CC BY
165
УДК 553.411:548.55:537.32(571.53)
КРИСТАЛЛОМОРФОЛОГИЯ И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПИРИТА И АРСЕНОПИРИТА В ЗОЛОТОРУДНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ ЧЕРТОВО КОРЫТО (ПАТОМСКОЕ НАГОРЬЕ)
Е.А. Вагина, М.А. Рудмин
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Рассмотрен состав и пространственное расположение сульфидной минерализации нового месторождения черносланцевого типа Чертово Корыто (Патомское нагорье). Исследованы кристалломорфология и термоэлектрические свойства пирита и арсено-пирита. Установлено, что пириту метасоматических пород и кварцевых жил, в отличие от арсенопирита, свойственны разные сочетания граней кристаллов и разные типы термоЭДС. Проведен сравнительный анализ кристалломрфологических форм минералов и их термоЭДС в месторождениях, образованных в черносланцевом и несланцевом (кристаллическом) субстрате. Получены дополнительные результаты, подтверждающие геолого-генетическую однородность месторождений двух совокупностей.
Ключевые слова:
Месторождение Чертово Корыто, пирит, арсенопирит, кристалломорфология, термоэлектрические свойства. Key words:
Chertovo Koryto deposit, pyrite, arsenopyrite, morphology of crystal, thermoelectric property
Введение
Кристалломорфологические черты минералов и термоЭДС содержат информацию о генезисе месторождений и могут служить критериями прогноза оруденения, так как различная огранка кристаллов и отличные значения термоЭДС одного и того же минерала зависит от условий его образования. Пирит, например, в околорудных местасоматитах обычно имеет кубический габитус, тогда как в жильном выполнении он может иметь пентагондо-декаэдрический и октаэдрический габитус [1, 2]. Арсенопирит, в свою очередь, образует игольчатые кристаллы при более высоких температурах, а коротко-призматические при более низких [1]. Набор простых форм в кристаллах может дать информацию о геохимической специализации металлоносных растворов. Различные по форме кристаллы одного минерала нередко представляют несколько генераций, а, следовательно, и стадий минералооб-разования. В зависимости от температуры и глубины минералообразования возникает анизотропность термоЭДС сульфидов, что дает возможность использовать термоЭДС в качестве типоморфного признака при поисках месторождений.
В статье приведены первые данные о кристал-ломорфологии и термоЭДС важнейших сульфидов нового подготовленного к освоению золоторудного месторождения Чертово Корыто, полученных в рамках комплексного исследования, предполагающего изучение минерального состава руд, последовательности образования минеральных комплексов, физико-химических режимов рудообразова-ния, состава растворов и разработку генетической концепции образования оруденения, локализованного в толще углеродистых терригенных сланцев.
1. Методика исследования
Месторождение детально разведано вертикальными колонковыми скважинами до глубины 250 м по сети 50x50 м, выборочно 25x25 м. Материалом для работы служили образцы керна скважин, ото-
бранные в 4 профилях, расположенных поперечно к простиранию рудной залежи, - два в центральной части и по одному на противоположных ее окончаниях.
Для извлечения кристаллов небольшие кусочки керна измельчались на щековой дробилке, а затем рассеивались на 4 фракции: <0,2; 0,2...0,5; 0,5... 1; 1...2 мм. Крупные кристаллы (более 2 мм) отбирались пинцетом. При помощи магнита отделялась магнитная фракция, представленная пирротином. Далее пробы отмучивались и отмывались в водной среде. В итоге пробы разделены на тяжелую и легкую фракции. Из тяжелой фракции под бинокулярным микроскопом отделялись пирит и арсено-пирит. Всего получено 40 монофракций пирита и 45 - арсенопирита.
Кристалломорфология изучалась под бинокулярным микроскопом МБС-10. Для удобства количественной оценки в каждой пробе отбиралось от 50 до 100 кристаллов. Термоэлектрические свойства сульфидов изучались на установке, которая была смонтирована в соответствии с принципиальной схемой, предложенной В.Г. Прохоровым [3]. Эта установка дает возможность измерять значения термоЭДС с использованием бинокулярного микроскопа. Замеры проводились при постоянной разности температур между холодным и горячим электродами, равной 150 °С. Перед началом и в процессе работы прибор калибровался по галениту, имеющему дырочный тип проводимости. В каждой пробе замерялось значение термоЭДС у 21-40 кристаллов в течение 10...15 с. В итоге было выполнено 1680 замеров.
2. Минеральный состав руд
Месторождение расположено на севере Патом-ского нагорья в бассейне р. Б. Патом. Мощная (150 м) рудная залежь образована в раннепротеро-зойской углеродистой толще терригенных сланцев михайловской свиты и сложена метасоматитами бе-резит-пропилитовой формации с жильно-прожил-ково-вкрапленной сульфидно-кварцевой минера-
лизацией [4]. В кварцевых жилах и прожилках сульфиды встречаются эпизодически. Среди сульфидов преобладают пирит, арсенопирит, пирротин, в качестве несущественной примеси в сульфидно-кварцевых комплексах участвуют галенит, сфалерит, халькопирит, микропримеси кобальтина, самородного свинца, ульманита, теллуровисмутита, валлериита. Преобладает свободное золото в кварце [4, 5].
Большая часть пирита представлена разнозер-нистыми кристаллическими скоплениями, образующими совместно с кварцевыми прожилками и пирротином отдельные обособления в виде гнезд и линз. Размер зерен изменяется от долей мм и до 10 мм в поперечнике. Такие агрегаты пирита в краевых частях образуют ясно проявленные внешние кристаллические ограничения как в кварце, так и
0 1 2 3 4 5 6 см
Рис. 1. Сульфидная минерализация руд месторождения Чертово Корыто: а, в) разнозернистые кристаллические скопления пирита; б) разнозернистые кристаллические скопления пирротина и пирита, образующие гнезда совместно с кварцем, отдельные кристаллы арсенопирита в массе породы; г) отдельные кристаллы пирита в массе углеродистых песчаников; д) крестообразные двойники арсенопирита с «кварцевыми венчиками»; е) мелкозернистые агрегаты пирита в маломощных кварцевых жилах; ж) кристаллические скопления арсенопирита в кварце
Рис. 3. Морфологические типы кристаллов пирита и штриховка на их гранях. A: а (100) куб; о (111) октаэдр; n (211) тетрагон-триоктаэдр; e (210) пентагондодекаэдр; слева изображены идеальные кристаллы, справа их обломки, встречающиеся в пробах. Б: штриховка простая комбинационная (1); послойного роста граней (2, 5, 6); многоцентровая послойного роста граней (3, 4, 7)
Рис 4. МТК пирита и их соотношения в различных фракциях
но-призматические с Ку от 1,6 до 3 (рис. 5, МТК -6-8). Наибольшим распространением пользуются МТК - 2-5, 8, (рис. 5). Грани призмы (110) хорошо и равномерно развиты, на них не наблюдается штриховка, в отличие от грани призмы и (021), на которой штриховка грубая.
В результате изучения кристалломорфологии в объеме всей залежи установлено, что во всех частях с глубиной растет число удлиненно-призматических кристаллов (рис. 6, г), но в преобладании остаются короткопризматические (рис. 6, а). По мере приближения к разлому (в СВ направлении) также увеличивается доля удлиненных кристаллов. Набор форм в объеме месторождения остается постоянным. В пробах, отобранных на флангах рудного тела, где сульфидной минерализации становится меньше, арсенопирит развит в виде звездчатых сростков, а отдельные кристаллы встречаются редко.
В кварце арсенопирит не образует, как в породе, отдельных кристаллов, а присутствует в виде гнезд и крупнокристаллических скоплений. Здесь он представлен коротко-призматическими кристаллами. Развиты две грани ромбической призмы т (110) и и (021).
4. Термоэлектрические свойства пирита и арсенопирита
Для метакристаллов и разнозернистых кристаллических скоплений пирита во всех частях залежи характерен дырочный тип проводимости с абсолютными значениями от 46 до 64 мВ (табл.). Пирит из кварцевых жил обладает смешанным типом проводимости (электронно-дырочный) с изменяющимися значениями термоЭДС от 25 до 67 мВ для дырочного типа проводимости и от -60 до -67 мВ для электронного (табл.). Доля проводимости того или иного типа не постоянна, и может изменяться от преимущественно электронного до преимущественно дырочного.
2 3 4 5
6 7 8
Рис. 5. МТК арсенопирита: т (110); и (021) - ромбические призмы; с (001) - пинакоид
бег Рис. 6. Кристаллы арсенопирита: а) коротко-призматические; б, в) срастания кристаллов; г) удлиненно-призматические
Арсенопирит имеет только электронный тип проводимости. В породном арсенопирите значение термоЭДС незначительно увеличивается с глубиной и изменяется в пределах от -34 до -45 мВ (рис. 7). В кварце арсенопирит характеризуется гораздо меньшим разбросом абсолютных значений термоЭДС от 40 до 47 мВ, и в то же время значение параметра выше, чем в метакристаллах (табл.).
Таблица. Значение термоЭДС сульфидов месторождения Чертово Корыто
Средние значения термоЭДС, мВ
-39 -38 -37 -36 -35 -34
80
90
100
110
120
130
я
щ
5 140 О
150
160
170
180
190
200
Метакристаллы арсенопирит из пород /
% »
\
\ »
/
Минерал Значения термоЭДС, мВ
Дырочный тип / доля проводимости в % Электронный тип / доля проводимости в %
Метакристаллы пирита (из углеродистой зоны метасома-тического ореола) 46...64 / 100 -
Пирит из разнозернистых кристаллических скоплений с кварцем и пирротином 49...58 / 100 -
Пирит из кварцевых жил(центральная часть рудного тела) 25...67 / до 60 60...67 / до 40
Метакристаллы арсенопирита (из углеродистой зоны метасо-матического ореола) - 34...45 / 100
Арсенопирит из кварцевых жил и прожилков - 40...47 / 100
210
Рис. 7. Изменение средних значений термоЭДС арсенопи-рита с глубиной
5. Обсуждение результатов и выводы
Основная масса сульфидов, в том числе пирит и арсенопирит, концентрируется в ранних метасома-титах углеродистой зоны. В кварце сульфидов значительно меньше. Большая часть золота, напротив, сосредоточена в поздних кварцевых жилах и прожилках. Это, возможно, обусловлено тем, что ранние порции растворов были обогащены железом, мышьяком и серой. Обоснование позднего образования кварцевых жил и прожилков сравнительно с метасоматитами приведено в [4].
В месторождении Чертово Корыто, как отмечалось, форма пирита (100) является габитусной и обладает наибольшей комбинационной устойчивостью. Почти на 100 % метасоматический пирит здесь представлен кубическими кристаллами с подчиненным развитием грани октаэдра (111), что свойственно пириту, образованному в метасомати-чески измененных породах многих месторождений Алтае-Саянской и Джунгаро-Балхашской складчатых систем, связанных с плутоническими комплексами различного состава, и залегающих в вул-кано-плутонических и черносланцевых толщах.
Пирит золотоносных кварцевых жил обычно отличается сложно-комбинированными формами. В пирите из кварцевых жил и прожилков месторождения Чертово Корыто преобладает грань куба в сочетании с гранями (100), (111), (211), (210) в различных комбинациях. Подобное сочетание граней кристаллов пирита, образующего прожилки, гнездовые скопления, рассеянную вкрапленность в кварцевых жилах, описано в месторождениях Джунгаро-Балхашской складчатой системы. В разнообразных морфологических типах кристаллов преобладают те же формы (100), (210), (111) [6].
Обилие арсенопирита отличает месторождение Чертово Корыто от соседних месторождений - Сухого Лога, Первенца, Гольца Высочайшего. Арсенопи-рит месторождения Чертово Корыто в углеродистой зоне метасоматического ореола имеет сравнительно простую кристалломорфологию. Набор форм постоянен во всех частях залежи. Отмечено увеличение коэффициента удлинения кристаллов по вертикали и в направлении к глубинному разлому. Вероятно, с глубиной увеличится доля удлиненно-призматических кристаллов по отношению к коротко-призматическим в силу увеличения температуры кристаллизации [1]. Арсенопирит кварцевых жил и прожилков по набору простых форм не отличается от породного. Отличия выражаются лишь в агрегатах минерала, - в жильном выполнении арсенопирит развит в виде плотных зернистых агрегатов. Развитием пользуются грани призм т (110), и (021), реже пинакоида с (001).
Как в месторождении Чертово Корыто, в месторождениях Западной Калбы (Восточный Казахстан) участки повышенной золотоносности пространственно совпадают с полями развития арсе-нопирита в черносланцевых толщах. При этом ар-сенопирит в рудах также характеризуется преобладанием удлиненно-призматических кристаллов и разнообразием морфологических типов, которые определяются различным наклоном граней призмы. Минерал часто образует двойники срастания, двойники и тройники прорастания. Для арсенопи-рита и здесь типично развитие граней ромбических призм т (110), и (021) [7].
Помимо месторождений, образованных в тер-ригенных толщах (Чертово Корыто, Западная Кал-ба и др.), арсенопирит обычен в рудах месторождений, образованных в кристаллическом субстрате (Берикульское рудное поле). Арсенопирит в околорудных метасоматитах образует вкрапленники отдельных кристаллов, тогда как в жильном выполнении для него типичны неправильные скопления, полоски и гнезда. В целом набор форм для арсено-пирита из метасоматитов и кварцевых жил постоянен. Развитием пользуются грани призмы т (110), и (021) и пинакоида с (001) [8]. Как видно, для месторождений, образованных в кристаллическом субстрате и в черносланцевых толщах наблюдается сходство наборов граней арсенопирита.
Для пиритов месторождения Чертово Корыто, образованного в метасоматически измененных породах, как было отмечено выше, характерен только дырочный тип проводимости с абсолютными значениями, изменяющимися в пределах 46...64 мВ. В месторождениях Алтае-Саянской складчатой области для метасоматического пирита отмечается подобная ситуация. Пирит имеет дырочный тип проводимости [9], который по данным В.А. Фаворова [10], определяется избытком серы при образовании минерала, либо присутствием микропримеси Аз2-. Значение этого параметра в целом изменяется от 27 до 50 мВ [9]. Для золоторудных месторождений Джунгаро-Балхашской складчатой системы для метасоматического пирита характерен также дырочный тип проводимости и положительные значения термоЭДС (10...55 мВ).
Пириты из кварцевых жил месторождения Чертово Корыто во всем объеме рудной залежи облада-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Евзикова Н.З. Поисковая кристалломорфология. - М.: Недра, 1984. - 143 с.
2. Беленькая Н.С. Руководящие простые формы пирита // Записки Всесоюз. минерал. общ. - 1980. - Ч. 109. - Вып. 4. -С. 358-361.
3. Прохоров В.Г. Пирит (к геохимии, минералогии, экономике и промышленному использованию) // Труды СНИИГГиМС. -Вып. 102. - Красноярск, 1970. - 188 с.
4. Кучеренко И.В. Гаврилов Р.Ю., Мартыненко В.Г, Верхо-зин А.В. Структурно-динамическая модель золоторудных месторождений образованных в несланцевом и черносланцевом субстрате. Ч. 2. Месторождения Чертово Корыто (Патомское
ют смешанным типом проводимости с абсолютными значениями 25...67 мВ. Доля электронного и дырочного типов при этом различна. Характерно преобладание либо дырочного, либо электронного типов. Многими авторами [9-11] неоднократно доказывалось, что для продуктивных пиритов жильных месторождений характерен смешанный тип проводимости с преобладанием электронного или дырочного в зависимости от глубины эрозионного среза. Наличие такого типа проводимости обусловлено рядом причин: присутствием элементов-примесей, входящих в кристаллическую решетку минерала, нарушением стехиометрического соотношения Fe/S и, как следствие, не идеальным внутренним строением. Перечисленные дефекты могли возникнуть в результате скачкообразного изменения давления при заполнении рудными растворами полостей и трещин отрыва, а также изменения состава порций растворов при пульсационном режиме их поступления [8].
В золоторудных месторождения Джунгаро-Бал-хашской складчатой системы пирит из кварцевых жил также обладает смешанным типом проводимости с преобладанием электронного. Абсолютные значения термоЭДС пирита изменяется в пределах от 20 до 50 мВ [6].
Жильный и породный арсенопирит месторождения Чертово Корыто имеет только электронный тип проводимости и незначительный разброс значений термоЭДС (34...47 мВ), что не позволяет использовать термоэлектрические свойства в качестве типоморфного признака для данного объекта. Аналогичная ситуация наблюдается в чернослан-цевых толщах месторождений Западной Калбы [7].
Однообразие кристалломорфологических черт и сходные значения термоЭДС пиритов и арсено-пиритов, свойственное месторождениям, образованным в черносланцевом и кристаллическом субстрате, согласуются с представлением о их геолого-генетической однородности [4, 5].
Авторы выражают благодарность И.В. Кучеренко, Р.Ю. Гаврилову за просмотр рукописи и сделанные замечания, устранение которых способствовало улучшению работы.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнау-ки (грант № 2.1.1/904), Федерального агентства по образованию. ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.». Гос. контракт № П238 от 23.04.2010 г.
нагорье) // Известия Томского политехнического университета. - 2008. - Т. 314. - № 1. - С. 23-38.
5. Кучеренко И.В. Гаврилов Р.Ю., Мартыненко В.Г, Верхо-зин А.В. Петролого-геохимические черты рудовмещающего метасоматического ореола золоторудного месторождения Чертово Корыто (Патомское нагорье) // Известия Томского политехнического университета. - 2008. - Т. 312. - № 1. - С. 11-20.
6. Кудайбергенова Н.К. Кристалломорфологические и структурные особенности продуктивного пирита золоторудных месторождений Джунгаро-Балхашской складчатой системы // Минералогическая кристаллография и ее применение в практике геологоразведочных работ / под ред. Ю.П. Мельник. - Киев: Наукова думка, 1986. - С. 135-142.
7. Лукьянова Е.В. Прогнозирование и поиски золотого орудене-ния в черносланцевых толщах Западной Калбы на основе изучения типоморфных особенностей пирита и арсенопирита: дис. ... канд. геол-мин. наук. - Томск, 2000. - 169 с.
8. Булынников А.Я. Золоторудные формации и золотоносные провинции Алтае-Саянской горной системы // Труды Томского государственного университета. - 1948. - Т. 102. - 299 с.
9. Коробейников А.Ф., Нарсеев В.А., Пшеничкин А.Я., Ревя-кин П.С. Пириты золоторудных месторождений (свойства, зональность, практическое применение). - М.: ЦНИГРИ, 1993.- 213 с.
10. Фаворов В.А., Красников В.И., Сычугов В.С. Некоторые факторы определяющие изменчивость полупроводниковых свойств пирита и арсенопирита // Известия АН СССР. Сер. геол. - 1972. - № 11. - С. 72-84.
11. Пшеничкин А.Я., Коробейников А.Ф., Мацюшевский А.В. Особенности кристалломорфологии и термоэлектрических свойств пиритов // Известия Томского политехнического института. - 1976. - Т. 264. - С. 82-84.
Поступила 12.05.2010 г.
УДК 550.834.05(571.56)
ПРИМЕНЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ИНВЕРСИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПРОДУКТИВНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ТЕРРИГЕННОГО ВЕНДА В ПРЕДЕЛАХ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ МИРНИНСКОГО ВЫСТУПА (НЕПСКО-БОТУОБИНСКАЯ АНТЕКЛИЗА)
О.О. Абросимова, С.И. Кулагин, И.М. Кос*
ОАО «Сибнефтегеофизика», г. Новосибирск *ОАО «Сургутнефтегаз», г. Сургут E-mail: [email protected]
Рассматриваются отложения терригенного комплекса, относящиеся к курсовской свите (нижний венд) и нижнебюкской подсви-те (верхний венд). В составе нижнебюкской подсвиты выделяется ботуобинский горизонт (пласт В5), который является одним из основных объектов нефтегазопоисковых работ на Мирнинском выступе Непско-Ботуобинской антеклизы. Использование результатов сейсмической инверсии позволило закартировать зоны выклинивания отложений продуктивного пласта В5. В результате уточнения геологического строения района работ стало возможным выделение ловушек углеводородов.
Ключевые слова:
Сейсморазведка, импеданс, курсовская свита, ботуобинский горизонт, ловушка углеводородов. Key words:
Seismic exploration, P-Impedance, Kursovsky Formation, Botuoba Horizon, hydrocarbon trap.
Введение
В современном тектоническом плане исследуемый район расположен в пределах восточного склона Мирнинского выступа Непско-Ботуобин-ской антеклизы (рис. 1).
Подсолевые венд-нижнекембрийские отложения Непско-Ботуобинской антеклизы включают в себя карбонатный и терригенный комплексы, в составе которых выделяются и прослеживаются на больших территориях продуктивные горизонты [1]. В пределах рассматриваемой территории повсеместно выделяется толща пород, относящаяся к кур-совской свите ранневендского возраста, представленная переслаиванием песчаников, алевролитов и аргиллитов. Завершает разрез пачка аргиллитов, мощность которой изменяется от 10 до 40 м. На ней со стратиграфическим несогласием залегают отложения нижнебюкской подсвиты поздневендского возраста, в составе которой выделяется ботуобин-ский горизонт (индексируемый как пласт В5). Толщина пласта составляет от 0 до 10 м, а эффективная мощность достигает до 9 м. Коэффициент пористости варьирует от 3 до 21 %. Согласно работе [2] на время формирования отложений, относимых к кур-
совской свите и нижнебюкской подсвите, территория Непско-Ботуобинской антеклизы представляла собой обширную прибрежную аккумулятивную равнину, периодически затопляемую морем.
Материалы и метод
К кровле терригенного комплекса приурочен основной сейсмический отражающий горизонт, который индексируется как КВ. В зоне выклинивания нижнебюкской подсвиты на породах, относимых к курсовской свите, залегают глинисто-сульфатно-карбонатные отложения верхнебюкской подвситы. В результате бурения установлено, что отложения пласта В5 на большей части рассматриваемой территории отсутствуют.
В пределах Непско-Ботуобинской антеклизы уже выявлен ряд месторождений с терригенным типом коллектора и карбонатным или сульфатно-карбонатным типом флюидоупоров. В связи с широким развитием стратиграфических несогласий, литологических замещений и разрывных нарушений морфогенетические формы ловушек существенно разнятся [2, 3]. Изучаемая территория расположена вблизи Тас-Юряхского нефтегазового
