Morphological features and chemical composition of cinnabar and metacinnabar from placers of the Middle Urals and their possible lode sources

Full Text

Введение

Киноварь является одним из распространенных минералов шлиховых ассоциаций россыпных месторождений и проявлений. В пределах Уральского региона этот минерал отмечен в шлихах из множества золотоносных россыпей, расположенных в различных структурно-тектонических зонах.

Киноварь обладает уникальным набором физико-химических характеристик, значительно отличающих ее от прочих типичных минералов шлиховой ассоциации. С одной стороны, химическая устойчивость киновари и повышенный относительно породообразующих минералов удельный вес обусловливают ее накопление в делювиальных, делювиально-аллювиальных и аллювиальных отложениях совместно с другими минералами тяжелой фракции. С другой стороны, при транспортировке киноварь довольно легко разрушается из-за ее низкой абразивной прочности (Кухаренко, 1961).

Вследствие этого киноварь, в отличие от большинства минералов, распространенных в россыпях и устойчивых в условиях дальней транспортировки, сохраняется лишь на незначительных расстояниях от коренных источников, а следовательно, характеризует области сноса, расположенные в непосредственной близости.

Другой важной особенностью киновари является ее частая генетическая и пространственная связь с золотым оруденением. Киноварь отмечена в составе руд многих месторождений коренного золота Урала (Сазонов и др., 2001), при этом ее собственные месторождения отсутствуют. Такое сочетание физико-химических свойств киновари и часто наблюдаемой парагенетической связи с самородным золотом обуславливают высокое прогнозно-поисковое значение этого минерала для коренных месторождений золота.

Единственным крупным золоторудным месторождением на Урале, на котором доказана пространственная и генетическая связь самородного золота с киноварной минерализацией, является Воронцовское месторождение, залегающее в восточной части Тагильской вулканогенной зоны во флексуре на контакте вулканогенно-осадочных пород и известняков.

Учитывая пространственную и возможную генетическую связь ртутной (киноварной) и золоторудной минерализации, была поставлена цель изучить киноварь из россыпей, формирующихся на структурно-вещественных комплексах, аналогичных по строению Ауэрбаховскому рудному узлу, в структурах которого располагается Воронцовское месторождение. Для сопоставления и выделения типоморфных признаков киновари были изучены шлиховые ассоциации минералов из россыпей, дренирующих области с развитием золотокварцевого и медно-порфирового типов рудной минерализации.

Полученные результаты расширяют представления об использовании киновари в поисковых целях и позволяют прогнозировать обнаружение новых месторождений золота на основании типоморфизма киновари и минералов ртути из россыпных ассоциаций.

Геологическое строение россыпей и районов их питания

Формирование ртутной и золото-ртутной минерализации контролируется литологическими, структурными и тектоническими факторами. На примере месторождений Альмаден (Palero-Fernández et al., 2015), Хайдарканское (Никифоров, 1969), Никитовское (Багатаев, Роговой, 2011), Гал-Хая (Парфенов, Кузьмин, 2001) отчетливо заметны черты геологического строения, определяющие локализацию ртутных и золото-ртутных руд: развитие антиклинальных складок, наличие контактов карбонатных пород с терригенными и вулканогенно-осадочными толщами, высокая степень тектонической нарушенности региона. В пределах Уральской складчатой зоны примером объекта, сочетающего эти факторы, является Воронцовское месторождение, на котором отмечается тесная связь самородного золота с киноварью и другими минералами ртути (Kasatkin et al., 2022). Установлено, что в формировании Воронцовского месторождения важную роль сыграли флюиды, отделившиеся от Ауэрбаховского габбродиорит-гранитового интрузива (Викентьев и др., 2016), следовательно, развитие магматизма среднего и кислого состава также является предпосылкой образования коренных объектов с ртутной минерализацией.

Для минералогического изучения и анализа были выбраны объекты в Тагильской и Восточно-Уральской тектонических зонах (рис. 1, а), в отложениях которых присутствует киноварь: россыпи рек Извёстка и Рефт, делювиальная россыпь вблизи Ёлкинского рудопроявления. Данные водотоки дренируют структурно-вещественные комплексы, сочетающие перечисленные выше черты геологического строения, благоприятные для расположения коренных ртутных и золото-ртутных месторождений. В качестве объекта для сравнения, характеризующего отличающуюся геологическую обстановку, была выбрана россыпь реки Та`лая.

 

Рис. 1. Тектоническая позиция и геологическое строение районов исследования.

а — схема тектонического районирования Урала по (Пучков, 2010), б–д — геологическое строение районов исследования. 1 — Предуральский краевой прогиб, 2 — Западно-Уральская зона, 3 — Центрально-Уральская зона, 4 — Тагило-Магнитогорская зона, 5 — Восточно-Уральская зона, 6 — Зауральская зона, 7 — массивы Платиноносного Пояса, 8 — массивы Главной Гранитной Оси, 9 — вендские габбро дунит-гарцбургит-габбровой формации, 10 — ордовикские габбро дунит-клинопироксенит-габбровой формации, 11 — ордовикские амфиболизированные долериты и габбро, 12 — силурийские габбродиориты, 13 — силурийские диориты и гранодиориты, 14 — силурийско-девонские сиениты, 15 — девонские диориты и граниты, 16 — ордовикские вулканогенно-осадочные толщи основного состава, 17 — силурийские терригенные породы, 18 — силурийские вулканогенно-осадочные толщи основного состава, 19 — силурийские известняки, 20 — девонские вулканогенно-осадочные толщи основного состава, 21 — девонские известняки, 22 — каменноугольные терригенные породы, 23 — юрские глины.

Fig. 1. Tectonic position and geological structure of the study areas.

а — tectonic zones of the Urals according to (Puchkov, 2010), б–д — geological structure of the study areas. 1 — Preuralian foredeep, 2 — West Uralian zone, 3 — Central Uralian zone, 4 — Tagilo-Magnitogorskian zone, 5 — East Uralian zone, 6 — Transuralian zone, 7 — Platinum-bearing Belt massifs, 8 — Main Granitic Axis massifs, 9 — Vendian gabbro of dunite-harzburgite-gabbro formation, 10 — Ordovician gabbro of dunite-clinopyroxenite-gabbro formation, 11 — Ordovician amphibolized dolerites and gabbro, 12 — Silurian gabbrodiorites, 13 — Silurian diorites and granodiorites, 14 — Silurian-Devonian syenites, 15 — Devonian diorites and granites, 16 — Ordovician mafic volcanic and sedimentary rocks, 17 — Silurian terrigenous rocks, 18 — Silurian mafic volcanic rocks, 19 — Silurian limestones, 20 — Devonian mafic volcanic and sedimentary rocks, 21 — Devonian limestones, 22 — Carboniferous terrigenous rocks, 23 — Jurassic clays.

 

Ёлкинское проявление киновари располагается в западной части Тагильской островодужной зоны на восточном контакте силурийского Исовского карбонатного массива с вулканогенными толщами именовской свиты (рис. 1, б). В тектоническом отношении рудопроявление расположено на восточном крыле Ёлкинской антиклинали. К югу от рудопроявления расположен Ёлкинский граносиенитовый массив. Строение данной территории весьма схоже с геологической позицией Воронцовского месторождения. Киноварь образует прожилково-вкрапленную минерализацию в брекчированных известняках, сопровождающуюся гематитизацией пород (Корнеев и др., 2023). В ходе работ были опробованы элювиально-делювиальные глинистые отложения с многочисленными валунами известняков (рис. 2, а), перекрывающие рудопроявление.

Россыпь реки Извёстка относится к Мостовской группе россыпей и находится в Тагильской мегазоне в западной части Мостовской депрессии. Территория сложена ранне-средне девонскими известняками, граничащими с силурийско-девонскими вулканогенно-осадочными породами туринской свиты. Вулканиты туринской свиты прорываются штоками сиенитов силурийско-девонского возраста. Палеозойские породы частично перекрыты юрскими глинами лангурской свиты (рис. 1, в). Контакт девонских известняков с вулканогенно-осадочной толщей, а также развитие интрузивов среднего состава определяют сходство геологического строения этой территории с Ауэрбаховским рудным узлом. Россыпь является комплексной золото-платиновой и характеризуется сложным многоуровневым строением. Киноварь сопутствует промышленной благороднометалльной шлиховой минерализации, приуроченной к неогеновым и современным аллювиальным отложениям русловой части (рис. 2, б). Источником платиноидов в россыпи являлось в существенной части хромит-платиновое оруденение Светлоборского массива (Паламарчук, 2023), коренные источники самородного золота и киновари не установлены.

 

Рис. 2. Геолого-литологические разрезы россыпей. а — Ёлкинское рудопроявление ртути, б — россыпь реки Извёстка, в — россыпь реки Рефт. г — россыпь реки Та`лая, 1 — торфа, 2 — илы, 3 — глины, 4 — суглинки, 5 — супеси и пески, 6 — известняки, 7 — вулканогенно-осадочные породы, 8 — галька, 9 — щебень, 10 — валуны, 11 — киноварь, 12 — отложения с промышленными содержаниями золота и платиноидов.

Рис. 2. Геолого-литологические разрезы россыпей.

а — Ёлкинское рудопроявление ртути, б — россыпь реки Извёстка, в — россыпь реки Рефт. г — россыпь реки Та`лая, 1 — торфа, 2 — илы, 3 — глины, 4 — суглинки, 5 — супеси и пески, 6 — известняки, 7 — вулканогенно-осадочные породы, 8 — галька, 9 — щебень, 10 — валуны, 11 — киноварь, 12 — отложения с промышленными содержаниями золота и платиноидов.

Fig. 2. Geological sections of placers.

а — Yolkinskoe mercury occurrence, б — Izvyostka River placer, в — Reft River placer, г — Talaya River placer, 1 — peat, 2 — silt, 3 — clay, 4 — loam, 5 — sandy loam and sand, 6 — limestone, 7 — volcanic rocks, 8 — pebbles, 9 — breakstone, 10 — boulders, 11 — cinnabar, 12 — commercial content of gold and platinum group metals.

 

Россыпь реки Рефт расположена в Алапаевско-Сухоложском тектоническом блоке в центральной части Восточно-Уральской мегазоны (Пучков, 2010). Долина реки протягивается с севера на юг вблизи западного контакта ранне-средне девонского Алтынайского гранитоидного массива, прорывающего вулканогенные и осадочные (в том числе карбонатные) породы девона и раннего карбона (рис. 1, г). В породах массива известны проявления меди и молибдена, относимые к порфировому типу (Грабежев, Смирнов, 2012). Совокупность этих проявлений объединена в Артёмо-Алтынайский рудный узел, имеющий многочисленные сходные черты со структурно-вещественными комплексами, вмещающими Воронцовское месторождение. В нескольких километрах выше по течению реки Рефт располагается субмеридиональная полоса мелких жильных и прожилково-вкрапленных золото-кварцевых месторождений. Коренные объекты с ртутной минерализацией в районе не известны. Россыпь относится к долинному типу, в приплотиковой части разреза современных аллювиальных отложений выявлено присутствие шлихового золота и киновари (рис. 2, в), однако промышленные содержания на данный момент не установлены.

Россыпь реки Та`лая входит в состав золотоносных россыпей Мурзинской группы. В тектоническом отношении она расположена в Тагильской вулканической зоне, ее геологическая позиция отлична от остальных исследуемых объектов (рис. 1, д). Россыпь находится в пределах протяженной полосы позднеордовикских амфиболитов мариинского метаморфического комплекса и раннесилурийских вулканитов кабанской свиты. Вулканиты вмещают множество комагматичных субвулканических образований риодацитов и долеритов. С востока территория ограничена Павдинским базитовым массивом, а с севера — Каменским диоритовым интрузивом. Киноварь обнаружена в золотоносных четвертичных и неогеновых аллювиальных отложениях в долине реки Та`лая, представленных супесями и песками с небольшим количеством гальки (рис. 2, г).

Методика исследований

Промытые до черного шлиха пробы высушивались, после чего из них были извлечены зерна киновари. Киноварь была изучена с помощью бинокулярного микроскопа, после чего зерна были монтированы в шайбы, а их поверхность отшлифована. Плоские срезы были изучены с применением поляризационного микроскопа и сканирующего электронного микроскопа Hitachi S-3400N, оснащенного спектрометром Oxford Instruments X-Max 20 (РЦ «Геомодель» СПбГУ, аналитик В. В. Шиловских). Состав минералов проанализирован с помощью микроанализатора Cameca SX100 (ЦКП «Геоаналитик» ИГГ УрО РАН, аналитик В. А. Булатов) при ускоряющем напряжении 15 кВ и токе зонда 10 и 40 нА с использованием кристалл-анализаторов TAP, LPET, PET, LLIF, LIF. В качестве стандартов использовались: пирит (для анализа содержания Fe и S), HgTe (Hg, Te), ZnS (Zn), CdS (Cd), PbS (Pb), InAs (As). Время накопления импульсов в максимуме пика — 10 с, время накопления фонового сигнала слева и справа от анализируемой линии — 5 с. Всего изучено более 150 зерен киновари.

Результаты исследований

Размер и морфологические особенности киновари. Изученные зерна киновари значительно различаются по размеру и форме. В шлихах из россыпей рек Рефт и Талая, а также Ёлкинского рудопроявления широко распространены мелкие зерна размером 100—150 мкм, максимальный размер индивидов достигает 200 мкм. Форма зерен сложная, угловатая с многочисленными сколами, редко наблюдаются элементы кристаллографической огранки, при этом индивиды окатаны очень слабо (рис. 3, а–в). Существенно отличается киноварь из отложений россыпи реки Извёстка. Размер зерен варьирует от 0.5 до 2.5 мм с преобладанием класса крупности 1—2 мм. Характерной чертой является высокая степень окатанности киновари, реже встречаются средне и слабо окатанные индивиды (рис. 3, г). Форма зерен преимущественно слабо удлиненная, овальная. На поверхности часто отмечаются пленки и примазки черного и темно-коричневого цветов, сложенные метациннабаритом.

Химический состав киновари всех изученных объектов весьма схож (табл. 1). Характерной чертой является выдержанность состава во всех проанализированных зернах, вариации содержания серы и ртути не превышают 0.7 мас. %. Важно отметить значительное отклонение состава от теоретического, повсеместно в киновари наблюдается недостаток ртути на уровне 0.05—0.08 к. ф. Примеси в составе киновари обнаружены не были.

 

Таблица 1. Химический состав киновари, мас. %

Table 1. Chemical composition of cinnabar, wt %

Объект	S	Hg	Формула
река Рефт	14.63 ‒ 15.07 14.80	84.93 ‒ 85.37 85.20	Hg0.92S1.00
река Извёстка	14.42 ‒ 15.15 14.75	84.85 ‒ 85.58 85.25	Hg0.92S1.00
Ёлкинское рудопроявление	14.55 ‒ 14.92 14.76	85.08 ‒ 85.45 85.24	Hg0.92S1.00
река Та`лая	14.32 ‒ 14.56 14.46	84.93 ‒ 85.68 85.54	Hg0.95S1.00

Примечание. Формулы рассчитаны на 1 атом серы. В знаменателе указаны границы изменения содержания элемента, в знаменателе — среднее содержание.

 

Рис. 3. Фотографии зерен киновари из отложений: а — элювиально-делювиальных Ёлкинского рудопроявления, б — аллювиальных реки Та`лая, в — аллювиальных реки Рефт, г — аллювиальных реки Извёстка.

Fig. 3. Photographs of cinnabar grains from various deposits: а — eluvium and diluvium of Yolkinskoe mercury occurrence, б –Talaya River alluvium, в — Reft River alluvium, г — Izvyostka River alluvium.

 

Ассоциации минералов, образующих микровключения в киновари, в исследованных объектах отличаются (табл. 2). Общим для всех изученных ассоциаций являются кварц, образующий округлые, реже ограненные включения (рис. 4, в). Широко распространены кальцит и гематит (рис. 4, в), среди сульфидов наиболее часто встречается пирит (рис. 4, а). Характерной особенностью киновари из россыпи реки Рефт являются включения хлорита, пирита и халькопирита. Отличительной чертой ассоциации включений киновари из отложений реки Та`лая является отсутствие сульфидов и относительно большое разнообразие силикатных минералов, представленных диопсидом, эпидотом, альбитом и титанитом (рис. 4, г). Киноварь из делювия Ёлкинского рудопроявления выделяется малым количеством включений ограниченного набора минералов.

Самой контрастной относительно других объектов является ассоциация включений в киновари золотоплатиновой россыпи реки Извёстка. Она отличается широким распространением редких минералов системы Zn–Hg–Cd–S, среди которых выделяются Zn-Cd-содержащий метациннабарит, Cd-содержащий метациннабарит и Hg-содержащий сфалерит. Данный парагенезис минералов был изучен наиболее детально.

Zn-Cd-содержащий метациннабарит образует многочисленные удлиненные включения размером от 5 до 100 мкм, обладающие сложным огранением с отчётливыми неровными границами со вмещающей киноварью (рис. 5, а). Реже встречаются овальные вытянутые зерна со сглаженными краями размером 10—20 мкм, вокруг которых образуется кайма шириной в первые мкм (рис. 5, в), сложенная киноварью с примесью Zn (до 2.21 мас. %) или Cd (до 1.5 мас. %). Zn-Cd-содержащий метациннабарит характеризуется значительными вариациями состава (табл. 3) и высокими содержаниями Cd (0.11—0.23, среднее 0.17 к. ф.) и Zn (0.17—0.32, среднее 0.25 к. ф.). В нескольких зернах обнаружена примесь Fe (0.22—0.44 мас. %, 0.01 к. ф.). На сумму Zn+Cd приходится от 0.32 до 0.50 к. ф., среднее значение 0.42 к. ф.

 

Таблица 2. Ассоциации минералов-включений в киновари

Table 2. Assemblages of mineral inclusions in cinnabar

Объект	Минералы включений
	Оксиды	Силикаты	Сульфиды	Другие
Река Талая	Кварц Гематит	Диопсид Эпидот Альбит Титанит	–	Кальцит
Ёлкинское рудопроявление	Кварц	–	Пирит	Кальцит
Река Извёстка	Кварц Гематит	Мусковит	Пирит Халькопирит Zn-Cd-содержащий метациннабарит Cd-содержащий метациннабарит Hg-содержащий сфалерит	Кальцит Апатит
Река Рефт	Кварц Гематит	Хлорит	Пирит Халькопирит	Кальцит

 

Рис. 4. Включения минералов в киновари. а, б — делювиальные отложения Ёлкинского рудопроявление, в — россыпь реки Рефт, г — россыпь реки Та`лая. Qz — кварц, Cal — кальцит, Ttn — титанит, Cin — киноварь, Py — пирит, Hem — гематит.

Fig. 4. Mineral inclusions in cinnabar. а, б — eluvium and diluvium of Yolkinskoe mercury occurrence, в — Reft River alluvium, г — Talaya River alluvium placer. Qz — quartz, Cal — calcite, Ttn — titanite, Cin — cinnabar, Py — pyrite, Hem — hematite.

 

Рис. 5. Включения минералов в киновари из россыпи реки Извёстка. Cin — киноварь, Mcin — метациннабарит, Sp — сфалерит, Py — пирит.

Fig. 5. Mineral inclusions in cinnabar from Izvyostka River placer. Cin — cinnabar, Mcin — metacinnabar, Sp — sphalerite, Py — pyrite.

 

Включения Cd-содержащего метациннабарита представлены угловатыми индивидами размером 40—100 мкм, рассеянными в матрице киновари. Вариации химического состава незначительны (табл. 3). Основной примесью является Cd (18.56—19.45 мас. %, 0.32—0.34 к. ф.), в меньших количествах установлен Zn (1.69—1.83 мас. %, 0.05—0.06 к. ф.).

Для включений ртутистого сфалерита установлены две морфологические разности. К первой разновидности отнесены округлые и слабо удлиненные зерна размером 2—10 мкм, редко имеющие частичное кристаллографическое огранение, образующие скопления в матрице киновари (рис. 5, а). Химический состав ртутистого сфалерита первого типа характеризуется высоким содержанием Hg (13.14—25.77 мас. %, 0.07—0.15 к. ф.) и небольшой примесью Cd (0.59—2.06 мас. %, 0.1—0.2 к. ф.). В одном зерне выявлено присутствие Fe в количестве 0.19 мас. % (табл. 3).

Вторая разновидность ртутистого сфалерита представлена мелкими 1—2 мкм удлиненными зернами, слагающими вместе с киноварью каймы средней шириной 5 мкм вокруг зерен Zn-Cd-содержащего метациннабарита. Эти индивиды растут перпендикулярно границе киновари и метациннабарита внутрь последнего (рис. 5, б). Ввиду малого размера включений ртутистого сфалерита второго типа получить достоверные составы данного минерала не удалось, однако можно отметить присутствие в составе Hg и примеси Cd.

 

Таблица 3. Химический состав минералов системы Zn–Hg–Cd–S, образующих включения в киновари из золотоплатиновой россыпи реки Извёстка, мас. %

Table 3. Chemical composition of mineral inclusions of the Zn–Hg–Cd–S system in cinnabar from the gold-platinum Izvyostka River placer, wt %

№ п/п	S	Fe	Zn	Cd	Hg	Сумма	Формула
1	16.44	–	1.79	18.71	62.95	99.89	(Hg0.61Cd0.32Zn0.05)0.98S1.00
2	16.27		1.83	18.61	63.27	99.97	(Hg0.62Cd0.33Zn0.06)1.01S1.00
3	16.15		1.71	19.45	62.68	100.00	(Hg0.62Cd0.34Zn0.05)1.01S1.00
4	15.95		1.69	18.77	63.49	99.92	(Hg0.64Cd0.34Zn0.05)1.03S1.00
5	16.08		1.70	18.56	63.63	99.97	(Hg0.59Cd0.20Zn0.20)0.99S1.00
6	17.21		7.14	12.09	63.56	100.00	(Hg0.58Cd0.23Zn0.19)1.00S1.00
7	17.18		6.56	13.69	62.56	99.99	(Hg0.65Zn0.25Cd0.19)1.09S1.00
8	16.00		8.03	10.54	65.41	99.98	(Hg0.63Zn0.28Cd0.15)1.06S1.00
9	16.50		9.56	8.94	64.91	99.90	(Hg0.59Zn0.32Cd0.16)1.07S1.00
10	16.93		11.18	9.37	62.57	100.05	(Hg0.56Zn0.27Cd0.15)0.98S1.00
11	17.85		9.93	9.66	62.51	99.93	(Hg0.58Zn0.31Cd0.14)1.03S1.00
12	17.26		10.82	8.76	63.10	99.94	(Hg0.61Zn0.31Cd0.14)1.06S1.00
13	16.75		10.50	8.49	64.14	99.88	(Hg0.61Zn0.31Cd0.14)1.06S1.00
14	16.31		8.23	10.97	64.46	99.97	(Hg0.63Zn0.25Cd0.19)1.07S1.00
15	17.28	0.44	8.94	6.54	66.85	100.04	(Hg0.62Zn0.25Cd0.11Fe0.01)0.99S1.00
16	16.64	0.22	9.69	7.90	65.51	99.97	(Hg0.62Zn0.25Cd0.11Fe0.01)1.07S1.00
17	15.47	0.29	6.57	5.85	71.76	99.94	(Hg0.63Zn0.29Cd0.14Fe0.01)1.07S1.00
18	18.72	–	9.53	11.03	60.72	100.00	(Hg0.74Zn0.21Cd0.11Fe0.01)0.99S1.00
19	18.08		9.05	9.85	63.02		(Hg0.52Zn0.25Cd0.17)0.94S1.00
20	18.50		8.40	10.31	62.79		(Hg0.56Zn0.25Cd0.16)0.97S1.00
21	17.42		11.11	11.39	60.08		(Hg0.54Zn0.22Cd0.16)0.92S1.00
22	18.26		8.25	12.17	61.33	100.01	(Hg0.55Zn0.31Cd0.19)1.05S1.00
23	17.49		8.23	9.94	64.33	99.99	(Hg0.54Zn0.22Cd0.19)0.95S1.00
24	17.85		8.70	10.09	61.65	98.29	(Hg0.59Zn0.23Cd0.16)0.98S1.00
25	18.51		11.00	8.45	62.03	99.99	(Hg0.55Zn0.24Cd0.16)0.95S1.00
26	17.82		6.10	12.17	63.92	100.01	(Hg0.54Zn0.29Cd0.13)0.96S1.00
27	18.01		7.09	12.67	62.24		(Hg0.57Cd0.19Zn0.17)0.93S1.00
28	18.27		8.23	12.89	60.61	100.00	(Hg0.55Cd0.20Zn0.19)0.94S1.00
29	18.65		9.89	10.56	60.90		(Hg0.53Cd0.22Zn0.20)0.95S1.00
30	28.43	0.19	52.29	1.40	17.67	99.98	(Hg0.52Cd0.26Zn0.16)0.94S1.00
31	28.19	–	52.32	1.33	17.92	99.76	(Zn0.90Hg0.10Cd0.01)1.01S1.00
32	29.33		50.76	1.90	18.02	100.01	(Zn0.91Hg0.10Cd0.01)1.02S1.00
33	28.54		48.35	2.06	18.98	97.93	(Zn0.85Hg0.10Cd0.02)0.97S1.00
34	28.26		49.05	0.59	21.61	99.51	(Zn0.83Hg0.11Cd0.02)0.96S1.00
35	29.38		50.67	1.09	18.85	99.99	(Zn0.85Hg0.12Cd0.01)0.97S1.00
36	29.68		55.31	1.87	13.14	100.00	(Zn0.85Hg0.10Cd0.01)0.96S1.00
37	26.91		46.46	0.86	25.77		(Zn0.91Hg0.07Cd0.02)1.00S1.00

Примечание. 1—5 — Cd-содержащий метациннабарит, 6—29 — Zn-Cd-содержащий метациннабарит, 30—37 — Hg-содержащий сфалерит. Формулы рассчитаны на 1 атом серы. Анализы 1—17, 30, 31 выполнены на микрозондовом анализаторе Cameca SX100 (ЦКП «Геоаналитик» ИГГ УрО РАН); 18—29, 32—37 — на СЭМ Hitachi S-3400N с ЭДС спектрометром Oxford Instruments X—Max 20 (РЦ «Геомодель» СПбГУ).

 

Обсуждение результатов

Исследование особенностей формы и внутреннего строения киновари из четырех россыпей позволило выделить сходства и различия киновари различных районов. При этом наибольшие отличия установлены для киновари из россыпи реки Извёстка. Анализ установленных типоморфных характеристик киновари позволяет сделать предположения о генетической принадлежности ее коренных источников.

Первой особенностью, которая отчетливо выделяет киноварь из россыпи реки Известка, является относительно крупный размер зерен. Индивиды из других изученных объектов на порядок меньше. При этом зерна из россыпей рек Та`лая и Рефт, а также делювиальных отложений Елкинского рудопроявления характеризуется слабой степенью окатанности, что указывает на расположение коренных источников в непосредственной близости и минимальный перенос. Напротив, киноварь реки Известка окатана средне или хорошо. Как указывалось выше, одной из главных характеристик, определяющих поведение киновари при перемещении в рыхлых склоновых отложениях и водных потоках, является ее низкая абразивная устойчивость. Легкость разрушения индивидов в результате механического воздействия частиц более твердых минералов делает невозможной транспортировку киновари на большие расстояния. Скорость механического разрушения этого минерала в поверхностных обстановках наглядно видна на примере золотых россыпей в Новой Зеландии (Youngson et al., 2002), в которых при переносе зерен водотоками менее чем на 3 км их средний размер уменьшается от 1 см до 0.25 мм. Сочетание крупного размера и высокой степени окатанности киновари из отложений реки Извёстка позволяет предполагать расположение коренного источника киновари на незначительном удалении от россыпи, вероятно, на расстоянии первых километров. В россыпи реки Извёстка преобладают хорошо окатанные сильно уплощенные золотины, однако встречаются и слабо окатанные индивиды, срастающиеся с кварцем. Такие различия могут быть объяснены существованием нескольких коренных источников золота, расположенных как вблизи россыпи, так и на значительном удалении. Данный факт позволяет предположить пространственное совмещение ртутной и золотой минерализации на небольшом расстоянии от россыпи реки Извёстка.

Химический состав киновари всех изученных объектов схож и лишен примесных компонентов, следовательно, он не может быть использован в качестве типоморфного признака. Намного более информативными являются минералы, находящиеся во включениях. Ассоциации включений в киновари из россыпей рек Та`лая, Рефт и Ёлкинского рудопроявления различны и, вероятно, отражают особенности минералообразующей среды. Однако они состоят из распространенных гидротермальных минералов, образующихся в широких пределах составов, температур и других физических характеристик растворов, что затрудняет их интерпретацию.

Отдельного внимания заслуживает ассоциация включений в киновари россыпи реки Извёстка, представленная сульфидами Hg, Cd и Zn. В системе Zn–Hg–Cd–S установлены сложные изоморфные взаимоотношения крайних членов и сосуществование нескольких полиморфных фаз (Васильев, 2011). Метациннабарит является высокотемпературной кубической полиморфной модификацией киновари, входящей в состав рудных ассоциаций ртутных и золото-ртутных месторождений. Особенности структуры кристаллической решетки метациннабарита позволяют ему, в отличие от киновари, вмещать большое количество изоморфных примесей Zn, Cd и Fe. Эксперименты в системе Hg–S (Potter, Barnes, 1970; Sharma et al., 1993) показали, что при давлении 1 бар метациннабарит стабилен при температурах выше 315—345 °C, а вариации нижней границы температуры стабильности зависят от множества физико-химических параметров. Повышение фугитивности серы вызывает понижение температуры полиморфного превращения, при этом с ростом давления температура превращения повышается (Таусон, Абрамович, 1980). Вхождение изоморфных примесей Zn, Fe и других элементов в структуру метациннабарита делает его стабильным при более низких температурах (200—250 °C) (Таусон и др., 1983). Зависимость от стольких параметров затрудняет использование метациннабарита в качестве надежного геотермометра (Biagoni et al., 2017). Для метациннабарита, обнаруженного в отложениях реки Извёстка, определение условий формирования осложняется изоморфизмом в четырехкомпонентной системе Zn–Hg–Cd–S, для которой практически отсутствуют экспериментальные исследования и невозможно оценить влияние одновременного присутствия примесей Cd и Zn. Тем не менее набор минералов-включений в киновари, в первую очередь — метациннабарита и ртутистого сфалерита, указывает на то, что ртутная минерализация коренного источника россыпи реки Извёстка образовалась при температурах, повышенных относительно температур флюидов, формирующих классические объекты ртутной формации (Металлогения… 1976).

В литературе относительно часто встречаются упоминания Zn-содержащего метациннабарита (Груздев, 1975; Dini et al., 1995; Biagioni et al., 2017, Xiao Wang et al., 2023). Намного реже встречается Cd-содержащая его разновидность, для которой известно всего шесть местонахождений на Рудном Алтае, в Таджикистане и Киргизии (Васильев, 1966; Безуглый, 1975; Васильев, Гречищева, 1997; Гаськов и др., 2006). При этом метациннабарит, одновременно содержащий большое количество Zn и Cd, суммарно сопоставимое с содержанием Hg по количеству атомов, обнаружен только в рудах Мурзинского золотоносного месторождения на Алтае. Из шести известных местонахождений Zn-Cd-содержащего метациннабарита золоторудная минерализация выявлена только на этом объекте, остальные месторождения и рудопроявления являются собственно ртутными. Обнаруженный в ходе данного исследования Zn-Cd-содержащий метациннабарит наиболее близок к составу метациннабарита Мурзинского месторождения и является второй находкой этого минерала с таким большим одновременным содержанием Сd и Zn. Это месторождение относится к золото-медно-ртутной рудной формации, примеры которой известны и в пределах Тагильской островодужной зоны. К ним относятся месторождения Лялинское, Травянское и несколько других, располагающиеся вдоль Серовского-Маукского разлома близи городов Североуральск и Красноуральск, связанные с небольшими девонскими интрузивами верхнелобвинского габбро-диорит-гранодиоритового комплекса и залегающие в силурийских вулканогенных толщах (Мурзин, Сазонов, 1995). Сравнение ряда месторождений позволило установить в пределах комплекса вертикальную геохимическую зональность, проявленную в снижении количества киновари в рудах, увеличении примеси Cd и уменьшению примеси Hg в сульфидах от верхних частей рудно-метасоматической колонны к нижним. В рудах Травянского месторождения, относимого к средней части, отмечено присутствие сфалерита, содержащего примеси Cd (1.4—4.6 мас. %) и Hg (1.0—1.3 мас. %), для Лялинского месторождения, расположенного в верхней части рудно-метасоматической колонны, эти значения меняются на 0.2—0.3 мас. % Cd и 17.1—20.5 мас. % Hg (Огородников и др., 2001). Ассоциация редких сульфидов Zn, Cd, Hg и геологическая обстановка позволяют предположить, что источником киновари и, возможно, самородного золота в россыпи реки Извёстка послужил объект золото-медно-ртутной рудной формации. Особенности химического состава ртутистого сфалерита наиболее близки к выявленным в сфалерите Лялинского месторождения. Данный факт указывает на то, что предполагаемое оруденение может быть схоже с рудами Лялинского месторождения и формировалось в верхней части рудно-метасоматической колонны, а следовательно, должно сопровождаться кварц-альбит-серицитовыми околорудными изменениями (Огородников и др., 2001).

Другим объектом для сравнения может послужить Воронцовское месторождение, которое является самым крупным в Тагильской зоне золоторудным объектом с широко проявленной ртутной минерализацией. Характерной чертой рудных парагенезисов Воронцовского месторождения является разнообразие ртутных и ртутьсодержащих минералов, среди которых установлены: киноварь, метациннабарит с повышенным содержанием Zn (до 15.0 мас. %) и небольшой примесью Mn, сфалерит с примесью Hg (до 23.1 мас. %), Mn (до 5.2 мас. %) и Cd (до 1.3 мас. %) и другие минералы (Степанов и др., 2017; Kasatkin et al., 2022). Данная ассоциация минералов в значительной мере схожа с ассоциацией микровключений в киновари из отложений россыпи реки Извёстка, в частности близко содержание Zn в метациннабарите и Сd и Hg в сфалерите. При этом Воронцовское месторождение отличается примесью Mn в минералах системы Zn–Hg–Cd–S, источником Mn в рудах, вероятно, являлись вмещающие вулканогенные породы (Викентьев и др., 2016). Важно отметить сходство геологического строения района Воронцовского месторождения и области питания россыпи реки Извёстка. В обоих случаях наблюдается контакт известковых и вулканогенно-осадочных толщ девонского возраста, большая степень тектонической нарушенности, развитие вулканитов среднего состава. Близость минеральных парагенезисов ртутных и ртутьсодержащих минералов, установленных в россыпи реки Извёстка и на Воронцовском золоторудном месторождении, в совокупности со схожей геологической позицией этих объектов может свидетельствовать о формировании россыпи реки Извёстка за счет коренного объекта аналогичного Воронцовскому месторождению.

Еще одним редким минералом ассоциации включений в киновари отложений реки Извёстка является Cd-содержащий метациннабарит, в котором содержание кадмия намного превышает содержание цинка. Максимальное содержание Cd в метациннабарите, установленное при изучении минерализации рудопроявления Уланду (Горный Алтай), составляло 15.80 мас. % (Васильев, 2011). В результате экспериментальных работ был синтезирован метациннабарит с большим содержанием Cd: 16.72, 18.22, 22.78 мас. % (Rittner, Schulman, 1943; Kremheller et al., 1960; Charbonnier, Murаt, 1974). Столь значительная разница составов синтезированного и природного метациннабарита была объяснена несовпадением физико-химических условий проведения экспериментами с реальными условиями формирования руд. Найденный в киновари реки Извёстка метациннабарит содержит Cd в концентрации до 19.45 мас. %, что является максимальным установленным значением на данный момент. Эти содержания довольно близки к полученным в результате синтеза минералов, что расширяет представления об условиях формирования ртутной минерализации и границах изоморфизма в природных системах Zn–Hg–Cd–S.

Коронарные структуры вокруг индивидов метациннабарита и участки, сложенные киноварью с рассеянными в ней включениями ртутистого сфалерита, имеют важное генетическое значение. Схожие структуры описаны на многих месторождениях мира (Груздев, 1975; Boctor et al., 1987; Dini et al., 1995). Существует различные точки зрения на природу подобных образований. Для агрегатов метациннабарита, киновари и ртутистого сфалерита месторождения Нью-Идрия был предложен механизм полиморфного превращения метациннабарита в агрегат практически чистой киновари и сфалерита в результате диффузии в твердой фазе (Boctor, 1976). Эта точка зрения подтверждается экспериментальной фазовой диаграммой системы Hg–Zn–S (Таусон и др., 1983). Альтернативное объяснение предполагает образование описанных структур в результате одновременного растворения кристаллизовавшегося метациннабарита и отложения смеси киновари и ртутистого сфалерита под действием растворов пониженной температуры (Xiao Wang et al., 2023). Присутствие двух морфологических разновидностей сфалерита и образование как кайм, так и крупных участков, полностью сложенных агрегатом киновари и Hg-содержащего сфалерита, позволяет предположить участие обоих процессов преобразования метациннабарита. Возможность сочетания двух описанных механизмов допускается и другими исследователями (Dini et al., 1995). В таком случае, для описанных ассоциаций и структур можно предположить следующие этапы формирования. В начале минералообразования из растворов повышенных температур кристаллизовался Zn-Cd-содержащий метациннабарит и киноварь–I (рис. 6, а). В дальнейшем, по мере остывания растворов, они при взаимодействии с метациннабаритом вызывали его замещение агрегатом киновари–II и ртутистого сфалерита–I, образовавших крупные участки (рис. 6, б). Позже в результате твердофазной диффузии на контактах сохранившегося метациннабарита с киноварью–I и киноварью–II происходило его полиморфное преобразование и формирование коронарных структур киновари–III и сфалерита–II, ориентированного внутрь метациннабарита перпендикулярно границам фаз (рис. 6, в, г). Метастабильное состояние метациннабарита, наблюдаемое в киновари из россыпи реки Извёстка, может быть объяснено большим количеством изоморфных примесей, что наблюдается как в экспериментальных исследованиях (Ohmiya, 1974; Таусон, Абрамович 1980), так и в природных образцах (Xiao Wang et al., 2023).

 

Рис. 6. Последовательность формирования структур внутреннего строения киновари из россыпи реки Извёстка. Cin — киноварь, Mcin — метациннабарит, Sp — сфалерит, Py — пирит.

Fig. 6. Stages of the internal structure formation of cinnabar from Izvyostka River placer. Cin — cinnabar, Mcin — metacinnabar, Sp — sphalerite, Py — pyrite.

 

Заключение

Детальные минералогические исследования киновари из рыхлых отложений различных объектов Среднего Урала выявили различия ее типоморфных признаков. Киноварь россыпей рек Та`лая и Рефт, а также делювия Ёлкинского рудопроявления лишена информативных признаков, позволяющих определить связь коренной ртутной минерализации с благороднометалльным и другими типами оруденения.

Принципиальные отличия обнаружены в киновари россыпи реки Извёстка. Крупный размер индивидов и высокая степень окатанности свидетельствуют о расположении коренного источника киновари на небольшом удалении.

Ассоциация редких минералов системы Zn–Hg–Cd–S указывает на более высокие температуры гидротермальных процессов образования коренной минерализации, послужившей источником киновари в отложениях реки Извёстка по сравнению с другими объектами. Особенности химического состава сульфидов Zn, Cd, Hg свидетельствуют о принадлежности потенциального коренного источника к золото-медно-ртутной формации. С учетом геологического строения района можно предположить нахождение вблизи россыпи реки Извёстка коренного оруденения схожего с известными золоторудными объектами Тагильской вулканической зоны такими как Лялинское и Травянское кварцевожильные месторождения, либо Воронцовское золоторудное месторождение.

Метациннабарит, образующий включения в киновари реки Извёстка, обладает уникальным химическим составом. Цинк-кадмиевая его разновидность сопоставима с метациннабаритом только одного объекта — Мурзинского золоторудного месторождения (Горный Алтай) и является второй находкой этого минерала в мире с одновременным высоким содержанием Zn и Cd. Впервые обнаружен Cd-содержащий метациннабарит с содержанием кадмия до 19.45 мас. %, который близок по составу синтезированным фазам (Hg, Cd)S.

Работа выполнена в рамках госзадания № 122040600006-1 «Структурно-вещественная эволюция полиметаморфических и магматических комплексов Южного Урала: петрология, геохимия, минералогия (FUUR-2022-0004)».

About the authors

A. K. Kozin

South Ural Federal Scientific Center of Mineralogy and Environmental Geology, Ural Branch RAS

Email: kozin@mineralogy.ru
Russian Federation, Miass

S. Yu. Stepanov

South Ural Federal Scientific Center of Mineralogy and Environmental Geology, Ural Branch RAS

Email: kozin@mineralogy.ru
Russian Federation, Miass

R. S. Palamarchuk

South Ural Federal Scientific Center of Mineralogy and Environmental Geology, Ural Branch RAS

Email: kozin@mineralogy.ru
Russian Federation, Miass

A. V. Korneev

South Ural Federal Scientific Center of Mineralogy and Environmental Geology, Ural Branch RAS

Email: kozin@mineralogy.ru
Russian Federation, Miass

V. S. Zhdanova

South Ural Federal Scientific Center of Mineralogy and Environmental Geology, Ural Branch RAS

Author for correspondence.
Email: kozin@mineralogy.ru
Russian Federation, Miass

References

Supplementary files