Russian Federation
Russian Federation
employee
Russian Federation
Russian Federation
A comprehensive mineralogical study of 13 samples of spheroidal gold from schlich concentrates of the Middle Kyvvozh gold placer, which is part of the Kyvvozh gold placer field located in the central part of the Volsk-Vym ridge of the Middle Timan, was carried out. The presence of both natural and technogenic gold in concentrates was established. Natural placer spheroidal gold is characterized by a worn surface with oxide films and the development of a high-grade corrosion rim. Technogenic gold spheroids have a polygonal-mosaic tuberculate-pitted or smooth surface, the presence of aluminosilicate glasses and slags in the form of crusts or inclusions in the matrix, the presence of mineral inclusions and impurities of platinum group metals, tin and lead, which are not characteristic of native gold. Natural spheroids were formed by natural smoothing in the water flow during the formation of the placer. The formation of technogenic spheroids is associated with the impact of high-temperature plasma on the concentrate enriched in placer gold and platinoids, which occurs during electric welding undertaken during the repair work of the flushing devices. The results of the study should help to avoid errors in the interpretation of the genesis of such gold and, as a result, in determining the nature of the primary sources of placers.
native gold, spheroidal gold, technogenic gold, placer, iridosmine, ferrian platinum, Middle Timan
Введение
Сфероидальная форма характерна для широкого спектра минеральных веществ, образованных в самых разных условиях. Самородное золото не является исключением. Его сфероиды описаны в пикритах в виде включений во вкрапленниках оливина (Zhang, 2006), пирокластических породах (Бердников, 2021; Berdnikov, 2023), кварцевых жилах (Новгородова, 2003; Татаринов, 2016), осадочных коллекторах углеводородов (Лукин, 2009), рудоносных черносланцевых породах (Медведев, 2013), золотоносных корах выветривания (Жмодик, 2012; Калинин, 2010; Майорова, 2010; Янченко, 2019) и техногенных отвалах и россыпях (Литвинцев, 2005).
Соответственно, условия образования сфероидального золота также весьма разнообразны — от ликвационной дифференциации рудно-силикатных расплавов при высоких скоростях охлаждения (Бердников, 2021; Berdnikov, 2023) и кавитационных процессов в гидротермальных флюидах (Новгородова, 2003; Лукин, 2013; Татаринов, 2005) до бактериально инициированного минералообразования в корах выветривания (Жмодик, 2012; Калинин, 2010; Никифорова, 2020; Янченко, 2019; Southam, 2009) и механической голтовки при формировании россыпи. Есть предположение об образовании сфероидов золота по механизму роста сферокристаллов (Майорова, 2010).
Находки сфероидов золота, других металлов и их сплавов в россыпях не являются большой редкостью. Если искусственное происхождение свинцовой дроби, железных, медных, латунных шариков обычно не вызывает сомнений, особенно на объектах, на которых шла разведка и добыча металла, то объяснение природы сфероидального золота в свете приведенного выше краткого обзора является нетривиальной задачей. Ошибочная трактовка генезиса такого золота может привести и к неправильному определению генезиса первичных источников россыпей и, как следствие, неверным прогнозным построениям.
Объектом настоящего исследования явились 13 образцов сфероидального золота (рис. 1), обнаруженных при минералогическом анализе тяжёлой фракции шлиховых концентратов большеобъёмных проб частично отработанной Среднекыввожской золотоносной россыпи, входящей в состав Кыввожского золотороссыпного поля. Россыпь находится в центральной части Вольско-Вымской гряды Среднего Тимана (Глухов, 2018; Дудар, 1996), локализована в пойменно-русловых приплотиковых псефитах и кровле пород верхнерифейского сланцевого комплекса, сложенного покъюской, лунвожской и кыквожской свитами. Свиты характеризуются близким литологическим составом — серицит-кварц-хлоритовые, серицит-хлорит-кварцевые углеродсодержащие алевросланцы, кварцевые метапесчаники — и отличаются текстурно-структурными особенностями и количественным соотношением литотипов в различных интервалах разреза.
Кроме самородного золота и его сростков с гётитом, кварцем и кварц-гётит-хлорит-серицитовыми агрегатами в составе тяжёлой фракции шлиховых концентратов присутствовали гематит, гранат, циркон, эпидот, куларит, гётит, округлые частицы шлакоподобного стекла и единичные знаки минералов платиновой группы, касситерита, киновари, а также большое количество явно техногенного материала — свинцовой дроби, железных шариков, изредка образующих срастания с окатанным самородным золотом (рис. 1, f), мелких частиц латуни и др.
Методика исследований
Собранный материал обрабатывался и исследовался на базе ЦКП «Геонаука» в Институте геологии им. академика Н. П. Юшкина ФИЦ Коми НЦ УрО РАН. Изучение поверхности, внутреннего строения и состава образцов проводилось при помощи растрового электронного микроскопа Tescan VEGA 3 LMN с энергодисперсионной приставкой INCA X-MAX 50 mm2 (EDS) Oxford Instruments (рабочее напряжение — 20 kV, сила тока — 15 нA, диаметр пучка — 2 мкм, напыление углеродом). Оптические изображения получены на поляризационном микроскопе Nikon EKLIPSE LV100ND. Структурные характеристики золота регистрировались фотометрически рентгенодифрактометрическим методом Дебая–Шеррера. Использовалась камера РКД с диаметром 57.3 мм, аппарат АРОС с рентгеновской трубкой с железным анодом, ток — 10 mА, напряжение — 30 kV, фильтрование не проводилось.
Результаты исследований
Изученные образцы золота представлены сфероидальными круглыми или слегка сплющенными, каплевидными, гантелеобразными частицами (рис. 2). Половина образцов представляет собой агрегаты в различной степени сросшихся сфероидов разного размера. Средняя величина отдельных сфероидов и их агрегатов составляет 0.4 мм (до 0.7 мм). Минимальный размер мелких сфероидов в агрегатах — 15 мкм.
По характеру рельефа поверхности сфероидов золота выделено 3 типа.
Первый тип (2 образца) характеризуется изношенной бугорчато-ямчатой поверхностью с тонкими плёнками оксигидроксидов Fe и Mn, включениями кварца, каолинита и гётита в кавернах (рис. 3, а).
Рельеф золота второго типа (8 образцов) имеет в различной степени выраженную полигонально-мозаичную бугристо-ячеистую текстуру, подобную конвекционным ячейкам Рэлея—Бенара (рис. 3, b). Часто между бугорками присутствуют мелкие ямки микрометрового размера (рис. 3, c).
Золото частиц третьего типа (3 образца) обладает сферической или эллипсоидальной гладкой поверхностью, иногда с мелкими царапинами, стёсами и вмятинами (рис. 4). Во всех образцах этого типа золото полностью или частично покрыто тонкой (20—50 мкм) коркой стекла или шлака преимущественно Si-Al-Fe- с участками Zr-Si-Al-состава с примесью Na, K и Ti в разных пропорциях (рис. 4, a, c; 5, h). Часть пор в шлаковых корочках выполнена золотом.
Весьма информативным для определения природы сфероидов золота оказалось и их внутреннее строение, изученное на срезах (рис. 5, табл. 1).
Сфероиды с первым типом рельефа имеют однородное строение, Au-Ag-состав, соответствующий электруму в одном образце и умеренно высокопробному золоту в другом. Характерно также наличие весьма высокопробной коррозионной каймы толщиной около 10 мкм (рис. 5, a).
Сфероиды второго и третьего типов рельефа обычно также обладают однородным строением (рис. 5, b). Концентрация примеси Ag примерно одинакова во всех образцах и составляет в среднем 1.9 мас. % при дисперсии 0.8 мас. %. Коррозионная кайма отсутствует. Примерно в половине образцов этих типов присутствуют мелкие округлые включения стеклоподобного вещества Si-Na-Al- и Si-Al-Fe-составов с примесью Ti, Zr, Ca, Mg, K, Mn и Pt в разных соотношениях. В одном образце второго типа выявлены тонкие короткие ветвящиеся прожилки и сгустки, обогащенные Sn и Pb (рис. 5, c, d), часть из которых выходит на поверхность в области упомянутых выше ямок.
Минеральные фазы и примеси металлов платиновой группы обнаружены в двух образцах, отнесённых ко второму и третьему типам рельефа. Один из них содержит угловатое зерно, близкое по составу иридистому осмию с примесью Ru и Fe, и вытянутую диффузную область, обогащенную Ir и Os (рис. 5, е). В другом присутствует одно относительно крупное и два субмикронных включения железистой платины (рис. 5, f, g). Крупное включение фрагментированно и содержит примеси Pd, Rh и Cu. Субмикронные включения имеют округлую форму и обогащены Rh, Ir и Ru. Кроме того, в самой золотой матрице этого образца выявлены примеси Pt и Fe, обособляющиеся в виде неконтрастных пятен и полигонов. При этом соотношение между содержаниями Fe и Pt как во включениях железистой платины, так и в золоте остается одинаковым — 1 × 10.
На фотодебаеграммах образцов сфероидов золота второго и третьего типов наблюдаются штриховые линии отражающих плоскостей (рефлексов), характеризующиеся типичными для золота значениями межплоскостных расстояний Dhkl (Å): 2.33(111), 2.03(200), 1.434(220), 1.227(311), 1.174(222) и 1.020(400). Штриховой тип линий указывает на субориентированный характер микрокристаллитов (текстурированность). Кроме того, на фоне утолщённых штриховых линий различимы слабые тонкие сплошные линии рефлексов. Последнее характерно для случая хаотически ориентированных микрокристаллитов, что, по-видимому, указывает на незначительное механическое обминание исследованных образцов. По набору пиков отражений методом наименьших квадратов рассчитан параметр элементарной ячейки — ao = 4.054 ± 0.007 Å, что соответствует параметрам высокопробного золота.
Обсуждение результатов
Анализ полученных результатов выявил значимые различия в свойствах сфероидального золота выделенных морфологических типов. Наиболее велика разница между первым и двумя другими типами.
Сфероиды золота первого морфотипа по степени изношенности поверхности, развитию плёнок оксигидроксидов Fe и Mn, ассортименту минеральных включений, а также наличию практически беспримесной каймы хорошо сопоставляются с самородным золотом Среднекыввожской россыпи (Глухов, 2018) и, скорее всего, таковым и являются. Очевидно, что их сфероидальная форма является следствием естественной голтовки в водном потоке при формировании россыпи.
Характер срастаний сфероидов золота второго и третьего морфотипов в агрегатах, присутствие корочек стекла и шлака на поверхности и расплавных включений в матрице золота свидетельствуют об их кристаллизации из расплава. Весьма вероятно, что и необычный полигонально-мозаичный бугристо-ячеистый рельеф сфероидов второго морфотипа обусловлен высокой скоростью остывания капелек расплавленного золота. Подобная ячеистая структура поверхности искусственных Au-Ag-Cu-сфероидов была описана в работе Н. В. Бердникова (Berdnikov, 2023) в экспериментах по охлаждению в воздухе при нормальных условиях расплава 14-каратного золотого лома. О высокой температуре формирования описываемых сфероидов свидетельствуют участки, обогащенные примесями металлов платиновой группы, в том числе тугоплавких платиноидов — Ru, Os, Ir — в золоте и участки Zr-Si-Al-состава в стёклах и шлаке. Наличие этих примесей позволяет предполагать минимальную верхнюю границу температуры их образования от 1700 (t пл. Pt — 1774 °С) до 3000 °С (t пл. Os — 3027 °С).
Местное происхождение изученных образцов доказывает состав корочек стёкол и шлаков, удовлетворительно соответствующий примерному химическому составу смеси лёгкой (кварц, полевые шпаты, слюды, хлорит) и тяжёлой (гранат, циркон, эпидот, гётит, ильменит) фракций аллювиальных отложений россыпи. Выявленные в виде минеральных включений в золоте железистая платина и иридистый осмий также встречаются в Среднекыввожской россыпи в ассоциации с самородным золотом (Макеев, 1996).
Вызвала некоторые затруднения расшифровка природы экзотических выделений Sn-Pb-состава в золоте второго морфотипа. Однако, учитывая близкое количественное соотношение этих металлов во включениях в нашем образце и в баббите (антифрикционный сплав, используемый во вкладышах подшипников), а также факт использования различной техники при разведочных и добычных работах на россыпи, можно предположить, что первоначально это и был баббитовый сплав, фрагменты которого попали в тяжёлую фракцию концентратов.
Таким образом, приведенный анализ позволяет исключить магматогенную, вулканогенную и экзогенную версии происхождения второго и третьего морфотипов сфероидов золота. Наиболее вероятна их техногенная природа. Единственным источником столь высоких температур, достаточных для плавления золотосодержащего шлихового концентрата, могла служить только высокотемпературная плазма, возникающая при электросварке — вполне обычных работах при ремонте шлюзов промышленных промывочных приборов.
Выводы
Результаты проведенных исследований показывают, что типоморфными признаками изученных сфероидов природного россыпного золота служат механически изношенная поверхность с оксидными плёнками и минеральными включениями в кавернах и наличие высокопробной коррозионной каймы, свидетельствующие о естественном, природном происхождении золота.
Отличительными свойствами сфероидов техногенного золота являются:
— полигонально-мозаичный бугорчато-ямчатый рельеф;
— гладкая поверхность без признаков механического износа;
— развитие алюмосиликатных стёкол и шлаков в виде корок или включений в золоте;
— присутствие нехарактерных для самородного золота минеральных включений и примесей металлов платиновой группы, олова и свинца.
Их образование, по нашему мнению, вызвано воздействием на обогащенный россыпными золотом и платиноидами шлиховой концентрат высокотемпературной плазмы, возникающей при электросварочных работах во время ремонта шлюзов промывочных приборов.
1. Berdnikov N. V., Nevstruev V. G., Kepezhinskas P. K., Krutikova V. O., Konovalova N. S., Astapov I. A. Silicate, iron-oxide and gold-copper-silver microspherules in ores and pyroclastics of the Kostenginskoe iron ore deposit (Far East of Russia). Pacific Geology, 2021, V. 40, No. 3, pp. 67-84. (in Russian)
2. Glukhov Yu. V., Kuznetsov S. K., Saveliev V. P., Kotrechko E. Yu. Gold from alluvial deposits of the Middle Kyvvozh (Volsko-Vymskaya ridge, Timan). Proc. Komi SC UB RAS, 2018, No. 1 (33), pp. 49-59. (in Russian)
3. Dudar V. A. Placers of the Middle Timan. Ores and Metals, 1996, No. 4, pp. 80-90. (in Russian)
4. Zhmodik S. M., Kalinin Yu. A., Roslyakov N. A., Mironov A. G., Mikhlin Yu. L., Belyanin D. K., Nemirovskaya N. A., Spiridonov A. M., Nesterenko G. V., Ayriyants E. V., Moroz T. N., Bulbak T. A. Nanoparticles of noble metals in the hypergenesis zone. Geology of ore deposits, 2012, V. 54, No. 2, pp. 168-183. (in Russian)
5. Kalinin Yu. A., Zhmodik S. M., Spiridonov A. M. Spheroidal gold from lateritic weathering crust. Proceedings of the 14 International Meeting on the Geology of Placers and Weathering Crust Deposits (RKV-2010). Novosibirsk: Apelsin, 2010, pp. 290-294. (in Russian)
6. Litvintsev V. S., Ponomarchuk G. P., Banshchikova T. S. Morphological characteristics of gold from technogenic placers of the Jalinda River and B. Ingali River and problems of its extraction. Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal), 2005, pp. 318-326. (in Russian)
7. Lukin A. E. Mineral spherules as indicators of the specific fluid regime of ore formation and naftidogenesis. Geophysical Journal, No. 6, V. 35, 2013, pp. 10-53. (in Russian)
8. Lukin A. E. Native-metallic micro- and nanoinclusions in formations of oil and gas bearing basins - tracers of superdeep fluids. Geophysical Journal, 2009, V. 31, No. 2, pp. 61-92. (in Russian)
9. Mayorova T. P. Rare forms of native gold - «whiskers» and spherocrystals. Vestnik IG Komi CC UB RAS, 2010, No. 9-1, pp. 22-23. (in Russian)
10. Makeev A. B., Kraplya E. A., Brianchaninova N. I. Platinoids in alluvium and placers - the key to the search for primary deposits of platinum in the Komi Republic. Syktyvkar, 1996, 44 p. (in Russian)
11. Medvedev E.I., Molchanov V.P. Gold amalgam and its satellite minerals (Far East, Primorye). Fundamental researches, 2013, No. 11-5, pp. 958-963. URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=33233 (in Russian)
12. Nikiforova Z. S., Kalinin Yu. A., Makarov V. A. Evolution of native gold under exogenous conditions. Geology and Geophysics, 2020, V. 61, No. 11, pp. 1514-1534. (in Russian)
13. Novgorodova M. I., Andreev S. N., Samokhin A. A., Gamyanin G. N. Cavitation effects in the formation of mineral microspherules in hydrothermal solutions. Doklady Earth Sciences, 2003, V. 389, No. 5, pp. 669-671. (in Russian)
14. Tatarinov A. V., Yalovik L. I., Vanin V. A. Spherical microparticles from gold ore quartz veins of the Irokinda deposit (Western Transbaikalia). Geodynamics and Tectonophysics, 2016, V. 7, No. 4, pp. 651-662. (in Russian)
15. Yanchenko O. M., Voroshilov V. G., Timkin T. V., Martynenko I. V. Morphology and composition of gold in the weathering crusts of the Tom-Yaya interfluve. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Engineering of georesources, 2019, V. 330, No. 3, pp. 84-92. DOI:https://doi.org/10.18799/24131830/2019/3/166 (in Russian)
16. Berdnikov N., Kepezhinskas P., Krutikova V., Kozhemyako N., Konovalova N. Cu-Ag-Au Microspherules in Igneous Rocks: Morphology, Composition, Diagnostic Criteria and Possible Origin. Minerals. 2023; 13(6):819. https://doi.org/10.3390/min13060819
17. Southam G., Lengke M. F., Fairbrother L., Reith F. The biogeochemistry of gold // Elements. 2009. V. 5. P. 303-307.
18. Zhaochong Zhang, Jingwen Mao, Feusheng Wang and Franco Pirajno. Native gold and native copper grains enclosed by olivine phenocrysts in a picrite lava of the Emeishan large igneous province, SW China // American Mineralogist. 2006. V. 91. P. 1178-1183. doi.org/10.2138/am.2006.1888
