.L. (1999) Irrefutable detrital origin of Witwatersrand gold and evidence of eolian signatures. Econ. Geol., 94, 665-670.

55. Minter W.E.L., Goedhart M., Knight J., Frimmel H.E. (1993) Morphology of Witwatersrand gold grains from the the Basal reef: evidence for their detrital origin. Econ. Geol., 88, 237-248.

56. Nowell G.M., Pearson D.G., Parman S.W., Luguet A., Hanski E. (2008) Precise and accurate 186Os/188Os and 187Os/188Os measurements by Multi-collector Plasma Ionisation Mass Spectrometry, part II: Laser ablation and its application to single-grain Pt-Os and Re-Os geochronology. Chem. Geol., 248, 394-426.

57. Pearson D.G., Parman S.W., Nowell G.M. (2007) A link between large mantle melting events and continent growth seen in osmium isotopes. Nature, 449, 202-205.

58. Phillips G.N., Law J.D.M. (1994) Metamorphism of the Witwatersrand gold fields: a review. Ore Geology Reviews, 9, 1-31.

59. Phillips G.N., Law J.D.M. (2000) Witwatersrand gold fields: Geology, genesis and exploration. Society Economic Geologists Reviews, 13, 439-500.

60. Phillips G.N., Powell R. (2011) Origin of Witwatersrand gold: A metamorphic devolatilisation-hydrothermal replacement model: Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy, Applied Earth Sciences, section B, 120, 112-129.

61. Pretorius D.A. (1991) The sources of Witwatersrand gold and uranium: a continued difference of opinion. In: Historical Perspectives of Genetic Concepts and Case Histories of Famous Discoveries (Hutchinson R.W., Grauch R.I. eds.). Economic Geology Publishing Company. Economic Geology Monograph., 8, 139-163.

62. Robb L.J., Davis D.W., Kamo S.L. (1990) U-Pb ages on single detrital zircon grains from the Witwatersrand Basin, South Africa: constraints on the age of sedimentation and on the evolution of granites adjacent to the basin. J. Geol., 98, 311-328.

63. Robb L.J., Meyer F.M. (1995) The Witwatersrand Basin, South Africa: Geologic framework and mineralization processes. Ore Geology Reviews, 10, 67-94.

64. Rosman K.J.R., Taylor P.D.P. (1998) Isotopic composition of the elements 1997. Pure and Applied Chemistry, 70, 217-235.

65. Schaefer B.F., Pearson D.G., Rogers N.W., Barnicoat A.C. (2010) Re-Os isotope and PGE constraints on the timing and origin of gold mineralization in the Witwatersrand basin. Chem. Geol., 276, 88-94.

66. Shirey S.B., Walker R.J. (1998) The Re-Os isotope system in cosmochemistry and high-temperature geochemistry. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 26, 423-500.

67. Smoliar M.I., Walker R.J., Morgan J.W. (1996) Re-Os ages of group IIA, IIIA, IVA, and IVB meteorites. Science, 271, 1099-1102.

68. Stevens G., Boer R.H., Gibson R.L. (1997) Metamorphism, fluid flow and gold remobilization in the Witwatersrand Basin: towards a unifying model. South African Journal of Geology, 100, 363-375.

69. Tweedie E.B. (1986) The Evander Goldfield. Mineral Deposits of Southern Africa (Anhaeusser C.R., Maske S. eds). Geological Society of South Africa, Johannesburg, 1, 705-730.

70. Walker R.J., Morgan J.W., Horan M.F., Czamanske G.K., Krogstad E.J., Fedorenko V.A., Kunilov V.E. (1994) Re-Os isotopic evidence for an enriched-mantle source for the Noril’sk-type, ore-bearing intrusions, Siberia. Geochim. Cosmochim. Acta, 58, 4179-4197.

71. Walker R.J., Morgan J.W., Naldrett A.J., Li C., Fassett J.D. (1991) Re-Os isotope systematics of Ni-Cu sulfide ores, Sudbury igneous complex: evidence for a major crustal component. Earth Planet. Science Lett., 105, 416-429.

72. Young R.B. (1907) Notes on the auriferous conglomerates of the Witwatersrand. Transactions Geological Society South Africa, 10, 17-30.