Primary platinum-group minerals in the placer of the Bol’shoy Sap River (Middle Urals) and the problem of the indicator value of the osmium-ruthenium trend for the compositions of natural hexagonal Os-Ir-Ru alloys

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Research subject. Primary platinum-group minerals from the gold placer of the Bolshoy Sap River (Middle Urals) in the southern frame of the Pervomaisk ophiolite-type massif. Methods. The chemical composition of minerals was studied by scanning electron microscopy (JEOL-JSM6390LV) and electron microprobe analysis (Cameca SX 100). The sulfur isotopic composition of laurite and erlichmanite grains was determined using a laser femtosecond ablation system (NWR Femtosecond UC with laser Pharos 2mJ-200-PPam and harmonics module HE-4Hi-A) attached to a MAT-253 mass spectrometer (Thermo Fisher Scientific). Results. A wide species composition of primary platinum-group minerals was revealed, represented by native minerals of the Os-Ir-Ru (osmium, iridium, ruthenium, rutheniridosmine) and Pt-Fe (by stoichiometry close to the composition of isoferroplatinum) systems, as well as Ru-Os sulfides (laurite, erlichmanite). Iridium grains contain isoferroplatinum lamellae, which are a product of solid solution decomposition, as well as the inclusions of cuproiridsite, Ru-bearing pentlandite, kashinite, and tolovkite. Inclusions in isoferroplatinum are represented by braggite, rhodium and palladium sulfides (Pd-Rh-S), and Pd-bearing (5.78 wt % Pd) native gold. Variations in the composition of natural hexagonal Os-Ir-Ru alloys reflect the presence of three trends (i.e., ruthenium, osmium-iridium, and osmium-ruthenium). The sulfur isotopic values of laurite and erlichmanite grains ((1.0–2.5) ±0.2‰) are consistent with derivation of sulfur from a sub-chondritic source, reflecting a minor contribution of crustal sulfur during mantle-crustal interaction processes. The prevalence of primary platinum-group minerals in placers from various platinum-bearing zones of the Middle Urals was analyzed. In the western Serov-Nevyansk zone, Os-Ir-Ru alloys of osmium-iridium and ruthenium trends are common, as well as Pt-Fe minerals of the tetraferroplatinum series PtFe – tulameenite PtFe0.5Cu0.5 – ferronickelplatinum PtFe0.5Ni0.5. Os-Ir-Ru alloys of the osmium-ruthenium trend were established only in the eastern Salda-Sysert and Alapaevsk zones. Os-Ir-Ru alloys of ruthenium and osmium-iridium trends, native iridium and isoferroplatinum are widespread. Conclusions. The wide species composition of primary PGMs in the placer is due to the polygenic nature of chromitites, which is typical of ophiolite massifs in the Middle Urals. The high-temperature Os-Ir-Ru alloys of the ruthenium trend, as well as Os-Ru sulfides, are associated with laterally secreted chromites in the dunite-harzburgite complex. Metasomatic and reactive metasomatic chromitites in the dunite-verlite-clinopyroxenite complex serve as sources of natural Os-Ir alloys of the osmium-iridium trend and Pt-Fe alloys. The highest temperature Os-Ir-Ru alloys of the ruthenium trend, as well as Os-Ru sulfides, are associated with lateral secretion chromitites in the dunite-harzburgite complex. Metasomatic and reaction-metasomatic chromitites in the dunite-wehrlite-clinopyroxenite complex serve as bedrock sources of natural Os-Ir alloys of the osmium-iridium trend, and Pt-Fe alloys. The most likely reason for the appearance of the osmium-ruthenium trend in the chemical composition of natural hexagonal Os-Ir-Ru alloys is the recrystallization of primary high-temperature solid solutions during metamorphic transformations at lower temperature conditions and the change of the oxidative regime to a reducing regime.

About the authors

V. V. Murzin

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS

Email: murzin@igg.uran.ru

K. N. Malitch

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS

A. Yu. Kissin

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS

References

  1. Баданина И.Ю., Жаркова Е.В., Кадик А.А., Малич К.Н., Мурзин В.В. (2015) Результаты эксперименталь ного определения собственной летучести кисло рода Ru-Os-Ir сплавов Верх-Нейвинского дунит гарцбургитового массива, Средний Урал (Рос сия). Геохимия, 53(7), 661-667. https://doi.org/10.7868/S001675251507002X
  2. Жерновский И.В., Мочалов А.Г. (1999) Генетическая кристаллография гексагональных твердых растворов осмия, рутения и иридия как показатель условий и образования. Геология руд. месторождений, 41(6), 546-561.
  3. Золоев К.К., Волченко Ю.А., Коротеев В.А., Малахов И.А., Мардиросьян А.Н., Хрыпов В.Н. (2001) Платинометалльное оруденение в геологических комплексах Урала. Екатеринбург: УГСЭ, 199 с.
  4. Кадик А.А., Жаркова Е.В., Рудашевский Н.С. (1993) Окислительно-восстановительные условия формирования минералов (Os, Ir, Ru, Pt) и (Pt, Fe) ультрамафических комплексов. Докл. РАН, 331(3), 349-352.
  5. Киселева О.Н., Айриянц Е.В., Белянин Д.К. Жмодик С.М. (2022) Химические и микроструктурные особенности минералов платиновой группы, формировавшихся на различных стадиях развития Оспино-Китойского офиолитового масива юго-восточной части Восточного Саяна. Ультрамафит-мафитовые комплексы: геология, строение, рудный потенциал. Апатиты: Изд-во ФИЦ КНЦ РАН, 46-49.
  6. Малич К.Н., Аникина Е.В., Баданина И.Ю., Белоусова Е.А., Пушкарев Е.В., Хиллер В.В. (2016) Вещественный состав и осмиевая изотопия первичных и вторичных ассоциаций минералов платиновой группы магнезиальных хромититов Нуралинского лерцолитового массива (Ю. Урал, Россия). Гео логия руд. месторождений, 58(1), 3-22. https://doi.org/10.7868/S0016777015050032
  7. Мурзин В.В., Баданина И.Ю., Малич К.Н., Игна тьев А.В., Веливецкая Т.А. (2019а) Изотопный со став серы Ru-Os сульфидов Верх-Нейвинского дунит-гарцбургитового массива, Средний Урал (Россия): первые данные. Докл. АН, 448(2), 185-188. https://doi.org/10.31857/S0869-56524882185-188
  8. Мурзин В.В., Кисин А.Ю., Баданина И.Ю., Малич К.Н. (2019б) Минералы платиновой группы в россыпях Мурзинского гранитогнейсового массива на Среднем Урале и проблема индикаторной роли состава Os-Ir-Ru минералов. Металлогения древних и современных океанов – 2019. Миасс; Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть, 212-216.
  9. Мурзин В.В., Кисин А.Ю., Варламов Д.А. (2015) Минералы платиновой группы из россыпи Мурзинско-Адуйского гранитогнейсового комплекса и их воз можные источники. Минералогия, (1), 34-48.
  10. Мурзин В.В., Малич К.Н., Баданина И.Ю., Варламов Д.А., Чащухин И.С. (2023) Минеральные ас социации хромититов Алапаевского дунит-гарцбургитового массива (Средний Урал). Литосфера, 23(5), 740-765. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2023-23-5-740-765
  11. Мурзин В.В., Малич К.Н., Кисин А.Ю. (2025) Вторичные минералы платиновой группы россыпи ре ки Большой Сап (Средний Урал). Минералогия, 11(1), 5-16. doi: 10.35597/2313545X-2025-11-1-1. EDN: FPDVZT
  12. Мурзин В.В., Суставов С.Г., Мамин Н.А. (1999) Золотая и платиноидная минерализация россыпей Верх Нейвинского массива альпинотипных гипербазитов (Средний Урал). Екатеринбург: УГГГА, 93 с.
  13. Некрасова А.А., Гришанова Н.В., Азовскова О.Б. (2015) Вещественный состав платиноидов их рыхлых отложений Актайской площади (Средний Урал). Про блемы минералогии, петрографии и металлогении. Вып. 18. Пермь: Перм. гос. ун-т, 36-43.
  14. Осипенко А.Б., Сидоров Е.Г., Костоянов А.И., Тол стых Н.Д. (2002) Хромититы гипербазитовых массивов п-ова Валижген, Корякия. Геология руд. месторождений, 44(1), 77-92.
  15. 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). Зап. ВМО, 128(4), 11-28.
  16. Сидоров Е.Г. (2009) Платиноносность базит-гипербази товых комплексов Корякско-Камчатского региона. Автореф. … докт. геол.-мин. наук. Петропавловск Камчатский, 36 с.
  17. Чащухин И.С. (2019) О генетических типах дунитов в ультрамафитах складчатых областей (на при мере Урала). Изв. УГГУ, 54(2), 42-48. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2019-2-42-48
  18. Чащухин И.С. (1999) Хромиты. Месторождения полезных ископаемых Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 51-63.
  19. Чащухин И.С., Булыкин Л.Д., Чащухина В.А. (2005) О природе хромитового оруденения в породах дунит-клинопироксенитового комплекса офиолитов Среднего Урала. Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 152, 353-358.
  20. Чащухин И.С., Мамина В.М., Сурганов А.В., Чащухи на В.А., Булыкин Л.Д., Гмыра В.Г. (2004) Закономерности состава акцессорной и рудообразующей шпинели в ультрамафитах Первомайского массива. Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 151, 206-217.
  21. Штейнберг Д.С., Чащухин И.С., Уймин С.Г. (1990) Положение хромитового оруденения в истории формирования альпинотипных гипербазитов. Геохимия рудных элементов в базитах и гипербазитах. Критерии прогноза. Иркутск: ИГ СО РАН, 166-170.
  22. 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 second ary PGM assemblages: Evidence from a mantle chro mitite at Harold’s Grave (Shetland ophiolite Complex, Scotland). Ore Geol. Rev., 75, 174-185.
  23. Badanina I.Yu., Malitch K.N., Lord R.A., Meisel T.C. (2013) Origin of primary PGM assemblage in сhromitite from a mantle tectonite at Harold’s Grave (Shetland ophiolite complex, Scotland). Mineral. Petrol., 107, 963-970.
  24. Bai W., Robinson P.T., Fang Q., Yang J., Yan B., Zhang Z., Xu-Feeng Hu, Zhou M.-F., Malpas J. (2000) The PGE and base metal alloys in the podiform chromitites of the Luobusa ophiolite, Southern Tibet. Canad. Miner., 38, 585-598. https://doi.org/10.2113/gscanmin.38.3.585
  25. Barkov A.Y., Shvedov G.I., Silyanov S.A., Martin R.F. (2018) Mineralogy of platinum-group elements and gold in the ophiolite-related placer of the River Bolshoy Khailyk, Western Sayans, Russia. Minerals, 8, 247. https://doi.org/10.3390/min8060247
  26. Beaudoin G., Taylor B.E., Rumble III D., Thiemens M. (1994) Variations in the sulfur isotope composition of troilite from the Cañon Diablo iron meteorite. Geochim. Cosmochim. Acta, 58(19), 4253-4255. doi: 10.1016/0016-7037(94)90277-1
  27. Cabri L.J., Harris D.C., Weiser T.V. (1996) The mineralogy and distribution of platinum group mineral (PGM) placer deposits of the world. Explor. Min. Geol., 5(2), 73-167.
  28. Cabri L.J., Oberthür T., Keays R.R. (2022) Origin and dep ositional history of platinum-group minerals in placers – A critical review of facts and fiction. Ore Geol. Rev., 144, 104733. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2022.104733
  29. Cartigny P., Farquhar J., Thomassot E., Harris J.W., Wing B., Masterson A., McKeegan K., Stachel T. (2009) A man tle origin for Paleoarchean peridotitic diamonds from the Panda kimberlite, Slave Craton: evidence from 13 C-, 15 N and 33, 34 S-stable isotope systematics. Lithos, 112, 852-864.
  30. Distler V.V., Kryachko V.V., Yudovskaya M.A. (2008) Ore petrology of chromite-PGE mineralization in the Kempirsai ophiolite complex. Mineral. Petrol., 92, 31-58. https://doi.org/10.1007/s00710-007-0207-3
  31. Garuti G., Zaccarini F. (1997) In situ alteration of platinum group minerals at low temperature: evidence from serpentinised and weathered chromitite of the Vourinos complex, Greece. Canad. Miner., 35, 611-626.
  32. González-Jiménez J.M., Reich M., Camprubí A., Gervil la F., Griffin W.L., Colás V., O’Reilly S.Y., Proenza J.A., Pearson N.J., Centeno-García E.C. (2015) Thermal metamorphism of mantle chromites and the stability of noble metal nanoparticles. Contr. Miner. Petrol., 170, 15. https://doi.org/10.1007/s00410-015-1169-9
  33. Hagen D., Weiser Th., Htay Than (1990) Platinum-group minerals in quaternary gold placers in the upper Chind win area of northern Burm. Mineral. Petrol., 42, 265-286.
  34. Harris D.C., Cabri L.J. (1991) Nomenclature of platinum group-element alloys: review and revision. Canad. Miner., 29(2), 231-237.
  35. Hattori K.H., Cabri L.J., Johanson B., Zientek M.L. (2004) Origin of placer laurite from Borneo: Se and As con tents, and S isotopic compositions. Mineral. Magaz., 68(2), 353-368.
  36. Ignatiev A.V., Velivetskaya T.A., Budnitskiy S.Y., Yakoven ko V.V., Vysotskiy S.V., Levitskii V.I. (2018) Precision analysis of multisulfur isotopes in sulfides by femto second laser ablation GC-IRMS at high spatial resolution. Chem. Geol., 493, 316-326. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2018.06.006
  37. Kiseleva O.N., Airiyants E.V., Belyanin D.K., Zhmodik S.M. (2020) Podiform chromitites and PGE mineralization in the Ulan-Sar’dag ophiolite (East Sayan, Russia). Miner als, 10, 141. https://doi.org/10.3390/min10020141
  38. Kiseleva O., Zhmodik S. (2017) PGE mineralization and melt composition of chromitites in Proterozoic ophiolite complexes of Eastern Sayan, Southern Siberia. Geosci. Front., 8, 721-731. http://dx.doi.org/10.1016/j.gsf.2016.04.003
  39. Malitch K.N., Badanina I.Y., Belousova E.A., Murzin V.V., Velivetskaya T.A. (2021) Origin of Ru-Os sulfides from the Verkh-Neivinsk ophiolite massif (Middle Urals, Russia): compositional and S-Os isotope evidence. Minerals, 11, 329. https://doi.org/10.3390/min11030329
  40. Malitch K.N., Melcher F., Mühlhans H. (2001) Palladium and gold mineralization in podiform chromitite at Kraubath, Austria. Mineral. Petrol., 73, 247-277.
  41. Melcher F., Grum W., Thalhammer T.V., Thalhammer O.A.R. (1997) Petrogenesis of the ophiolitic giant chromite deposits of Kempirsai, Kazakhstan: a study of solid and fluid Inclusions in Chromite. J. Petrol., 38(10), 1419-1458.
  42. Murzin V., Chudnenko K., Palyanova G., Kissin A., Varlamov D. (2018) Physicochemical model of formation of gold-bearing magnetite-chlorite-carbonate rocks at the Karabash massif of ultramafic rocks (Southern Urals, Russia). Minerals, 8(7), 306. https://doi.org/10.3390/min8070306
  43. Oberthür T., Melcher F., Goldmann S., Wotruba H., Dijkstra A., Gerdes A., Dale C. (2016) Mineralogy and miner al chemistry of detrital heavy minerals from the Rhine River in Germany as evidence of their provenance, sed imentary and depositional history: Focus on platinum group minerals and remarks on cassiterite, columbite group minerals, and uraninite. Int. J. Earth Sci., 105, 637-657. https://doi.org/10.1007/s00531-015-1181-3
  44. Prichard H.M., Tarkian M. (1988) Platinum and palladium minerals from two PGE localities in the Shetland ophio lite complex. Canad. Miner., 26, 979-990.
  45. Thode H., Monster J., Dunford H. (1961) Sulphur isotope geochemistry. Geochim. Cosmochim. Acta, 25, 159-174.
  46. Velivetskaya T.A., Ignatiev A.V., Yakovenko V.V., Vysots kiy S.V. (2019) An improved femtosecond laser-ablation fluorination method for measurements of sulfur isotopic anomalies (∆ 33 S and ∆ 36 S) in sulfides with high precision. Rapid Commun. Mass Spectrom., 33, 1722-1729 https://doi.org/10.1002/rcm.8528
  47. Yang K., Seccombe P.K. (1993) Platinum-group minerals in the chromitites from the Great Serpentinite Belt, NSW, Australia. Mineral. Petrol., 47, 263-286.
  48. Zaccarini F., Pushkarev E., Garuti G., Kazakov I. (2016) Platinum-group minerals and other accessory phases in chromite deposits of the Alapaevsk ophiolite, Central Urals, Russia. Minerals, 6, 108. https://doi.org/10.3390/min6040108

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Murzin V.V., Malitch K.N., Kissin A.Y.

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».