Вып. 2(46), 2017

DOI 10.21440/2307-2091-2017-2-7-12

УДК 553.491.8:553.062 

Химический и Os-изотопный состав минеральных ассоциаций платиноидов конгломератной формации Кимберли (Витватерсрандский бассейн, Южная Африка) [на английском языке] pdf

И. Ю. Баданина, К. Н. Малич, А. В. Антонов, И. Н. Капитонов, В. В. Хиллер, С. М. Туганова, Р. К. В. Меркле

Комплексные Os–Au–U палеороссыпи Витватерсрандского бассейна, известные как Витватерсрандские рифы, разрабатываются уже более ста лет. С целью уточнения источников рудного вещества, продолжительности и условий образования платиноидной минерализации Витватерсрандского бассейна в статье обсуждаются оригинальные данные по химическому и Os-изотопному составу в минералах платиновой группы (МПГ) из золотоносной конгломератной формации Кимберли, расположенной в верхнем отделе Центрального Ранда (Turffontein Subgroup of the Central Rand Group). Для исследования платиноидной минерализации применен комплекс методов, включающий рентгеноспектральный микроанализ, лазерную абляцию и масс-спектрометрию с ионизацией в индуктивно-связанной плазме. Величина 187Os/188Os в единичных зернах МПГ различного состава (рутения, осмия, иридия, рутениридосмина, лаурита, эрликманита, поликомпонентных твердых растворов системы Ru–Os–Ir–Pt ± Fe) варьирует в пределах от 0,10481 ± 0,00006 до 0,10895 ± 0,00006; 187Re/188Os менее 0,0004. Изученная выборка МПГ образована двумя основными группами, которые характеризуются средними значениями 187Os/188Os, равными 0,10510 ± 0,00026 (n =11) и 0,10682 ± 0,00046 (n = 23) с подчиненным кластером значений 187Os/188Os 0,10871 ± 0,00034 (n = 2). Для сосуществующих Os-содержащих МПГ в составе полиминеральных агрегатов выявлен одинаковый Os-изотопный состав для Ir-содержащего осмия и эрликманита (187Os/188Os = 0,10482 ± 0,00002 и 0,10483 ± 0,00002 соответственно), Os–Ru–Ir–Pt сплава и лаурита (187Os/188Os = 0,10528 ± 0,00002 и 0,10533 ± 0,00003 соответственно). 187Os/188Os возрасты МПГ, рассчитанные с использованием модели хондритового резервуара CHUR (Chen et al., 1998), варьируют в пределах 2,73–3,33 млрд лет. Средние модельные возрасты TMACHUR для двух основных групп МПГ оказались равными 3,250±0.035 и 3,018 ± 0,062 млрд лет. Третий возрастной кластер 2,762 ± 0,046 млрд лет образован подчиненной по распространенности группой МПГ. Новые результаты свидетельствуют в пользу: 1) высокотемпературной природы образования Ru–Os–Ir–Pt сплавов, поликомпонентных твердых растворов системы Ru–Os–Ir–Pt (± Fe) и RuOs сульфидов, 2) сходства начального изотопного состава осмия в сосуществующих Os-содержащих сплавах и Ru–Os сульфидах, 3) субхондритового архейского источника рудного вещества и 4) обломочного происхождения изученных МПГ.

Ключевые слова: Os–Ru–Ir–Pt сплавы; Ru–Os сульфиды; Os-изотопный состав; условия образования; конгломератная формация Кимберли; Витватерсрандский бассейн; Южная Африка. 

Complex Os–Au–U paleoplacers of the Witwatersrand basin, known as the Witwatersrand reefs, have been mined for more than a hundred years. In order to clarify the sources of ore matter, the duration and conditions for formation of platinum-group element (PGE) mineralization this study presents the original data on chemical and Os-isotopic composition in platinum-group minerals (PGM) derived from the Kimberley gold-bearing conglomerate formation located in the upper section of the Central Rand (Turffontein Subgroup of The Central Rand Group). The study employed a number of analytical techniques including electron microprobe analysis, laser ablation and mass spectrometry with ionization in inductively coupled plasma. The 187Os/188Os value in individual PGM grains of various compositions (ruthenium, osmium, iridium, rutheniridosmine, laurite, erlichmanite, unnamed polycomponent solid solutions of the Ru–Os–Ir–Pt ± Fe system) was found to range from 0.10481 ± 0.00006 to 0.10895 ± 0.00006, and 187Re/188Os lower than 0.0004. The studied PGM assemblage is represented by two main groups with mean 187Os/188Os values of 0.10510±0.00026 (n = 11) and 0.10682±0.00046 (n = 23), and a subordinate 187Os/188Os cluster of 0.10871 ± 0.00034 (n = 2). The Os-isotope results identify similar 187Os/188Os values for coexisting Os-bearing PGM pairs including Os-rich alloy and erlichmanite (i. e., 0.10482 ± 0.00002 and 0.10483 ± 0.00002, respectively), Os–Ru–Ir–Pt alloy and laurite (0.10528 ± 0.00002 and 0.10533 ± 0.00003, respectively). 187Os/188Os ages of the PGM, calculated relative to a chondrite universal reservoir (CHUR) model (Chen et al., 1998), vary between 2.73 and 3.33 Ga. Two main PGM groups have mean model TMACHUR ages of 3.250 ± 0.035 and 3.018 ± 0.062 Ga. Subordinate PGM group is characterized by the third age cluster (2.762 ± 0.046 Ga). The obtained results are consistent with: (i) high-temperature formation of the studied Ru–Os–Ir–Pt alloys, polycomponent solid solutions of the Ru–Os–Ir–Pt (± Fe) system and Ru–Os sulfides, (ii) similarity of the initial Os-isotope composition in coexisting Os-rich alloys and Ru-Os sulfides, (iii) subhondritic Archaean source of platinum-group elements (PGE), and (iv) clastic origin of the studied PGM.

Keywords: Os–Ru–Ir–Pt alloys; Ru–Os sulfides; Os-isotopic composition; formation conditions; Kimberley conglomerate formation; Witwatersrand basin; South Africa.