Влияние радиоактивности на концентрацию и укрупнение нанозолота в земных условиях (на примере Амуро-Зейско-Буреинского бассейна)

В области сочленения ЦентральноАзиатского и Тихоокеанского тектонических поясов, а также смежных Сибирской и Северо-Китайской платформ в юрское время, начал формироваться Амуро-Зейско-Буреинский бассейн [1, 2], в котором четыре основные впадины: Ушумуно-Амурская, Зейская, Селемджинская и Бу-реинская, с площадью ~ 140 тыс. км2 [3]. Границы бассейна на западе определяет вытянутый на 200 км «Аникинский порог» [4], на востоке Буреинский массив, на севере водораздел, отделяющий бассейн Амура от водотоков Лены и Уды, на юге покровы эффузивов и блоковые интрузивные поднятия, разделившие в антропогенный период сопряженные ранее бассейны Сунляо и Амуро-Зейско-Буреинский [3].

Расположение Амуро-Зейско-Буреинского бассейна на сопряжении двух глобальных подвижных поясов предопределило сложность генезиса этой структуры и для её расшифровки выбраны маркеры: два минерала – циркон и самородное золото, а из элементов уран и калий.

Циркон обладает необычной физической устойчивостью, химической инертностью и способностью расти во времени капсюлируя и, сохраняя геологическую летопись практически всего времени фор- мирования Земли. Определив возраст циркона и количество в нем урана, исследователь может уточнять изменение энергии среды во времени и состав элементов в системе.

Фундамент бассейна в значительной мере сложен гранитоидами палеозойского, в меньшей мере мезозойского возраста и осадочными породами от палеозоя до юры, а в них фрагменты различных пород от архея до верхней юры. Гранитоиды фундамента обеднены Zr и U [5] в общем виде этот вывод согласуются с результатами группы исследователей (А.А. Сорокин и др.), опубликовавшими, наряду с возрастом гранитоидов, их химический состав, содержание Zr и U в породах и U в цирконах [6-8].

Сгруппировав эти результаты [6-8] в три группы магматических пород: ультра-основные, средние + основные и кислые, и соответствующие им три группы цирконов и сравнив средние содержания элементов в этих группах установлено, что в магматических породах фундамента бассейна от ультраосновных, через средние и основные, до кислых возрастает содержание Zr (от 33 до 175.9 г/т) и U (от 0.29 до 1.46 г/т). Эта закономерность объясняется сродством урана и циркония к кислороду и кремнию, но наложенные процессы выносили часть U из минералов пород, кроме U за-капсюлированного в цирконах, где он сохранился, и содержание его в ZrSiO4 колеблется от 469.7 до 744 г/т [6-8]. Следовательно, в цирконах гранитоидов фундамента содержание урана в 500 раз больше, чем в породах их содержащих и, несомненно, циркон хороший концентратор U, и уникальный хранитель геологической летописи.

В отличие от фундамента, основой которого являются магматические породы, в Амуро-Зейско-Буреинском бассейне преобладают осадочно-вулканогенные образования мелового периода при подчиненном развитии интрузивных пород и рыхлые отложения кайнозойской эры при небольшом количестве щелочных базальтов.

Интрузивные породы бассейна, в основном, развиты в пределах Умлекано-Огоджинской плутонической зоны, которая в субширотном направлении протяги- вается от среднего течения реки Большой Невер - на западе, до Селемджинской впадины – на востоке. Гранитоиды Джиктан-динского массива этой зоны имеют возраст 144 млн. лет [9] и содержат урана больше чем гранитоиды фундамента. Заметно обогащены U кислые щелочные эф-фузивы бассейна [3].

В постмагматических цирконах U в среднем примерно в два раза больше чем в магматических, а в гидротермальных образованиях его многократно больше. Так в Октябрьском рудном поле (Селемджин-ская впадина) в осветленном граните в кварцевом прожилке по трещинам (рис. 1) в альбите (табл. 1, сп. 1) и кварце (сп. 2) отлагается циркон. Как правило, образуется несколько генераций циркона с последовательным увеличением содержаний Zr, Si и O, но синхронным уменьшением концентрации Fe и Ca (табл. 1, сп. 3, 4, 5).

Спектр 1 Спектр 2 Спектр 3

Рис. 1. По трещинам в альбите и кварце отлагаются урансодержащие цирконы, сопряженные с гранатами

Таблица 1. Содержание элементов в минералах

спектр	весовые %
	O	Na	Al	Si	Ca	Fe	Zr	Hf	Th	U
1	48,79	8,51	10,60	31,87	0,24
2	53,26			46,24
3	32,87		0,96	13,44	1,16	0,74	40,78	5,88	2,72	1,45
4	33,42		0,41	14,09	0,35	0,37	43,83	6,62		0,91
5	33,99		0,25	14,49	0,025	0,02	47,21	3,86		0,16
	Атом %
1	61.57	7,48	7,93	22.91	0.12
2	66.67			33.33
3	66.09		0,15	15.39	0.93	0.43	14.38	1,06	0.38	0.20
4	66.47		0.50	15.96	0.28	0.21	15.28	1,18		0.12
5	66.59		0.29	16.18	0,02	0,01	16.22	0.68		0.01

В альбите наблюдается небольшое количество каолинита. Учитывая, что каолинит образуется в экзогенных условиях, А.Г. Бетехтин изучил необычный парагенезис и пришел к выводу, что каолинизация происходит не только в процессе выветривания полевых шпатов в экзогенных условиях, но и при гидротермальном изменении альбита и адуляра [10].

При большом содержании урана, циркон, сохраняя внешний облик кристалла, переходит в метамиктное состояние (из структурно упорядоченной формы в стеклообразное). По существу, метамиктиза- ция – нарушение трехмерной периодичности в расположении атомов, а смещение их в цирконе вызывается α-частицами [11].

На другом участке в измененном граните в кварцевом прожилке отложились цирконы двух генераций (рис. 2, табл. 2, сп. 1, 2), с Hf, U, Th. Здесь также от первой к второй генерации в цирконах увеличивается содержание Zr, Si и O, но синхронно уменьшается Ca, Fe и Hf (табл. 2). Эти цирконы (сп. 1, 2) имеют изометричную форму (рис. 2), большое содержание U и далеко зашедшую метамиктизацию.

Рис. 2. По трещинам в альбите и кварце отлагаются урансодержащие цирконы двух генераций, данбурит с бадделеитом и каолинитом

Таблица 2. Содержание элементов в минералах весовые, %

Сп.	B	O	Na	Al	Si	Ca	Fe	Zr	Hf	Th	U
1		33.46		0.95	13.69	0.85	0.95	41.72	5.58	1.45	1.36
2		34.1		0.25	14.5	0.01	0.02	47.27	3.8		0.07
3	18.99	56.69	1.02	1.43	7.22	0.21	0.23	11.58*	2.21		0.42
атомные, %
Сп.	B	O	Na	Al	Si	Ca	Fe	Zr	Hf	Th	U
1		66.34		1.13	15.47	0.67	0.53	14.50	0.99	0.20	0.18
2		66.68		0.29	16.12	0.01	0.01	16.21	0.67		0.01
3	30.26	61.05	0.76	0.91	4.43	0.09	0.07	2.19*	0.21		0.03

Примечание: *цирконий в бадделеите

В гидротермальных цирконах высокое содержание урана колеблется в интервале от 700 до 14500 г/т (табл. 1, 2), и коэффициент концентрации U в цирконах достигает 5088.

Третья генерация представлена данбуритом c боратами и продуктами распада метамиктизированного циркона превратившегося в бадделеит (ZrO 2 ) и кварц. В этой же стадии проявлен альбит, часть которого под влиянием α-частиц преобразовалась в каолинит, содержащий 46.54% кварца, 39.5% Al 2 O 3 и 14% воды. В этом же образце на другом участке проявлена кварц-адуляровая стадия, где каолинит выступает уже не в роли примеси в руде, а в группе основных минералов совместно с адуляром и кварцем.

В составе ядра калия изотоп ⁴⁰К - радиоактивен и, несмотря на то, что его доля в ядре всего 0.0117%, он является лидером по количеству распадов в секунду в земной коре, а уран занимает второе место. Обусловлено это тем, что кларк урана в земной коре меньше кларка калия в 7193 раза [3], Но при этом надо учитывать, что энерговыделение от β--распада изотопа ⁴⁰К (1.31107 МэВ) меньше в 3.26 раза, чем от α-распада ²³⁸U (4.2697 МэВ) [12]. Однако калия в приповерхностной части земной коры многократно больше, чем урана и это определяет его лидерство не только по числу распадов, но и по влиянию его радиоактивности на рудообразование [3]. Изотопы ²³⁸U и ⁴⁰К обеспечивают энергией процессы концентрации и укрупнения золота и, несомненно, влияют на образование месторождений благородного металла.

Гидротермальные цирконы отличаются от магматических не только высоким со- держанием в них урана, но и формой выделений. В гранитах цирконы – обычно, это удлиненные хорошо ограненные кристаллы, а гидротермальные, чаще всего изометричные, метамиктные комковидные агрегаты, сложенные наноразмерными кристалликами разных генераций.

В земной коре из минералов первое место занимают полевые шпаты (альбит, адуляр). В фундаменте бассейна альбита, как правило, больше чем адуляра, но по устойчивости альбит сильно уступает адуляру, он быстрее выветривается и превращается в каолин. Основное количество освободившегося натрия паводками выносится в океан и в бассейне во времени увеличивается модуль калия. Максимальное отношение K/Na = 10 характерно для Чал-гановского месторождения кварц-каолин-адуляровых песков, балансовые запасы которых на период утверждения их в 1065 г составляли 64780 тыс. тонн. Каолинизация горных пород и руд в восстановительных условиях широко проявлена почти на всей территории бассейна и геологические ресурсы прогнозируемых месторождений кварц-каолин-адуляровых песков составляют 1200000 тыс. т [3].

Не только в осадочных породах бассейна, но и в магматических образованиях во времени наблюдается увеличение, как общего количества щелочей, так и опережающее увеличение доли калия. Так в фундаменте в интрузивных породах Na > K, в бассейне их количество сопоставимо, а в эффузивных и осадочных образованиях K > Na и во времени, от мелового периода через всю кайнозойскую эру возрастает модуль калия.

Отличительной чертой Амуро-Зейско-Буреинского бассейна в кайнозойскую эру является сильная обводненность, значительная часть его территории была заболочена, и интенсивно шло образование осадочных пород озерно-болотного типа. В бассейне образовалось несколько глинистых водонепроницаемых слоев, сформировались восстановительные подземные воды артезианского типа. Минералообразование шло при недостатке кислорода, органическое вещество постепенно обогащались углеродом и в меловой период в бассейне образовались месторождения каменного угля Огоджинское и Ургальское, а в кайнозойскую эру большое количество месторождений бурого угля. Общие запасы и апробированные прогнозные ресурсы угля составляют 66.6 млрд. т. Наряду с образованием месторождений в бассейне произошло обогащение различных горных пород рассеянным углеродом, который определяет восстановительную среду минералообразования.

Обильно насыщенные углеродом горные породы способствовали образованию в меловой период коренных, а в кайнозой- скую эру многочисленных россыпных месторождений золота. Добыча благородного металла в Амуро-Зейско-Буреинском бассейне началась в 1858 г и за 150 лет добыто 1089.97 т, с учетом числящихся 387.4 т запасов и 102 т ресурсов, всего учтенного золота 1579.4 т.

Уже очевидно, что наноразмерного золота в бассейне в несколько раз больше видимого благородного металла. Видимое и наноразмерное золото, вплоть до 10 нм, чаще всего взаимосвязано с кварцем и тесная связь с кварцем и локализация в нем благородного металла объясняется, прежде всего, сходством энтропий этих двух элементов при низких температурах минералообразования [3]. Скорость диффузии Au в кварце самая низкая и при гидротермальных процессах оно будет стремиться отложиться в кварце, а при метаморфизме – перейти из других минералов в кварц. Кварц – наиболее благоприятный минерал для отложения золота и является своего рода броней, препятствующей рассеянию Au в период образования месторождений и при метаморфизме самородных золотин.

Амуро-Зейско-Буреинский бассейн – природная фабрика, в которой нарабатываются рыхлые отложения двух типов: первые представлены песчанистыми (основа) образованиями, с широким спектром пород от конгломератов до тонкозернистых песков, вторые – разного рода глины, среди минералов которых доминирует каолин, а по размерам господствуют наночастицы. Бассейн по сравнению с земной корой обогащен O, Si, Al, C, K, Sr, Ba, Rn и Ra, и обеднен Fe, элементами его группы, а также Mg, Zr, S, Se и Li.

Рудообразование на месторождениях золота чаще всего начинается под влиянием 238U сконцентрированном в цирконах и в других минералах, а завершается под влиянием 40К в адуляре и других минералах. Непрерывный приток энергии от 238U и 40К обеспечивает рудообразование «движущей силой» определяющей концентрацию и укрупнение золота.

В целом в саморазвивающемся Амуро-Зейско-Буреинском бассейне на примере элементов O-Si-Zr и U-Au-K, а также ми- нералов кварц-самородное золото видно стремление к взаимосвязи компонентов системы и направленное развитие в сторону уменьшения энтропии.