Введение
Черносланцевые породы являются важным перспективным источником различных видов минерального сырья: золота, платиноидов, полиметаллов, радиоактивных и редкоземельных элементов и т.д. Формы нахождения этих элементов чрезвычайно разнообразны, причем преобладают тонкодисперсные выделения. По особенностям минерализации и другим признакам месторождения, которые будут обнаружены в черносланцевых толщах, относятся к «нетрадиционным» типам.
В настоящее время при изучении черносланцевых пород основное внимание уделяется органическому веществу как сорбенту ценных металлов. Роль углерода как концентратора золота установлена на примере ряда известных месторождений (Витватерсранд). В последние годы доказано, что углеродистое вещество проявляет данную способность в различных его формах. В частности, золото может находиться в составе металлоорганических соединений, внутри углеродистых нанотрубок, фуллереноподобных образований, в битумоидах, графитизированном веществе и т.д. [4].
Можно предположить, что не менее важную роль в качестве эффективного концентратора золота и ряда других рудных элементов в черносланцевых толщах играет ртуть. В наиболее активных формах ее концентрирующая функция проявляется в корах выветривания, развитых на черносланцевых породах, чему посвящена настоящая статья.
Цель исследования
Главной целью исследования является обоснование роли ртути как концентратора золота в корах выветривания над черносланцевыми породами на примере одного из объектов западного склона Урала. Как в самих углеродистых толщах, так и в корах выветривания присутствие ртути в повышенных количествах способствует развитию процессов природной амальгамации, что в свою очередь обусловливает укрупнение частиц золота.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования являются черносланцевые породы федотовской свиты верхнего рифея, распространенные на западном склоне Среднего Урала в пределах Горнозаводского района Пермского края. Федотовская свита входит в состав басегской серии и сложена серицит-хлорит-кварцевыми кристаллическими сланцами с прослоями аповулканогенных разностей, образованных за счет изменения эффузивов основного и кислого состава.
В общей сложности в породах басегской серии установлено присутствие порядка 30 тяжелых минералов. Преобладающие по количеству являются устойчивыми к агентам химического выветривания, среди них некоторые могут стать россыпеобразующими (циркон, ильменит, рутил, лейкоксен, монацит). Ведущей для тяжелой фракции является турмалин-цирконовая минеральная ассоциация. Преобладание устойчивых минералов в ее составе связывается со сносом обломочного материала с востока Восточно-Европейской платформы, где были развиты зрелые коры выветривания на породах кристаллического фундамента [3].
Кроме того, для черносланцевых пород федотовской свиты характерно развитие наложенных метасоматических процессов с формированием прослоев и линз с разными типами минерализаций: магнетитовой, сульфидной, анкеритовой, алланитовой и др.
Углеродистое вещество распространено в породах федотовской свиты неравномерно, обогащая отдельные прослои с повышенным содержанием сульфидов и тонкодисперсных частиц. Результаты атомно-абсорбционного анализа показывают присутствие в нем «невидимого» золота.
Разнообразный вещественный состав коренных пород способствует формированию весьма разнородной по строению и минеральному веществу коры выветривания, Она характеризуется высокой степенью ожелезнения и омарганцевания, присутствием большого разнообразия первичных минералов, устойчивых к агентам химического выветривания.
Опробование кор выветривания проводилось сотрудниками ОАО «Пермгеолнеруд» и ООО «Геолайн» (А.С. Козлов, С.А. Пушкин, С.Б. Суслов) по керну скважин, бороздовыми пробами по канавам и расчисткам. В лабораторию ПГНИУ доставлялись дробленые образцы объемом до 30 л. Обогащение проб проводилось И.Я. Илалтдиновым на винтовом шлюзе с получением концентрата массой до 100-150 г. Им же выполнены операции выделения тяжелой фракции и последующей ее домывки в чашке с бромоформом с получением небольших ультраконцентратов. Из последних частицы видимого золота отбирались И.В. Бадьяновой под бинокуляром.
Среди различных морфологических типов частиц золота, присутствующих в коре выветривания (чешуйчатое, ветвистое, комковидное, игольчатое, кристаллическое и т.д.), особое внимание привлекли своеобразные агрегаты преимущественно неправильной или изометрической формы, отличающиеся темно-серой окраской, слабым блеском и высокой пористостью. Их морфологические особенности исследованы с применением методов электронной микроскопии, в т.ч. высокого разрешения. С этой целью использован сканирующий электронный микроскоп c холодной эмиссией JSM 7500F фирмы JEOL (Япония). Химический состав изучен с применением микрозондового анализа на электронном микроскопе JSM 6390LV (JEOL) с энергодисперсионным спектрометром INCA x-act фирмы Oxford Instruments (исследования выполнены Б.М.Осовецким).
Результаты исследований
Зерна золота агрегатного строения по морфологическим особенностям и окраске заметно выделяются среди частиц благородного металла. По количеству относительно преобладают очень мелкие выделения размером менее 50 мкм (рис. 1). В подчиненном количестве встречаются индивиды крупностью до 100 мкм (рис. 2). Под электронным микроскопом с увеличением до 1000 раз те и другие выглядят как более или менее плотные агломераты частичек разной формы и размера, однако в более крупных агрегатах преобладающее количество слагающих их фрагментов несколько крупнее: соответственно 20-30 и 5-10 мкм. В основном фрагменты имеют округлую форму и условно названы глобулами.
Рис. 1. Знаки золота агрегатного строения размером менее 50 мкм: 1-6 – точки и номера микрозондового анализа (здесь и далее; см. табл.)
Рис. 2. Знаки золота агрегатного строения размером от 100 до 50 мкм
На более детальном уровне электронномикроскопических исследований с применением увеличений порядка нескольких тысяч раз выявляется, что глобулы, слагающие вышеописанные агрегаты, сами имеют аналогичное микроглобулярное строение (рис. 3). Размеры микроглобул при этом составляют первые единицы и даже доли микрона. На этом уровне отмечается присутствие значительного количества микропор и наличие сложных группировок микроглобул.
Применение увеличений в несколько десятков тысяч раз позволяет рассмотреть в структуре микроглобул присутствие более мелких неоднородных по строению фрагментов размером в сотни нанометров (рис. 4). Наконец, на уровне увеличения до 75 тысяч раз выявляется, что значительная часть составляющих эти фрагменты индивидов является наноразмерной (рис. 5).
Рис. 3. Глобулы в составе золотин агрегатного строения
Рис. 4. Микроглобулярное строение частиц агрегатного золота
Рис. 5. Наночастицы золота в строении микроглобул
Наноразмерные индивиды, находящиеся в основе структуры золотин агрегатного строения, в основном имеют округлую форму и размеры около 50-100 нм. Они достаточно плотно «упакованы» в структуре, причем пространство между ними заполнено каким-то цементирующим веществом.
Химический состав описанного золота определен микрозондовым методом в некоторых, произвольно выбранных, микроглобулах (см. рис. 1, 2). Принимая во внимание размеры электронного зонда (порядка 1 мкм), можно сделать вывод о том, что в каждом случае определяется средний состав большого числа отдельных наночастиц, слагающих микроглобулу. Неровность поверхности объекта и невозможность изготовления шайбы обычно приводит к необходимости нормировать содержания элементов.
Полученные данные свидетельствуют о том, что золото агрегатного строения образовано за счет агломерации наночастиц ртутистого золота и амальгам (табл.).
Характерно, что более мелкие по размерам агрегаты сложены почти исключительно микроглобулами высокортутистого золота с пониженным содержанием серебра (табл., анализы 1-6). Более крупные агрегаты образованы за счет агломерации амальгам состава (Au,Ag)3Hg. В них также присутствуют Ni, Co, Cl.
Обсуждение результатов
Образование описанных выше выделений золота агрегатного строения связывается нами с проявлением процессов природной амальгамации. Такие процессы активно развиты в золотоносных корах выветривания Урала и других территорий [1, 2, 8]. Они инициируются поступлением ртути в газообразной и жидкой форме по глубинным разломам, предположительно из мантии. Эти же процессы на локальных участках выявлены на территории Вятско-Камской впадины, здесь они приводят к образованию агрегатных скоплений ртутистого золота размером до 1 мм и более [5–7].
Средний химический состав наночастиц в составе микроглобул, мас.%
|
Номер анал.* |
Au |
Hg |
Ag |
Cu |
Pd |
Ni |
Co |
Fe |
Cl |
Сумма |
|
1 |
68,72 |
20,14 |
3,32 |
1,86 |
0 |
0 |
0 |
5,96 |
0 |
100 |
|
2 |
72,51 |
16,40 |
0 |
2,59 |
0,72 |
0 |
0 |
7,78 |
0 |
100 |
|
3 |
77,95 |
11,43 |
1,03 |
8,23 |
0 |
0 |
0 |
1,36 |
0 |
100 |
|
4 |
79,00 |
13,13 |
1,68 |
3,52 |
0 |
0 |
0 |
2,67 |
0 |
100 |
|
5 |
81,52 |
12,80 |
1,83 |
2,05 |
0 |
0 |
0 |
1,80 |
0 |
100 |
|
6 |
83,31 |
12,22 |
2,02 |
1,67 |
0 |
0 |
0 |
1,26 |
0 |
100,48 |
|
7 |
65,77 |
22,97 |
2,14 |
6,99 |
0 |
0,22 |
0 |
1,91 |
0 |
100 |
|
8 |
64,30 |
26,18 |
3,08 |
1,80 |
0,49 |
0,15 |
0 |
4,01 |
0 |
100,01 |
|
9 |
71,24 |
23,06 |
3,95 |
0,87 |
0 |
0,10 |
0 |
0,77 |
0 |
99,99 |
|
10 |
56,79 |
27,81 |
6,89 |
1,62 |
0 |
0,13 |
0 |
6,31 |
0,45 |
100 |
|
11 |
53,29 |
28,84 |
6,37 |
2,80 |
0 |
0 |
0,12 |
8,28 |
0,30 |
100 |
|
12 |
56,45 |
26,46 |
8,01 |
2,07 |
0 |
0 |
0 |
7,01 |
0 |
100 |
|
13 |
57,45 |
26,57 |
6,69 |
2,68 |
0 |
0,11 |
0,12 |
6,00 |
0,38 |
100 |
Примечание: * см. рис. 1, 2.
В корах выветривания и в самих черносланцевых толщах наблюдается определенная специфика минералообразования, связанного с процессами природной амальгамации. Так, здесь в больших количествах присутствует киноварь, что свидетельствует о низкотемпературном режиме гидротермальных растворов, благоприятном для образования амальгам золота. Кроме того, в этих толщах образуется множество других амальгам – особенно свинца, олова и меди. В частности, микрозондовый анализ показал присутствие амальгам состава Hg3Pb и Hg3Sn, представленных шарообразными микроформами с гладкой блестящей поверхностью.
Можно предположить, что роль ртути как концентратора золота в черносланцевых толщах вполне соизмерима с соответствующей ролью углеродистого вещества. Она заключается в мобилизации «невидимых» (ультратонкодисперсных) форм нахождения металла, их укрупнении и тем самым фиксации рудоносных зон. В связи с этим изучение процесса природной амальгамации, закономерностей его проявления и локализации является важным направлением в прогнозировании золотого оруденения данного типа. В частности, обнаружение в определенных участках коры выветривания ртутистого золота и амальгам может указывать на наличие соответствующих рудоносных зон в подстилающих черносланцевых породах.
Применение традиционных методов шлихового опробования, а также других способов гравитационного обогащения, в сочетании с обычными методами обработки шлихов и их изучения в лабораторных условиях с целью обнаружения ртутистого золота агрегатного строения неэффективно. Причинами являются малая крупность и хрупкость агрегатов, наличие на них железистых пленок, высокая пористость и т.д. Поэтому требуется разработать более совершенную методику полевых и лабораторных работ, основанную на комплексировании современных методов обогащения минерального сырья и аналитических исследований.
Рецензенты:
Наумов В.А., д.г.-м.н., директор ЕНИ ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», г.Пермь.
Ибламинов Р.Г., д.г.-м.н., зав. кафедрой минералогии и петрографии ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», г.Пермь.