Россия
Россия
Россия
Россия
Проведено комплексное минералогическое исследование 13 образцов сфероидального золота из шлиховых концентратов Среднекыввожской золотоносной россыпи, входящей в состав Кыввожского золотороссыпного поля, расположенного в центральной части Вольско-Вымской гряды Среднего Тимана. Установлено присутствие в концентратах как природного, так и техногенного золота. Природное россыпное сфероидальное золото характеризуется изношенной поверхностью с оксидными плёнками и развитием высокопробной коррозионной каймы. Техногенные сфероиды золота обладают полигонально-мозаичной бугорчато-ямчатой или гладкой поверхностью, наличием алюмосиликатных стёкол и шлаков в виде корок или включений в матрице, присутствием нехарактерных для самородного золота минеральных включений и примесей металлов платиновой группы, олова и свинца. Формирование природных сфероидов обусловлено естественной голтовкой в водном потоке при формировании россыпи. Образование техногенных сфероидов связывается с воздействием на обогащенный россыпными золотом и платиноидами шлиховой концентрат высокотемпературной плазмы, возникающей при электросварочных работах во время ремонта шлюзов промывочных приборов. Результаты исследования должны помочь избежать ошибок в трактовке генезиса подобного золота и, как следствие, в определении природы первичных источников россыпей.
самородное золото, сфероидальное золото, россыпь, техногенное золото, иридосмин, железистая платина, Средний Тиман
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. Бердников Н. В., Невструев В. Г., Кепежинскас П. К., Крутикова В. О., Коновалова Н. С., Астапов И. А. Силикатные, железооксидные и золото-медь-серебряные микросферулы в рудах и пирокластике Костеньгинского железорудного месторождения (Дальний Восток России) // Тихоокеанская геология. 2021. Т. 40. № 3. С. 67-84.
2. Глухов Ю. В., Кузнецов С. К., Савельев В. П., Котречко Е. Ю. Золото из аллювиальных отложений Среднего Кыввожа (Вольско-Вымская гряда, Тиман) // Известия Коми НЦ УрО РАН. 2018. № 1 (33). С. 49-59.
3. Дудар В. А. Россыпи Среднего Тимана // Руды и металлы. 1996. № 4. С. 80-90.
4. Жмодик С. М., Калинин Ю. А., Росляков Н. А., Миронов А. Г., Михлин Ю. Л., Белянин Д. К., Немировская Н. А., Спиридонов А. М., Нестеренко Г. В., Айриянц Е. В., Мороз Т. Н., Бульбак Т. А. Наночастицы благородных металлов в зоне гипергенеза // Геология рудных месторождений. 2012. Т. 54. № 2. С. 168-183.
5. Калинин Ю. А., Жмодик С. М., Спиридонов А. М. Сфероидальное золото из латеритной коры выветривания // Россыпи и месторождения кор выветривания: современные проблемы исследования и освоения. Материалы XIV международного совещания по геологии россыпей и месторождений кор выветривания (РКВ-2010). Новосибирск: Апельсин, 2010. С. 290-294.
6. Литвинцев В. С., Пономарчук Г. П., Банщикова Т. С. Морфологическая характеристика золота техногенных россыпей р. Джалинда и р. Б. Ингали и проблемы его извлечения // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2005. С. 318-326.
7. Лукин А. Е. Минеральные сферулы - индикаторы специфического флюидного режима рудообразования и нафтидогенеза // Геофизический журнал. № 6. Т. 35. 2013. С. 10-53.
8. Лукин А. Е. Самородно-металлические микро- и нановключения в формациях нефтегазоносных бассейнов - трассеры суперглубинных флюидов // Геофиз. журн. 2009. Т. 31. № 2. С. 61-92.
9. Майорова Т. П. Редкие формы самородного золота - «усы» и сферокристаллы // Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН. 2010. № 9-1. С. 22-23.
10. Макеев А. Б., Крапля Е. А., Брянчанинова Н. И. Платиноиды в аллювии и россыпях - ключ к поискам коренных месторождений платины в Республике Коми. Сыктывкар. 1996. 44 с.
11. Медведев Е. И., Молчанов В. П. Амальгама золота и её минералы-спутники (Дальний Восток, Приморье) // Фундаментальные исследования. 2013. № 11-5. С. 958-963. URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=33233
12. Никифорова З. С., Калинин Ю. А., Макаров В. А. Эволюция самородного золота в экзогенных условиях // Геология и геофизика. 2020. Т. 61. № 11. С. 1514-1534.
13. Новгородова М. И., Андреев С. Н., Самохин А. А., Гамянин Г. Н. Кавитационные эффекты в образовании минеральных микросферул в гидротермальных растворах // ДАН. 2003. т. 389. № 5. С. 669-671.
14. Татаринов А. В., Яловик Л. И., Ванин В. А. Сферические микрочастицы из золоторудных кварцевых жил Ирокиндинского месторождения (Западное Забайкалье) // Геодинамика и тектонофизика. 2016. Т. 7. № 4. С. 651-662.
15. Янченко О. М., Ворошилов В. Г., Тимкин Т. В., Мартыненко И. В., Зиаии Мансур. Морфология и состав золота кор выветривания Томь-Яйского междуречья // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. № 3. С. 84-92. DOIhttps://doi.org/10.18799/24131830/2019/3/166
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, Fеusheng 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
