Золото в пирите: термодинамическая модель сокристаллизации в хлоридных флюидах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложено термодинамическое описание золотоносного пирита как твердого раствора замещения в зависимости от внешних условий и концентрации золота во флюиде. Модель построена на основе данных по синтезу пирита гидротермальным способом в хлоридных растворах в присутствии металлического золота. Предложенная модель позволяет в моделируемой химической системе оценить верхний предел вхождения золота в пирит. Термодинамическая модель золотоносного пирита была верифицирована при моделировании процесса формирования минеральных ассоциаций золотых руд месторождений Дарасун и Талатуй хлоридными водными флюидами в единой флюидно-магматической системе Дарасунского рудного поля. Ранее было установлено, что среднее содержание золота в пирите месторождений Дарасун и Талатуй, находящемся в срастании с самородным золотом, не превышает 1 ppm, в то время как синтетический пирит, выращенный в равновесии с металлическим золотом при аналогичных условиях, содержит золота в 10–150 раз больше. Это противоречие не позволяет объяснить образование золотых руд Дарасунского рудного поля простой кристаллизацией из гидротермального флюида. Одним из возможных объяснений является наличие дополнительного этапа преобразования руд, в котором происходила перекристаллизация сульфидов растворами, ненасыщенными по золоту. Моделирование показало, что уменьшение концентрации золота в минералообразующем флюиде ниже предела насыщения должно приводить к синхронному снижению концентрации золота в образующемся пирите. Рассчитанные значения концентрации золота в модельном пирите позволяют оценить концентрации золота в минералообразующих хлоридных флюидах на разных этапах формирования месторождений Дарасунского рудного поля при известной температуре. Показано, что природный золотоносный пирит разных месторождений золота формировался в основном из недосыщенных золотом хлоридных флюидов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Ю. Прокофьев

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vpr2004@rambler.ru
Россия, Старомонетный пер., 35, Москва, 119017

Н. Н. Акинфиев

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: vpr2004@rambler.ru
Россия, Старомонетный пер., 35, Москва, 119017

Н. С. Бортников

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: vpr2004@rambler.ru
Россия, Старомонетный пер., 35, Москва, 119017

Список литературы

  1. Акинфиев Н.Н., Зотов А.В. Термодинамическое описание водных компонентов системы Cu-Ag-Au-S-O-H в диапазоне температур 0–600 ° C и 1–3000 бар // Геохимия. 2010. № 7. С. 761–767.
  2. Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Мухин Г.Г. и др. Материаловедение: учебник для вузов. Москва: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. 646 с.
  3. Геологическое строение Читинской области. Объяснительная записка к геологической карте масштаба 1 : 500000. Ответственные редакторы И.Г. Рутштейн, Н.Н. Чабан. Комитет по геологии и использованию недр Читинской области. Чита, 1997. 239 с.
  4. Гричук Д.В. Термодинамические модели субмаринных гидротермальных систем. М.: Научный мир, 2000. 304 с.
  5. Ковальчук Е.В., Тагиров Б.Р., Викентьев И.В,. Чареев Д.А, Тюкова Е.Э., Никольский М.С., Борисовский С.Е., Бортников Н.С. «Невидимое» золото в синтетических и природных кристаллах арсенопирита (Воронцовское месторождение, Северный Урал) // Геология руд. месторождений. 2019. Т. 61. № 5. С. 62–82. https://doi.org/10.31857/S0016-777061562-83
  6. Любимцева Н.Г., Бортников Н.С., Борисовский С.Е., Прокофьев В.Ю., Викентьева О.В. Блеклая руда и сфалерит золоторудного месторождения Дарасун (Восточное Забайкалье, Россия). Часть 2. Распределение железа и цинка, флюидные включения, условия образования. Геология руд. месторождений. 2018. Т. 60. № 3. С. 251–273.
  7. Ляхов Ю.В. Температурная зональность Дарасунского месторождения // Геология руд. месторождений. 1975. № 2. C. 28–36.
  8. Прокофьев В.Ю., Бортников Н.С., Зорина Л.Д., Куликова З.И., Матель Н.Л., Колпакова Н.Н., Ильина Г.Ф. Генетические особенности золото-сульфидного месторождения Дарасун (Восточное Забайкалье, Россия) // Геология руд. месторождений. 2000. Т. 42. № 6. С. 526–548.
  9. Прокофьев В.Ю., Бортников Н.С., Коваленкер В.А., Винокуров С.Ф., Зорина Л.Д., Чернова А.Д., Кряжев С.Г., Краснов А.Н., Горбачева С.А. Золоторудное месторождение Дарасун (Восточное Забайкалье, Россия): химический состав, распределение редких земель, изучение стабильных изотопов углерода и кислорода в карбонатах рудных жил // Геология руд. месторождений. 2010. № 2. С. 91–125.
  10. Прокофьев В.Ю., Зорина Л.Д. Флюидный режим Дарасунской рудно-магматической системы (Восточное Забайкалье) по данным исследования флюидных включений // Геология и геофизика. 1996. Т. 37. № 5. С. 50–61.
  11. Прокофьев В.Ю., Зорина Л.Д., Коваленкер В.А., Акинфиев Н.Н., Бакшеев И.А., Краснов А.Н., Юргенсон Г.А., Трубкин Н.В. Состав, условия формирования руд и генезис месторождения золота Талатуй (Восточное Забайкалье, Россия) // Геология руд. месторождений. 2007. Т. 49. № 1. С. 37–76.
  12. Прокофьев В.Ю., Тагиров Б.Р., Бровченко В.Д., Реуков В.Л., Филимонова О.Н., Зорина Л.Д., Абрамова В.Д., Ковальчук Е.В., Межуева А.A., Николаева И.Ю., Тарнопольская М.Е., Акинфиев Н.Н., Краснов А.Н, Комаров В.Б., Бортников Н.С. Золото в пирите: природные руды и эксперимент (на примере месторождений Дарасунского рудного поля, Восточное Забайкалье, Россия) // Геология руд. месторождений. 2022. Т. 64. № 6. С. 634–656. https://doi.org/10.31857/S0016777022060053
  13. Сахарова М.С. Стадийность процессов рудообразования и вопрос зональности на Дарасунском золоторудном месторождении // Рудообразование и его связь с магматизмом. Отв. ред. Ивенсен Ю.П. М.: Наука. 1972. С. 213−222.
  14. Справочник по геохимии / Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. М.: Недра, 1990. С. 135, 140.
  15. Тимофеевский Д.А. Геология и минералогия Дарасунского золоторудного региона. Труды ЦНИГРИ, вып. 98. М., 1972. 260 с.
  16. Хачатурян А.Г. Теория фазовых превращений и структура твердых растворов. Москва: Металлургия, 1974. 384 с.
  17. Чернышев И.В., Прокофьев В.Ю., Бортников Н.С., Чугаев А.В., Гольцман Ю.В., Лебедев В.А., Ларионова Ю.О., Зорина Л.Д. Возраст гранодиорит-порфиров и березитов Дарасунского золоторудного поля (Восточное Забайкалье, Россия) // Геология руд. месторождений. 2014. Т. 56. № 1. С. 3–18.
  18. Шваров Ю.С . HCh: Новые возможности термодинамического моделирования геохимических систем, предоставляемые Windows // Геохимия. 2008. № 8. С. 834–839.
  19. Bastrakov E., Shvarov Yu., Girvan G., Cleverley J., McPhail D., Wyborn L.A.I . FreeGs: A web-enabled thermodynamic database for geochemical modelling. Supplement 1 // Geochimica et Cosmochimica Acta, Goldschmidt Conference Abstracts, 2005. A845.
  20. Bortnikov N.S. Cabri L.J. Vikentiev I.V. Tagirov B.R., Mahon G.Me, Bogdanov Yu.A., Stavrova O.O . Invisible Gold in Sulfides from Seafloor Massive Sulfide Edifices // Geology OF Ore Deposits. 2003. V. 45. № 3. P. 201–212.
  21. Boyle R.W . Hydrothermal transport and deposition of gold // Econ. Geol. 1969. 64, 112–115.
  22. Cabri L.J., Chryssoulis S.L., De Villiers J.P.R., Laflamme J.H.G., Buseck P.R. The ‘nature of “invisible “gold in arsenopyrite // Canadian Mineralogist. 1989. V. 27. P. 3−362.
  23. Cabri L.J., Chryssoulis S.L., Campbell J.L., Teesdale W.J. Comparison of in-situ gold analyses in arsenian pyrite // J. of Applied Geochemistry. 1991. V. 6. P. 225−230.
  24. Cathelineau M., Boiron M.C., Holiger P., et al. Gold arsenopyrite: crystal_chemistry, location and state, physical and chemical conditions of deposition // Econ. Geol. Mon. 6. 1989. P. 328–341.
  25. Cook, N.J., Chryssoulis, S.L . Concentrations of «invisible» gold in the common sulfides // Can. Mineral. 1990. V. 28, P. 1–16.
  26. Deditius A.P., Reich M., Kesler S.E., Utsunomiya S., Chryssoulis C.L., Walshe J., Ewing R.C. The coupled geochemistry of Au and As in pyrite from hydrothermal ore deposits // Geochimica et Cosmochimica Acta, 2014. V. 140. P. 644–670.
  27. Filimonova O.N., Tagirov B.R., Trigub A.L., Nickolsky M.S., Rovezzi M., Belogub E.V., Reukov V.L., Vikentyev I.V. The state of Au and As in pyrite studied by X-ray absorption spectroscopy of natural minerals and synthetic phases // Ore Geol. Rev. 2020. V. 121. P. 103475. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2020.103475
  28. Genkin A.D., Bortnikov N.S., Cabri L. et al. A multidisciplinary study of invisible gold in arsenopyrite from four mesothermal gold deposits in Siberia, Russian Federation // Econ. Geol. 1998. V. 93. P. 463–487.
  29. Heinrich C.A. The physical and chemical evolution of low-salinity magmatic fluids at the porphyry to epithermal transition: a thermodynamic study // Mineralium Deposita. 2005. V. 39. P. 864–889.
  30. Helgeson H.C., Kirkham D.H., Flowers G.C. Theoretical prediction of the thermodynamic behavior of aqueous electrolytes by high pressures and temperatures; IV. Calculation of activity coefficient, osmotic coefficients, and apparent molal and standard and relative partial molal properties to 600 ° C and 5 KB 1981 // Am. Jour. Sci. V. 291. P. 1249–1516.
  31. Large R.R., Maslennikov V.V. Invisible Gold Paragenesis and Geochemistry in Pyrite from Orogenic and Sediment-Hosted Gold Deposits // Minerals. 2020. 10(4). 339. https://doi.org/10.3390/min10040339
  32. Lyubimtseva N.G., Sack R.O., Bortnikov N.S., Borisovsky S.E., Balashov F.V. The Zonal Fahlore from the Darasun Gold Deposit, Transbaikalia, Russia: an Example of a Self-organizing System and their Depositional Conditions // Geology of Ore Deposits. 2023. V. 65. № 4. P. 346–380. https://doi.org/10.1134/S1075701523040037
  33. Marsden J.O., House C.I . The Chemistry of Gold Extraction, 2nd ed. Society for Mining, Metallurgy, and Exploration Inc., 2006. 682 p.
  34. Merkulova M., Mathon O., Glatzel P., Rovezzi M., Batanova V., Marion P., Boiron M.-C., Manceau A . Revealing the Chemical Form of “Invisible” Gold in Natural Arsenian Pyrite and Arsenopyrite with High Energy-Resolution X-ray Absorption Spectroscopy // ACS Earth and Space Chem. 2019. V. 3(9). P. 1905–1914.
  35. Pokrovski G.S., Kokh M.A., Proux O., Hazemann J.-L., Bazarkina E.F., Testemale D., Escoda C., Boirone M.-C., Blanchard M., Aigouy T., Gouy S., Parseval P., Thibaut M . The nature and partitioning of invisible gold in the pyrite-fluid system // Ore Geol. Rev. 2019. V. 109. P. 545–563.
  36. Prokofiev V.Yu., Garofalo P.S., Bortnikov N.S., Kovalenker V.A., Zorina L.D., Grichuk D.V., Selektor S.L. Fluid Inclusion Constraints on the Genesis of Gold in the Darasun District (Eastern Transbaikalia), Russia // Econ. Geol. 2010. V. 105. № 2. P. 395–416.
  37. Prokofiev V.Yu., Selector S.L. Fluid inclusion evidence for barbotage and its role in gold deposition at the Darasun goldfield (eastern Transbaykalia, Russia) // Cent. Eur. J. Geosci. 2014. V. 6. № 2. P. 131–138.
  38. Shock E.L., Sassani D.C., Willis M., Sverjensky D.A . Inorganic species in geologic fluids: Correlations among standard molal thermodynamic properties of aqueous ions and hydroxide complexes // Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. V. 61. P. 907–950. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(96)00339-0
  39. Shvarov Yu.S., Bastrakov E.N. HCh: a software package for geochemical equilibrium modelling // User’s Guide. Canberra: Australian Geological Survey Organization, 1999. Record 199/25.
  40. Sverjensky D.A., Shock E.L., Helgeson H.C. Prediction of the thermodynamic properties of aqueous metal complexes to 1000 ° C and 5 kb // Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. V. 61. P. 1359–1412.
  41. Tagirov B.R., Baranova N.N., Zotov A.V., Schott J., Bannykh L.N. Experimental determination of the stabilities of Au 2 S(cr) at 25 ° C and Au(HS) 2 – at 25–250 ° C // Geochim. Cosmochim. Acta. 2006. V. 70. P. 3689–3701.
  42. Tauson V.L., Akimov V.V. Effect of crystallite sice on solid state miscibility: Applications to the pyrite-cattierite system // Geochim. Cosmochim. Acta. 1991. V. 55. № 10. P. 2851–2859.
  43. Tauson V.L. On limit concentration and manner of incorporation of gold in hydrothermal pyrite // Russian Geologia and Geophysica. 1998. V. 39. P. 932–940.
  44. Tauson V.L . Gold solubility in the common gold-bearing minerals; experimental evaluation and application to pyrite // Eur. J. Mineral. 1999. V. 11. P. 937–947.
  45. Trigub A.L., Tagirov B.R., Kvashnina K.O., Chareev D.A., Nickolsky M.S., Shiryaev A.A., Baranova N.N., Kovalchuk E.V., Mokhov A.V . X-ray spectroscopy study of the chemical state of “invisible” Au in synthetic minerals in the Fe-As-S system // Am. Mineral. 2017. V. 102. P. 1057–1065.
  46. Wood B.J., Walther J.V. Rates of hydrothermal reactions // Science. 1983. V. 222. № 4622. 413–415.
  47. Yang S., Blum N., Rahders E., Zhang Z. The nature of invisible gold in sulfides from the Xiangxi Au-Sb-W ore deposit in Northwestern Hunan, Peoples Republic of China // Can. Mineral. 1998. V. 36. P. 1361–1372.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Фиг. 1. Геологическая схема Дарасунского рудного поля и его окружения

Скачать (609KB)
Метаданные
3. Фиг. 2. Зависимость концентрации золота в синтетическом новообразованном пирите

Скачать (92KB)
Метаданные
4. Фиг. 3. Зависимость количества новообразованного минерала (моль) при взаимодействии 1 кг рудоносного флюида с породой (габбро и гранит) от температуры

Скачать (460KB)
Метаданные
5. Фиг. 4. Зависимость рассчитанной (модельной) концентрации золота в пирите от исходной концентрации золота во флюиде при температуре 350 °C и давлении 1000 бар

Скачать (54KB)
Метаданные
6. Фиг. 5. Диаграмма «концентрация золота в пирите – температура»

Скачать (90KB)
Метаданные
7. пирит

Скачать (856B)
Метаданные
8. халькопирит

Скачать (701B)
Метаданные
9. пирротин

Скачать (850B)
Метаданные
10. мольная доля золота в свежеобразованном пирите

Скачать (796B)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».