CC BY
86
батолита // Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды: Матер. Всерос. научн. конф., г. Иркутск, 24-30 сент. 2007 г. - Т. 2. Геохимия магматических, метаморфических и метасоматических процессов. - Иркутск: Изд-во Ин-та географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2007. - С. 50-54.
14. Жариков В.А. Некоторые закономерности метасоматических процессов // Метасоматические изменения боковых пород и их роль в рудообразовании / под ред. Д.С. Коржинского. -М.: Недра, 1966. - С. 47-63.
15. Кучеренко И.В. К методике формирования выборок для расчета статистических параметров распределения и баланса химических элементов в околорудном пространстве гидротермальных месторождений золота // Известия Томского политехнического университета. - 2005. - Т. 308. - № 2. - С. 23-30.
16. Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, метасоматические, импактные образования / под
ред. О.А. Богатикова, О.В. Петрова. - СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2008. - 200 с.
17. Миронов Ю.В. Соотношение титана и калия в базальтах как индикатор тектонической обстановки // Доклады АН СССР. -1990. - Т. 314. - № 6. - С. 1484-1487.
18. Кучеренко И.В. Пространственно-временные и петрохимиче-ские критерии связи образования золотого оруденения с глубинным магматизмом // Известия АН СССР. Сер. геол. - 1990. - №10. - С. 78-91.
19. Кучеренко И.В. Эмпирические свидетельства концентрацион-но-диффузионного механизма массопереноса в процессах околотрещинного гидротермального метасоматизма // Известия Томского политехнического университета. - 2010. -Т.316. - №1. - С. 9-15.
Поступила 18.11.2010 г.
УДК 549.324.31:553.41
ОТРАЖЕНИЕ ЗОНАЛЬНОСТИ СУХАРИНСКОГО РУДНОГО ПОЛЯ В ТИПОМОРФНЫХ ОСОБЕННОСТЯХ ПИРИТА
Е.М. Михайлова, В.Г. Ворошилов, А.Я. Пшеничкин
Томский политехнический университет E-mail: planet@sibmail.com
Изучены пириты из руд и околорудных метасоматитов скарново-магнетитового Сухаринского рудного поля (Горная Шория) с наложенной золото-сульфидной минерализацией. Исследованы типоморфные особенности пирита: морфология кристаллов, термоэлектрические свойства, отражательная способность, химический состав. Установлено зональное изменение типоморф-ных свойств пирита по простиранию рудного поля.
Ключевые слова:
Пирит, типоморфизм, кристалломорфология, термоэлектрические свойства, элементы-примеси, золото, зональность. Key words:
Pyrite, typomorphism, morphology of crystal, thermo-electromotive property, details-addition, gold, zonality.
В последние годы все большее внимание уделяется проблеме укрепления и расширения минерально-сырьевой базы действующих горнорудных предприятий, а также поискам и оценке глубоко-залегающих рудных тел в известных горнорудных регионах и на новых территориях [1-4]. Поиски и оценка скрытых рудных тел, выявление новых типов месторождений и вовлечение их в промышленное освоение, переоценка известных рудо-проявлений и месторождений - эти задачи не всегда могут быть решены традиционными геолого-геохимическими и геофизическими методами. Существенная роль здесь отводится минералогическим методам прогнозирования, теоретической основой которых служит учение о типоморфизме минералов и о минералах-индикаторах оруденения
[4, 5].
Пирит является самым распространенным и наиболее оптимальным для исследования типо-морфных свойств рудным минералом в сульфидсо-держащих типах месторождений. Во многих слу-
чаях он представляет самостоятельный промышленный интерес, так как нередко содержит высокие концентрации золота, являясь основным концентратором (наряду с арсенопиритом) металла в рудных телах и околорудных метасоматитах различных месторождений.
Авторами выполнены комплексные исследования пиритов из руд, метасоматитов и вмещающих пород Сухаринского рудного поля (Горная Шория). Целью исследования являлось изучение ти-поморфных свойств пиритов с целью выявления зональности рудного поля и прогноза золотого оруденения.
В процессе работ решались следующие основные задачи: изучение типоморфных свойств пирита: кристалломорфологии, химического состава, термоЭДС, коэффициента отражения; выявление отличительных особенностей пирита продуктивных минеральных ассоциаций; выявление минера-лого-геохимической зональности рудного поля на основе типоморфных свойств пирита.
Сухаринское рудное поле расположено в западной части Тельбесского железорудного района Горной Шории. В его пределах разведаны и частично эксплуатировались скарново-магнетитовые месторождения: Северный Аргыш-Таг, Южный Аргыш-Таг, Правобережная Сухаринка, Левобережная Су-харинка, Романовско-Кедровское, Самарское.
В рудном поле выявлено 14 скарново-магнети-товых залежей с прожилково-вкрапленной золото-сульфидной минерализацией. Рудные участки приурочены к сухаринской свите нижнего кембрия. Рудные тела находятся в зоне контактов карбонатных пород нижней кремнисто-вулканогенно-карбонатной толщи. Они имеют линзовидную (реже пластообразную) форму и залегают субсогласно со складчатостью. Оруденение прослежено до глубины 500 м. Выделяются ранние карбонатно-маг-нетитовые руды вулканогенно-осадочного происхождения и скарново-магнетитовые разности пи-роксен-магнетитового, гранат-магнетитового, ам-фибол-магнетитового составов, возникшие в контактовом ореоле диоритов Тельбесского интрузива. Все скарново-магнетитовые залежи несут в разном количестве сопутствующие продуктивные минеральные комплексы золото-сульфидного, или наложенного кварцево-золото-полисульфидного типов. Золотое оруденение парагенетически связано со становлением интрузивных фаз Тельбесского массива. Их последовательное внедрение сопровождалось неоднократной активизацией гидротермальных процессов, перераспределением золота и концентрированием его на геохимических барьерах в пределах долгоживущих зон повышенной проницаемости [6].
В качестве исходного материала использованы пробы-протолочки весом 2...3 кг, отобранные нами из керна скважин и отвалов карьеров рудного поля. Для исследования типоморфных свойств пирита из протолочек выделены его мономинеральные фракции.
Кристалломорфологическое изучение проводилось под бинокулярным микроскопом МБС-10 из фракции 0,5.0,2 мм, так как эта фракция наиболее полно характеризует морфологические особенности минерала [2, 3]. Для количественной оценки распространенности выделяемых морфологических типов кристаллов (МТК) производился подсчет кристаллов методом дорожки. В каждой пробе набиралось до 100 кристаллов, производился подсчет встречаемости граней в комбинациях и определялся габитус кристаллов. Всего было изучено 37 проб пирита с отвалов карьеров и 73 пробы из керна скважин.
Измерения термоЭДС проводились на установке, разработанной в Научно-образовательном центре «Золото-платина» ТПУ, смонтированной на бинокулярном микроскопе МБС-10, приспособленной для измерения термоЭДС минералов с размером зерен 0,1.1,0 мм [7]. Электроды использовались латунные, измерение осуществлялось при постоянной разности температур между холодным
и горячим электродами в 150 °С. Калибровка прибора проводилась по галениту, который имеет только электронный тип проводимости. Время одного замера 15.20 с. В каждой пробе замерялась термоЭДС 20-30 зерен и кристаллов пирита, результаты заносились в журнал, подсчитывались средние значения термоЭДС и доли электронной и дырочной проводимостей. Всего выполнено 1758 замеров.
Взаимоотношения сульфидных минералов изучались с помощью поляризационного микроскопа ПОЛАМ Р-312 в полированных шлифах.
Химический состав пирита изучался атомно-абсорбционным (Аи, Сг, N1, Со) и рентгено-флуо-ресцентным (Си, 2п, А§, Аз, РЬ, 8Ь, В1, 8е, 8г) методами. Результаты анализов были сгруппированы в выборки, характеризующие пириты исходных пород, пропилитов, скарнов и сульфидных руд.
Изучение пирита в отраженном свете позволяет выделить три генерации кристаллического пирита и модификацию марказит. Их взаимоотношения и формы выделения показаны на рис. 1.
Пирит-1 морфологически характеризуется идиоморфными кристаллами размером 0,5.2,0 мм (лишь в северо-восточной части рудного поля его размеры достигают 1 см). Кристаллы представлены квадратными, прямоугольными, ромбическими и шестиугольными сечениями. Отмечается хорошая полировка. Цвет пирита соломенный. Линии ограничения четкие, ровные. Тесно связан с агрегатами пирротина, халькопирита и сфалерита.
Пирит-II отмечается на локальных участках в виде ксеноморфных проявлений губчато-дырча-того типа, реже отмечаются гипидиоморфнозерни-стые формы. Контуры неровные, местами нечеткие. Размеры колеблются в пределах 0,1.0,5 мм. Пирит-П в основном приурочен к кварц-карбонатным и пирротиновым прожилкам, нередко цементирует кристаллы пирита-1.
Пирит III отмечается в виде периферийных идиоморфных агрегатов по колломорфным образованиям марказита и в виде просечек в нем. Размеры отдельных индивидов не превышают 0,01 мм. Сами кристаллы без видимых признаков изменений и дробления.
Марказит характеризуется лучистыми, почковидными агрегатами, концентрическими гелевыми структурами, диаметром от 0,1 до 4,0 мм. Цвет минерала от светло-желтого пиритового до густожелтого и густо-коричневого. Наблюдаются просечки халькопирита и новообразованного пирита III.
По мере удаления от Тельбесской интрузии в западном направлении в рудных телах увеличивается количество марказита; его слабо почковидные удлиненные агрегаты сменяются почковидными округлыми, а с глубиной - концентрически зональными, сферическими агрегатами. Размер агрегатов с глубиной изменяется от 0,2 до 3,4 мм. Марказит - относительно низкотемпературный гидротермальный минерал, поэтому вышеописанные
Рис. 1. Фотографии полированных образцов различных генераций пирита и марказита: Ру I, II, III - соответствующие генерации пирита, Mgt - магнетит, Ро - пирротин, ChPy - халькопирит, Mar - марказит
наблюдения можно интерпретировать как снижение температуры рудообразования с востока на запад, по мере удаления от интрузии.
Зональность типоморфных свойств описана ниже для пирита I, как наиболее представительного и оптимального для этих целей минерала.
При изучении кристалломорфологии пирита установлено, что на кристаллах пирита из рудных тел и околорудных метасоматитов присутствует три формы: куб о{100}, пентагондодекаэдр е{210} и октаэдр о{111}. Кристаллы встречаются в виде простых форм и их комбинаций (рис. 2). Они не всегда имеют идеальные формы, часто уплощены или вытянуты в одном направлении, грани их неравномерно развиты, нередко присутствуют не все комбинации.
Грань (100) присутствует во всех комбинациях, является габитусной, ее встречаемость снижается только в пирит-пирротиновых рудах. Грань (210) в комбинациях кристаллов развита умеренно, чаще всего встречаемость ее в комбинациях от 50 до 100 %, нередко она хорошо развита и становится габитусной, увеличиваясь по направлению к рудному телу в околорудных метасоматитах и в рудных зонах. Более 60 % кристаллов составляют комбинации {100} + {210}. Встречаемость грани (111) в комбинациях кристаллов пирита составляет 4...9 %, она слабо развита и присутствует в основном у кристаллов пирита пирит-пирротиновых руд. Часто в комбинации кристаллов присутствуют не все грани. Лишь у кристаллов пиритов участков Романовско-Кедровский и Самарский грань (111) становится габитусной. Грани пентагондодекаэдра и октаэдра у кристаллов пиритов из околорудных метасоматитов встречаются чаще, чем у пиритов сульфидных руд, однако комбинационные их типы
встречаются только на участке Романовско-Ке-дровский.
В зависимости от количества простых форм, входящих в комбинации, и развитости граней для Сухаринского рудного поля выделено 15 морфологических типов кристаллов (МТК) пирита, изображенных на рис. 2. Максимальное их количество приурочено к продуктивным минеральным ассоциациям. Увеличение ассортимента кристаллов происходит за счет появления в комбинациях слабо (а местами и преимущественно) развитых граней (210) и (111) в пиритах руд.
Частота встречаемости отдельных типов кристаллов колеблется от долей до 35 %. Как видно из табл. 1 и рис. 3, наибольшую морфологическую устойчивость имеют МТК № 1 и 5 с частотой встречаемости кристаллов до 30...35 %, второстепенную роль играет 2-ой МТК с частотой встречаемости до 4 %. Доля остальных МТК пиритов редко превышает 2 %, зато количество их достигает 12.
В зависимости от преобладающего развития граней в комбинациях выделено 6 габитусов: кубический (МТК № 1, 2, 6, 7), куб-пентагондодека-эдрический (№ 8, 9), пентагондодекаэдрический (№ 10, 11, 13, 14), куб-октаэдрический (№ 3, 7), пен-тагон-октаэдрический (№ 12, 15), октаэдрический (№ 8).
Пириты околорудных метасоматитов отличаются от пиритов руд более правильными кристаллами, преобладающим кубическим габитусом и меньшим в 2 раза набором МТК. По направлению к рудному телу в метасоматитах увеличивается количество кристаллов куб-пентагондодекаэдрического и пен-тагондодекаэдрического габитусов. В рудных интервалах появляются кристаллы пентагон-окта-эдрического и октаэдрического габитусов.
Таблица 1. Частота встречаемости (в %) морфологических типов кристаллов, граней в комбинациях и габитусов пиритов в рудах и породах Сухаринского рудного поля
Вмещаю- Околоруд-
Параметры щие породы ные мета-соматиты Сульфидные руды
1 34,8 11,1 33,0
2 3,4 0,3 3,5
5 22,8 18,1 30,7
6 0 0,5 0,6
8 0,5 1,4 0
1— 10 1,6 2,6 1,7
13 0,3 0,3 2,3
МТК 4 - 0,3;
МТК 9, 15 по 0,2;
МТК 3 - 0,1 МТК 7 - 4,7 МТК 11 - 0,5; МТК 12 - 0,1; МТК 14 - 1,6
(100) 99,9 99,7 91,6
X та (210) 43,1 64,5 51,9
(111) 4,1 8,9 8,5
{100} 96,2 92,9 88,9
.0 и {210} 3,3 5,7 6,3
{100}+{210} 0,5 1,4 0
та {111} - а {210}+{111} - Ь - - а - 0,3 Ь- 0,2
С глубиной рудных тел и с востока на запад от участка Аргыш-Таг к участку Самарский на кристаллах пиритов намечается закономерное увели-
чение частоты встречаемости граней октаэдра в комбинациях и смене кубического габитуса на пентагондодекаэдрический и октаэдрический. Роль кристаллов пирита кубического габитуса в этом направлении уменьшается. Наибольшее количество МТК пирита встречается на Романовско-Кедровском участке (11 типов).
В каждом полированном шлифе производилось по 8-10 измерений отражательной способности пирита при длинах волн: 460, 500, 540, 600 и 660 нм. В целом, пирит из руд характеризуется более высокой отражательной способностью, чем пирит из вмещающих пород. Но, как видно из рис. 4, в юго-западном направлении, по мере удаления от интрузии, средняя отражательная способность рудного пирита уменьшается от 52,0 до 49,5 %, что коррелируется с увеличением содержания в нем Аи, Со, РЬ, 2п, Аз. Отмечается также прямая корреляционная зависимость между величиной отражательной способности пирита и долей пиритов с электронным типом проводимости в пробе.
Ранее нами было установлено [7], что термо-ЭДС закономерно изменяется от пиритов с дырочной проводимостью из низкотемпературных минеральных ассоциаций и верхней части рудных тел к пиритам с электронно-дырочной проводимостью из среднетемпературных ассоциаций и средних частей рудных тел и к пиритам с электронной проводимостью из высокотемпературных минеральных ассоциаций и прикорневых частей рудных тел.
Рис. 3. Типоморфные особенности пирита из вмещающих пород, метасоматитов и руд: 1) карбонатно-вулканогенная толща; 2) скарны; 3) пропилиты; 4) золото-сульфидные руды
Рис. 4. Зональность типоморфных свойств пирита Сухаринского рудного поля: 1) ареалы преимущественного развития морфологических типов кристаллов; 2) изолинии средней величины отражательной способности кристаллов пирита в %
При обработке измерений термоЭДС было выделено три типа проводимости пиритов: с преобладающей электронной проводимостью (и), с близким соотношением электронной и дырочной про-водимостей (и-р), с преобладающей дырочной проводимостью (р). Из табл. 2 видно, что для пиритов из вмещающих пород свойственны 2-й и 3-й типы, для пиритов из метасоматитов - все три типа, а для пиритов из руд - 1-й и 2-й типы проводимости.
Таблица 2. Изменение средних значений термоЭДС и типов проводимости пиритов из разных минеральных ассоциаций
Породы Средние значения термоЭДС, мВ Доля проводимости, % Типы проводимости
р-тип n-тип р-тип n-тип
Вмещающие андезиты и известняки 41 19 80 20 n, n-p
Метасоматиты 26 17 51 49 n, n-p, p
Руды 21 16 44 56 n-p,p
Пириты рудных тел и метасоматитов характеризуются значительным разбросом значений разности потенциалов (10.70 мВ), близкими в большинстве случаев средними положительными (33.41 мВ) и отрицательными (-17.-29 мВ) значениями термоЭДС. Наблюдается тенденция уменьшения средних значений термоЭДС пиритов (как р-, так и и-типов) от пирита, рассеянного
во вмещающих породах, к пиритам из околорудно-измененных пород и к рудным пиритам. Доля электронной проводимости в пиритах из метасо-матитов по направлению к рудным телам увеличивается в 2,5.3 раза, а доля дырочной проводимости - сокращается. Но внутри рудных тел отмечается корреляция содержаний золота с долей пиритов с дырочной проводимостью.
С глубиной средние значения термоЭДС и доля и-пиритов на участках рудного поля изменяются волнообразно с максимумами на горизонтах, обогащенных продуктивной минерализацией, подобно кристалломорфологическим особенностям пи-ритов.
Пириты существенно обогащены, в сравнении с вмещающими породами, золотом и элементами-спутниками: Ag, As, Cu, Pb, Bi, Co, Zn. Факторный анализ показывает, что Au в пиритах тесно корре-лируется с Co, Zn, Pb, As, Cu, Bi, Ag (рис. 5).
Накопление Cr, Ni и Sr в пиритах не отмечается. Как видно из табл. 3, от вмещающих пород к рудам в пиритах последовательно возрастают концентрации Au, Zn, Co, As, Cu. При этом концентрация Cu, As, Pb в пирите пропилитов значительно ниже, чем в пиритах из вмещающих пород. Вероятно, это обусловлено очищением от примесей раннего рассеянного пирита в процессе функционирования конвективной термофлюидной рудооб-разующей системы.
Фактор 1
Рис. 5. Ассоциации элементов-примесей в пиритах по результатам факторного анализа
Таблица 3. Средние содержания элементов-примесей в исходных породах и монофракциях пиритов, г/т
Анализируемый субстрат Аи Ад А5 Сг N1 Со Си РЬ 1п В1 Бг
Сред. Кн
Вмещающие породы 0,005 1 0,5 3 14 10 12 50 10 98 0,5 53
Пирит:
из вмещающих пород 0,046 9,2 16 2568 14 66 93 486 196 92 37 4
из скарнов 0,459 91,8 17 3041 12 72 136 467 147 853 40 7
из пропилитов 0,651 130,2 14 1977 12 61 118 63 128 116 54 4
из сульфидных руд 2,542 508,4 22 3820 11 72 238 699 228 2374 41 8
*Кн - коэффициент накопления золота в пирите относительно исходных пород (известняков, андезитов).
Между содержанием Сг и N1 в пирите и морфологическими типами кристаллов прослеживается отчетливая корреляционная связь. Сг и N1 положительно коррелируются с МТК № 5, 6 и отрицательно - с № 9, 11, 13-15. Иначе говоря, чем более развита грань (210), тем в большей степени кристаллы пирита очищаются от Сг и N1.
Отмечается также устойчивая корреляция между долей пиритов с электронным (и) типом проводимости и концентрацией в пирите Сг и №. Соот-
ветственно, очищение пиритов от этих примесей сопровождается возрастанием доли пиритов с дырочным (р) типом проводимости.
Пириты изучаемого рудного поля характеризуются значительным разбросом содержаний золота. Для пиритов, рассеянных во вмещающих известняках и вулканитах, характерны небольшие пределы колебаний в содержаниях металла (коэффициент вариации Г=33...45 %) со слабо выраженной левой асимметрией (А=-0,93). Для пиритов около-
рудных метасоматитов и золото-полисульфидных руд характерна крайняя неоднородность распределения золота (Р>130 %). Такой характер распределения золота обусловлен наличием его минеральных включений в пиритах, наряду с молекулярным и атомарно-рассеянным состояниями.
Минимальные количества золота выявлены в пирите, рассеянном во вмещающих породах. Наиболее золотоносны пириты сульфидно-магнети-товых и золото-полисульфидных ассоциаций. В пиритах скарнов и околорудных метасоматитов содержание золота в 2.10 раз ниже по сравнению с таковыми рудных тел.
Выводы
Сухаринское рудное поле (Горная Шория) имеет набор морфологических типов кристаллов, характерный для пиритов золоторудных месторождений. С глубиной рудных тел и с востока на запад, от участка Аргыш-Таг к участку Самарский, на кристаллах пиритов намечается закономерное увеличение частоты встречаемости граней октаэдра в комбинациях и смене куб-октаэдрического габитуса на пентагондодекаэдрический и октаэдриче-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреев Б.С. Пирит золоторудных месторождений. - М.: Наука, 1992. - 143 с.
2. Пшеничкин А.Я. Использование кристалломорфологии пирита при минералогическом картировании золоторудных месторождений Алтае-Саянской складчатой области // Минералогическое картирование рудоносных территорий / под ред. В.И. Поповой, В .А. Попова. - Свердловск: УНЦ АН ССР, 1985. - С. 60-70.
3. Пшеничкин А.Я. Кристалломорфология пирита и ее использование в практике поисково-разведочных работ // Геология и геофизика. - 1982. - № 11. - С. 65-75.
ский. Роль кристаллов пирита кубического габитуса в этом направлении уменьшается.
Типоморфным признаком является набор специфического комплекса примесных элементов -Со, РЬ, 2п, Аз, Си, В1, концентрация которых в пирите прямо пропорциональна его золотоносности. Концентрация золота в пирите руд обратно пропорциональна величине его отражательной способности и доле кристаллов с электронным типом проводимости.
По результатам исследований типоморфных свойств пирита можно констатировать, что рудные участки поля имеют небольшой эрозионный срез, увеличивающийся в юго-западном направлении, и перспективны на глубину. Это заключение основано на том, что пириты руд и метасоматитов имеют электронно-дырочную проводимость, преобладающий кубический габитус кристаллов (95 %), повышенную концентрацию элементов, характерных для верхних-средних частей рудных тел -свинца, меди, мышьяка, цинка, висмута (100.4000 г/т) и золота (до 9 г/т).
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнау-ки (грант № 2.1.1/904).
4. Юшкин Н.П. Топоминералогия. - М.: Недра, 1982. - 288 с.
5. Типоморфизм минералов: Справочник / под ред. Л.В. Чернышевой - М.: Недра, 1989. - 560 с.
6. Коробейников А.Ф., Зотов И.А. Закономерности формирования месторождений золото-скарновой формации. - Томск: ТПУ, 2006. - 235 с.
7. Коробейников А.Ф., Нарсеев В.А., Пшеничкин А.Я., Ревя-кин П.С., Арифулов Ч.Х. Пириты золоторудных месторождений. - М.: ЦНИГРИ, 1993. - 213 с.
Поступила 02.06.2010г.
