Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 495, № 1, стр. 26-31

Проблеме “невидимого” тонкодисперсного золота, рассеянного в пирите и арсенопирите гидротермальных золоторудных месторождений, посвящено множество трудов [1–6]. С развитием и широким использованием методов прецизионного анализа минерального вещества определение концентраций и характера распределения золота и других микроэлементов в рудных минералах месторождений приобрело массовый характер. В последнее время интенсивно развивается метод рентгеновской спектроскопии поглощения XAS, который позволил получить точную информацию о форме нахождения золота в минералах системы Fe–As–S [7, 8].

В сообщении приводятся новые данные по микроэлементному составу и особенностям распределения золота в пирите и арсенопирите месторождения Павлик. Такие исследования позволяют уточнить представления о процессах рудообразования крупных золото-кварцевых месторождений Яно-Колымской золоторудной провинции и могут способствовать оптимизации процесса извлечения полезных компонентов из руд.

Месторождение Павлик расположено в Омчакском рудно-россыпном узле Магаданской области. Рудное поле сложено верхнепермскими вулканогенно-осадочными породами, смятыми в приразломные складки. На флангах месторождения отмечаются мелкие интрузии среднего и кислого состава [9].

Основной тип рудных тел – минерализованные зоны дробления, образовавшиеся вследствие гидротермальных процессов и многократной тектонической проработки. В пределах рудных зон отмечаются будины даек среднего (диорит-порфириты), реже кислого (риолиты, кварцевые порфиры) состава, а также кварцевых жил и тектонических и гидротермальных брекчий с кварцевым и кварц-карбонатным цементом. Количество сульфидов в рудах около 1%. Наиболее распространены пирит и арсенопирит – во вмещающих породах, кварц-карбонатном цементе и в жильном кварце в виде вкрапленности и срастаний зерен. Среднее содержание Au в рудах – около 3 г/т. Большая часть представлена самородным золотом микроскопической размерности (пик крупности на 0.075 мм) [10].

Для изучения золотоносности сульфидов из рудных зон были взяты 10 проб с содержанием Au от 6 до 14 г/т, из которых отобраны монофракции пирита и арсенопирита. Руды представляют собой брекчии с обломками алевролитов, сцементированными серицит-анкерит-кварц-альбитовым агрегатом. В большинстве проб преобладал арсенопирит (80–96% сульфидной минерализации). В нескольких пробах было установлено примерно равное количество арсенопирита и пирита. Отобранные зерна арсенопирита – идиоморфные короткопризматические или удлиненного габитуса до 1.5–2 мм в поперечнике (в среднем 0.5 мм). Отобранные зерна пирита – ксеноморфные, и с кристаллографическими очертаниями.

Химический состав исследуемых сульфидов был определен с помощью рентгеноспектрального микроанализатора JXA-8200 (“JEOL”) (метод РСМА, лаборатория ИГЕМ РАН, аналитик – Е.В. Ковальчук). В сульфидах измерено содержание Au (предел обнаружения (3σ) 45 ppm) по методике, подробно описанной в [4]. Отдельные зерна сульфидов были проанализированы на квадрупольном масс-спектрометре XSeries, оснащенном приставкой для лазерного пробоотбора NewWave UP-213; при диаметре пучка лазера 30–80 мкм (метод ЛА–ИСП–МС, лаборатория ИГЕМ РАН, аналитик – В.Д. Абрамова). Параметры абляции и методика обработки данных опубликованы в [11]. С помощью лазерной приставки было отобрано 26 точечных и 7 профильных проб из 33 зерен пирита и 29 точечных и 22 профильных проб из 51 зерна арсенопирита.

В результате микроскопических исследований установлено, что метакристаллы пирита находятся в тесном взаимном прорастании с арсенопиритом, реже – сфалеритом (рис. 2), содержат реликты вмещающих пород, мелкие включения монацита, рутила, галенита, сфалерита. Местами пирит раздроблен и частично замещается и цементируется марказитом, а на границе этих минералов встречается самородное золото (рис. 3).

Рис. 1.

Диаграмма размаха содержания микропримесей в арсенопирите (a) и пирите (p) месторождения Павлик. Границы “ящика” – первый и третий квартили, линия в середине “ящика” – медиана. Выше оси абсцисс указана частота встречаемости компонента (%). По оси ординат значения концентраций в г/т.

Рис. 2.

Метакристалл пирита в срастании с арсенопиритом (Apy) и сфалеритом (Sph) и прожилками и включениями галенита (Gl): а – общий вид, в пунктирном квадрате область, увеличенная на рис. 2 б, стрелками указаны расположение и направление профиля абляции, который приведен справа со средними значениями компонентов (г/т) в выделенных интервалах; б – фрагмент зерна пирита (пунктирными окружностями обозначены точки абляции) с картами распределения элементов, полученными при условии съемки РСМА: As (Lα, TAP), Au (Mα, PETH), Pb (Mα, PETH); ток 20 нА, время в точке 60 мс.

Рис. 3.

Брекчиевидные срастания пирита (Py) и марказита (M) с самородным золотом (самая яркая фаза). Слева – снимок в отраженном свете в оптическом микроскопе с кратерами абляции, справа – в обратно-рассеянных элек-тронах. 

По    данным    РСМА    формула    пирита Fe_0.98–1.01As_0–0.06S_1.94–2.01; при этом в 22% от всех аналитических точек (36) значение концентрации As ниже предела обнаружения (<0.06 мас. %); Co установлен (≥0.06 мас. %) в 36% анализов и его содержание достигает 0.08 мас. %. Au в пирите установлено в 36% анализов.

Состав арсенопирита Fe_1.02–1.03As_0.88–0.98S_1.00–1.09. В 30% из всех аналитических точек (59) значение концентрации Co составляет 0.06–0.14 мас. %. Au в арсенопирите установлено в 27% анализов и достигает 70 г/т (в единичном случае), в основном 40–50 г/т. Сканирование срезов зерен арсенопирита в обратно-рассеянных электронах выявило слабую зональность с уменьшением концентрации As и увеличением S к краям кристаллов и едва заметную секторальную неоднородность по Co.

Полученные методом ЛА–ИСП–МС содержания микроэлементов были разделены по числу выборок, в которых значение концентрации компонента выше предела обнаружения, на три группы: 1) 80–100% – повсеместно встречающиеся примеси: для обоих сульфидов это Co, Ag, Sb, Au, Pb (рис. 1), для арсенопирита также Bi, для пирита – Ni, Cu и Zn; 2) 40–80% – в арсенопирите к таким элементам-примесям относятся Ni, Cu и Zn; в пирите – Mn, Ga, Ge, Tl; 3) <40% – для обоих сульфидов это Cd, In, Sn, Te, для арсенопирита также Mn, Ga, Ge, Tl. Эти элементы входят в состав микровключений других минералов, их содержание редко превышает 6 г/т и обычно 0.0n–0.n г/т. Исключение составляет Mn: в пирите его содержание достигает 643 г/т, в арсенопирите – 266 г/т.

Детально исследован мышьяковистый пирит с повышенной золотоносностью (C_Au > ср. геом. = = 4.2 г/т). Один метакристалл с наибольшей концентрацией Au был изучен с помощью выборочного картирования в характеристических спектрах (рис. 2). На изображении в обратно-рассеянных электронах в пирите выделяются темные области с пониженным содержанием As (до 0.4 мас. %) и Au (до 0.007 мас. %) и светлые с количеством As до 3.4 мас. % и Au от 140 до 570 г/т с тенденцией увеличения Au (и As) к краю зерна (рис. 2а, 2б). На карте распределения (рис. 2 б-As) темные области отражают низко-мышьяковистый пирит-1, белое вкрапление – зерно арсенопирита. В левой части рис. 2б-As отчетливо заметны дугообразные области более светлой окраски, которые обогащены мышьяком, субпараллельные четко проявленной границе между пиритом-1 и мышьяковистым пиритом-2. Обогащенные золотом участки хорошо совпадают с областями с повышенными содержаниями мышьяка (рис. 2 б-Au). Pb концентрируется в виде минеральных фаз-микровключений вдоль границ блоков пирита-1 и пирита-2 (рис. 2 б-Pb).

В точечных пробах абляции (с диаметром пучка лазера 40 мкм – рис. 2 б) в пирите-1 установлено содержание (в г/т, значения перечислены от центра к краю зерна) Cu (317–266), Zn (990–528), As (4480–11 100), Ag (14.7–13.5), Sb (85–79), Au (30–88), Pb (318–953), Bi (1.2–3.8). В пирите-2 всех элементов, кроме As и Au, на порядок меньше, и к краю зерна их количество уменьшается; в крайней точке абляции концентрации (в г/т) Cu – 88, Zn < 6, As – 41 900, Ag – 0.9, Sb – 4, Au – 418, Pb – 23, Bi – 0.07.

В агрегатах из блоков пирита, сцементированных марказитом (рис. 3), на пирите обнаружены тонкие (1–4 мкм) каймы, обогащенные As и Au. Из табл. 1 следует, что марказит по сравнению с пиритом значительно обогащен As, Ag, Sb, Au, Pb; повышенные содержания микроэлементов в пирите отмечаются только в одной точке для Cu и Zn. При этом количество As и Au увеличивается в светлых (в BSE-режиме) каймах в пирите (табл. 1, анализ 5-LINE), что свидетельствует об избирательной концентрации этих элементов на границе блоков пирита и марказита.

В арсенопирите профили зондирования были сделаны преимущественно по срезам идиоморфных зерен. Распределение Sb по профилю равномерное при достаточно выдержанных содержаниях; Co – ритмично-зональное с тенденцией увеличения от центра к краям кристалла; Ag – при содержаниях до 2 г/т дает дискретные пики, при содержаниях 2–7 г/т – неравномерное распределение по всему профилю, совместно с Bi, Pb, реже Au. Для Pb характерны равномерное распределение и небольшие пики совместно с Ag, Bi, Te, реже – Co и Ni. Золото – при количествах до 3 г/т преобладает равномерное распределение в идиоморфных кристаллах, и неравномерное (до 5–7 г/т), совместное с Cu, Zn, Ag, Sb, Bi – в трещиноватых и деформированных зернах.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

При нанесении всех составов пирита на график As–Au [6] большая часть проб оказалась ниже линии, отражающей эмпирический предел растворимости золота в пирите (рис. 4). Выше линии попадают две пробы низко-мышьяковистого пирита-1. Еще три пробы (РСМА) со значением As ниже предела обнаружения (0.02 и 0.04 мас. %) – две из пирита-1 и одна из пирита в срастании с марказитом – содержат Au 60, 70 и 90 г/т. При понижении предела обнаружения As до 0.02 мас. % (1σ), эти пробы также будут выше линии. По данным [6], ниже этой линии золото находится в виде твердого раствора в пирите и сорбировалось из растворов, ненасыщенных Au, где золото находилось в виде гидросульфидных комплексов [12]. Тогда как выше линии золото в пирите присутствует в виде наноразмерных частиц. По данным [7, 8] Au может находиться в состоянии твердого раствора в обедненном As пирите. По данным РСМА, в низко-мышьяковистом пирите месторождения Павлик золото выше предела обнаружения встречается точечно, а по данным ЛА–ИСП–МС – распределение Au согласуется с Ag. Это может свидетельствовать в пользу субмикронных частиц Au⁰.

Рис. 4.

График зависимости концентраций Au–As (в мольных %) месторождения Павлик. Сплошной линией обозначен предполагаемый предел растворимости золота [6].

Полученные данные позволяют частично реконструировать процесс взаимодействия флюидов, из которых происходило отложение сульфидов и золота. На начальной стадии отложения золота из раствора, ненасыщенного в отношении Au, при повышенных температурах и относительно быстром осаждении образовались тонкие каймы As-пирита с Au⁺¹ на обедненном примесями пирите, которые далее, при насыщении раствора Au и снижении температуры, обрастали марказитом с самородным золотом.

Пирит-1 с субмикронным Au⁰, вместе с арсенопиритом, судя по всему, послужил “затравкой” при кристаллизации мышьяковистого золотоносного пирита при позднем процессе из остаточных растворов, ненасыщенных золотом. Такое соотношение позднего золотоносного пирита с ранним резко отличается от установленного на месторождении Сухой Лог [2] и близко к соотношению пирита, богатого Au и As, и беспримесного пирита месторождений типа Карлин и колчеданных месторождений Урала [3, 5].