Научная статья на тему 'Физико-химическое моделирование высокотемпературных стадий отложения золота Лугоканского месторождения (Восточное Забайкалье)'

Физико-химическое моделирование высокотемпературных стадий отложения золота Лугоканского месторождения (Восточное Забайкалье) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
208
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЛУГОКАНСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ / ЗОЛОТО / ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ / ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС HCH / LUGOKANSKOE DEPOSIT / GOLD / THERMOBAROGEOCHEMICAL PARAMETERS / PHYSICOCHEMICAL MODELING / HCH CODE

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Гаськова Ольга Лукинична, Редин Юрий Олегович, Неволько Петр Александрович, Колпакова Марина Николаевна, Наймушина Ольга Сергеевна

Лугоканское золоторудное месторождение длительное время изучалось многими исследователями. С учетом продолжающихся в Восточном Забайкалье поисково-разведочных работ в настоящее время востребованы современные данные по минералогогеохимическим особенностям руд, химическому составу самородного золота, сульфидных минералов и физико-химическим условиям их образования. Все эти обстоятельства определяют актуальность настоящего исследования. Целью является построение физико-химической модели формирования продуктивных высокотемпературных ассоциаций зонального оруденения Лугоканского месторождения рудного золота. Поскольку ранее методами термобарометрии были изучены флюидные включения в образцах кварца, ассоциирующих с минералами разных парагенетических ассоциаций, они послужили основой для создания количественной модели. Методы. С помощью пакета программ «HCh» (Шваров, 2008; Shvarov, 2015) было проведено термодинамическое моделирование устойчивости рудных ассоциаций при экспериментально определенных параметрах (Т-Р, состав газовой и солевой фаз) и выяснены возможные концентрации металлов и серы в рудогенерирующем флюиде, а также формы переноса элементов (комплексы) при эволюции системы со снижением температуры и солености флюидов. Использовалась термодинамическая база данных UNITHERM, дополненная константами для ряда минералов, в частности для теннантита и тетраэдрита. Граничные условия для моделирования определены на основании результатов изучения флюидных включений. Результаты. Модельные флюиды представляют собой сложные восстановленные многокомпонентные системы, транспортирующие широкий круг сидерофильных (Fe, Au, Mo), халькофильных (S, As, Cu, Pb, Zn) и литофильных элементов (Na, Cl, Al, Si и др.). Высокотемпературные флюиды при 500 °С, малосульфидные в предположении равновесия с молибденитом, шеелитом и кварцем, способны концентрировать до 4-10 моль/кг Н20 золота (8 г/т флюида). Это определяет их потенциальную золотоносность и со снижением температуры отложение золота на Au-As-Cu этапе (400 °С). Этот продуктивный этап характеризуют слабокислые, восстановленные и высокосульфидные растворы. Модельные расчеты свидетельствуют о высоких концентрациях в них Fe, As, Cu, что в свою очередь приводит к формированию среднетемпературных ассоциаций галенит, теннантит-тетраэдрит (300 °С). При понижении температуры до 200 °С и росте окислительного потенциала флюиды сбрасывали золото вместе с висмут-содержащими минералами, однако требуется следующий этап уточнения модели после согласования термодинамических данных для сложных минералов Bi, Te, Pb и Sb. Выводы. Согласно результатам моделирования, флюиды высокотемпературного этапа Au-As-Cu являются слабокислыми, восстановленными и высокосульфидными. Характерно присутствие металлов, серы и мышьяка в низших степенях окисления, что является непременным условием их высокой миграционной способности. Содержание золота в растворе в виде AuHS0 и Au(HS)2-находится на уровне 10-6 моль/кг Н2О. Охлаждение флюидов этого этапа приводит к отложению теннантита и тетраэдрита вместе с галенитом, при этом они остаются слабокислыми, менее сульфидными, по отношению к золоту этот этап низкопродуктивный. Предполагается, что появление самородного золота на следующем этапе Au-Pb-Bi при 200 °С происходит при реакционном взаимодействии растворов с ранее отложенными Au-содержащими ассоциациями, поскольку сами они не способны привнести в область рудоотложения значимые количества золота (содержат около 10-9 моль/кг Н2О).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Гаськова Ольга Лукинична, Редин Юрий Олегович, Неволько Петр Александрович, Колпакова Марина Николаевна, Наймушина Ольга Сергеевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PHYSICO-CHEMICAL MODELING OF HIGH-TEMPERATURE STAGES OF GOLD DEPOSITION AT THE LUGOKANSKOE DEPOSIT (EASTERN TRANSBAIKALIA)

The relevance of the study is caused by the need in up-to-date data on mineralogical and geochemical features of ores, chemical composition of native gold, sulfide minerals and physicochemical conditions of the Lugokanskoe gold deposit formation. It is possible to get this information due to the ongoing exploration work in Eastern Transbaikalia region. The main aim of the research is to develop thermodynamic model that simulates the formation conditions of three types of ore-forming stages of the Lugokanskoe gold deposit. The P-T-X-parameters of these ore-forming stages were determined using fluid inclusion thermobarometry. Based on these data we carried out the calculations. Methods. The calculations were carried out using the «HCh» software within a complex geochemical multicomponent system. Several scenarios of formation of gold-mineralization were considered and the possible concentrations of metals and sulfur in the ore-generating fluid, as well as the species of elements (complexes) during the evolution of the system with a decrease in the temperature and salinity of the fluids are elucidated. The thermodynamic database UNITHERM was used, supplemented for a number of reference data for minerals. Results. The fluids under consideration are complex reduced multicomponent systems transporting a wide range of siderophile (Fe, Au, Mo), chalcophile (S, As, Cu, Pb, Zn) and lithophile elements (Na, Cl, Al, Si, etc.). High-temperature fluids at 500 °C, low-sulfide on the assumption of equilibrium with molybdenite, scheelite and quartz, are able to concentrate up to 4-10mol/kg H2O of gold (8 g/ton of fluid). This determines deposition of a significant amount of gold at the Au-As-Cu stage at 400 °C with a decrease in temperature and H2S increase. This productive stage is characterized by weakly acidic, reduced and highly sulfide solutions. Model calculations indicate high concentrations of Fe, As, and Cu in them, that results in its turn in formation of mid-temperature galena, tennantite-tetrahedrite (300 °C) associations. At 200 °C, when the oxidative potential was increased, the fluids were discharged with gold together with bismuth-containing minerals. The next stage of the model improvement is required after the thermodynamic data adjustment for the Bi, Te, Pb, and Sb minerals.

Текст научной работы на тему «Физико-химическое моделирование высокотемпературных стадий отложения золота Лугоканского месторождения (Восточное Забайкалье)»

УДК 550.426:553.2

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СТАДИЙ ОТЛОЖЕНИЯ ЗОЛОТА ЛУГОКАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ВОСТОЧНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ)

Гаськова Ольга Лукинична1,2,

gaskova@igm.nsc.ru

Редин Юрий Олегович1,

redin@igm.nsc.ru

Неволько Петр Александрович1,2,

nevolko@igm.nsc.ru

Колпакова Марина Николаевна1,3,

marina.kolpakova@gmail.com

Наймушина Ольга Сергеевна1,

olgnaim@mail.ru

1 Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук, Россия, 630090, г. Новосибирск, пр. академика Коптюга, 3.

2 Национальный исследовательский Новосибирский государственный университет, Россия, 630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2.

3 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.

Лугоканское золоторудное месторождение длительное время изучалось многими исследователями. С учетом продолжающихся в Восточном Забайкалье поисково-разведочных работ в настоящее время востребованы современные данные по минералого-геохимическим особенностям руд, химическому составу самородного золота, сульфидных минералов и физико-химическим условиям их образования. Все эти обстоятельства определяют актуальность настоящего исследования.

Целью является построение физико-химической модели формирования продуктивных высокотемпературных ассоциаций зонального оруденения Лугоканского месторождения рудного золота. Поскольку ранее методами термобарометрии были изучены флюидные включения в образцах кварца, ассоциирующих с минералами разных парагенетических ассоциаций, они послужили основой для создания количественной модели.

Методы. С помощью пакета программ «НСЬ» (Шваров, 2008; Shvarov, 2015) было проведено термодинамическое моделирование устойчивости рудных ассоциаций при экспериментально определенных параметрах (Т-Р, состав газовой и солевой фаз) и выяснены возможные концентрации металлов и серы в рудогенерирующем флюиде, а также формы переноса элементов (комплексы) при эволюции системы со снижением температуры и солености флюидов. Использовалась термодинамическая база данных UNITHERM, дополненная константами для ряда минералов, в частности для теннантита и тетраэдрита. Граничные условия для моделирования определены на основании результатов изучения флюидных включений.

Результаты. Модельные флюиды представляют собой сложные восстановленные многокомпонентные системы, транспортирующие широкий круг сидерофильных (Fe, Аы, Mo), халькофильных Аэ, Сы, РЬ, Zn) и литофильных элементов (№, С, А, Si и др.). Высокотемпературные флюиды при 500 °С, малосульфидные в предположении равновесия с молибденитом, шеелитом и кварцем, способны концентрировать до 410-5 моль/кг Н20 золота (8 г/т флюида). Это определяет их потенциальную золотоносность и со снижением температуры отложение золота на Аа-Аз-Са этапе (400 °С). Этот продуктивный этап характеризуют слабокислые, восстановленные и высокосульфидные растворы. Модельные расчеты свидетельствуют о высоких концентрациях в них Fe, Аэ, Сц, что в свою очередь приводит к формированию среднетемпературных ассоциаций галенит, теннантит-тетраэдрит (300 °С). При понижении температуры до 200 °С и росте окислительного потенциала флюиды сбрасывали золото вместе с вис-мут-содержащими минералами, однако требуется следующий этап уточнения модели после согласования термодинамических данных для сложных минералов Bi, Те, РЬ и SЬ.

Выводы. Согласно результатам моделирования, флюиды высокотемпературного этапа Au-As-Cu являются слабокислыми, восстановленными и высокосульфидными. Характерно присутствие металлов, серы и мышьяка в низших степенях окисления, что является непременным условием их высокой миграционной способности. Содержание золота в растворе в виде AuHS0 и Au(HS)l-находится на уровне 10-6 моль/кг Н2О. Охлаждение флюидов этого этапа приводит к отложению теннантита и тетраэдрита вместе с галенитом, при этом они остаются слабокислыми, менее сульфидными, по отношению к золоту этот этап низкопродуктивный. Предполагается, что появление самородного золота на следующем этапе Au-PЬ-Bi при 200 °С происходит при реакционном взаимодействии растворов с ранее отложенными Au-содержащими ассоциациями, поскольку сами они не способны привнести в область рудоотложения значимые количества золота (содержат около 10-9 моль/кг Н2О).

Ключевые слова:

Лугоканское месторождение, золото, термобарогеохимические параметры, физико-химическое моделирование, программный комплекс HCh.

Введение

По данным исследования флюидных включений в минералах золоторудных месторождений к настоящему времени опубликован обширный материал как о составе и параметрах минералообра-зующих флюидов [1, 2], так и по оценкам возраста рудообразующих процессов. Однако данных по конкретным месторождениям не только мира, но и России все же недостаточно. Конечно, здесь нельзя не назвать работы [3-6], в которых предлагаются физико-химические модели образования золоторудных месторождений. В работе [7] приведен сравнительный анализ состава флюида и степени окисленности его газовых компонентов С02/(С02+С0+Н2+СН4) при формировании золотоносных магнетит-хлорит-карбонатных пород, ро-дингитов и лиственитов в Карабашском массиве. Установлено, что мольная доля углекислоты во флюиде (ХСО2) возрастает от экстремально низких значений при формировании родингитов с медистым золотом (<0,007) до высоких значений при лиственитизации (0,137).

Целью данной работы является построение физико-химической модели формирования продуктивных высокотемпературных ассоциаций зонального оруденения Лугоканского месторождения рудного золота. Для этого имеются данные, полученные методами термобарометрии (табл. 1), т. е. изучены флюидные включения в образцах кварца, ассоциирующих с минералами разных парагенези-сов [8]. На основании этих данных рассчитаны ЕЬ-рН высокотемпературных флюидов, концентрации золота и сопутствующих металлов. Решалась обратная задача - с помощью термодинамического моделирования восстановить параметры флюидов, приведших при эволюции к отложению золота.

Лугоканский рудный узел расположен в одном из старейших золоторудных районов Сибири -юго-восточном Забайкалье. Он включает в себя несколько месторождений (Лугоканское, Серебряное, Солонеченское) и ряд более мелких рудопро-явлений. Лугоканское месторождение известно давно и длительное время изучалось многими исследователями [9, 10]. С учетом продолжающихся в Восточном Забайкалье поисково-разведочных работ в настоящее время востребованы современные данные по минералого-геохимическим особенностям руд, химическому составу самородного золота, сульфидных минералов, по их изотопному составу и физико-химическим условиям образования. Все эти обстоятельства определяют актуальность настоящего исследования.

Рудовмещающая толща Лугоканского рудного узла представлена быстринской свитой нижнего кембрия (преимущественно карбонатными породами, известняками, реже доломитами с прослоями и линзами углистых, слюдистых сланцев), прорвана верхнеюрскими интрузивными телами гранодиорит-порфиров шахтаминского комплекса (ильменитовая серия). Рудная минерализация на-

ложена главным образом на скарны (гранатовые, пироксен-гранатовые, флогопитовые), а также приурочена к зонам дробления и брекчирования в известняках. Породы, вмещающие коллизионные гранодиорит-порфировые массивы, служили наиболее благоприятным субстратом для рудопроду-цирующих золотоносных флюидов [10]. Общая последовательность рудообразования включает в себя следующие минеральные ассоциации (от ранних к поздним): магнетитовую - кварц-шеелит-мо-либденитовую - золото-пирит-халькопирит-арсе-нопиритовую - золото-полиметаллическую - золото-висмутовую - золото-серебряную - сурьмяно-ртутную. Основными продуктивными ассоциациями являются золото-пирит-халькопирит-арсено-пиритовая и золото-свинцово-висмутовая (сульфо-соли). Геохимический профиль (Au, Ag, Te, Bi, Pb, Cu, Sb), минеральный состав, условия локализации руд и температуры образования позволяют отнести последнюю минерализацию Лугоканского месторождения к эпитермальному типу оруденения [11].

В табл. 1 приведены все минеральные параге-незисы, вплоть до отложения висмутовых минералов (Au-Pb-Bi-Sb парагенезис), которые более подробно будут обсуждаться в следующих работах при согласовании соответствующих термодинамических данных. Ранее один из авторов уже принимал участие в создании модели формирования Au-Sb месторождений [4] с использованием другой известной программы Chiller [12, 13]. Чтобы количественно обозначить начальную стадию концентрирования золота во флюидах Лугоканского месторождения, мы рассчитали его содержание при 500 °С и 1000 бар, исходя из известного состава па-рагенезисов этой стадии.

Методы исследования

Минеральный состав, текстурные, структурные особенности, взаимоотношение минеральных индивидов изучались под оптическим микроскопом в отраженном и проходящем свете. Химический состав сульфидов и самородного золота анализировался в полированных шашках микрорент-геноспектральным методом на приборе JEOL JXA-8100, а также с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) на приборе JSM-6510, снабженном энергодисперсионным спектрометром (EDS) фирмы OXFORD. Флюидные включения были изучены в прозрачно-полированных пластинках методами крио-термометрии и Рамановской спектроскопии. Крио-термометриче-ские исследования выполнялись в микротермокамере THMSG-600 фирмы Linkam. Состав газовой фазы изучен методом Рамановской спектроскопии (спектрометр Ramanor U-1000 и детектор Horiba DU420E-0E-323 фирмы Jobin Yvon, лазер Millennia Pro фирмы Spectra-Physics; Confocal Raman Microscope alpha 300R фирмы WITec) [14].

С помощью пакета программ «HCh» [15, 16], алгоритм которого основан на принципе миними-

Таблица 1. Результаты термобарометрических исследований кварца Лугоканского месторождения и минеральные ассоциации Table 1. Results of thermobarometric studies of quartz from the Lugokanskoe deposit and mineral associations

Параметры Parameters Стадия, жильные минералы, газы Stages, vein minerals, gases Минеральные парагенезисы Mineral parageneses

1. Существенно газовые флюидные включения (ФВ), P 900-1500 бар. Mainly gaseous fluid inclusions (FI), P 900-1500 bar. 2. Двухфазные ФВ, 3003-90 °C, 16-22,6 масс. % NaCl экв. Two-phase FI, 300-390 °C, 16-22,6 wt. % NaCl eqv. 3. Многофазные ФВ 290-380 °C, 38-44 масс. % NaCl экв. Multiphase FI, 290-380 °C, 38-44 wt. % NaCl eqv. Au-As-Cu 1, 2. Кварц/Quartz, CO2±N2 3. Кварц/Quartz, N2±CO2 Арсенопирит, халькопирит, пирит, реже пирротин, самородное золото Arsenopyrite, chalcopyrite, pyrite, less often pyrrhotite, native gold

1. Существенно газовые, P 650-750 бар. Mainly gaseous fluid inclusions, P 650-750 bar. 2. Двухфазные ФВ 225-290 °C, 11,7-21,5 масс. % NaCl экв. Two-phase FI, 225-290 °C, 11,7-21,5 wt. % NaCl eqv. 3. Многофазные ФВ 250-270 °C, 35-37 масс. % NaCl экв. Multiphase FI, 250-270 °C, 35-38 wt. % NaCl eqv. Au-Pb-Zn 1, 2. Кварц Quartz, CO2, H2O 3. Кварц/Quartz, H2O Галенит, реже сфалерит, тетраэдрит, теннантит, самородное золото Galena, less often sphalerite, tetrahedrite, tennantite, native gold

1. Двухфазные ФВ 170-220 °C, 6,4-11,7 масс. % NaCl экв. Two-phase FI, 170-220 °C, 6,4 -11,7 wt. % NaCl eqv. Au-Pb-Bi-Sb 1. Кварц, H2O Найден кальцит 1. Quartz, H2O. Calcite was found Гигаэнит/Geissenite (Pb - 55 %, Bi - 21 %, Sb - 8 %, S -15 %), козалит/cozalite (Pb5Bi2S5), ашамальмит/ashamalmite (Pb - 52 %, Bi - 22 %, Sb - 10 %, Cu - 1 %, S - 15 %), наффилдит/naf-fildite (Pb - 39 %, Bi - 34 %, Sb - 8 %, Cu - 3 %, S - 16 %), висмутин/bismuthinite, тетрадимит/ tetradimite Bi2Te2S, самородное золото/native gold

зации свободной энергии Гиббса системы, было проведено термодинамическое моделирование устойчивости рудных ассоциаций при экспериментально определенных параметрах, выяснены возможные концентрации металлов и серы в рудоге-нерирующем флюиде, а также формы переноса элементов (комплексы) при эволюции системы со снижением температуры и солености флюидов. Использовалась термодинамическая база данных UNITHERM, дополненная для ряда минералов. В частности, это теннантит и тетраэдрит по данным [17]. Их формулы выглядят следующим образом: Fe-тетраэдрит Си1(^е28Ь4813, Zn-тетраэдрит Си1(^п28Ь4813; Fe-теннантит Си^еДвДз и Zn-тен-нантит Си1(^п2Ав4813. Рассчитывались равновесия в многокомпонентной гетерогенной системе Н-0-Аи-А§^а-С1^е-Си^п-РЬ-8-Ав-8Ь-Те-В1. По формам переноса золота и серебра опубликована монография, в которой дан исчерпывающий обзор современных данных [18]. Для системы Аи-РЬ-ВЬТе-8 данные взяты из монографии И.Я. Некрасова [19], причем только для одной из температур, для которой велся расчет (200 °С). По этой причине результаты расчетов мы считаем только прикидочными (отсутствует полный набор необходимых параметров для точного расчета функциональной зависимости свободной энергии образования от Р-Т в каждой точке). Это касается свободных энергий образования козалита РЬ5В1285 и гиссенита РЬ8В16817; висмутин В1283 в базе данных UNITHERM присутствовал, как и формы нахождения висмута в растворе. Коэффициенты активности рассчитывались по уравнению Дебая-Хюккеля в третьем приближении, а для высокоминерализованных растворов по уравнению (1) из [20]:

2 I—

lg j. =--Z-L^= - lg(1 + 0,018m*) +

1 + Ба]ыI

+[®AaCl + W- 0,19(| -L | -1)]I,

(1)

где % - моляльный коэффициент активности, т* -сумма моляльных концентраций ^тг - параметр Борна, Ь№С1 - параметр сольватации, для №С1 равный 0,064. Первый терм уравнения (1) включает параметры Дебая-Хюккеля А, В, а, заряд частицы 2, ионную силу I.

Результаты

Содержание золота в модельном флюиде 20 масс. % №С1, равновесном с молибденитом Мо82, шеелитом СаМо04 и кварцем при 500 °С и 1000 атм., составляет 4 -10-5 моль/кг Н2О в виде комплексов АиОН0 и АиС132- (рН~б). На основании этих цифр мы судили о том, сколько может выщелочить магматогенный флюид, генерированный на стадии позднеюрского этапа коллизионного орогенеза [10].

Этап Аи-Ав-Си. Расчеты равновесий показали, что при температуре 400 °С, давлении 1000 атм и солевом составе 20 масс. % №С1 флюиды были слабокислыми (рН 5,2-5,5), восстановленными (ЕЬ -0,67±0,01В), что соответствует концентрации водорода в растворе 1о§Н2р.р -2,6±0,1 моль/кг Н2О. Небольшие вариации ЕЬ-рН (табл. 2) обусловлены появлением, дополнительно к арсенопириту и халькопириту, пирита и пирротина, согласно минералогическим данным (табл. 1). Для понимания ситуации в целом можно сказать, что окислительно-восстановительные условия (1о§Н2р.р) близко соответствуют буферу пирит-пирротин-магнетит (2):

2FeS+2/3O2=FeS2+1/3 Fe3O4. (2)

Согласно [21], граница между средне- и высоко сульфидными ассоциациями определяется в частности реакцией (3). В рассматриваемых Лугокан-ских рудах на ранних стадиях также присутствуют халькопирит, борнит и пирит (табл. 1):

5CuFeS2+S2=CusFeS4+4FeS2, (3)

поэтому они могут быть отнесены к системам подобного типа. Появление пирротина позволяет нам судить о режиме серы в рассматриваемых условиях, согласно реакции (4):

FeS+H2S+0,5O2=FeS2+H2O. (4)

Таблица 2. Параметры модельных флюидов, равновесные ассоциации, общие концентрации элементов и главные формы переноса при 400 °С и 1000 атм Table 2. Parameters of model fluids, equilibrium associations, total element concentrations and their principal species in solution at 400 °C and 1000 atm

NaCl конц., Газовая фаза wt. % NaCl eqv., Gas phase Е11расч, рНрасч. Ehcalc., pHcalc. Ассоциация Association Концентрации, моль/кг Н2О Concentration mol/kg H2O Главные формы переноса Main species in solution

20 масс. % (wt. %) NaCl eqv. N2, CO2 -0,66 В 5,2 Аимет (native) FeAsS Cu5FeS4 CuFeS2 Au 1,46E-07 (0,03 ppm) As 0,021 Fe 0,024 Cu 1,8E-3 S 0,03 AuHS, Au(HS)2-H3ASO3 и др. формы As(III) FeOHCb-, т. е./i. e. Fe(II) CUCI3-2, CuHS0 H2S

То же The same -0,65 В 5,3 Аимет (native) FeAsS CuFeS2; FeS2 Au 6,85E-07; As 0,015 Fe 0,039; Cu 1,5E-4 S 0,06 То же The same

То же The same -0,69 В 5,5 Аимет. (native) FeAsS; CuFeS2 FeS2; FeS1-x Fe3O4 Au 6,2E-07 (0,1 ppm); As 0,009 Fe 0,048; Cu 8,7E-5 S 0,05 То же The same

Расчетная концентрация И28 в присутствии пирротина в рудообразующих флюидах Лугоканского месторождения составляет 0,05-0,03 моль/кг Н2О. Такие высокие концентрации сероводорода обеспечивают перенос золота в виде комплексов АиЖ0 и Аи(И8)2- и осаждение его в случае, когда концентрации превышают значение 6,8-10-7 моль/кг Н2О (табл. 2). Надо сказать, что это вполне обычные концентрации золота в высокотемпературных хло-ридных флюидах с высокой мольной долей СО2, что подтверждено расчетами и экспериментами других авторов [6]. На рис. 1 отображены вариации концентраций золота в растворе при смене состава высокотемпературных сульфидных ассоциаций. В равновесии с арсенопирит-содержащими парагенезисами (продуктивная стадия) флюид, в котором наблюдается равновесие С02(газ) СО2(р.р),

имеет более низкий рН в силу протекающей реакции (5):

СО2(р.р)+Н2О=НСО3+Н+. (5)

Как оказалось, именно в этих растворах концентрации золота меньше 10-6 моль/кг Н2О, главной формой его миграции являются комплексы AuHS0 и Au(HS)2. Верхняя линия на рис. 1 - это концентрация в растворах серы общей, она практически не изменяется. При этом можно видеть, как при гипотетическом повышении рН растет концентрация диссоциированной формы H2S (H2S=HS+H+) и вслед за ней увеличивается активность золота в растворе. В модельных расчетах предполагалось, что возможными причинами роста рН могут быть декомпрессия и улетучивание С02(газ) (Po-Py-Mt) или даже равновесие флюида с CaC03 (самые правые точки на графике). В этом случае содержания золота достигали бы 1,7-10-5 моль/кг Н2О (3,2 ppm).

Обращают на себя внимание высокие концентрации мышьяка и железа, причем в степенях окисления (III) и (II) соответственно. Основным комплексом железа во флюидах с С0

2(газ)

является

Fe0HCl2-, активность которого может резко падать при повышении рН, несмотря на некоторый рост гидроксо- и гидросульфидных комплексов Fe(II). Модельные расчеты показали, что сброс давления при 400 °С до 600 атм. приводит к улетучиванию газообразного азота, остается либо только С02(газ), либо в случае присутствия пирротина, маркирующего самые восстановительные условия, в газовой фазе появляется СН4(газ). При сбросе давления до 500 атм. этот процесс продолжается в указанной тенденции, за счет снижения рН становятся неустойчивыми арсенопирит и пирит (растут концентрации Ав, Fe и Аи). Поэтому полагаем, что первой стадии действительно соответствуют параметры, определенные по ГЖВ, т. е. 400 °С и давление около 1000 атм. Растворы, содержащие высокие концентрации Ав, Fe, Си при снижении температуры должны приводить к образованию сульфосолей.

Этап Аи-РЬ^п типичный для гидротермальных месторождений, однако очень сложный этап существования многокомпонентных флюидов, предполагающих образование теннантита и тетраэдрита. Обобщенная формула этих минералов может быть записана следующим образом (Cu,Ag)10(Fe,Zn)2(Sb,As)4S13, что сразу указывает на значительные трудности в получении термодинамических данных этих фаз (твердых растворов) и, следовательно, интерпретацию условий их образования. В рассматриваемой системе при снижении температуры возможно протекание следующей характерной реакции образования тен-нантита (6) вместо высокотемпературной ассоциации халькопирит-арсенопирит-пирит:

10CuFeS2+4FeAsS+FeS2=Cu10Fe2As4S13+13FeS. (6) По данным [17] это инвариантная изобарическая точка. В случае присутствия СО2, возможно протекание реакции (7) с образованием теннантита и сидерита, константа которой зависит от лету-честей трех газов:

Рис. 1. Вариации концентраций золота (правая шкала) и других элементов в гетерогенном флюиде, содержащем в газовой фазе СО2{т) и N2{m) при 400 °С и давлении 1000 атм. Обозначения: Asp - арсенопирит, Bor - борнит, Cp - халькопирит, Py -пирит, Po - пирротин, Mt - магнетит, Cal - кальцит. Две правые ассоциации модельные, т. е. в гомогенном флюиде нет

СО-/(газ)

Fig. 1. Variation of gold concentrations (right scale) and other elements in a heterogeneous fluid containing CO2(gas) and N2{gas) at 400 °C and pressure of 1000 atm. Abbreviation: Asp - arsenopyrite, Bor - bornite, Cp - chalcopyrite, Py - pyrite, Po - pyrrho-tite, Mt - magnetite, Cal - calcite. Two right associations are model, i. e. there is no CO2{gas) in a homogeneous fluid

10CuFeS2+4FeAsS+4CO2+8O2= =Cu10Fe2As4S13+4FeCO3+11/2S2. (7)

Поэтому мы рассмотрели равновесия без сидерита и с сидеритом, с учетом того, что рудная минерализация приурочена к зонам дробления и брек-чирования в известняках. Протеканию реакции (7) должно способствовать понижение парциального давления серы, т. е. fS2, атм., по сравнению с халь-копирит-арсенопиритовым парагенезисом.

Расчеты равновесий показали, что при температуре 300 С, давлении 600 атм и солевом составе 15 масс. % NaCl экв. флюиды оставались слабокислыми (рН 4,9-5,1), восстановленными (Eh -0,5 В), что соответствует концентрации водорода в растворе 1о§Н2(р.р) -3,9 моль/кг Н2О. Очевидно, что концентрация водорода во флюиде, определяющем равновесие ассоциации галенита, сульфосолей и других минералов из табл. 3, оказалась на 1,5 порядка ниже, а концентрация серы ниже более чем на порядок по сравнению с высокотемпературной ассоциацией. При этом концентрация золота остается на прежнем уровне 1.4 -10-7 моль/кг Н2О, поскольку даже этого количества сульфидной серы достаточно, чтобы обеспечить его перенос в виде гидросульфидных комплексов и отложение в виде самородного металла. Отметим, что вариант расчетов, включающий присутствие сидерита при одних и тех же Р-Т параметрах (300 °С, 600 атм), практически ничего кардинально не меняет, но понижение моляльности H2S (log H2S -2,14 и -2,71 соответственно) приводит к незначительному понижению концентраций золота с 1,4 -10-7 до 3 -10-8 моль/ кг Н2О. Как сказано выше, эта вторая

стадия не относится к основными продуктивным, что и подтверждают ровные концентрации золота в растворе.

Таблица 3. Параметры модельных флюидов, равновесные ассоциации, общие концентрации элементов и главные формы их переноса при 300°С и 600 атм

Table 3. Parameters of model fluids, equilibrium associations, total element concentrations and their principal species in solution at 300 °Cand 600 atm

Т °С; Р, атм, NaCl экв. %, Газовая фаза wt. % NaCl eqv., Gas phase Ehpac4., рНрасч. (calculated) Ассоциация Association Концентрации, моль/кг Н2О Concentration mol/kg H2O Главные формы переноса Main species in solution

15 масс. % CO215 wt. % NaCl eqv., Gas phase CO2 -0,48 В 4,88 AuMeT, FeS2 PbS, ZnS, Cu10Zn2Sb4S13 CumZn2As4Si3 CuroFe2As4Si3 Au 1,39E-07; Ag 9,9E-5 As 8,4E-14; Sb 8,3E-8 Fe 0,0036; Cu 2,1E-7; Pb 6,39E-5; Zn 4,5E-3 S 0,007 AgCl2-, AgCl32-, AlCl43-AuHS, Au(HS)2-FeOHCl2-, т. е./i. e. Fe(II) CuCh-2, CuHS PbCh-, PbCl42-; H2S; HSb2S42-

То же The same -0,50 В 5,10 AuMeT, FeCO3 PbS, ZnS, CuroFe2Sb4Si3 Cu10Zn2Sb4S13 Cu^As^ Au 3,0E-08; Ag 1,1E-4 As 7,2E-13; Sb 6 E-8 Fe 0,009; Cu 1,5E-7; Pb 6,39E-5; Zn 4,5E-3 S 0,002 AgCb-, AgCh2-, AlCl43-AuHS, Au(HS)2-FeOHCl2-, т. е. Fe(II) CuCl2-, CuCl3-2, CuHS PbCl3, PbCl42-; ZnCl+, ZnCl20 H2S; HSb2S42-

Относительно других металлов нужно сказать, что во флюидах, равновесных с теннантитом и тетраэдритом, присутствуют низкие концентрации As, Sb и даже Cu (2-10-7 моль/кг Н2О) и умеренные Pb (6,4-10-5 моль/кг Н2О). При солености 15 масс. % NaCl экв. Ag, Cu, Pb находятся в виде хлороком-плексов, золото - в виде гидросульфидных комплексов, а сурьма как HSb2S42-. При этом рудоген-ные флюиды отличаются высокими концентрациями Zn и Fe (>10-3 моль/кг Н2О). Для Fe(II) определяющим является гидроксохлоридный комплекс FeOHCl-.

Решающую роль на этом этапе для объяснения поведения золота могло бы играть окисление серы до SO42- и разрушение гидросульфидных комплексов Au. Реакция (8) может быть записана следующим образом, причем очевидно, что этот процесс будет сопровождаться подкислением растворов:

2Au(HS)2+H2O+7,5O2=2Au+4SO42-+6H+. (8)

Нами рассчитаны окислительно-восстановительные условия, соответствующие устойчивости буфера пирит-гематит (9):

2FeS2+4H2O=Fe2O3+4H2S+0,5O2(raз). (9)

Действительно, рН раствора стал равен 3,8, в растворе преобладает SO42-, но содержание золота во флюиде осталось таким же, просто теперь преобладает комплекс AuClJ- вместо Au(HS)2-.

Этап Au-Pb-Bi-Sb, соответствующий условиям равновесия висмутовых минералов (висмутин, гиссенит, козалит и др.) и Au,,,, при 200 °С, давлении насыщенного пара воды и солевом составе 5 масс. % NaCl, предполагает содержание золота в растворе от 5,7-10-10 до 1,7-10-9 моль/кг Н2О. Эти два значения соответствуют ассоциациям без/в присутствии кальцита, согласно данным табл. 1. При этом рН изменяется от 5,4 до 7,4, концентрация водорода в растворе соответствует значениям logH2(p.p) -6,0 и -5,3 моль/кг Н2О. Репером окислительно-восстановительных свойств флюида может стать равновесие H2S/SO42-, т. е. они уже слабо восстановленные. В слабокислых растворах золото находится в основном в виде AuOH0, а при рН 7,4 в виде Au(HS)-. Флюиды этого этапа характеризуются низкими концентрациями всех металлов - Pb, Ag, Bi, причем первые два могут быть найдены в ассоциациях и в виде самородных согласно термодинамическим расчетам. Резкое падение концентраций золота во флюиде позволяет подтвердить, что эта стадия не без основания относится к одной из продуктивных. На рис. 2 показаны интересные взаимоотношения минералов этой стадии с видимым золотом. Нельзя забывать, что руды Лугокан-ского рудного узла образованы вследствие многостадийного поступления рудообразующих растворов с выделением разновременных минеральных парагенезисов. Различия в интенсивности проявления разных минеральных ассоциаций на месторождениях пока проинтерпретированы недостаточно.

На рис. 3 продемонстрированы изменения содержаний золота во флюидах на разных стадиях

его осаждения и рассчитано количество, которое способно отложиться из каждой тонны. При условии, что при 500 °С флюид был в равновесии с малосульфидной ассоциацией молибденит-шеелит (±магнетит), при снижении температуры возможно осаждение 8 г золота из каждой тонны флюида, значительно меньше осаждается в условиях, соответствующих устойчивости галенита и сульфосо-лей (0,1 г/т). При понижении температуры до 200 °С флюиды сбрасывают золото вместе с висмутсодержащими минералам. Однако рудогенерирую-щий потенциал этой стадии не так высок, поскольку при отсутствии дополнительных источников золота (смешение флюидов, выщелачивание из вмещающих пород и ранних Аи-содержащих минералов) основное золото ушло на этапе, который выше обозначен как Аи-Ав-Си. Глядя на изменение формы кривых, отображающих вариации концентраций Аи, Н2 и 8 в растворе по мере снижения температуры (сплошные линии), нужно сказать, что они когерентны, при том что рН раствора влияет на Аи(р.р) не так выраженно. Тем не менее роль карбонатов должна быть рассмотрена в дальнейшем более детально (сидерита на ранних стадиях и кальцита на поздних), поскольку их присутствие изменяет ситуацию в системе вода/порода, как было показано выше.

Рис. 2. Характерное взаимоотношение висмут-содержащих минералов в рудах низкотемпературного этапа (снято в отраженных электронах). Обозначения: Au - самородное золото; Bis - висмутин; Cos - козалит, Tmt - тетрадимит

Fig. 2. Characteristic relationship between bismuth-containing minerals in the low temperature stage ores (captured in reflected electrons). Abbreviation: Au - native gold; Bis - Bismuthinite; Cos - cozalite; Tmt - tetradimite

Выводы

Результаты исследований состава газово-жид-ких включений в кварце руд Лугоканского месторождения золота и термодинамическое моделиро-

-0,65 -0,646 -0,48 -0,35 Eh,V

5,2 5,258 4,88 5,4 рН

500°С, 1000атм 400°С, 1000атм 300°С,600атм 200,нас.пар Н20 Mo, Sheel, Asp,Cp,Py Gal, Tenn, Tetr, Py Bis,Geiss,Koz,Qu

> Ig S tot, mol/kg • Ig H2, mol/kg Ig Au, mol/kg

Рис. 3. Вариации концентраций золота (правая шкала), серы и Н-Лр.р) при снижении температуры и смене парагенезисов сульфидных минералов. Обозначения: Мо - молибденит, Sheel - шеелит, Gal - галенит, Tenn - теннантит, Tetr - тетраэдрит, Bis - висмутин, Geiss - гиссенит, Coz - козалит. Остальные минералы расшифрованы в подписи к рис. 1

Fig. 3. Variation of gold concentrations (right scale), sulfur and H2(aq) via decreasing in temperature and changing of sulphide minerals paragenesis. Abbreviations: Мо -molibdenite, Sheel - sheelite, Gal - galena, Tenn - tennantite, Tetr - tetrahedrite, Bis - bis-muthinite; Geiss - geissenite, Coz - cozalite. The remaining minerals are deciphered in Fig. 1

вание процесса рудообразования позволяют сделать следующие выводы:

1. Равновесный с ассоциацией молибденит, шеелит и кварц модельный флюид с соленостью 20 масс. % №01, насыщенный Н2 и С02 при 500 °С, может содержать 4-10-5 моль/кг Н2О золота (до 8 г/т флюида). Такие условия определяют потенциальную золотоносность «предруд-ного» флюида, золото присутствует в виде комплексов АиОН0 и АиС1|- (рН ~6).

2. Флюиды главного продуктивного этапа Аи-Ай-Си являются слабокислыми за счет равновесия СО2(газ)^СО2(р.р), восстановленными и высокосульфидными. Характерно присутствие 8, Fe, Ав и Си в низших степенях окисления, что является непременным условием их высокой миграционной способности. Содержание золота в растворе в виде гидросульфидных комплексов находится на уровне лишь 10-6 моль/кг Н2О. Предполагается дополнительный источник сероводорода в растворе.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Охлаждение флюидов первого этапа приводит к отложению теннантита и тетраэдрита вместе с галенитом, при этом они остаются слабокислыми, но менее сульфидными (концентрация серы пада-

ет на порядок). Во флюидах Аи-РЬ^п этапа содержание золота уменьшается лишь на 0,7 лог. ед. (в молях), что позволяет оценить его продуктивность как 0,1 г Аи из каждой тонны раствора. Во флюидах второго этапа контрастно низкие содержания Ай, Си, а вот РЬ, Zn и 8 довольно высокие: 6,4-10-5, 4,5-10-3 и 2-10-3 моль/кг соответственно, что определяет их геохимическую специфику. 4. Концентрации золота на этапе Аи-РЬ-В1-8Ь очень низкие, т. е. около 10-9 моль/кг Н2О, основное золото израсходовано ранее. Как сказано выше, необходимо рассмотреть альтернативу дополнительного источника золота, а не только путь охлаждения исходного флюида, чтобы отнести эту стадию к основной продуктивной (реакционное взаимодействие поздних металлоносных, близнейтральных гидротермальных растворов с ранее отложенными рудами или вмещающими породами). Более того, требуется согласование термодинамических данных для системы с В1-РЬ-Те-8Ь и выполнение следующего этапа моделирования. Работа выполнена в рамках госзадания ИГМ СО РАН, проект № 0330-2016-0001 (прогнозно-металлогенические исследования) и при поддержке гранта РФФИ № 16-35-00253.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Наумов В.Б., Дорофеева В.А., Миронова О.Ф. Физико-химические параметры формирования гидротермальных месторождений по данным исследований флюидных включений. II. Месторождения золота, серебра, свинца и цинка // Геохимия. -2014. - № 6. - С. 483-506.

2. Прокофьев В.Ю., Наумов В.Б., Миронова О.Ф. Физико-химические параметры и геохимические особенности флюидов до-кембрийских золоторудных месторождений // Геохимия. -2017. - № 12. - С. 1069-1087.

3. Physicochemical models of formation of gold silver mineralization at the Rogovik deposit (Northeastern Russia) / T.V. Zhura-

vkova, G.A. Palyanova, K.V. Chudnenko, R.G. Kravtsova, I.R. Prokopyev, A.S. Makshakov, A.S. Borisenko // Ore Geology Review. - 2017. - V. 91. - P. 1-20.

4. Компьютерное термодинамическое моделирование переноса и отложения сурьмы и золота при формировании Au-Sb месторождений / А.А. Оболенский, Л.В. Гущина, А.С. Борисенко, А.А. Боровиков, П. А. Неволько // Геология и геофизика. -2009. - Т. 50. - № 11. - С. 1227-1245.

5. Шварцев С.Л., Дутова Е.М. Гидрогеохимия и мобилизация золота в зоне гипергенеза (Кузнецкий Алатау, Россия) // Геология рудных месторождений. - 2001. - Т. 43. - № 3. -С. 252-261.

6. Плюснина Л.П., Лихойдов Г.Г., Кузьмина Т.В. Золото и флюидный режим лиственитизации // Литосфера. - 2009. - № 5. -С.85-90.

7. Мурзин В.В., Шанина С.Н. Физико-химические условия формирования золотосодержащих магнетит-хлорит-карбонатных пород в Карабашском массиве гипербазитов (Южный Урал) // Литосфера. - 2017. - Т. 17. - № 6. - С. 110-117.

8. Редин Ю.О. Золоторудная минерализация Лугоканского рудного узла (Восточное Забайкалье): Минеральные ассоциации, возраст, эндогенная зональность: дис. канд. ... наук. - Новосибирск, 2015. - 124 с.

9. Спиридонов А.М., Зорина Л.Д., Китаев Н.А. Золотоносные рудно-магматические системы Забайкалья. - Новосибирск: Академическое издательство «ГЕО», 2006. - 291 с.

10. Минеральные ассоциации и зональность определения Луго-канского рудного узла (Восточное Забайкалье) / Ю.О. Редин, Ю.А. Калинин, П.А. Неволько, М.В. Кириллов, В.В. Колпаков // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. - 2014. -Т. 18. - № 2. - С. 83-93.

11. Редин Ю.О., Редина А.А. Первые данные об условиях формирования золотого оруденения Лугоканского месторождения (Восточное Забайкалье) // Материалы XVII всероссийской конференции по термобарогеохими. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2016. - С. 126-128.

12. Reed M.H. Calculation of multicomponent chemical equilibria and reaction processes in systems involving minerals, gases and an aqueous phase // Geochim. Cosmochim. Acta. - 1982. -V. 46. - P. 513-528.

13. Reed M.H. Calculation of simultaneous chemical equilibria in aqueous-mineral-gas systems and its application to modeling hydrothermal processes. Techniques in hydrothermal ore deposits geology // Econ. Geol. - 1998. - V. 10. - P. 109-124.

14. Redin Yu.O., Dultsev V.F., Nevolko P.A. Gold-bismuth mineralization of the Lugokan ore field (Eastern Transbaikalia): Age, mineral composition and relationship with magmatism // Ore Geology Reviews. - 2015. - V.70. - P. 228-240.

15. Шваров Ю.В. HCh: Новые возможности термодинамического моделирования геохимических систем, предоставляемые Windows // Геохимия. - 2008. - № 8. - C. 898-903.

16. Shvarov Y.V. A suite of programs, OptimA, OptimB, OptimC, and OptimS compatible with the Unitherm database, for deriving the thermodynamic properties of aqueous species from solubility, potentiometry and spectroscopy measurements // Appl. Ge-ochem. - 2015. - V. 55. - № 4. - P. 17-27.

17. Seal R.R., Essene E.J., Kelly W.C. Tetrahedrite and tennantite; evaluation of thermodynamic data and phase equilibria // Canadian Mineralogist. - 1990. - V. 28. - P. 725-738.

18. Gold speciation and transport in geological fluids: insights from experiments and physical-chemical modelling / G.S. Pokrovski, N.N. Akinfiev, A.Y. Borisova, A.V. Zotov, K. Kouzmanov. -London: Geological Society, 2014. - Special Publications. -V. 402. - P. 9-70. DOI: 10.1144/SP402.4

19. Некрасов И.Я. Геохимия, минералогия и генезис золоторудных месторождений / отв. ред. Н.П. Лаверов. - М.: Наука, 1991. - 302 с.

20. Helgeson H.C., Kirkham D.H., Flowers G.C. Theoretical prediction of the thermodynamic behavior of aqueous electrolytes at high pressures and temperatures: IV. Calculation of activity coefficients, osmotic coefficients, abind apparent molal and standard and relative partial molal properties to 600 °C and 5 kb // American Journal of Science. - 1981. - V. 281 (10). - P. 1249-1516.

21. Einaudi M.T., Hedenquist J.W., Inan E.E. Sulfidatton state of fluids in active and extinct hydrothermal systems transitions from porphyry to epithermal environments. - Court Boulder, Colorado: Society of Economic Geologists, 2003. - Special Publication 10. - P. 285-313.

Поступила 30.05.2018 г.

Информация об авторах

Гаськова О.Л., доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории рудно-маг-матических систем и металлогении Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук; профессор кафедры геологии рудных месторождений Национального исследовательского Новосибирского государственного университета.

Редин Ю.О., кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории рудно-маг-матических систем и металлогении Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук.

Неволько П.А., кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией рудно-магматических систем и металлогении Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук; доцент кафедры геологии рудных месторождений Национального исследовательского Новосибирского государственного университета.

Колпакова М.Н., кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник лаборатории рудно-магмати-ческих систем и металлогении Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук; доцент отделения геологии Национального исследовательского Томского политехнического университета.

Наймушина О.С., кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник лаборатории рудно-магма-тических систем и металлогении Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук.

UDK 550.426:553.2

PHYSICO-CHEMICAL MODELING OF HIGH-TEMPERATURE STAGES OF GOLD DEPOSITION AT THE LUGOKANSKOE DEPOSIT (EASTERN TRANSBAIKALIA)

Olga L. Gaskova1,2,

gaskova@igm.nsc.ru

Yury O. Redin1,

redin@igm.nsc.ru

Peter A. Nevolko1'2,

nevolko@igm.nsc.ru

Marina N. Kolpakova1,3,

Marina.kolpakova@gmail.com

Olga S. Naymushina1,

olgnaim@mail.ru

1 VS. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS,

3, academician Koptyug avenue, Novosibirsk, 630090, Russia.

2 Novosibirsk State University,

2, Pirogov street, Novosibirsk, 630090, Russia.

3 National Research Tomsk Polytechnic University, 30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russia.

The relevance of the study is caused by the need in up-to-date data on mineralogical and geochemical features of ores, chemical composition of native gold, sulfide minerals and physicochemical conditions of the Lugokanskoe gold deposit formation. It is possible to get this information due to the ongoing exploration work in Eastern Transbaikalia region.

The main aim of the research is to develop thermodynamic model that simulates the formation conditions of three types of ore-forming stages of the Lugokanskoe gold deposit. The P-T-X-parameters of these ore-forming stages were determined using fluid inclusion thermobarometry. Based on these data we carried out the calculations.

Methods. The calculations were carried out using the «HCh» software within a complex geochemical multicomponent system. Several scenarios of formation of gold-mineralization were considered and the possible concentrations of metals and sulfur in the ore-generating fluid, as well as the species of elements (complexes) during the evolution of the system with a decrease in the temperature and salinity of the fluids are elucidated. The thermodynamic database UNITHERM was used, supplemented for a number of reference data for minerals.

Results. The fluids under consideration are complex reduced multicomponent systems transporting a wide range of siderophile (Fe, Au, Mo), chalcophile (S, As, Cu, Pb, Zn) and lithophile elements (Na, Cl, Al, Si, etc.). High-temperature fluids at 500 °C, low-sulfide on the assumption of equilibrium with molybdenite, scheelite and quartz, are able to concentrate up to 4-10-5 mol/kg H2O of gold (8 g/ton of fluid). This determines deposition of a significant amount of gold at the Au-As-Cu stage at 400 °C with a decrease in temperature and H2S increase. This productive stage is characterized by weakly acidic, reduced and highly sulfide solutions. Model calculations indicate high concentrations of Fe, As, and Cu in them, that results in its turn in formation of mid-temperature galena, tennantite-tetrahedrite (300 °C) associations. At 200 °C, when the oxidative potential was increased, the fluids were discharged with gold together with bismuth-containing minerals. The next stage of the model improvement is required after the thermodynamic data adjustment for the Bi, Te, Pb, and Sb minerals.

Key words:

Lugokanskoe deposit, gold, thermobarogeochemical parameters, physicochemical modeling, HCh code.

The work was carried out within the framework of the state assignment of IGM SB RAS, project No. 0330-2016-0001 and under the financial support of RFBR (grant 16-35-00253).

REFERENCES

1. Naumov V.B., Dorofeeva V.A., Mironova O.F. Physicochemical formation parameters of hydrothermal mineral deposits: evidence from fluid inclusions. II. Gold, silver, lead, and zinc deposits. Geochem. Int., 2014, vol. 52 (6), pp. 433-455. In Rus.

2. Prokofiev V.Yu., Naumov V.B., Mironova O.F. Physicochemical parameters and geochemical features of fluids of Precamrbian gold deposits. Geochem. Int., 2017, vol. 55, no. 12, pp. 1047-1065. In Rus.

3. Zhuravkova T.V., Palyanova G. A., Chudnenko K.V. Kravtsova R.G., Prokopyev I.R. Makshakov A.S., Borisenko A.S. Physicochemical models of formation of gold silver mineralization at the Rogovik deposit (Northeastern Russia). Ore Geology Review, 2017, vol. 91, pp. 1-20.

4. Obolensky A.A., Gushchina L.V., Borisenko A.S., Borovi-kov A.A., Nevolko P.A. Computer thermodynamic modeling of the transport and deposition of Sb and Au during the formation of Au-Sb deposits. Russian Geology and Geophysics, 2009, vol. 50, no. 11, pp. 950-965. In Rus.

5. Shvartsev S.L., Dutova, E.M. Hydrochemistry and Mobilization of Gold in the Hypergenesis Zone (Kuznetsk Alatau, Russia). Geology of Ore Deposits, 2001. vol. 43 (3), pp. 224-233.

6. Plusnina L.P., Likhoidov G.G., Kuzmina T.V. Gold and Fluid Regime of Listvenitization. Lithosphere Russian, 2009, no. 5, pp. 85-90. In Rus.

7. Murzin V.V., Shanina S.N. Physic-chemical conditions of gold-bearing magnetitechloritecarbonate rock formation of the Kara-bash ultramafic massif (the Southern Urals). Lithosphere Russian, 2017, vol. 17, no 6, pp. 110-117. In Rus.

8. Redin Yu.O. Zolotorudnaya mineralizatsiya Lugokanskogo rud-nogo uzla (Vostochnoe Zabaykalye): Mineralnye assotsiatsii, vozrast, endogennaya zonalnost. Dis. Kand. nauk [Gold mineralization of the Lugokanski ore cluster (Eastern Transbaikalia): Mineral associations, age, endogenous zoning. Cand. Diss.]. Novosibirsk, 2015. 124 p.

9. Spiridonov A.M., Zorina L.D., Kitaev N.A. Zolotonosnye rudno-magmaticheskie sistemy Zabaykalya [Gold-bearing ore-magma-tic systems of Transbaikalia]. Novosibirsk, GEO Academic Publ. House, 2006. 291 p.

10. Redin Yu.O., Kalinin Yu.A., Nevolko P.A., Kirillov M.V., Kolpa-kov V.V Mineral assemblages and zonation of the Lugokanski ore cluster mineralization (Eastern Transbaikalia). Geology and mineral resources of Siberia, 2014, vol. 18, no 2, pp. 83-93. In Rus.

11. Redin Yu.O., Redina A.A. Pervye dannye ob usloviyakh formiro-vaniya zolotogo orudeneniya Lugokanskogo mestorozhdeniya (Vostochnoye Zabaykalye) [The first data on the conditions for formation of gold mineralization of the Lugokanskoe deposit (Eastern Transbaikalia)]. Materialy XVII vserossiyskoy konfe-rentsii po termobarogeokhimii [Proceedings of the XVII Russian Conference on Thermobarogeochemistry]. Ulan-Ude, BSC SB RAS Publ. house, 2016. pp. 126-128.

12. Reed M.H. Calculation of multicomponent chemical equilibria and reaction processes in systems involving minerals, gases and an aqueous phase. Geochim. Cosmochim. Acta, 1982, vol. 46, pp. 513-528.

13. Reed M.H. Calculation of simultaneous chemical equilibria in aqueous-mineral-gas systems and its application to modeling hy-

drothermal processes. Techniques in hydrothermal ore deposits geology. Econ. Geol., 1998, vol. 10, pp. 109-124.

14. Redin Yu.O., Dultsev V.F., Nevolko P.A. Gold-bismuth mineralization of the Lugokan ore field (Eastern Transbaikalia): Age, mineral composition and relationship with magmatism. Ore Geology Review, 2015, vol. 70, pp. 228-240.

15. Shvarov Yu.V. HCh: New Potentialities for the thermodynamic simulation of geochemical systems offered by Windows. Geochem. Int., 2008, vol. 46, no. 8, pp. 834-839.

16. Shvarov Yu.V. A suite of programs, OptimA, OptimB, OptimC, and OptimS compatible with the Unitherm database, for deriving the thermodynamic properties of aqueous species from solubility, potentiometry and spectroscopy measurements. Appl. Geochem., 2015, vol. 55, pp. 17-27.

17. Seal R.R., Essene E.J., Kelly W.C. Tetrahedrite and tennantite; evaluation of thermodynamic data and phase equilibria. Canadian Mineralogist, 1990, vol. 28, pp. 725-738.

18. Pokrovski G.S., Akinfiev N.N., Borisova A.Y., Zotov A.V., Kouz-manov K. Gold speciation and transport in geological fluids: insights from experiments and physical-chemical modelling. London, Geological Society, 2014. Special Publications, vol. 402, pp. 9-70. DOI: 10.1144/SP402.4.

19. Nekrasov I.Ya. Geochemistry, mineralogy and genesis of gold deposits. Ed. by M. Majithia. Rotterdam, Balkema, 1991. 333 p.

20. Helgeson H.C., Kirkham D.H., Flowers G.C. Theoretical prediction of the thermodynamic behavior of aqueous electrolytes at high pressures and temperatures: IV. Calculation of activity coefficients, osmotic coefficients, and apparent molal and standard and relative partial molal properties to 600 °C and 5 kb. American Journal of Science, 1981, vol. 281 (10), pp. 1249-1516.

21. Einaudi M.T., Hedenquist J.W., Inan E.E. Sulfidatwn state of fluids in active and extinct hydrothermal systems transitions from porphyry to epithermal environments. - Court Boulder, Colorado , Society of Economic Geologists, 2003. Special Publication, vol. 10, pp. 285-313.

Received: 3 May 2018.

Information about the authors

Olga L. Gaskova, Dr.Sc, leading staff scientist, V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Russian Academy of Science; professor, Novosibirsk State University.

Yuri O. Redin, Cand. Sc., researcher, V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Russian Academy of Science.

Petr A. Nevolko, Cand. Sc., head of the laboratory, V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Russian Academy of Science, associate professor, Novosibirsk State University.

Marina N. Kolpakova, Cand. Sc., researcher, V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Russian Academy of Science, associate professor, National Research Tomsk Polytechnic University.

Olga S. Naymushina, Cand. Sc., researcher, V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of the Russian Academy of Science.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.