ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 438, № 6, с. 806-808
= ГЕОХИМИЯ
УДК 549
РАЗМЕР НАНОКРИСТАЛЛОВ И НАПРЯЖЕНИЙ В НИХ -НОВЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТКИ ДЛЯ МИНЕРАЛОВ РЯДА ЗОЛОТО-СЕРЕБРО © 2011 г. Э. М. Спиридонов, Д. Я. Янакиева
Представлено академиком Д.В. Рундквистом 23.07.2010 г. Поступило 06.08.2010 г.
Исследования в области современного материаловедения показали, что многие агрегаты кристаллов макроскопического и микроскопического размера представляют собой срастания мельчайших кристаллов [1, 7 и др.]. Размеры таких кристаллов изменяются от единиц до первых сотен нанометров, т.е. это нанокристаллы. В металлах это обычно нанокристаллы типа 3D по классификации Р. Зигеля, которые квазиизомет-ричны. В агрегатах нанокристаллы относительно друг друга несколько развернуты — от 20' до 1°-5°. Таким образом, в кристаллических веществах кроме макро- и микрокристаллов, с одной стороны, и элементарной ячейки, с другой стороны, существуют нанокристаллы. Нанокристалл — это индивидуальная частица вещества с правильным кристаллическим строением, на которой происходит когерентное рассеяние волнового пакета рентгеновского излучения. Такие частицы называют ОКР, т.е. области когерентного рассеяния. Отдельные кристаллиты, которые наблюдаются в электронном микроскопе, могут совпадать с одной ОКР или состоять из нескольких или множества ОКР. Одни из важных характеристик — размеры ОКР и величины механических напряжений II рода, которые уравновешиваются в объеме отдельных ОКР. Эти характеристики получают при детальных рентгенометрических исследованиях поликристаллических материалов на основании анализа смещений, уширения и формы отдельных рентгеновских отражений методами Пауля Шеррера—Селякова, Вильямсона—Холла, Уоррена—Авербаха [8—14]. Наиболее удачные — метод гармонического анализа избранных одиночных рентгеновских отражений Уоррена-Авербаха (Warren-Averbach analysis) и фурье-анализ.
Московский государственный университет
им. М.В. Ломоносова
Музей "Земля и люди", София, Болгария
Первый в мировой практике опыт применения этих методов к исследованию природных самородных золота и серебра и археологических объектов из них провела Д.Я. Янакиева, получены интересные и обнадеживающие результаты [15]. Так, установлено, что размер нанокристаллов серебра из различных месторождений меняется от 18.7 до 28.1 нм.
В развитие этих разработок нами проведены детальные рентгенометрические исследования самородного золота промышленных мезотер-мальных месторождений одной рудной формации с возрастом 445 ± 3—5 млн лет из одной геологической провинции — плутоногенной золото-кварцевой формации ранних каледонид Северного Казахстана; месторождений сходных, но сформированных на различных уровнях глубинности [4, 5]. Эти месторождения (Бестюбе, Джеламбет, Кварцитовые Горки, Степняк, Аксу) вскрыты шахтами до глубин 450—1100 м и скважинами глубиной до 1200—1700 м. Их особенности — слабое развитие иных гидротермально-метасоматиче-ских образований и низкий уровень послерудно-го метаморфизма, который не превышает цеоли-товой фации, K/Ar- и Rb/Sr-датировки для этого региона аналогичны.
Малые золотоносные интрузивы и дайки, с которыми парагенетически связаны месторождения, принадлежат крыккудукскому комплексу — инверсионной тоналит-гранодиорит-адамелли-товой формации с возрастом 445 ± 5 млн лет. Месторождения порождены процессами средне-температурного (<380°С) углекислого метасоматоза — березитизации—лиственитизации. Эти процессы являлись наиболее поздним из многочисленных эпизодов послеинтрузивной гидротермальной деятельности, находятся в возрастной вилке внедрения наиболее поздних родственных даек глубинного происхождения — грани-тоид-порфиров, микродиоритов, кварцевых диорит- и габбро-диорит-порфиритов.
Рудную формацию образуют кварцевые и карбонат-кварцевые жилы и их штокверки, берези-
РАЗМЕР НАНОКРИСТАЛЛОВ И НАПРЯЖЕНИЙ В НИХ
807
тизированные—лиственитизированные породы, в их числе известковые и магнезиальные скарны. Соленость золотоносных растворов NaCl—KCl— MgCl2 6—17, чаще 9—13%; концентрации CO2 2— 7 моль/кг раствора. Ранние кварц, карбонат и шеелит содержат газово-жидкие включения с жидкой углекислотой, нередко с примесью метана, и включения с жидкой H2S (в наиболее глубинных месторождениях S до 2.5 кбар). Слабокислые H2CO3 и H2S—H2CO3 золотоносные гидротермы с низкими fO и fS выщелачивали из рудовмещаю-
щих толщ SiO2, Fe, Cu, Zn, Pb, Ni, Co и W, но не Mn, Sn, Ge, Mo, Be. Руды формировались в восстановительных условиях, крайне бедны F, Se, Sn, Ge, Be, Tl, PGE, REE, бедны Mn, Ba и Мо; Te/Se > 1. Самые богатые золотом руды (>2 кг/т) содержат <20 мг/т Pt и Pd. Для руд характерны золото (электрум редок); бедные марганцем карбонаты; галенит, бедный Ag, Bi, Sb; светлые слюды с ничтожными содержаниями F и NH4+; шеелит, бедный Mo и REE; блеклые руды, бедные Cu2+, Bi, Te, Se; сульфосоли только Pb-Sb, Cu-Bi-Pb, Ag-Pb-Sb, Pb-Bi.
Рудные тела всех типов сложены ассоциациями: реликтовых минералов; шеелит-кварцевой (±хлорит, карбонат, серицит) (Т ~ 375—290°С, обычно 330—305°С); ранних сульфидов (пирит, арсенопирит); карбонат-полисульфидной (As-пирит, арсенопирит, халькопирит, пирротин, ку-банит, борнит, галенит, сфалерит, блеклые руды); продуктивной (золото ± сульфиды и сложные сульфиды Pb, Sb, Ag, Bi или теллуриды Bi, Pb, Ag, Ni, Fe, Au-Ag, Au). Золотоносность руд определяется наличием продуктивной минеральной ассоциации, температура ее образования 210—150°С, обычно 190—170°С. Это объясняет то, что месторождения тяготеют к одновозрастным малым интрузивам, дайкам и только к краевым частям более крупных интрузивов, так как и те и другие успевали остыть до нужной температуры, иначе золото рассеивалось! Углеводороды и битумоиды, которые мигрировали в кварцевые жилы и мета-соматиты, — геохимические барьеры для Au, в местах их скоплений возникли рудные столбы. Изотопный состав кислорода шеелита — минерала, который наиболее устойчив к эпигенетическому изотопному обмену, практически постоянен в изученных месторождениях: S18O от +4 до +6%е SMOW [6]. Это — свидетельство глубинного мета-морфогенного источника рудоносных H2O-CO2-флюидов, которые сопровождали золотоносную тоналит-гранодиоритовую формацию.
Месторождения образованы в относительно упорядоченных условиях закрытой системы, чем обусловлены устойчивый состав руд и рудных минералов по вертикали конкретных месторождений и дифференциация рудного вещества по
уровням глубинности формирования месторождений. С ее ростом в рудах уменьшаются количества Sb, Hg, Tl и увеличиваются Te, W, Au/Ag, Te/Se (от 1-2 до 100-3000), Au/Hg (от 1 до 2006500). Фациям глубинности интрузивов соответствуют определенные минеральные типы руд по составу продуктивной ассоциации: гипабиссаль-ной фации (P~ 0.3-0.9 кбар; глубина формирования 1-3 км) - золото-антимонитовый тип с сульфидами Ag (андорит, аргентотеннантит, аргенто-тетраэдрит, рощинит, миаргирит) (Кварцитовые Горки) и золото-галенит-сульфоантимонидовый тип с Ag-тетраэдритом, овихиитом (Бестюбе); ме-зоабиссальной (Р ~ 1.0-1.8 кбар; 3-7 км) - золо-то-галенитовый с сульфоантимонидами Pb и редкими теллуридами Pb и Bi (Степняк); абиссальной (Р ~ 2.1-3.6 кбар; 7-12 км) - золото-галенит-теллуридный и золото-теллуридный (Джеламбет, Северное Аксу, Жана-Тюбе). В месторождениях гипабиссальной фации преобладает серебристое золото с пробностью 840-885, в месторождениях мезоабиссальной фации золото с пробностью 905-935, в месторождениях абиссальной фации высокопробное золото (930-970). Размер золотин в месторождениях всех типов от микронного до первых миллиметров, скопления мелкокристаллического золота - до многих сантиметров. Травлением установлено, что отдельные кристаллы золота и его зернистые агрегаты состоят из правильных простых двойников роста, размер которых достигает 600 мкм. Рисунок двойников роста самородного золота месторождений Бестюбе, Степняк и Джеламбет близок к золоту плутоно-генных месторождений колымских и иных [2, 3].
Рентгенометрические исследования проведены Д.Я. Янакиевой (рентгеновская лаборатория Музея "Земля и люди", София) с помощью диф-рактометра TUR M-62 (Германия) с двукружным гониометром в геометрии Bragg-Brentano и графитовым монохроматором; параметры записи дифрактограмм: CuZ"a (X = 0.15418 нм), 32 кВ, 15 мА, скорость 0.01° 29/15-30 с, интервал замеров 0.02° 29, внутренний эталон Si. В качестве эталона при определении размеров нанокристал-лов использован LaB6. Обработка дифрактограмм проведена с помощью программы WinFit (версия 1.2.1 - 1997) и функции Pearson VII [9-13].
Изучены образцы самородного золота западного и центрального участков месторождения Бестюбе с горизонтов -75, -115, -250, -295, -340, -520, -610, -700 м (жилы Шахтерская, Соединительная, Юбилейная, Фестивальная, № 2, 9, 13, 25). Всего изучено 25 зерен размером от 0.5 до 4 мм, некоторые из них многократно. Установлено, что размеры нанокристаллов золота в конкретном образце и в конкретном крупном месторождении (400 т Au) весьма устойчивы. Размер нанокристаллов во всех изученных образцах 20.1 ± 0.3 нм, величина напряжений в них -
808
СПИРИДОНОВ, ЯНАКИЕВА
0.178—0.165. Параметр элементарной ячейки этого золота 0.4076 нм. Таким образом, один нано-кристалл этого золота состоит из ~120 000 элементарных ячеек.
Из руд месторождения Северное Аксу исследовано 15 зерен самородного золота, некоторые неоднократно; размер нанокристаллов в них 26.0 ± 0.5 нм.
В плутоногенной золото-кварцевой формации каледонид Северного Казахстана наметилась прямая корреляция размера нанокристаллов в рудном золоте и глубин формирования месторождений: гипабиссальные (Кварцитовые Горки, Бестюбе) — 18.9—20.3 нм, мезоабиссальные (Степняк) — 21.9—22.7 нм, абиссальные (Джелам-бет, Северное Аксу) — 25.5—26.1 нм.
Величины напряжений в нанокристаллах золота ниже в более глубинных месторождениях: гипабиссальные (Кварцитовые Горки, Бестюбе) — 0.186— 0.165, мезоабиссальные (Степняк) — 0.145—0.137, абиссальные (Джеламбет, Северное Аксу) — 0.112— 0.103.
Аналогичным образом изучено золото из третичных россыпей, развитых около указанных месторо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.