Помощь студентам в учебе
ТЕЛЛУРО-ВИСМУТОВАЯ МИНЕРАЛИЗАЦИЯ В КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ АБЫЗ И МАЛЕЕВСКОЕ (РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН)
|
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 10
ГЛАВА 2. ИЗУЧЕННОСТЬ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 13
2.1. Месторождение Абыз 13
2.2. Месторождение Малеевское 14
3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 17
3.1. Месторождение Абыз 17
3.1.1. Краткие сведения о геологическом строении района 17
3.1.2. Геологическое строение рудного поля месторождения Абыз 20
3.1.2.1. Стратиграфические образования 20
3.1.2.2. Магматизм 21
3.1.2.3. Тектонические нарушения 22
3.1.2.4. Петрографическая характеристика вмещающих толщ 22
3.1.2.5. Гидротермально-метасоматические образования 24
3.1.2.6. Морфология рудных тел 30
3.2. Месторождение Малеевское 32
3.2.1. Краткие сведения о геологическом строении района 32
3.2.2. Геологическое строение месторождения Малеевское 34
3.2.2.1. Стратиграфические образования 34
3.2.2.2. Магматизм 35
3.2.2.3. Тектонические нарушения 35
3.2.2.4. Петрографическая характеристика вмещающих толщ 36
3.2.2.5. Гидротермально-метасоматические образования 38
3.2.2.6. Морфология рудных тел 46
ГЛАВА 4. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ РУД 49
4.1. Месторождение Абыз 49
4.1.1. Текстурно-структурные особенности руд 49
4.1.2. Минеральный состав руд 53
4.1.2.1. Рудные минералы 57
4.1.2.2. Нерудные минералы 67
4.1.2.3. Золото-серебряная минерализация 71
4.2. Месторождение Малеевское 77
4.2.1. Текстурно-структурные особенности руд 77
4.2.2. Минеральный состав руд 82
4.2.2.1. Рудные минералы 84
4.2.2.2. Нерудные минералы 92
4.2.2.3. Золото-серебряная минерализация 96
ГЛАВА 5. ТЕЛЛУРО-ВИСМУТОВАЯ МИНЕРАЛИЗАЦИЯ 99
5.1. Месторождение Абыз 99
5.2. Месторождение Малеевское 123
5.3. Сходства и различия теллуро-висмутовой минерализации в колчеданных рудах месторождений145
ГЛАВА 6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЕЛЛУРО-ВИСМУТОВОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ И ЕЕ МЕСТО В ПРОЦЕССАХ РУДОООБРАЗОВАНИЯ КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 147
6.1. Месторождение Абыз 147
6.1.1. Типы флюидных включений в кварце 147
6.1.2. Газовые фазы флюидных включений 148
6.1.3. Состав жидкой фазы и соленость растворов 149
6.1.4. Давление флюида 150
6.1.5. Температура минералообразования 150
6.1.6. Парагенетическая схема минералообразования 151
6.2. Месторождение Малеевское 156
6.2.1. Типы флюидных включений в кварце 156
6.2.2. Газовые фазы флюидных включений 158
6.2.3. Фазовый и химический состав растворов 158
6.2.4. Давление флюида 159
6.2.5. Температура минералообразования 160
6.2.6. Последовательность минералообразования 161
6.3. Сравнение температурных характеристик месторождений 165
ГЛАВА 7. ПРОГОНОЗНАЯ ОЦЕНКА ТЕЛЛУРО-ВИСМУТОВОГО ОРУДЕНЕНИЯ КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЧИНГИЗ-ТАРБАГАТАЙСКОГО И РУДНОГО-АЛТАЙСКОГО ПОЯСОВ ....166
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 171
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 173
ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 10
ГЛАВА 2. ИЗУЧЕННОСТЬ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 13
2.1. Месторождение Абыз 13
2.2. Месторождение Малеевское 14
3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 17
3.1. Месторождение Абыз 17
3.1.1. Краткие сведения о геологическом строении района 17
3.1.2. Геологическое строение рудного поля месторождения Абыз 20
3.1.2.1. Стратиграфические образования 20
3.1.2.2. Магматизм 21
3.1.2.3. Тектонические нарушения 22
3.1.2.4. Петрографическая характеристика вмещающих толщ 22
3.1.2.5. Гидротермально-метасоматические образования 24
3.1.2.6. Морфология рудных тел 30
3.2. Месторождение Малеевское 32
3.2.1. Краткие сведения о геологическом строении района 32
3.2.2. Геологическое строение месторождения Малеевское 34
3.2.2.1. Стратиграфические образования 34
3.2.2.2. Магматизм 35
3.2.2.3. Тектонические нарушения 35
3.2.2.4. Петрографическая характеристика вмещающих толщ 36
3.2.2.5. Гидротермально-метасоматические образования 38
3.2.2.6. Морфология рудных тел 46
ГЛАВА 4. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ РУД 49
4.1. Месторождение Абыз 49
4.1.1. Текстурно-структурные особенности руд 49
4.1.2. Минеральный состав руд 53
4.1.2.1. Рудные минералы 57
4.1.2.2. Нерудные минералы 67
4.1.2.3. Золото-серебряная минерализация 71
4.2. Месторождение Малеевское 77
4.2.1. Текстурно-структурные особенности руд 77
4.2.2. Минеральный состав руд 82
4.2.2.1. Рудные минералы 84
4.2.2.2. Нерудные минералы 92
4.2.2.3. Золото-серебряная минерализация 96
ГЛАВА 5. ТЕЛЛУРО-ВИСМУТОВАЯ МИНЕРАЛИЗАЦИЯ 99
5.1. Месторождение Абыз 99
5.2. Месторождение Малеевское 123
5.3. Сходства и различия теллуро-висмутовой минерализации в колчеданных рудах месторождений145
ГЛАВА 6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЕЛЛУРО-ВИСМУТОВОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ И ЕЕ МЕСТО В ПРОЦЕССАХ РУДОООБРАЗОВАНИЯ КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 147
6.1. Месторождение Абыз 147
6.1.1. Типы флюидных включений в кварце 147
6.1.2. Газовые фазы флюидных включений 148
6.1.3. Состав жидкой фазы и соленость растворов 149
6.1.4. Давление флюида 150
6.1.5. Температура минералообразования 150
6.1.6. Парагенетическая схема минералообразования 151
6.2. Месторождение Малеевское 156
6.2.1. Типы флюидных включений в кварце 156
6.2.2. Газовые фазы флюидных включений 158
6.2.3. Фазовый и химический состав растворов 158
6.2.4. Давление флюида 159
6.2.5. Температура минералообразования 160
6.2.6. Последовательность минералообразования 161
6.3. Сравнение температурных характеристик месторождений 165
ГЛАВА 7. ПРОГОНОЗНАЯ ОЦЕНКА ТЕЛЛУРО-ВИСМУТОВОГО ОРУДЕНЕНИЯ КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЧИНГИЗ-ТАРБАГАТАЙСКОГО И РУДНОГО-АЛТАЙСКОГО ПОЯСОВ ....166
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 171
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 173
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. Одним из приоритетных направлений политики в области недропользования является стратегия комплексного использования руд. Для эффективной эксплуатации руды в производстве важно знать ее минеральный состав и точное содержание примесей, которые в настоящее время свободно определяются современными аналитическими методами. Этот факт дает возможность более точного регулирования технологических процессов и оптимизации качества конечного продукта, что, в свою очередь, повышает эффективность и рентабельность производства цветных металлов.
Во многих работах по исследованию территории Казахстана сделаны акценты на изучение и увязку особенностей металлогении месторождений с разнотипными геодинамическими обстановками [Мирошниченко, 2001; Викентьев, 2004; Мазуров, 2005; Гаськов, 2015; Козлов, 2015 и др.]. Среди прочего отмечается, что наиболее богатыми элементами примесями являются колчеданные месторождения, приуроченные к палеоостроводужным геодинамическим обстановкам [Мирошниченко и др., 2001]. Колчеданные руды имеют сложный и разнообразный химический состав, включающий в себя широкий спектр примесных элементов. В 70-90-х годах прошлого столетия, по причине отсутствия необходимого оборудования, в большинстве месторождений данного типа оставались слабо изученными примесные элементы, являющиеся востребованными промышленностью и имеющие высокую рыночную стоимость. Среди данных элементов-примесей до сих пор остаются малоисследованными металлоид теллур и металл висмут.
Актуальность настоящего исследования обусловлена дефицитом информации о поведении и формах нахождения нетрадиционных видов полезных ископаемых в виде рассеянных металлов (-идов), таких как теллур и висмут, в рудах колчеданных месторождений Казахстана, сформированных в палеостроводужных обстановках. Помимо это, в экологических соображениях необходимость извлечения данных элементов из руд заключается в их токсичности и существенном вкладе в деградацию почвенного покрова [Судьина и др., 2019; Естегнеева и др., 2023]. Несмотря на то, что экологические последствия загрязнения почв металлом висмутом (Bi) и металлоидом теллуром (Te) исследованы весьма мало, масштабы и степень загрязнения ими почв с каждым годом увеличиваются. Шлаки, образующиеся в результате плавки руд и концентратов, вместе с другими металлургическими отходами, такими как хвостохранилища, все чаще становятся предметом серьезных экологических споров. Одним из способов снижения негативного воздействия шлаковых отходов на окружающую является попутное извлечение поллютантов из руд и дальнейшее их применение в качестве товарных продуктов (сплавы, термоэлектрические материалы, узкозонные полупроводники, производство пигментов, керамики и многое другое).
Цель работы. Изучение и сравнение условий формирования и закономерностей распределения теллуро-висмутовой минерализации в рудах колчеданных месторождений, приуроченных к островодужным палеогеодинамическим обстановкам, на примере месторождений Абыз и Малеевское (рисунок 1). Решение данного вопроса весьма важно и актуально как в научном, так и в прикладном отношении.
Рисунок 1 - Минерагеническая схема Казахстана [Мирошниченко и др., 2011 г. с дополнениями автора работы]. Условные обозначения: 1-19 - металлогенические комплексы допалеозоя и палеозоя: 1 - срединных массивов - архейский кумдыкольский (алмазы); протерозойские баянский (W), карсакпайский (Fe), кургасынский (РЬ, Zn, Tr), рифейский шарыкский (Pb, Zn); 2 - рифтов океанических - девонский мугоджарский (Zn, Си), средне-верхнедевонский шуулдакский (Mn, Ni), верхнедевонские чарский (Mn, Ni), косистекский (Mn, Ni); 3 - рифтов континентальных верхнедевонский атасуйский (Ва, Pb, Zn, Fe, Mn), ордовик-силурийский кызылэспетекелийский (РЬ, Zn, Fe), триасовый мангистауский (Fe, Cu); 4 - островных дуг энсиматических ранней стадии - кембрийский бозшакольский (Аи, Мо, Си, РЬ), девонские денисовский (Аи, С^ Ni), щекарабулакский (Аи), ордовикский бестобинский (U); 5 - островных дуг энсиматических поздней стадии - рифейский кумустинский (Си, Pb, Zn, Au), ордовикские торткудукский (Си, Pb, Zn, Au), майкаинский (Си, Pb, Zn, Au), космурунский (Си, РЬ, Zn, Аи), сарытумский (Ва, Pb, Zn), шатыркольский (Аи, Си), карбоновый саурский (Мо, Си); 6 - островных дуг энсиалических ранней стадии девонский холзунский (Pb, Zn, Mn, Fe), карбоновый валерьяновский (Fe, Mn, Pb, Zn); 7 - островных дуг энсиалических поздней стадии девонский рудноалтайский (Аз, Си, Pb, Zn), ордовик-силурийский степнякский (Аи); 8 - пассивных континентальных - окраин - кембрийские курумсакский (U, Mo, V), чулактауский (Tr, P); 9 - океанического дна кембрийский касагалинский (Fe, МП), ордовикский ишимский (Fe, Mn), девон-карбоновый карамолинский (Fe, Mn); 10 - внутри континентальных бассейнов карбон- пермский жезказганский (Pb, Zn, Си), девонский карбоновый шусарысуйский (Си, Pb, Zn); 11 - окраинно-континентальный вулканоспасский (Аи, плутонических поясов: 11 - 13 - девонского: 11 - фронтальной зоны Си), 12 - центральной зоны богутинский (Мо, W), хантауский (РЬ, Zn), нижнеилийский (Мо, Си), ботабурумский (Мо, U), южно-джунгарский (S), таскайнарский (Ca, F), куланкетпесский (Ca, F), 13 - тыловой зоны акбакайский (Аи), самарский (Аи, Мо, Си), сырымбетский (Sn), кокшетауский (Mo, U), лосевский (Nb, Zr); 14 - 16 карбон-пермского: 14 - фронтальной зоны коунрад-актогайский (Аи, Мо, Си), 15 - центральной зоны восточно- коунрадский (Мо, W), алайгырский (Pb, Zn), балхашский (Си, Ag, Au), каратасский (Мо, Си), айский (Си), 16 - тыловой зоны - акшатауский (Мо, W); 17, 18 - зон коллизий: 17 - симатических блоков карбон-триасовые бакырчик-суздальский (Аи), джунгаро- балхашский (Со, Аи, Мо, Си), пермский камкорский (Си, Ni), пермо-триасовый ирисуйский (Си, Fe), 18 - сиалических блоков пермские калбинский (Та, W, Sn), эспинский (TR); 19 - зон тектонизированных офиолитов ордовикский кимперсайский (Cr); 20 - угленосные бассейны Карагандинский, Экибастузский, Майкюбенский, Убаганский, Прииртышский, Шубаркольский, Илийский; 21 - 24 - рудные полезные ископаемые платформенного мезозой-кайнозойского чехла: 21 - U (a), Al (б); 22 - Аи (a), Ni и Со (6); 23 - Т (a), В (б); 24 - Sr (a), Fe (б), Р (в); 25-30 - границы структурноформационных элементов нефтегазоносных бассейнов: 25 - пассивных окраин: 1A - Северный борт Прикаспийской впадины; 18 - южный, юго-восточный и восточный склоны Астраханско- Актюбинского массива; 26 - внутриконтинентальный рифтовых систем, 16 - Центральная часть Прикаспийской впадины; III - Мангистауская; V - Уральская; VI - Торгайская; VII - Павлодар- Прииртышская; 27 - коллизионных зон: 1Г - Заволжско-Предуральская, 28 - срединных массивов: 18 - Астраханско-Актюбинского; 11 - Северо-Устюртского; IV - Кара-Богаз- Среднекаспийского; 29 - внутриконтинентальных бассейнов: VIII - Сарышуйского: VIII.1 - Тастинское поднятие, VIII.2 - VIII.5 - прогибы: VIII.2 - Кокпансорский, VII.3 - Тасбулакский, VIII.4 - Сузак-Байкадамский, VI.5 - Мойынкумский; 30 - орогенных (межгорных) впадин: IX.1 - Илийской, IX.2 - Алакольской, IX.3 - Зайсанской; 31 - граница мезозой-кайнозойских рыхлых отложений; 32 - границы геодинамических зон
Задачи исследования:
- изучить особенности минерального состава колчеданных руд и дать характеристику распределению основных рудных и сопутствующих примесных элементов в рудах;
- реконструировать стадийность процесса минералообразования и определить физикохимические условия формирования теллуро-висмутовой минерализации;
- дать прогнозно-металлогеническую оценку теллур-висмут-сырьевого потенциала для колчеданных месторождений, приуроченных к островодужным палеогеодинамическим обстановкам.
Научная новизна. Для месторождений выполнен сравнительный анализ вещественных комплексов рудных тел, в которых детально изучены условия формирования и закономерности распределения теллуро-висмутовой минерализации. Впервые для колчеданных руд месторождения Абыз диагностированы ранее неизвестные такие минералы как калаверит AuTe2, ченгуодаит Ag9FeTe2S4, раклиджит (Bi, РЬ)эТе4 и штютцит Ag5Te3. В колчеданных рудах месторождения Малеевское впервые обнаружены плюмботеллурит PbTeOs, цервеллеит Ag4TeS, ксилингоит PbsBi2S6 и неидентифицированный минерал с обобщенной формулой PbAg2Te. Для колчеданных месторождений Казахстана установлена пространственная связь теллуро- висмутового оруденения с геодинамическими обстановками и выполнена оценка ресурсного потенциала металла висмута (Bi) и металлоида теллура (Te), создающая практическую основу для развития минерально-сырьевой базы.
Практическая значимость. Полученные результаты позволяют по-новому подойти к стратегии прогнозирования ресурсов минерального сырья колчеданных месторождений, сформированных в геодинамических обстановках на территории Казахстана. Комплексное исследование распределения теллуро-висмутовой минерализации в колчеданных рудах также дает возможность более точного регулирования технологических процессов и оптимизации качества конечного продукта, что, несомненно, повышает рентабельность и эффективность производства цветных металлов.
Фактический материал и методы исследования. Для решения поставленных задач из основных рудных тел месторождений Абыз и Малеевское были отобраны бороздовые и керновые пробы весом от одного до трех килограммов в количестве 300 единиц. Лично диссертантом проведен комплекс исследований (в лаборатории отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов Томского Политехнического университета) с обработкой полученных результатов. В ходе работ были выполнены петрографическое и минераграфическое описания более 60 прозрачных и 300 полированных шлифов методом оптической микроскопии, а также более 100 анализов на основные породообразующие элементы с помощью рентгенофлуоресцентного анализа (РФА). Для выявления спектра примесных элементов был проведен масс-спектральный анализ с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) в 40 сульфидных концентратах и 30 пробах истертых руд. В целях углубления знаний о морфологии теллуро- висмутовой минерализации и ее взаимосвязи с другими минералами было проведено изучение руд на сканирующем электронном микроскопе в сочетании с рентгенфлуоресцентным энергодисперсионным анализом (ЭДС). Для реконструкции стадийности процесса минералообразования в тридцати двуполированных пластинах выполнена термокриометрия более 100 флюидных включений в жильном кварце в комплексе с рамановской спектроскопией. Обработка материалов проводилась с использованием компьютерных программ: CorelDRAW, ArcGIS, Aztec, Vega TC, LinkSys-32, Statistica, Surfer. Сравнительный анализ полученных данных, их интерпретация и выводы сделаны на основании обзора ранее опубликованных работ по теме исследования.
Основные защищаемые положения:
1. Колчеданные руды месторождений Абыз (островная энсиматическая дуга) и Малеевское (островная энсиалическая дуга) имеют сходные текстурно-структурные характеристики и минеральный состав, но отличаются набором теллуро-висмутовой минерализации, фиксирующейся в виде самостоятельных минералов, представленных сульфидами, оксидами, сульфосолями, теллуридами и самородными формами выделения.
2. На месторождении Абыз теллуро-висмутовая минерализация кристаллизовалась в заключительную золото-серебро-висмут-теллуридную минеральную ассоциацию рудной стадии при температурном диапазоне 236.113 оС и давлении 550.300 бар. На Малеевском месторождении наблюдается формирование минералов теллуро-висмутового состава в заключительную серебро-висмут-теллурид-сульфидную минеральную ассоциацию рудной стадии при температурном диапазоне 280.150 оС и давлении 615.400 бар.
3. Для колчеданных месторождений, сформированных в островодужных палеогеодинамических обстановках, спрогнозированы перспективы развития минеральносырьевой базы на теллур и висмут в пределах территории Центрального и Восточного Казахстана. В рудах колчеданных месторождений, приуроченных к океанической коре, доминирует теллуридсодержащая минерализация, а в рудах колчеданных месторождений континентальной коры - висмутсодержащая.
Личный вклад автора. Личный вклад автора заключается в формулировании цели, задач и защищаемых положений диссертационной работы, самостоятельном проведении исследований, а также обработке и интерпретации полученных результатов в лаборатории отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов Томского Политехнического университета (г. Томск).
Апробация работы и публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 работ, из которых 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК и входящих в базу данных Scopus. Результаты обсуждались на Международных симпозиумах имени академика М. А. Усова (2020, 2021, 2022, 2023, 2024 гг.), X, XI, XII Российской молодёжной научно-практической Школе «Новое в познании процессов рудообразования (2021, 2022, 2023 гг.), Х, XI международной Сибирской конференции (2022, 2024 гг.), XI Сибирской конференции молодых ученых по наукам о Земле (2024 г.), а также на Молодежной научной школе-конференции, посвященной памяти член-корреспондента АН СССР К.О. Кратца и академика РАН Ф.П. Митрофанова «Актуальные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии» (2023 г.), на которой автору работы был вручен диплом за лучший доклад в секции.
Часть диссертационных исследований выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSWW-2023- 0010).
Структура работы. Общий объем диссертационной работы 182 страницы, сопровождающийся 114 рисунками, 20 таблицами и списком литературы из 133 наименований. Текст диссертации включает в себя введение, семь глав и заключение.
В первой главе «Методика исследования» описан ряд комплексных работ, выполненных с целью изучения вещественного состава руд месторождений Абыз и Малеевское.
Во второй главе представлен обзор ранее выполненных работ и охарактеризованы степени изученности месторождений.
В третьей главе даны общие сведения о геологическом строении районов и рудных полей месторождений, включающие в себя стратиграфию, магматизм, тектонику, петрографическую характеристику вмещающих толщ, гидротермально-метасоматические образования и морфологию рудных тел.
Четвертая глава «Вещественный состав руд» включает в себя характеристику текстурноструктурных особенностей руд и подробное описание их минерального состава. В главе представлено частичное обоснование первого, второго и третьего положений.
Пятая глава содержит в себе результаты исследования теллуро-висмутовой минерализации в колчеданных рудах. Материалы главы охватывают обоснования первого, а также частично второго и третьего положений.
Шестая глава включает в себя данные термобарогеохимических исследований флюидных включений в жильном кварце. На основании проведенных экспериментов определен состав гидротермального флюида и его РТХ-параметры в дорудную, рудную и пострудную стадии гидротермального этапа минералоообразования месторождений. Глава содержит материалы, использованные при обосновании второго положения.
Заключительная седьмая глава охватывает данные по установлению пространственной связи Te-Bi оруденения с геодинамическими обстановками и прогнозированию потенциала попутного извлечения теллура и висмута из руд колчеданных месторождений, сформированных в палеостроводужных обстановках, на территории Восточного и Центрального Казахстана. Глава содержит материалы, примененные при обосновании третьего защищаемого положения.
Благодарности. Автор работы искренне благодарна за помощь, мотивацию и поддержку в написании диссертации своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору А. К. Мазурову. Автор глубоко признателен сотрудникам НИ ТПУ: кандидату геолого-минералогических наук, доценту М.А. Рудмину, кандидату геолого-минералогических наук, доценту А.С. Рубану, кандидату геолого-минералогических наук, доценту Т.Ю. Якич, доктору геолого-минералогических наук, профессору В. Г. Ворошилову, кандидату геологоминералогических наук, доценту Е.А. Синкиной, кандидату геолого-минералогических наук, доценту О.В. Савиновой за консультацию, помощь и полезные советы при создании данной работы.
Актуальность исследования. Одним из приоритетных направлений политики в области недропользования является стратегия комплексного использования руд. Для эффективной эксплуатации руды в производстве важно знать ее минеральный состав и точное содержание примесей, которые в настоящее время свободно определяются современными аналитическими методами. Этот факт дает возможность более точного регулирования технологических процессов и оптимизации качества конечного продукта, что, в свою очередь, повышает эффективность и рентабельность производства цветных металлов.
Во многих работах по исследованию территории Казахстана сделаны акценты на изучение и увязку особенностей металлогении месторождений с разнотипными геодинамическими обстановками [Мирошниченко, 2001; Викентьев, 2004; Мазуров, 2005; Гаськов, 2015; Козлов, 2015 и др.]. Среди прочего отмечается, что наиболее богатыми элементами примесями являются колчеданные месторождения, приуроченные к палеоостроводужным геодинамическим обстановкам [Мирошниченко и др., 2001]. Колчеданные руды имеют сложный и разнообразный химический состав, включающий в себя широкий спектр примесных элементов. В 70-90-х годах прошлого столетия, по причине отсутствия необходимого оборудования, в большинстве месторождений данного типа оставались слабо изученными примесные элементы, являющиеся востребованными промышленностью и имеющие высокую рыночную стоимость. Среди данных элементов-примесей до сих пор остаются малоисследованными металлоид теллур и металл висмут.
Актуальность настоящего исследования обусловлена дефицитом информации о поведении и формах нахождения нетрадиционных видов полезных ископаемых в виде рассеянных металлов (-идов), таких как теллур и висмут, в рудах колчеданных месторождений Казахстана, сформированных в палеостроводужных обстановках. Помимо это, в экологических соображениях необходимость извлечения данных элементов из руд заключается в их токсичности и существенном вкладе в деградацию почвенного покрова [Судьина и др., 2019; Естегнеева и др., 2023]. Несмотря на то, что экологические последствия загрязнения почв металлом висмутом (Bi) и металлоидом теллуром (Te) исследованы весьма мало, масштабы и степень загрязнения ими почв с каждым годом увеличиваются. Шлаки, образующиеся в результате плавки руд и концентратов, вместе с другими металлургическими отходами, такими как хвостохранилища, все чаще становятся предметом серьезных экологических споров. Одним из способов снижения негативного воздействия шлаковых отходов на окружающую является попутное извлечение поллютантов из руд и дальнейшее их применение в качестве товарных продуктов (сплавы, термоэлектрические материалы, узкозонные полупроводники, производство пигментов, керамики и многое другое).
Цель работы. Изучение и сравнение условий формирования и закономерностей распределения теллуро-висмутовой минерализации в рудах колчеданных месторождений, приуроченных к островодужным палеогеодинамическим обстановкам, на примере месторождений Абыз и Малеевское (рисунок 1). Решение данного вопроса весьма важно и актуально как в научном, так и в прикладном отношении.
Рисунок 1 - Минерагеническая схема Казахстана [Мирошниченко и др., 2011 г. с дополнениями автора работы]. Условные обозначения: 1-19 - металлогенические комплексы допалеозоя и палеозоя: 1 - срединных массивов - архейский кумдыкольский (алмазы); протерозойские баянский (W), карсакпайский (Fe), кургасынский (РЬ, Zn, Tr), рифейский шарыкский (Pb, Zn); 2 - рифтов океанических - девонский мугоджарский (Zn, Си), средне-верхнедевонский шуулдакский (Mn, Ni), верхнедевонские чарский (Mn, Ni), косистекский (Mn, Ni); 3 - рифтов континентальных верхнедевонский атасуйский (Ва, Pb, Zn, Fe, Mn), ордовик-силурийский кызылэспетекелийский (РЬ, Zn, Fe), триасовый мангистауский (Fe, Cu); 4 - островных дуг энсиматических ранней стадии - кембрийский бозшакольский (Аи, Мо, Си, РЬ), девонские денисовский (Аи, С^ Ni), щекарабулакский (Аи), ордовикский бестобинский (U); 5 - островных дуг энсиматических поздней стадии - рифейский кумустинский (Си, Pb, Zn, Au), ордовикские торткудукский (Си, Pb, Zn, Au), майкаинский (Си, Pb, Zn, Au), космурунский (Си, РЬ, Zn, Аи), сарытумский (Ва, Pb, Zn), шатыркольский (Аи, Си), карбоновый саурский (Мо, Си); 6 - островных дуг энсиалических ранней стадии девонский холзунский (Pb, Zn, Mn, Fe), карбоновый валерьяновский (Fe, Mn, Pb, Zn); 7 - островных дуг энсиалических поздней стадии девонский рудноалтайский (Аз, Си, Pb, Zn), ордовик-силурийский степнякский (Аи); 8 - пассивных континентальных - окраин - кембрийские курумсакский (U, Mo, V), чулактауский (Tr, P); 9 - океанического дна кембрийский касагалинский (Fe, МП), ордовикский ишимский (Fe, Mn), девон-карбоновый карамолинский (Fe, Mn); 10 - внутри континентальных бассейнов карбон- пермский жезказганский (Pb, Zn, Си), девонский карбоновый шусарысуйский (Си, Pb, Zn); 11 - окраинно-континентальный вулканоспасский (Аи, плутонических поясов: 11 - 13 - девонского: 11 - фронтальной зоны Си), 12 - центральной зоны богутинский (Мо, W), хантауский (РЬ, Zn), нижнеилийский (Мо, Си), ботабурумский (Мо, U), южно-джунгарский (S), таскайнарский (Ca, F), куланкетпесский (Ca, F), 13 - тыловой зоны акбакайский (Аи), самарский (Аи, Мо, Си), сырымбетский (Sn), кокшетауский (Mo, U), лосевский (Nb, Zr); 14 - 16 карбон-пермского: 14 - фронтальной зоны коунрад-актогайский (Аи, Мо, Си), 15 - центральной зоны восточно- коунрадский (Мо, W), алайгырский (Pb, Zn), балхашский (Си, Ag, Au), каратасский (Мо, Си), айский (Си), 16 - тыловой зоны - акшатауский (Мо, W); 17, 18 - зон коллизий: 17 - симатических блоков карбон-триасовые бакырчик-суздальский (Аи), джунгаро- балхашский (Со, Аи, Мо, Си), пермский камкорский (Си, Ni), пермо-триасовый ирисуйский (Си, Fe), 18 - сиалических блоков пермские калбинский (Та, W, Sn), эспинский (TR); 19 - зон тектонизированных офиолитов ордовикский кимперсайский (Cr); 20 - угленосные бассейны Карагандинский, Экибастузский, Майкюбенский, Убаганский, Прииртышский, Шубаркольский, Илийский; 21 - 24 - рудные полезные ископаемые платформенного мезозой-кайнозойского чехла: 21 - U (a), Al (б); 22 - Аи (a), Ni и Со (6); 23 - Т (a), В (б); 24 - Sr (a), Fe (б), Р (в); 25-30 - границы структурноформационных элементов нефтегазоносных бассейнов: 25 - пассивных окраин: 1A - Северный борт Прикаспийской впадины; 18 - южный, юго-восточный и восточный склоны Астраханско- Актюбинского массива; 26 - внутриконтинентальный рифтовых систем, 16 - Центральная часть Прикаспийской впадины; III - Мангистауская; V - Уральская; VI - Торгайская; VII - Павлодар- Прииртышская; 27 - коллизионных зон: 1Г - Заволжско-Предуральская, 28 - срединных массивов: 18 - Астраханско-Актюбинского; 11 - Северо-Устюртского; IV - Кара-Богаз- Среднекаспийского; 29 - внутриконтинентальных бассейнов: VIII - Сарышуйского: VIII.1 - Тастинское поднятие, VIII.2 - VIII.5 - прогибы: VIII.2 - Кокпансорский, VII.3 - Тасбулакский, VIII.4 - Сузак-Байкадамский, VI.5 - Мойынкумский; 30 - орогенных (межгорных) впадин: IX.1 - Илийской, IX.2 - Алакольской, IX.3 - Зайсанской; 31 - граница мезозой-кайнозойских рыхлых отложений; 32 - границы геодинамических зон
Задачи исследования:
- изучить особенности минерального состава колчеданных руд и дать характеристику распределению основных рудных и сопутствующих примесных элементов в рудах;
- реконструировать стадийность процесса минералообразования и определить физикохимические условия формирования теллуро-висмутовой минерализации;
- дать прогнозно-металлогеническую оценку теллур-висмут-сырьевого потенциала для колчеданных месторождений, приуроченных к островодужным палеогеодинамическим обстановкам.
Научная новизна. Для месторождений выполнен сравнительный анализ вещественных комплексов рудных тел, в которых детально изучены условия формирования и закономерности распределения теллуро-висмутовой минерализации. Впервые для колчеданных руд месторождения Абыз диагностированы ранее неизвестные такие минералы как калаверит AuTe2, ченгуодаит Ag9FeTe2S4, раклиджит (Bi, РЬ)эТе4 и штютцит Ag5Te3. В колчеданных рудах месторождения Малеевское впервые обнаружены плюмботеллурит PbTeOs, цервеллеит Ag4TeS, ксилингоит PbsBi2S6 и неидентифицированный минерал с обобщенной формулой PbAg2Te. Для колчеданных месторождений Казахстана установлена пространственная связь теллуро- висмутового оруденения с геодинамическими обстановками и выполнена оценка ресурсного потенциала металла висмута (Bi) и металлоида теллура (Te), создающая практическую основу для развития минерально-сырьевой базы.
Практическая значимость. Полученные результаты позволяют по-новому подойти к стратегии прогнозирования ресурсов минерального сырья колчеданных месторождений, сформированных в геодинамических обстановках на территории Казахстана. Комплексное исследование распределения теллуро-висмутовой минерализации в колчеданных рудах также дает возможность более точного регулирования технологических процессов и оптимизации качества конечного продукта, что, несомненно, повышает рентабельность и эффективность производства цветных металлов.
Фактический материал и методы исследования. Для решения поставленных задач из основных рудных тел месторождений Абыз и Малеевское были отобраны бороздовые и керновые пробы весом от одного до трех килограммов в количестве 300 единиц. Лично диссертантом проведен комплекс исследований (в лаборатории отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов Томского Политехнического университета) с обработкой полученных результатов. В ходе работ были выполнены петрографическое и минераграфическое описания более 60 прозрачных и 300 полированных шлифов методом оптической микроскопии, а также более 100 анализов на основные породообразующие элементы с помощью рентгенофлуоресцентного анализа (РФА). Для выявления спектра примесных элементов был проведен масс-спектральный анализ с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) в 40 сульфидных концентратах и 30 пробах истертых руд. В целях углубления знаний о морфологии теллуро- висмутовой минерализации и ее взаимосвязи с другими минералами было проведено изучение руд на сканирующем электронном микроскопе в сочетании с рентгенфлуоресцентным энергодисперсионным анализом (ЭДС). Для реконструкции стадийности процесса минералообразования в тридцати двуполированных пластинах выполнена термокриометрия более 100 флюидных включений в жильном кварце в комплексе с рамановской спектроскопией. Обработка материалов проводилась с использованием компьютерных программ: CorelDRAW, ArcGIS, Aztec, Vega TC, LinkSys-32, Statistica, Surfer. Сравнительный анализ полученных данных, их интерпретация и выводы сделаны на основании обзора ранее опубликованных работ по теме исследования.
Основные защищаемые положения:
1. Колчеданные руды месторождений Абыз (островная энсиматическая дуга) и Малеевское (островная энсиалическая дуга) имеют сходные текстурно-структурные характеристики и минеральный состав, но отличаются набором теллуро-висмутовой минерализации, фиксирующейся в виде самостоятельных минералов, представленных сульфидами, оксидами, сульфосолями, теллуридами и самородными формами выделения.
2. На месторождении Абыз теллуро-висмутовая минерализация кристаллизовалась в заключительную золото-серебро-висмут-теллуридную минеральную ассоциацию рудной стадии при температурном диапазоне 236.113 оС и давлении 550.300 бар. На Малеевском месторождении наблюдается формирование минералов теллуро-висмутового состава в заключительную серебро-висмут-теллурид-сульфидную минеральную ассоциацию рудной стадии при температурном диапазоне 280.150 оС и давлении 615.400 бар.
3. Для колчеданных месторождений, сформированных в островодужных палеогеодинамических обстановках, спрогнозированы перспективы развития минеральносырьевой базы на теллур и висмут в пределах территории Центрального и Восточного Казахстана. В рудах колчеданных месторождений, приуроченных к океанической коре, доминирует теллуридсодержащая минерализация, а в рудах колчеданных месторождений континентальной коры - висмутсодержащая.
Личный вклад автора. Личный вклад автора заключается в формулировании цели, задач и защищаемых положений диссертационной работы, самостоятельном проведении исследований, а также обработке и интерпретации полученных результатов в лаборатории отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов Томского Политехнического университета (г. Томск).
Апробация работы и публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 работ, из которых 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК и входящих в базу данных Scopus. Результаты обсуждались на Международных симпозиумах имени академика М. А. Усова (2020, 2021, 2022, 2023, 2024 гг.), X, XI, XII Российской молодёжной научно-практической Школе «Новое в познании процессов рудообразования (2021, 2022, 2023 гг.), Х, XI международной Сибирской конференции (2022, 2024 гг.), XI Сибирской конференции молодых ученых по наукам о Земле (2024 г.), а также на Молодежной научной школе-конференции, посвященной памяти член-корреспондента АН СССР К.О. Кратца и академика РАН Ф.П. Митрофанова «Актуальные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии» (2023 г.), на которой автору работы был вручен диплом за лучший доклад в секции.
Часть диссертационных исследований выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSWW-2023- 0010).
Структура работы. Общий объем диссертационной работы 182 страницы, сопровождающийся 114 рисунками, 20 таблицами и списком литературы из 133 наименований. Текст диссертации включает в себя введение, семь глав и заключение.
В первой главе «Методика исследования» описан ряд комплексных работ, выполненных с целью изучения вещественного состава руд месторождений Абыз и Малеевское.
Во второй главе представлен обзор ранее выполненных работ и охарактеризованы степени изученности месторождений.
В третьей главе даны общие сведения о геологическом строении районов и рудных полей месторождений, включающие в себя стратиграфию, магматизм, тектонику, петрографическую характеристику вмещающих толщ, гидротермально-метасоматические образования и морфологию рудных тел.
Четвертая глава «Вещественный состав руд» включает в себя характеристику текстурноструктурных особенностей руд и подробное описание их минерального состава. В главе представлено частичное обоснование первого, второго и третьего положений.
Пятая глава содержит в себе результаты исследования теллуро-висмутовой минерализации в колчеданных рудах. Материалы главы охватывают обоснования первого, а также частично второго и третьего положений.
Шестая глава включает в себя данные термобарогеохимических исследований флюидных включений в жильном кварце. На основании проведенных экспериментов определен состав гидротермального флюида и его РТХ-параметры в дорудную, рудную и пострудную стадии гидротермального этапа минералоообразования месторождений. Глава содержит материалы, использованные при обосновании второго положения.
Заключительная седьмая глава охватывает данные по установлению пространственной связи Te-Bi оруденения с геодинамическими обстановками и прогнозированию потенциала попутного извлечения теллура и висмута из руд колчеданных месторождений, сформированных в палеостроводужных обстановках, на территории Восточного и Центрального Казахстана. Глава содержит материалы, примененные при обосновании третьего защищаемого положения.
Благодарности. Автор работы искренне благодарна за помощь, мотивацию и поддержку в написании диссертации своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору А. К. Мазурову. Автор глубоко признателен сотрудникам НИ ТПУ: кандидату геолого-минералогических наук, доценту М.А. Рудмину, кандидату геолого-минералогических наук, доценту А.С. Рубану, кандидату геолого-минералогических наук, доценту Т.Ю. Якич, доктору геолого-минералогических наук, профессору В. Г. Ворошилову, кандидату геологоминералогических наук, доценту Е.А. Синкиной, кандидату геолого-минералогических наук, доценту О.В. Савиновой за консультацию, помощь и полезные советы при создании данной работы.
С позиции современной геодинамики были определены условия образования и особенности развития теллуро-висмутовой минерализации в колчеданных месторождениях Казахстана, сформированных в островодужных геодинамических обстановках.
Сравнение вещественного состава колчеданных руд месторождений Малеевское (Рудноалтайская энсиалическая островная дуга) и Абыз (Чингиз-Тарбагатайская энсиматическая островная дуга) показало многие черты их сходства и различия. Руды месторождений имеют сходные текстурно-структурные характеристики и минеральный состав, но отличаются количественными параметрами рудных минералов и элементным составом. В рудах месторождений диагностировано многообразие теллуро-висмутовой минерализации, фиксирующейся в виде самостоятельных минералов, представленных сульфидами, оксидами, сульфосолями, теллуридами и самородными формами выделения.
Систематизация и обобщение известных и новых данных о Te-Bi минерализации позволили установить их видовое разнообразие в колчеданных месторождениях, сформированных в островодужных палеосистемах на территории Казахстана.
Впервые для руд месторождения Абыз диагностированы такие минералы как калаверит AuTe2, ченгуодаит Ag9FeTe2S4, раклиджит (Bi, Pb)sTe4 и штютцит AgsTes. Помимо этого отмечается, что золото в колчеданных рудах находится не только в виде самородного разной пробы и электрума AuAg, но и входит в состав теллуридов, представленных калаверитом AuTe2 и петцитом Ag3AuTe2. Ранее данный фактор не принимался во внимание при разработке технологической схемы, что, вероятно, могло являться одной из причин потери некоторой части золота при обогащении руд.
В рудах Малеевского месторождения впервые обнаружены плюмботеллурит PbTeO3, цервеллеит Ag4TeS, ксилингоит Pb3Bi2S6 и неидентифицированный минерал с обобщенной формулой PbAg2Te.
Месторождения имеют многостадийное формирование и близкий механизм рудоотложения. На основе термобарогеохимических исследований флюидных включений обоснованы физико-химические параметры формирования теллуро-висмутовой минерализации и реконструированы схемы последовательности минералообразования. В результате чего сделан вывод, что минералы теллура и висмута на месторождениях формировались на завершении рудной стадии гидротермального этапа минералообразования. На месторождении Абыз теллуро- висмутовая минерализация кристаллизовалась в заключительную золото-серебро-висмут- теллуридную минеральную ассоциацию рудной стадии при температурном диапазоне 236.113 оС и давлении 550.300 бар. На Малеевском месторождении наблюдается формирование минералов теллуро-висмутового состава в заключительную серебро-висмут-теллурид- сульфидную минеральную ассоциацию рудной стадии при температурном диапазоне 280.150 оС и давлении 615.400 бар. На основании полученных результатов сделан вывод, что колчеданные руды месторождения, сформированного на энсиматической островной дуге, являются низкотемпературными, а руды месторождения, приуроченного к энсиалической островной дуге, можно считать мезотермальными.
На территории Казахстана для колчеданных месторождений установлена пространственная связь теллуро-висмутового оруденения с геодинамическими обстановками: для месторождений, приуроченных к палеоокеаническим структурам, наблюдается преобладание теллурового элемента, а для континентальных рифтов - висмутового. На основании полученных данных оценены перспективы на попутную добычу и извлечение теллура и висмута из колчеданных руд месторождений Майкаинской группы и Зыряновского рудного узла.
Комплексное исследование распределения теллуро-висмутовой минерализации в колчеданных месторождениях Казахстана также дает возможность более точного регулирования технологических процессов и оптимизации качества конечного продукта, за счет попутного извлечения теллура и висмута, что, несомненно, повышает эффективность и рентабельность производства цветных металлов. Помимо этого, извлечение данных элементов, являющихся по сути поллютантами, является одним из способов снижения негативного воздействия на окружающую среду хвостохранилищ обогатительных фабрик.
Таким образом, полученные результаты данного научного исследования имеют как научное, так и прикладное значение.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта
Сравнение вещественного состава колчеданных руд месторождений Малеевское (Рудноалтайская энсиалическая островная дуга) и Абыз (Чингиз-Тарбагатайская энсиматическая островная дуга) показало многие черты их сходства и различия. Руды месторождений имеют сходные текстурно-структурные характеристики и минеральный состав, но отличаются количественными параметрами рудных минералов и элементным составом. В рудах месторождений диагностировано многообразие теллуро-висмутовой минерализации, фиксирующейся в виде самостоятельных минералов, представленных сульфидами, оксидами, сульфосолями, теллуридами и самородными формами выделения.
Систематизация и обобщение известных и новых данных о Te-Bi минерализации позволили установить их видовое разнообразие в колчеданных месторождениях, сформированных в островодужных палеосистемах на территории Казахстана.
Впервые для руд месторождения Абыз диагностированы такие минералы как калаверит AuTe2, ченгуодаит Ag9FeTe2S4, раклиджит (Bi, Pb)sTe4 и штютцит AgsTes. Помимо этого отмечается, что золото в колчеданных рудах находится не только в виде самородного разной пробы и электрума AuAg, но и входит в состав теллуридов, представленных калаверитом AuTe2 и петцитом Ag3AuTe2. Ранее данный фактор не принимался во внимание при разработке технологической схемы, что, вероятно, могло являться одной из причин потери некоторой части золота при обогащении руд.
В рудах Малеевского месторождения впервые обнаружены плюмботеллурит PbTeO3, цервеллеит Ag4TeS, ксилингоит Pb3Bi2S6 и неидентифицированный минерал с обобщенной формулой PbAg2Te.
Месторождения имеют многостадийное формирование и близкий механизм рудоотложения. На основе термобарогеохимических исследований флюидных включений обоснованы физико-химические параметры формирования теллуро-висмутовой минерализации и реконструированы схемы последовательности минералообразования. В результате чего сделан вывод, что минералы теллура и висмута на месторождениях формировались на завершении рудной стадии гидротермального этапа минералообразования. На месторождении Абыз теллуро- висмутовая минерализация кристаллизовалась в заключительную золото-серебро-висмут- теллуридную минеральную ассоциацию рудной стадии при температурном диапазоне 236.113 оС и давлении 550.300 бар. На Малеевском месторождении наблюдается формирование минералов теллуро-висмутового состава в заключительную серебро-висмут-теллурид- сульфидную минеральную ассоциацию рудной стадии при температурном диапазоне 280.150 оС и давлении 615.400 бар. На основании полученных результатов сделан вывод, что колчеданные руды месторождения, сформированного на энсиматической островной дуге, являются низкотемпературными, а руды месторождения, приуроченного к энсиалической островной дуге, можно считать мезотермальными.
На территории Казахстана для колчеданных месторождений установлена пространственная связь теллуро-висмутового оруденения с геодинамическими обстановками: для месторождений, приуроченных к палеоокеаническим структурам, наблюдается преобладание теллурового элемента, а для континентальных рифтов - висмутового. На основании полученных данных оценены перспективы на попутную добычу и извлечение теллура и висмута из колчеданных руд месторождений Майкаинской группы и Зыряновского рудного узла.
Комплексное исследование распределения теллуро-висмутовой минерализации в колчеданных месторождениях Казахстана также дает возможность более точного регулирования технологических процессов и оптимизации качества конечного продукта, за счет попутного извлечения теллура и висмута, что, несомненно, повышает эффективность и рентабельность производства цветных металлов. Помимо этого, извлечение данных элементов, являющихся по сути поллютантами, является одним из способов снижения негативного воздействия на окружающую среду хвостохранилищ обогатительных фабрик.
Таким образом, полученные результаты данного научного исследования имеют как научное, так и прикладное значение.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта
