CC BY
89
УДК 549.514: 553.621
Юргенсон Георгий Александрович Georgiy Yurgenson
Лимберова Валентина Васильевна Valentina Limberova
Миронова Елена Владимировна Elena Mironova
СТРОЕНИЕ И РУДНОФОРМАЦИОННАЯ ПРИНАДЛЕЖНОСТЬ ЖИЛЬНОГО КВАРЦА НА ИК-СПЕКТРАХ МЕТОДОМ МНОГОКРАТНОГО НАРУШЕННОГО ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ
STRUCTURE AND ORE FORMATION MEMBERSHIP OF GANGUE QUARTZ ON THE IRSPECTRA BY MEANS OF MULTIPLE BROKEN TOTAL INTERNAL REFLECTION
Изложен первый опыт выявления отличий рудоносного кварца среднеглубинной и малоглубинной золоторудных формаций методом МНПВО в ИК-области спектра. На спектрах МНПВО всех изученных образцов проявлены три дублета полос пропускания: при 480 и 540 см-1 (К1), 680 и 780 см-1 (К2) и 1075 и 1220 см-1 (К3). Положение и интенсивность указанных полос пропускания четко различаются у жильного кварца среднеглубинного Любавинско-го и малоглубинного Тасеевского месторождений. Выявлена прямая связь между интенсивностью полос пропускания на ИК-спектрах МНПВО и содержанием воды и обратная с величинами степени совершенства кристаллического строения жильного кварца
Ключевые слова: жильный кварц, многократное нарушенное полное внутреннее отражение, среднеглубинные и малоглубинные золотоквар-цевые рудные формации, совершенство кристаллического строения, Любавинское, Тасеевс-кое месторождения
The first experience of identifying differences bearing quartz midwater and shallow goldbearing formations by the method of MBTIR in the infrared region of the spectrum is described. In the spectra of MBTIR all studied samples revealed three doublet bandwidth: at 480 540 cm-1 (K1), 680 and 780 cm-1 (K2) and 1075 and 1220 cm-1 Position and intensity of these
bandwidths are clearly differentiated from gangue quartz of midwater Lyubavinskoye and nearsurface refection of Taseevskoye fields. A direct relationship between the intensity of bandwidth on the IRspectra of MBTIR, water content and feedback with the values of perfection degree of the crystal structure of gangue quartz is found
Key words: vein quartz, multiple frustrated total internal reflection, shallow and midwater zolotokvartsevye ore formation and perfection of the crystal structure, Lyubavinskoe deposit, Taseevskoe deposit
Методом многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО) изучаются особенности строения вещества на молекулярном и надмолекулярном уровнях его организации. Метод применяется для изучения адсорбированного состояния молекул [2], искажения структуры и других свойств [1]. В минералогии и геологии рудных месторождений получение объективной картины особенностей строения минеральных агрегатов имеет большое значение для определения принадлежности их к минеральным телам, имеющим отношение к конкретным рудным формациям [5].
В предлагаемой работе изложен первый опыт выявления отличий рудоносного кварца двух важных в промышленном отношении золотоносных формаций, образующихся на различных глубинах от дневной поверхности: среднеглубинной и малоглубинной. Жильные тела первой из них образуются на глубинах 1500...3000 м от дневной палеоповерхности, а вторые — на глубинах до 1000 м. Первые связаны с интрузивным магматизмом, а вторые — с вулканическими процессами [5]. Важнейшей промышленно-экономической особенностью малоглубинных месторождений является их компактность, близость к дневной поверхности и высокие концентрации полезных компонентов, что обеспечивает возможность их высокорентабельного освоения.
В зависимости от глубин образования минеральных тел, часть которых представляют рудные месторождения, существенно варьируют скорости кристаллизации минеральных индивидов и их агрегатов, определяющие совершенство их кристаллического строения (СКС) [4, 5]. Совершенство проявляется в уширении пиков на диф-рактограммах вследствие дисперсии углов дифракции рентгеновских лучей, обусловленной отклонением плоских сеток кристаллических структур от плоскости [5]. Типичными примерами разноглубинных месторождений золота указанных ранее рудных формаций в Забайкалье являются Любавинское (среднеглубинное золо-
токварцевое) и уникальное по запасам и содержанию золота Балейско-Тасеевское (малоглубинное золото-серебряно-кварцевое).
Материал и метод исследования. Для получения объективных численных критериев различия жильного кварца указанных формационных типов рудных месторождений используются достаточно трудоёмкие методы рентгеновской диф-рактометрии, термобарогеохимии и ИК-спекторфотометрии тонких срезов кварца [3-9]. Данная работа выполнена на образцах кварца, взятых из коллекции больше-объемных выборок, изученных одним из авторов в 1980 -1990-х гг. в лаборатории минералогии ЗабНИИ МГ СССР. Степень совершенства кристаллического строения кварца определена методом рентгенострук-турного анализа, описанного в [9], содержание воды - в камерном электроде в соответствии с методикой М.С. Мецика и др. [3, 8], формы воды в кварце приведены из использованной коллекции [7] с учетом данных Г.В. Юхневича [10].
Для проверки возможности использования упрощённого способа отличий рудоносного жильного кварца, образующегося в различных условиях, использованы (МН-ПВО) на образцах, детально изученных одним из авторов указанными методами, и условия образования которых известны [4-6]. ИК-спектры МНПВО сняты с изученных ранее полированных образцов размером 1 х 1, 1 х 2 см на Фурье-спектрофотометре фирмы в спектральном диапазоне 450...4000 см-1 с диском из КВг при комнатной температуре в лаборатории Академической кафедры химии Забайкальского государственного университета Д.А. Никитиным. Скорость съемки 2 см-1/с.
Результаты исследования и обсуждение. Жильный кварц Любавинского месторождения характеризуется кристаллически-зернистой равномерно-зернистой, субизометрично-зернистой структурой и массивной текстурой. Индивиды кварца обычно имеют размеры в пределах 0,6 ...2,0 мм. Под микроскопом наблюдается криволинейно-блочное и волнистое погаса-
ние, свидетельствующее о динамометамор-фических изменениях кварцевого агрегата. В жильном кварце отмечаются полости с
Рис. 1. Облик кристаллическизернистого жильного кварца Любавинского месторождения среднеглубинной формации
мелкими головками кристаллов кварца, ассоциирующими с выделениями высокопробного золота и тетрадимита (рис. 1, 2).
Рис. 2. Полированный образец жильного кристаллическизернистого кварца Любавинского месторождения с включениями золота и тетрадимита. Ув. 10 раз
В таком жильном кварце нередки самородки золота, достигающие 3...5 см и массы до 38 г (жила Евграф). Однако указанные отличительные признаки кварца среднеглубинных месторождений визуально далеко не всегда отчетливо проявляются и для оценки принадлежности их именно к телам этой формации необходимы детальные исследования.
Рис. 3. Халцедоновидный жильный кварц Тасеевского месторождения малоглубинной формации. Ув. 10 раз
Для жильного кварца малоглубинных формаций типично тонкозернистое, часто микрозернистое сложение, отдельные зерна макроскопически и даже при наблюдении под бинокулярным микроскопом не идентифицируются (рис. 3). Они видны преимущественно в аншлифах при большом увеличении (рис. 4).
Изненённан 6лёюия рувд
■ /
неюцегёнка*
блеклая руда
Рис. 4.Формы и размеры выделений золота и блеклой руды в микрозернистом кварце Тасеевского месторождения. Обр. 398-ю
В ряде случаев кварц имеет халцедо-новидный облик. Размеры зерен находятся в пределах 0,01...0,1мм. Иногда зернистое строение обнаруживается только при изучении их в прозрачных петрографических шлифах. Часто они весьма близки к халцедону. В приконтактовых частях жил с кварцем ассоциируют диккит и гипогенные каолинит и иллит. Среди них наблюдаются
все переходы от микрозернистых до сред-незернистых, по большинству признаков весьма схожих с кварцем среднеглубинных объектов.
На спектрах МНПВО всех изученных образцов четко проявлены три дублета полос пропускания: при 480 и 540 см-1, 720 и 780 см-1 и 1075 и 1220 см-1 (рис. 5...6). Обозначим их К1, К2 и К3.
Рис. 5. Типичный ИК-спектр МНПВО жильного кварца Любавинского месторождения среднеглубинной золотокварцевой формации
4йоо зэпо зам гэао зооо 1/ъо юто 1?бо юсо 7яп йсп см'1
Рис. 6. Типичный ИК-спектр МНПВО жильного кварца Тасеевского месторождения малоглубинной золото-серебряно-кварцевой формации
Положение и интенсивность указанных полос пропускания четко различается у жильного кварца среднеглубинного Лю-бавинского и малоглубинного Тасеевского
месторождений. Существенно различаются численные значения указанных характеристик полос пропускания на спектрах кварца различного строения (табл. 1).
Таблица 1
Сравнение характеристик полос пропускания в ИК-области
№ п/п Полосы пропускания (см-1) и их интенсивности, %
1 2360 2,4 1740 0,5 1530 1,75 1460 1,0 1220 4,8 1075 6,2 870 2,0 770 4,0 720 3 650 3,5 540 8,7 480 18,7
2 2360 2,57 1740 1,92 - - 1175 50,7 1125 58,5 - 780 15 730 7,5 67 530 7,9 470 41
3 2350 3,1 - - - 1160 46,90 1110 55,6 - 775 13,3 720 6,0 640 6,2 530 6,0 470 35,8
Примечание: 1) числитель — положение полосы пропускания, знаменатель — интенсивность пропускания; 2) группы образцов — 1 — Любавинское месторождение, 2-3 — Тасеевское месторождение золота
В пределах ошибки метода для обоих структурных типов кварца на спектрах МНПВО практически идентичны лишь две полосы пропускания: при 2350...2360 см-1 и 530...540 см-1. Из них только относительно стабильная полоса при 540...530 см-1 имеет среднее значение пропускания (8,7 и 6,0 %) соответственно для жильного кварца Любавинского и Тасеевского месторождений. Для всех остальных полос пропус-
кания кварца, кроме полосы пропускания при 1740 см-1, интенсивность пропускания в 2...10 раз больше на спектрах МНПВО кварца Тасеевского месторождения. Это, вероятно, связано с тем, что кварц Тасеев-ского месторождения содержит на порядок больше воды (табл. 2) как в виде гидрок-сильных групп, так и в молекулярной форме, что нами было выявлено ранее [3, 5].
Таблица 2
Параметры ИК-спектров МНПВО, величины СКС и содержания воды в жильном кварце Тасеевского и Любавинского месторождений золота
Дублеты, полосы пропускания (см-1), их интенсивности (%) и отношения интенсивностей Содержание воды, мкл/г
Разность жильного кварца К1 к? К3 СКС, %
Полосы пропускания/ интенсивности Отношение Полосы пропускания/ интенсивности Отношение Полосы пропускания/ интенсивности Отношение
Тасеевский 530, 470 775, 680 1160, 1110
халцедоно-видный 60 3~5~8 0,17 13,3 6,0 2,22 46,9 55,6 0,84 29 6204
Тасеевский 530, 470 780, 680 1175, 1125
тонко-мелкозернистый 7,9 41 0,19 15 7,5 2,0 50,7 58,5 0,87 34 4997
Любавинский 540, 480 770, 720 1220, 1075
кристаллически-зернистый 1877 0,46 4,0 3,0 1,33 4,8 6,2 0,77 55 567
Примечание. В числителе — частоты полос пропускания, в знаменателе — их интенсивности
На ИК-спектрах микротонкозернистого и халцедоновидного кварца этого месторождения отсутствуют также полосы пропускания при 1530, 1460 и 870 см-1.
Анализ изменения интенсивностей полос пропускания в указанных ранее дублетах (табл. 2) показал, что величины их отношений, характерные для ИК-спект-ров МНПВО кварца Тасеевского и Лю-бавинского месторождений, существенно различаются. И эти отличия достаточно четко коррелируют со свойствами кварца, отображающими условия их образования. Отношение интенсивностей полос поглощения дублета К1 (530-480 см-1), изменяющееся от 0,17 для малоупорядоченного халцедоновидного кварца, содержащего максимальное количество сорбированной воды как в виде гидроксильных групп, так и молекул, до 0,46 для значительно более упорядоченного кристаллически-зернистого кварца среднеглубинного Любавинского месторождения золотокварцевой формации. Эта характеристика совершенно четко коррелирует с возрастанием степени СКС от 29 до 55. При этом видно довольно четкое изменение содержания воды для этих же групп образцов от 6024...4997 мкл/г (кварц Тасеевского месторождения) до 567 мкл/г, более, чем на порядок (кварц Люба-винского месторождения). Обратные зависимости совершенства кристаллического строения кварца и содержания в нем воды установлены в широчайшем диапазоне численных значений для огромных выборок жильного кварца (2...3 тыс. образцов), характеризующих практически все известные рудные формации [4 — 6]. Выявленные тенденции тренда величин отношений ин-тенсивностей полос пропускания на ИК-спектрах МНПВО свидетельствуют о том, что они не случайны. Сравнение величин отношений интенсивностей полос пропускания для дублета К2, уменьшающегося с
Литература
уменьшением содержания воды в кварце в образцах рассматриваемых разноглубинных месторождений, выявило обратную связь их с совершенством кристаллического строения.
Анализ изменчивости соотношений ин-тенсивностей полос пропускания в области 1220...1075 см-1 (дублет К3) показал, что четкой связи между их величинами на ИК-спектрах МНПВО и структурно-текстурными особенностями кварца, а также степенью совершенства его кристаллического строения и содержанием воды не выявляется (табл. 2). Слабо различаются лишь кварц малоглубинного и среднеглубинного месторождений.
Тем не менее, собственно интенсивность полос пропускания в указанном дублете для рассматриваемых групп образцов жильного кварца различается почти на порядок: 46,9...50,7% (Тасеевское) и 4,8 % (Любавинское) для относительно низкочастотных и 55,6...58,5 % (Тасеевское) и 6,2 % (Любавинское) для относительно высокочастотных (рис. 5...6, табл. 2). Эти различия хорошо соотносятся с различием в содержании воды также почти на порядок: 5023 мкл/г (Тасеевское) и 567 мкл/г (Лю-бавинское).
Выводы
1. Выявлены четкие связи между параметрами ИК-спектров МНПВО и свойствами жильного кварца, а именно: степенью СКС и содержанием воды.
2. Связь между интенсивностью полос поглощения на ИК-спектрах МНПВО прямая с содержанием воды и обратная с величинами степени совершенства кристаллического строения жильного кварца.
3. Дальнейшие исследования жильного кварца методом МНПВО в ИК области могут позволить получить новый экспрессный способ определения принадлежности кварца к различным золоторудным формациям.
1. Веттергрень В.И., Куксенко К.Н., Чмель А.А. Наблюдение с помощью НПВО приповерхностных искажений структуры аморфного кварца // Физика твердого тела. 1975, Т. 17, вып. 4. С. 1158-1162.
2. Золотарев В.М., Первеева А.Ф. Спектроскопия МНПВО — высокочувствительный метод изучения адсорбированного состояния молекул // Докл. АН СССР. 1972, Т. 204, № 4. С. 903-907.
3. Мецик М.С., Ларионов М.П., Новиков Г.К. Исследования в области физики твердого тела. Иркутск, 1973. Вып. 1. 139 с.
4. Юргенсон Г.А. Зависимость концентрации воды и углекислоты в кварце от давления в минералообразующих системах // Докл. АН СССР. 1991. Т. 318. № 3. С. 721-723.
5. Юргенсон Г.А. Зависимость совершенства кристаллического строения жильного кварца от условий его образования // Докл. РАН. 1996. Т. 349. № 3. С. 372-375.
6. Юргенсон Г.А. Типоморфизм и рудные формации. Новосибирск: Наука, 2003. 368 с.
7. Юргенсон Г.А., Перевертаев В.Д., Дубовиков Н.И. К вопросу о формах примесной воды в природных кварцах // Журн. прикладн. спектроскопии. 1976. Т. XXV, вып. 6. С. 1045-1049.
8. Юргенсон Г.А., Перевертаев В.Д, Горковенко В.А. О выделении воды из кварца при нагревании в вакууме // Геохимия. 1978. № 1. С. 133-138.
9. Юргенсон Г.А., Тумуров Г.Т. О совершенстве кристаллического строения жильного кварца // Изв. вузов. Геология и разведка. 1980. № 6. С. 50-59.
10. Юхневич Г.В. Инфракрасная спектроскопия воды. М.: Наука, 1973. 208 с.
Коротко об авторах_
Юргенсон Г.А., д-р геол.-минер. наук, зав. лабораторией геохимии и рудогенеза, Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, профессор каф. «Химия», Забайкальский государственный университет, Засл. деятель науки РФ [email protected]
Научные интересы: минералогия, геохимия, ру-догенез, геммология
Лимберова В.В., канд. хим. наук, доцент каф. «Химия», Забайкальский государственный университет
Научные интересы: изучение реальной поверхности твёрдых тел (минералов, полупроводников); исследование механизмов взаимодействия полуметаллов с природными глинистыми минералами; исследование механизма извлечение золота из глинистых минералов
Миронова Е.В., аспирант, каф. «Химия», Забайкальский государственный университет [email protected]
Научные интересы: исследование физико-химических свойств поверхности твердых тел в задаваемых условиях среды; изучение поверхности минералов
_Briefly about the authors
G. Yurgenson, Honored Science Worker of RF, Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, professor, head of Geochemistry and Ore Deposits genesis laboratory of Institute of Nature Resources, Ecology and Criology SB RAS, professor of chemistry department, Zabaikalsky State University
Scientific interests: mineralogy, geochemistry, gem-ology and ore deposits genesis
V. Limberova, Candidate of Chemistry Sciences, assistant professor, Zabaikalsky State University
Scientific interests: study of actual surface of solids (minerals, semiconductors), study of the mechanisms of interaction of semimetals with natural clay minerals, study of the mechanism of gold extraction from the clay minerals
E. Mironova, postgraduate student, Zabaikalsky State University
Scientific interests: study of physical and chemical properties of solid surfaces with defined environmental conditions, study of mineral surface
