Morphology and geochemistry of different pyrite types from the Upper Witwatersrand System of the Klerksdorp Goldfield, South Africa

ZusammenfassungPyrite aus den proterozoischen, gold- und uranführenden Konglomeraten des Oberen Witwatersrand Systems des Klerksdorp Goldfeldes (Süd-Afrika) wurden mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) untersucht. Eine dreidimensionale Betrachtung der Erz-Partikel mit dem REM wurde durch das Herauslösen der Pyrite aus den Konglomerat-Proben mittels Flußsäure ermöglicht. Auf Grund morphologischer Kriterien wurden die Pyrite in drei Typen unterteilt. Spurenelementanalysen (Au, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Mn, As) der drei Typen mit der Atomabsorptionsmethode und deren statistischer Auswertung bestätigten die morphologische  Authigene, idiomorphe bis hypidiomorphe Pyrite oder Pyritaggregate, die sich sekundär während der Diagenese oder Metamorphose bildeten.Typ ist vergleichbar mit der Spurenelementverteilung in Pyriten des archaischen Barberton Mountain Land, dem Liefergebietsmodell der Witwatersrand Sedimente. Dieser Pyrit-Typ des Klerksdorp Goldfeldes zeigt Parallelen zu detritischen, kompakten Pyriten, die bereits aus anderen Goldfeldern des Witwatersrand beschrieben wurden.Typ deuten auf einen Transport in teilweise plastischem Zustand hin. Die Existenz von Pyrit-Schlämmen und Eisen-Sulfid-Gelen wird durch das Auftreten kolloformer Texturen in Pyriten dieses Typs unterstützt. Zahlreiche allogene Einschlüsse von Gold, Quartz, Silikaten, Brannerit, kupfer- und titanhaltigen Mineralien wurden ausschließlich in diesem Pyrit-Typ entdeckt. Es wird vorgeschlagen, daß diese Einschlüsse als Staubpartikel von den Pyrit-Schlämmen oder Eisen-Sulfid-Gelen eingefangen wurden. Das häufige Auftreten der allogenen, porösen Pyrite zeichnet sich als Anzeiger für hohe Goldgehalte in den Konglomeraten aus.
Auf Grund einer dreidimensionalen Betrachtungsweise der Pyrit-Partikel mit dem REM kann gezeigt werden, daß sich Pyrit-Typen, die aus dem Witwatersrand System von früheren Verfassern beschrieben wurden, in die hier dargestellten Typen klassifizieren lassen.AbstractThe morphology of pyrites from the Proterozoic, auriferous and uraniferous conglomerates of the Upper Witwatersrand System of the Klerksdorp Goldfield (South Africa) was studied by means of scanning electron microscopy (SEM). The pyrite particles were recovered by hydrofluoric acid leaching, thus making a three-dimensional SEM examination possible. According to morphological criteria the pyrites were classified into three types. Trace-element analysis by atomic absorption spetrophotometry (Au, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Mn, As) and the statistical evaluation of the results confirmed the morphological classification:Type 1: Authigenic, idiomorphic to hypidiomorphic pyrites or pyrite accumulations, which were formed in the conglomerates during diagenesis or metamorphism.Type 2: Allogenic, rounded, compact pyrites. This type was eroded from primary deposits in the hinterland of the Witwatersrand basin and deposited with the Witwatersrand sediments. It shows the closest trace-element affinity to pyrites from the Barberton Mountain Land, the source area model for the Witwatersrand sediments. The recognition of this pyrite type from the Klerksdorp Goldfield is in agreement with observations on detrital compact pyrites described from other goldfields of the Witwatersrand. Allogenic, rounded, porous pyrites. These were formed from pyritic muds and iron sulfide gels existing on the surface of the alluvial fan, and later were reworked as mud balls or fragments and deposited with the conglomerates. Indentations with radial fracture patterns point to transport partly in a plastic state. The occurrence of colloform pyrites among this type supports the postulation of pyritic muds or iron sulfide gels. Only in this type of pyrite various inclusions such as gold, quartz, silicates, brannerite, copper- and titanium-bearing minerals were found. It is suggested that these inclusions were trapped as dust-like particles in the pyritic muds or iron sulfide gels on the surface of the alluvial fan. Only the presence of the allogenic, porous pyrites could be correlated with high gold values in the conglomerates.
The three-dimensional SEM examination of the pyrites has shown that the pyrite types described by previous authors from the Witwatersrand System can be classified into the three types of pyrite given here.RésuméLa morphologie des pyrites des conglomérats aurifères et uraniféres, protérozoïques, du Système supérieur du Witwatersrand, dans le champ aurifère de Klerksdorp (Afrique du Sud), a été étudiée au microscope électronique à balayage. Les pyrites ont été extraites à l'acide fluorhydrique, ce qui a permis leur examen suivant les 3 dimensions. Trois types de pyrite ont été distingués d'après des critères morphologiques. L'analyse des éléments en traces (Au, Co, Ni, Zn, Pb, Mn, As) par la méthode d'absorption atomique et l'évaluation statistique des résultats a confirmé la classification morphologique:Type 1: Pyrite authigène, idiomorphe à hypiodiomorphe, ou agrégats pyriteux de formation secondaire au cours de la diagenèse ou du métamorphisme.Type 2: Pyrite allogène, compacte et arrondie, érodée à partir de gîtes minéraux dans le hinterland du bassin du Witwaterstrand et déposée avec les sédiments du Witwaterstrand. La réparatition des éléments en traces de ce type de pyrite est comparable à celle des éléments en traces dans les pyrites du Barberton Mountain Land (Archéen), modèle de provenance des sédiments du Witwaterstrand. Ce type de pyrite du champ aurifère de Klerksdorp est à paralléliser avec des pyrites allogènes, compactes, décrites dans d'autres champs aurifères du Witwaterstrand. Pyrites allogènes, poreuses, arrondies, provenant originellement de boues pyriteuses ou colloïdes, et qui se sont formées à la surface des cones alluviaux. Ces boues pyriteuses furent remaniées et redéposées, après transport, dans un état partiellement plastique ainsi que le montrent les fractures radiales dans quelques-uns de ce type. L'existence de colloïdes ou de boues pyriteuses repose sur la texture colloforme des pyrites. De nombreuses inclusions allogènes de diverses sortes ont été trouvées (inclusions d'or, de quartz, de silicates, de brannerite, de minéraux de Cu et de Ti) exclusivement dans ce type. Il est proposé que ces inclusions ont été enrobées à l'état de particules poussiéreuses par les colloïdes et les boues pyriteuses. La présence fréquente de pyrites allogènes, poreuses, dans les conglomérats est un indice d'une forte teneur en or des conglomérats.
Grâce à l'examen, suivant les 3 dimensions au microscope électronique à balayage, il a été possible de faire rentrer dans cette classification les pyrites du Witwaterstrand décrites par des auteurs antérieurs.Краткое содержаниеС помощью растового э лектронного микроск опа — РЭМ — исследовал и пириты протерозойск их конгломератов вер хней части Витвотерсрандской системы из Клерксдор пского золотого прии ска, содержащих золото и у ран. Выделенные из конгло мератов кристаллы пи рита обрабатывали плавик овой кислотой и после этог о изучали их поверхно сть в РЭМе. По морфологии пириты подразделили на три типа:Тип 1: аутигенные, идиом орфные до гипидиомор фных пириты, или их аггрегаты, образовав шиеся в конгломерата х во время диагенеза, или метамо рфизмы вторичным путем.Тип 2: аллогенные, ската нные зерна, или же плот ные кристаллы пирита, переотложенные иж пе рвичных пород одновр еменно с витвотерсрандскими седиментами. Распред еление рассеянных эл ементов в них похоже на таковое пиритов архейского в ремени в Варбертонск ой горной области, являющейся модельной областью с носа для осадочных по род Витвотерсранда. Этот тип пирита их клерксдорп ского золотого приис ка схож с детритным материало м плотных пиритов, опис анным в других золоты х приисках системы Витвотерсра нд.Тип 3: аллогенные ската нные поздние пириты, к оторые образовались из пиритных илов и серни сто-железных студней, отложившихся на пове рхности аллювиальных отложе ний. Эти пиритные илы о казались переработанными и переотложенными. Вд авлення с расходящим ися радиально трещинами и тестоподобные струк туры пирита этого тип а говорят о том, что транспорт его проходил в полужи дком состоянии. Сущес твование пиритных илов и сернисто-железных ст удней подтверждаетс я наличием текстур, свойственны х коллоидам. Только в эт ом типе пирита встреч аются многочисленные аллогенные включени я золота, кварца, силик атов, меди, титана и браннерита.
Предполагают, что эти включения попали в пи ритовые илы или в сернистожелезн ые студни в виде частиче к пыли. Частые появлен ия аллогеновых пиритов в породах рас сматривают, как призн ак высокого содержания золота в конгломератах.Исследование пирита с помощью РЭМ показал о, что и описанные ранее различными авторами пириты этой области м ожно подразделить на эти т ри типа.

Field of study: Environmental science