Comprehensive research of the distribution of tellurium-bismuth mineralization in the ores of the Abyz and Maleevskoe sulfide deposits (Republic of Kazakhstan)

全文:

Введение

Одним из приоритетных направлений Государственной политики в области недропользования является стратегия комплексного использования руд. Для эффективной эксплуатации рудного сырья в производстве важно знать его минеральный состав и точное содержание примесей, которые в настоящее время свободно определяются современными аналитическими методами. Этот факт дает возможность оптимизации качества конечного продукта, что, в свою очередь, повышает эффективность и рентабельность производства цветных металлов.

Во многих работах по исследованию территории Казахстана [1–9] сделаны акценты на изучение и увязку особенностей металлогении месторождений с разнотипными геодинамическими обстановками. Среди прочего отмечается, что наиболее богатыми элементами-примесями являются колчеданные руды месторождений, приуроченных к палеоостроводужным геодинамическим обстановкам. В 70–90-х гг. 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 слабоизученными металлоид теллур и металл висмут.

Характерной чертой Центрально-Азиатского орогенного пояса является широкое распространение вулканических комплексов, сформировавшихся в пределах островодужных систем с различным типом фундамента. При этом значительные площади занимают образования энсиматических островных дуг, среди которых Чингиз-Тарбагатайская островодужная система, формировавшаяся на протяжении кембрия и ордовика, является наиболее крупной подобной структурой западной части Центрально-Азиатского пояса. Именно в ней сконцентрированы основные промышленные колчеданные месторождения Центрального Казахстана [9].

Формирование основных промышленных колчеданных месторождений Рудного Алтая происходило с кембрия по девон в геодинамической обстановке, соответствующей зрелым внутренним островным дугам, по металлогеническому районированию объединяющимся в региональный Рудноалтайский пояс, представляющий собой активную континентальную окраину Алтае-Саянской складчатой области [10–13].

На основании имеющихся данных целью работы является изучение и сравнение условий формирования и закономерностей распределения теллуро-висмутовой минерализации в рудах колчеданных месторождений, приуроченных к разным геодинамическим обстановкам. Для этого нами были изучены руды двух колчеданных месторождений:

• месторождения Абыз, сформированного в пределах энсиматической Чингиз-Тарбагатайской островной дуги, развивающейся на океанической коре;
• месторождения Малеевское, приуроченного к энсиалической Рудноалтайской островной дуге, заложенной на коре континентального типа (рис. 1).

Для выполнения данного исследования были поставлены три основные задачи:

• изучить особенности минерального состава колчеданных руд и дать характеристику распределению основных рудных и сопутствующих примесных элементов в рудах;
• реконструировать стадийность процесса минералообразования и определить физико-химические условия формирования теллуро-висмутовой минерализации;
• дать прогнозно-металлогеническую оценку теллур-висмут-сырьевого потенциала для колчеданных месторождений, приуроченных к островодужным палеогеодинамическим обстановкам.

Решение этих вопросов весьма важно и актуально как в научном, так и в прикладном отношении. Помимо этого, с экологической точки зрения необходимость извлечения данных элементов из руд заключается в их токсичности и существенном вкладе в деградацию почвенного покрова [14, 15]. Несмотря на то, что экологические последствия загрязнения почв висмутом (Bi) и 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 хвостохранилищами все чаще становятся предметом серьезных экологических споров. Единственным способом снижения их негативного воздействия на окружающую среду может быть утилизация путем комплексного извлечения из руд и дальнейшее применение в качестве товарных продуктов (сплавы, термоэлектрические материалы, узкозонные полупроводники, производство пигментов, керамики и многое другое).

 

Рис. 1. Схематическое металлогеническое районирование Восточной и Центральной части Казахстана [2] с дополнениями. Условные обозначения: 1 – энсиалические блоки зоны коллизии, 2 – энсиматические блоки зоны коллизии, 3 – терейны карбоновой островной дуги, 4 – сутура коллизионной зоны, 5 – область триасового континентального магматизма, 6 – границы коллизионной зоны (а) и блоков на различном основании (б), 7 – прочие геологические границы

Fig. 1. Schematic metallogenic zoning of the Eastern and Central parts of Kazakhstan [2] with additions. Legend: 1 – ensialic blocks of the collision zone, 2 – ensimatic blocks of the collision zone, 3 – terranes of the Carboniferous Island arc, 4 – suture of the collision zone, 5 – area of Triassic continental magmatism, 6 – boundaries of the collision zone (a) and blocks on different foundations (b), 7 – other geological boundaries

 

Материал и методы исследования

Для решения поставленных задач из основных рудных тел месторождений Абыз и Малеевское были отобраны и изучены бороздовые и керновые пробы в количестве 210 единиц весом от одного до трех килограммов. В ходе научной работы применялся целый комплекс исследований. На первом этапе проводилось макроскопическое описание образцов для характеристики текстурных особенностей руд. Далее с целью изучения минерального состава, морфологии, размеров и характера срастания минералов, а также структурных особенностей руд на исследовательском микроскопе отраженного света Zeiss Imager 2m были выполнены минераграфические исследования, для которых было изготовлено около 200 полированных шлифов (аншлифов). Для углубления знаний о морфологии теллуро-висмутовой минерализации и ее взаимосвязи с другими минералами было проведено изучение руд на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega 3 SBU с приставкой для рентгенфлуоресцентного энергодисперсионного анализа (ЭДС) OXFORD X-Мах 50. В процессе исследования осуществлялась съемка поверхности руд и качественное определение состава зёрен по всей площади. Особое внимание уделялось разнообразным включениям минералов Te и Bi и взаимоотношению их с другими минеральными единицами. На предмет расшифровки условий образования теллуро-висмутовой минерализации были определены термокриометрические характеристики более 80 газово-жидких включений в жильном кварце с использованием комплекса термобарогеохимических методов. Опыты по нагреванию выполнены с помощью термокамеры THMSG-600 с программным обеспечением LinkSys-32 (Linkam). Прибор позволяет выполнить измерение фазовых переходов температур в интервале от –200 до +600 °С. Для определения состава газов во включениях использовался спектрометр комбинационного рассеяния с конфокальным микроскопом Thermo Scientific Raman Microscope DXR2. Для выявления примесных элементов и установления их содержания (ppm) в рудах была проведена масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой на масс-спектрометре Delta V Plus (Thermo Fisher Scientific, Бремен, Германия) в Казанском (Приволжском) Государственном университете.

Геологическое строение месторождений

Месторождение Абыз находится в западной части Предчингизской зоны в области ее сочленения со структурами Токраурского синклинория, разделенными меридиональным Центрально-Казахстанским разломом. Стратифицированные образования на месторождении представлены девонскими и неогеновыми отложениями, а также рыхлыми четвертичными образованиями [16–18]. Рудовмещающей является вулканогенно-терригенная толща девонского возраста мощностью до 975 м, сложенная разнообломочными туфами андезитов, андезитобазальтов и их лавами с прослоями песчаников и гравелитов. Субвулканические образования, развитые в юго-восточной части месторождения, представлены среднедевонскими риолитами, трахидацитами, дацитами и гранит-порфирами. Для месторождения характерна сложная система разновозрастных тектонических нарушений, которые являются оперяющими структурами долгоживущего Центрально-Казахстанского глубинного разлома. Породы на месторождении претерпели процессы динамометаморфизма, а также подверглись гидротермально-метасоматическим изменениям, которые относятся к тектогенным региональным формациям и представлены пропилитовыми и березитовыми статическими устойчивыми ассоциациями. Оруденение связано с протяжённой зоной березитизации по вулканогенно-осадочным породам среднего-основного состава, а также их туфогенным производным и осадочным отложениям [17, 18].

Месторождение Малеевское располагается в Зыряновском рудном районе Лениногорско-Зыряновской подзоны Рудно-Алтайской структурно-формационной зоны [6, 19, 20]. В геологическом строении месторождения участвуют среднедевонские вулканогенно-осадочные отложения. Разрез насыщен субвулканическими согласными и секущими телами порфировых риолитов, а также силлами и дайками базитов. В западном обрамлении рудного поля развиты интрузии габброидов и гранитоидов Змеиногорского комплекса. Тектоника представлена разрывными нарушениями северо-восточного простирания, характеризующимися зонами трещиноватости. В течение длительного геологического развития породы рудного поля претерпели различные метаморфические изменения: региональный, динамометрический, контактовый и гидротермальный метаморфизм. Рудообразование пространственно приурочено к березитовой формации [19, 20]. Оруденение локализуется в отложениях, сложенных известковистыми и углеродистыми песчаниками, алевролитами и алевропелитами, содержащими многочисленные силлы диабазов, тела риолитов и их лавобрекчий.

Результаты исследования

Морфологическая характеристика Te-Bi-содержащих минералов

С целью выявления примесных элементов в рудах месторождений Малеевское и Абыз была проведена масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой.

 

Рис. 2. а) график содержания элементов-примесей в рудах месторождений Абыз и Малеевское; б, в) сравнительные диаграммы содержания теллура и висмута в сплошных (б) и вкрапленных (в) рудах месторождений

Fig. 2. a) graph of the content of trace elements in the ores of the Abyz and Maleevskoe deposits; b, c) comparative diagrams of tellurium and bismuth content in solid (b) and disseminated (c) ores of the deposits

 

Анализ показал широкий спектр редких примесных элементов (рис. 2), среди которых одними из преобладающих по содержанию являются полуметалл теллур и металл висмут. При этом стоит отметить, что при сравнении содержаний данных компонентов в рудах для месторождения Абыз фиксируется преобладание Te (рис. 2, б), а для Малеевского – Bi (рис. 2, в).

Колчеданные руды месторождений Абыз (островная энсиматическая дуга) и Малеевское (островная энсиалическая дуга) имеют сходные текстурно-структурные характеристики и минеральный состав, но различаются количественными параметрами рудных минералов и элементным составом. Для месторождений наблюдаются аналогичные текстурные типы оруденения: сплошной (сливной) и вкрапленный [17].

Сплошные (сливные) руды на месторождении Абыз являются более распространенным типом оруденения и на 95–98 % сложены такими сульфидными минералами, как пирит FeS₂, халькопирит CuFeS₂, галенит PbS, сфалерит ZnS, спорадически тетраэдрит (минерал группы блеклых руд) (Cu,Fe)₁₂Sb₄S₁₃. В минеральном составе преобладают пирит и халькопирит, суммарно составляющие от 70 до 90 % объема рудной массы. Распределение данных минералов в руде неравномерное, при этом обычно халькопирит доминирует над пиритом. Нерудные минералы, составляющие не более 5 % объема сплошных руд, представлены кварцем и анкеритом. В качестве редких и акцессорных минералов в сплошных рудах диагностированы арсенопирит FeAsS, рутил TiO₂, электрум AuAg, самородное золото Au, ильменит FeTiO₃, алтаит PbТе, касситерит SnO₂, теллуровисмутит Bi₂Te₃, кюстелит AgAu, самородная медь Cu, раклиджит (Bi, Pb)₃Te₄, циркон ZrSiO₄, лаутит CuAsS, ченгуодаит Ag₉FeTe₂S₄, гессит Ag₂Te, штютцит Ag₅Te₃, петцит Ag₃AuTe₂, калаверит AuTe₂, колорадоит HgTe, монацит (Ce, La, Nd, Th) [PO₄] и тернемобит (Се)-(Ce, La, Nd)₂Al(SiO₄)₂(OH).

Вкрапленные руды примерно на 30–40 % сложены сульфидными и на 60–70 % – нерудными минералами. В составе сульфидов преобладают пирит и сфалерит, суммарно составляющие до 35–38 % рудной массы. В меньшем объеме в рудах данного типа диагностируются халькопирит и галенит. Нерудные минералы представлены кварцем и анкеритом, при этом в большем объеме в рудах распространен кварц. В качестве редких и акцессорных минералов выявлены рутил TiO₂, электрум AuAg, самородное золото Au, циркон ZrSiO₄, теллуровисмутит Bi₂Te₃, раклиджит (Bi, Pb)₃Te₄, калаверит AuTe₂, гессит Ag₂Te, штютцит Ag₅Te₃ и монацит (Ce, La, Nd, Th) [PO₄].

По отношению к вмещающим породам промышленное оруденение месторождения Абыз считается эпигенетичным. Руды являются поликомпонентными и в качестве редких в них отмечаются минералы теллуро-висмутового состава: алтаит (PbTe), гессит (Ag₂Te), теллуровисмутит (Bi₂Te₃), раклиджит ((Bi,Pb)₃Te₄), петцит (Ag₃AuTe₂), колорадоит (HgTe). Впервые в рудах были диагностированы штютцит (Ag₅Te₃), ченгуодаит (Ag₉FeTe₂S₄) и калаверит (AuTe₂).

До 83 % выявленной минерализации приурочено к сплошному типу оруденения, где отмечаются такие минеральные виды, как алтаит, штютцит, гессит, теллуровисмутит, ченгуодаит, раклиджит, петцит, калаверит и колорадоит. Вкрапленный тип оруденения содержит в себе до 17 % диагностированных минеральных агрегатов Те-Bi состава, представленных алтаитом, гесситом, теллуровисмутитом, раклиджитом, штютцитом и калаверитом [21, 22].

Минералы Te-Bi состава по химическому составу разделены нами на четыре системы (табл. 1). Для них выявлено многообразие форм выделения, а также общее сходство – приуроченность к сульфидным минералам.

Алтаит (PbTe), являющийся теллуридом свинца из группы галенита, – самый распространенный минерал Te-Bi минерализации. Диагностирован как в сплошном, так и во вкрапленном типе оруденения. Выявленные агрегаты отмечаются в мономинеральном виде, формируясь в пустотах и трещинах в пирите, халькопирите и сфалерите. Агрегаты характеризуются округлыми, овальными и каплевидными формами выделения (рис. 3, а). Также наблюдаются просечковидные формы, образовавшиеся в результате заполнения минералом трещин в минералах-хозяевах, представленных пиритом и халькопиритом. Агрегаты уплощенные, соотношение их длины и ширины составляет 15:1, при этом средняя длина составляет 10 мкм. Агрегаты овальных, каплевидных и амебообразных форм чаще всего приурочены к сфалериту, халькопириту или к контакту пирита и халькопирита. Размерность включений варьирует в пределах 1,4–18 мкм. Спорадически алтаит создает ансамбли с гесситом в зернах пирита.

 

Таблица 1. Общая характеристика минералов Te-Bi состава на месторождении Абыз

Table 1. General characteristics of minerals of Te-Bi composition at the Abyz deposit

Минерал Mineral	Рассчитанные усредненные формульные коэффициенты [21] Calculated average formula coefficients [21]	Минерал-хозяин Host mineral	Форма выделения Selection form	Примеси (усредненные значения) Impurities (average values)	Приуроченность к текстурно-структурному типу оруденения Confinement to the textural-structural type of mineralization
Система Pb-Bi-Te/Pb-Bi-Te system
Алтаит Altaite	Pb1.01Te1.00	Пирит, халькопирит, сфалерит Pyrite, chalcopyrite, sphalerite	Угловатая, неправильная, амебообразная, просечковидная Angular, irregular, amoeba-shaped, perforated	Ag (3,59 %)	Сплошной Solid
Теллуровисмутит Tellurobismuthite	Bi1.90Te3.00	Пирит Pyrite	Угловатая, слабоизометричная со скошенными углами, овальная, каплевидная Angular, slightly isometric with beveled corners, oval, teardrop-shaped	–	Сплошной, вкрапленный Solid, interspersed
Раклиджит Raklijite	(Bi2.26, Pb0.75)3.01 Te4.00	Халькопирит, пирит, сфалерит Chalcopyrite, pyrite, sphalerite	Неправильная, слабоизометричная Irregular, weakly isometric	Ag (1,60 %) Cu (078 %) Fe (0,29 %)	Сплошной, вкрапленный Solid, interspersed
Система Ag-Te, Fe,S/Ag-Te, Fe, S system
Ченгуодаит Chenguodayite	Ag8.93Fe0.99Te1.98S4.00	Халькопирит Chalcopyrite	Неправильная, округлая Irregular, round	–	Сплошной Solid
Гессит Gessite	Ag2.01Te1.00	Пирит, халькопирит Pyrite, chalcopyrite	Неправильная, округлая, Просечковидная Irregular, round, perforated	–	Сплошной, вкрапленный Solid, interspersed
Штютцит Stuttzite	Ag4.70Te3.00	Халькопирит, пирит, кварц Chalcopyrite, pyrite, quartz	Каплевидная, округлая, просечковидная Drop-shaped, rounded, perforated	–	Сплошной, вкрапленный Solid, interspersed
Система Ag-Au-Te/Ag-Au-Te system
Петцит Petzite	Ag3.00Au1.00Te2.00	Пирит, халькопирит, кварц Pyrite, chalcopyrite, quartz	Слабоизометричная, неправильная, округлая Weakly isometric, irregular, rounded	–	Сплошной Solid
Калаверит Calaverite	Au0.98Te2.00	Пирит Pyrite	Овальная, каплевидная, округлая Oval, teardrop-shaped, round	–	Сплошной, вкрапленный Solid, interspersed
Система Hg-Te/Hg-Te system
Колорадоит Coloradoite	Hg1.00Te1.00	Халькопирит, пирит, сфалерит Chalcopyrite, pyrite, sphalerite	Угловатая, неправильная Angular, irregular	–	Сплошной Solid

 

Гессит (Ag₂Te) – второй по распространенности минерал теллуро-висмутовой минерализации, обнаруженный в оруденении как сплошного, так и вкрапленного типа, при этом в первом типе отмечается большее количество агрегатов минерала. Теллурид серебра представлен в виде зернистых, неправильных, слабоокруглых агрегатов без каких-либо признаков кристаллографической огранки. Минерал сосредоточен преимущественно в трещинах и пустотах пирита (рис. 3, б) и халькопирита, спорадически заполняет интерстиции между данными сульфидами. Средний размер агрегатов варьирует в диапазоне 2–4 мкм. Зачастую гессит представлен в виде включений каплевидных форм размером до 0,5–1 мкм.

Петцит (Ag₃AuTe₂) является третьим по распространенности минералом, приуроченным исключительно к сплошному типу оруденения. В разрезе характеризуется неправильными включениями трапециевидных, прямоугольных и угловатых форм. Для теллурида наблюдается характерная черта – подчиненность к полостям с различными очертаниями. Нередко минерал заполняет интерстиции между пиритом и халькопиритом (рис. 3, в), тем сам образуя своеобразные формы выделения. Средний размер агрегатов составляет 1,45 мкм. Нередко для петцита характерно скопление зерен неправильных и округлых форм размером до 1 мкм в количестве 3–5 единиц.

Теллуровисмутит (Bi₂Te₃) является четвертым по распространенности минералом в рудах, фиксируется в оруденении сплошного и вкрапленного типов. Агрегаты образуют мономинеральные выделения в пирите (рис. 3, г). Формы их при этом достаточно разнообразные: угловатые, слабоизометричные со скошенными углами, овальные, каплевидные. Размерность теллурида висмута варьирует в диапазоне 0,5–7 мкм. Зачастую минерал образует скопления агрегатов в количестве 2–4 единиц.

Раклиджит (Bi,Pb)₃Te₄ – минерал, относящийся к группе алексита, является пятым по распространенности минералом Te-Bi состава. Сосредоточен как в сплошных, так и во вкрапленных рудах с преобладанием к первому типу оруденения. Агрегаты минерала заполняют микропустоты и трещины в пирите, халькопирите и сфалерите, тем самым образуя своеобразные формы выделения: от слабоизометричных до неправильных амебообразных. Практически всегда раклиджит фиксируется в виде россыпи неправильных агрегатов (рис. 3, д) в количестве от 3 до 9 единиц. Размерность зерен варьирует в диапазоне 0,11–5 мкм.

Штютцит (Ag₅Te₃) является шестым по распространенности минералом. Обнаружен в обоих типах руд с преобладанием в сплошных рудах (рис. 3, е). Агрегаты штютцита представлены неправильными, слабоокруглыми зернами, заключенными в трещинах и пустотах пирита и халькопирита, в единичных случаях отмечены включения неправильных агрегатов штютцита в кварце на контакте с пиритом. Для минерала не характерно скопление агрегатов, отмечаются лишь обособленные выделения размером от 0,81 до 15,79 мкм.

Калаверит (AuTe₂) является седьмым по распространенности минералом теллуро-висмутовой минерализации, распространен как в сплошном типе оруденения, так и во вкрапленном, с преобладанием агрегатов во втором типе. Калаверит в рудах встречается в виде агрегатов овальных, округлых и каплевидных форм. Развивается минерал исключительно по пустотным пространствам в пирите. Практически всегда халькогенид золота образует неравномерные скопления своих агрегатов (рис. 3, ж), спорадически пространственно ассоциирует с гесситом и единично с колорадоитом. Размеры агрегатов варьируют в пределах 0,25–4 мкм с преобладанием более крупных величин.

Колорадоит (HgTe), являющийся весьма редким минералом теллурида ртути из группы сфалерита, по распространенности представлен восьмым минералом, отмечающимся исключительно в сплошном типе оруденения. Обычно халькогенид ртути заполняет трещины и пустоты в пирите (рис. 3, з), сфалерите и халькопирите, за счет чего и образует неправильные и угловатые формы выделения. Размерность агрегатов варьирует в диапазоне 2,5–3,5 мкм. Спорадически для минерала выявлены случаи парагенетической ассоциации с калаверитом и петцитом.

Ченгуодаит (Ag₉FeTe₂S₄) диагностирован исключительно в сплошных рудах, не превышает 0,5 % от общего объема теллуро-висмутовой минерализации. Минерал развит исключительно в сплошных рудах, образуя неправильные микровключения размером от 2 до 9 мкм. Агрегаты зерен характеризуются неправильными иногда угловатыми формами размером от 2 до 9 мкм. Зачастую ченгуодаит заполняет трещины в халькопирите, образуя уплощенные и неправильные амебообразные агрегаты размером в среднем 5 мкм. Также для минерала характерны неравномерно вкрапленные россыпи (рис. 3, и).

Судя по обилию различных теллуридов в рудах месторождения Абыз, можно полагать, что химический потенциал теллура в гидротермальных растворах был весьма высок.

Аналогично месторождению Абыз, на месторождении Малеевское нами по текстурно-структурным особенностям выделены два типа руд.

Руды сплошного (сливного) типа, являющиеся доминирующим типом на Малеевском месторождении, на 90–95 % сложены сульфидами, где главными минералами представлены халькопирит CuFeS₂ и пирит FeS₂, суммарно составляющие до 85 % объема рудной минерализации. Практически всегда халькопирит преобладает, но иногда отмечаются случаи, когда данные минералы находятся практически в равном соотношении. В меньшем объеме диагностированы такие сульфиды, как сфалерит ZnS, галенит PbS, тетраэдрит (Cu,Fe)₁₂Sb₄S₁₃ и арсенопирит FeAsS, спорадически проявлен молибденит MoS₂. В качестве нерудных минералов диагностированы кварц SiO₂, анкерит Ca(Fe,Mg,Mn)(CO₃)₂ и барит BaSO₄, в процентном содержании занимающие не более 5 % объема. В процессе изучения сплошных руд в качестве акцессорных и редких минералов в них были отмечены рутил ТіО₂, самородное золото Au, электрум AuAg, ильменит FeTiO₃, касситерит SnO₂, циркон ZrSiO₄, фаматинит Cu₃SbS₄, фрейбергит Ag₆Cu₄Fe₂Sb₄S₁₃, гессит Ag₂Te, самородный висмут Bi, сстрокаит Bi₃TeS₂, ксилингоит Pb₃Bi₂S₆, изоклейкит Pb₂₇(Cu, Fe)₂(Sb, Bi)₁₉S₅₇, монацит (Ce, La, Nd, Th) [PO₄] и рабдофан (Ce,La)PO₄∙H₂O [22–41].

Вкрапленные руды характеризуются крайне неравномерной густой вкрапленностью рудных агрегатов в нерудной массе. Обычно содержание сульфидов не превышает 45 %, в то время как нерудные минералы могут заполнять до 60 % объема руды. Пирит со сфалеритом являются доминирующими сульфидными минералами, занимающими до 85 % объема рудной минерализации. Халькопирит, представленный второстепенным сульфидом, является цементатом для пирита и сфалерита, нередко заполняет трещинки и пустоты в пирите. Зачастую в ассоциации с халькопиритом и сфалеритом встречается галенит. Спорадически в рудах присутствует тетраэдрит. Нерудные минералы представлены кварцем и анкеритом с преобладанием первого минерала. В качестве редких минералов во вкрапленных рудах выявлены барит BaSO₄, алтаит PbTe, цервеллеит Ag₄TeS, монацит (Ce, La, Nd, Th) [PO₄], самородное золото Au, рутил ТіО₂, электрум AuAg, рабдофан (Ce, La)PO₄∙H₂O, плюмботеллурит PbTeO₃, циркон ZrSiO₄, гессит AgTe₂.

Оруденение на Малеевском месторождении подверглось эпигенетическим процессам. Руды характеризуются своей сложностью и поликомпонентностью. В ходе исследования установлен обширный ряд редких минералов [21, 22], приуроченных к Te-Bi минерализации: алтаит (PbTe), гессит (Ag₂Te), самородный висмут (Bi), сстрокаит (Bi₃TeS₂), изоклейкит (Pb₂₇(Cu, Fe)₂(Sb, Bi)₁₉S₅₇). Впервые в рудах были диагностированы цервеллеит (Ag₄TeS), ксилингоит (Pb₃Bi₂S₆) и плюмботеллурит (PbTeO₃).

 

Рис. 3. Снимки со сканирующего электронного микроскопа, демонстрирующие включения алтаита (а), гессита (б), петцита (в), теллуровисмутита (г), раклиджита (д), штютцита (е), калаверита (ж), колорадоита (ж), ченгуодаита (и). Условные обозначения: Py – пирит, Qz – кварц, Ccp – халькопирит, Sp – сфалерит, Gn – галенит, Alt – алтаит, Hes – гессит, Clv – калаверит, Tbi – теллуровисмутит, Rcl – раклиджит, Stz – штютцит, Cgu – ченгуодаит, Ptz – петцит, Clr – колорадоит

Fig. 3. Scanning electron microscope images showing inclusions of altaite (a), hessite (b), petzite (c), tellurobismuthite (d), raklijite (e), stuttzite (f), calaverite (g), coloradoite (g), chenguodaite (i). Legend: Py – pyrite, Qz – quartz, Ccp – chalcopyrite, Sp – sphalerite, Gn – galena, Alt – altaite, Hes – hessite, Clv – calaverite, Tbi – tellurobismuthite, Rcl – raklijite, Stz – stuttzite, Cgu – chenguodaite, Ptz – petzite, Clr – coloradoite

 

По распространенности минералов теллуро-висмутового состава в рудах наблюдается значительное преобладание изоклейкита (Pb₂₇(Cu, Fe)₂(Sb, Bi)₁₉S₅₇), далее в порядке убывания расположены самородный висмут (Bi), гессит (AgTe₂), алтаит (PbTe), сстрокаит (Bi₃TeS₂), цервеллеит (Ag₄TeS), ксилингоит (Pb₃Bi₂S₆) и плюмботеллурит (PbTeO₃). К сплошному типу оруденения приурочено до 64 % всей Te-Bi минерализации, где диагностированы такие минеральные формы, как изоклейкит, самородный висмут, сстрокаит, гессит и ксилингоит. Практически 36 % от общего объема выявленных минеральных агрегатов теллуро-висмутового состава отмечаются во вкрапленном типе оруденения и представлены алтаитом, цервеллеитом, гесситом и плюмботеллуритом.

Выявленные минералы разделены на три системы (табл. 2), для которых характерно многообразие форм выделения, а также общее сходство – приуроченность к сульфидным минералам.

Как было сказано ранее, самым распространенным минералом является изоклейкит (Pb₂₇ (Cu, Fe)₂(Sb, Bi)₁₉ S₅₇), диагностированный в сплошных рудах в виде неправильных агрегатов зачастую с рваными краями. В качестве обособленных выделений размером от 10 до 150 мкм, концентрирующихся в халькопирит-пиритовой массе, минерал наблюдается редко. Обычно данные агрегаты имеют четкие уплощенные контуры за счет стенок пустотных пространств (рис. 4, а). Чаще всего изоклейкит находится в парагенетической ассоциации с фрейбергитом, самородным висмутом или галенитом. Данные формы выделения приурочены обычно к сфалерит-пирит-халькопиритовой массе, а размер их не превышает 80 мкм. Наличие включений (прорастания) самородного висмута в изоклейките свидетельствует о распаде твердого вещества и срастании данных минералов [29].

 

Таблица 2. Общая характеристика минералов Te-Bi состава на Малеевском месторождении

Table 2. General characteristics of minerals of Te-Bi composition at the Maleevskoe deposit

Минерал Mineral	Рассчитанные усредненные формульные коэффициенты [21] Calculated average formula coefficients [21]	Минерал-хозяин Host mineral	Форма выделения Selection form	Примеси (усредненные значения) Impurities (average values)	Приуроченность к текстурно-структурному типу оруденения Confinement to the textural-structural type of mineralization
Система Ag-Pb-Te, S, O/Ag-Pb-Te, S, O system
Алтаит Altaite	Pb0.97Te1.00	Халькопирит, сфалерит Chalcopyrite, sphalerite	Неправильная, угловатая Irregular, angular	Ag (3,56 %)	Вкрапленный Interspersed
Плюмбо-теллурит Plumbotellurite	Pb0.99Te1.00O2.82	Рутил, пирит Rutile, pyrite	Неправильная амебообразная Irregular, amoeba-shaped	–	Вкрапленный Interspersed
Гессит Hessite	Ag1.98Te1.00	Пирит Pyrite	Неправильная, округлая Irregular, round	Pb (1,28 %)	Вкрапленный, сплошной Interspersed, solid
Цервеллеит Cervellite	Ag4.21Te1.06S1.00	Халькопирит Chalcopyrite	Неправильная, слабоизометричная, вытянутая прямоугольная Irregular, weakly isometric, elongated rectangular	Pb (1,11 %)	Вкрапленный Interspersed
Система Pb-Bi-Te, S/Pb-Bi-Te, S system
Висмут самородный Native bismuth	Bi	Ксилингоит, изоклейкит Xilingoite, isocleukite	Ламелевидная, неправильная, эмульсионная Lamella-shaped, incorrect, emulsion	–	Сплошной/Solid
Сстрокаит Sztrokayite	Bi3.17Te1.12S2.00	Пирит, халькопирит, анкерит Pyrite, chalcopyrite, ankerite	Проволочковидная, неправильная, угловатая Wire-like, irregular, angular	–
Ксилингоит Xilingoite	Pb3.18Bi2.09S6.00	Пирит, халькопирит Pyrite, chalcopyrite	Эмульсионная, неправильная Emulsion, irregular	Se (0,17 %)
Система Pb-Bi-Sb, S, Cu, Fe/System Pb-Bi-Sb, S, Cu, Fe
Изоклейкит Izoklakeite	(Pb27.14(Cu1.54, Fe0.49)2.03 (Sb10.99,Bi7.94)18.93S57.00)	Пирит, халькопирит, сфалерит Pyrite, chalcopyrite, sphalerite	Эмульсионная, неправильная Emulsion, irregular	–	Сплошной/Solid

 

Самородный висмут (Bi) является вторым минералом по распространенности, приурочен исключительно к сплошным рудам. Минерал отмечается в тесном парагенезисе с изоклейкитом (рис. 4, б) и ксилингоитом, образуя в нем ламелевидные и графические включения размером до 5 мкм, интерпретирующие распад твердого раствора. Данные образования (изоклейкит±самородный висмут или ксилингоит±самородный висмут) наблюдаются в пустотах пирита, арсенопирита и реже халькопирита.

Третьим минералом по распространенности является гессит (Ag₂Te), обнаруженный как во вкрапленных, так и в сплошных рудах. Агрегаты характеризуются неправильными, угловатыми формами, сконцентрированными в пустотах и трещинах пирита и халькопирита, а также на контакте данных сульфидов (рис. 4, в). Размер агрегатов в среднем составляет 5–10 мкм. Не раз отмечалась взаимосвязь теллурида серебра с галенитом, характеризующаяся графическими вкраплениями гессита в сульфиде.

Алтаит (PbTe) четвертый минерал по распространенности, диагностированный во вкрапленном типе оруденения. Сосредоточен в трещинах и пустотах пирита (рис. 4, г) и халькопирита в виде неправильных, зачастую угловатых агрегатов размером 0,5–1,5 мкм. Достаточно часто устанавливается парагенетическая связь данного минерала с гесситом (Ag₂Te), что подтверждает их принадлежность к общей минеральной ассоциации.

Сстрокаит (Bi₃TeS₂) является пятым по распространенности минералом Te-Bi состава, диагностированным исключительно в сплошных рудах. Теллурид висмута развивается по пустотам в пирите, халькопирите и спорадически образует на границе кварца с анкеритом скопления включений (рис. 4, д). Более распространенные формы выделения – уплощенные проволочковидные агрегаты, образованные в результате заполнения трещин в пирите и между пиритом и халькопиритом. Данные агрегаты прерывисто заполняют пустоты, за счет чего и непродолжительны по длине – от 4 до 10 мкм. Зерна неправильных и угловатых форм обычно наблюдаются в пустотах и трещинах халькопирита или же на контакте халькопирита с кварцем, при этом зачастую отмечаются неравномерные скопления агрегатов сстрокаита в количестве 2–4 единиц. Размер агрегатов при этом варьирует в пределах 2,3–5,8 мкм.

 

Рис. 4. Снимки со сканирующего электронного микроскопа в обратно рассеянных электронах, демонстрирующие включения в рудах изоклейкита (а), самородного висмута (б), гессита (в), алтаита (г), сстрокаита (д), цервеллеита (е), ксилингоита (ж), плюмботеллурита (з). Условные обозначения: Py – пирит, Qz – кварц, Ank – анкерит, Ccp – халькопирит, Sp – сфалерит, Gn – галенит, Alt – алтаит, Hes – гессит, Cvl – цервеллеит, Xil – ксилингоит, Pbtlr – плюмботеллурит, Iz – изоклейкит, Bi – самородный висмут, Str – сстрокаит, Fb – фрейбергит

Fig. 4. Backscattered electron scanning electron microscope images showing inclusions in ores of izoklakeite (a), native bismuth (b), hessite (c), altaite (d), sztrokayite (e), cervellite (f), xilingoite (g), plumbotellurite (h). Legend: Py – pyrite, Qz – quartz, Ank – ankerite, Ccp – chalcopyrite, Sp – sphalerite, Gn – galena, Alt – altaite, Hes – hessite, Cvl – cervellite, Xil – xilingoite, Pbtlr – plumbotellurite, Iz – izoklakeite, Bi – native bismuth, Str – sztrokayite, Fb – freibergite

 

Цервеллеит (Ag₄TeS) является шестым по распространенности минералом. Диагностирован в рудах вкрапленного типа, где представлен агрегатами неправильных форм: вытянутыми, слабопрямоугольными, амебообразными, угловатыми. Минерал приурочен к пустотам и трещинам в пирите (рис. 4, е) и халькопирите. При этом зачастую в пирите отмечаются неравномерные скопления агрегатов данного теллурида, а в халькопирите диагностируются лишь обособленные его индивиды. Размер включений варьирует в диапазоне 1,5–3,7 мкм.

Ксилингоит (Pb₃Bi₂S₆) является седьмым минералом по распространенности, развит исключительно в рудах сплошного типа. Обычно сульфовисмутид свинца неравномерно заполняет трещины и пустоты в пирите и халькопирите или промежутки между данными сульфидами, образуя тем самым своеобразные неправильные формы выделения с уплощенными и зачастую занозистыми краями (рис. 4, ж). Нередко сульфид пространственно ассоциирует с самородным висмутом и фрайбергитом. Размер агрегатов составляет 35–55 мкм с преобладанием более крупных образований.

Выявленный плюмботеллурит (PbTeO₃) представлен в виде псевдоморфоз по алтаиту. Минерал спорадически распространен во вкрапленных рудах, диагностирован в виде агрегатов неправильных форм, приуроченных к таким минералам, как рутил и пирит. В рутиле, заключенном в пирите, минерал концентрируется обычно на его периферии (рис. 4, з) в виде неправильных зерен размером до 2,6 мкм. Второй вариант отложения теллуридного минерала – заполнение пустот и трещин в пирите. В данном случае агрегаты прерывисты и обычно имеют неровные или извилистые края. Размер данных включений составляет 10–20 мкм.

Последовательность минералообразования

С целью расшифровки условий образования теллуро-висмутовой минерализации в колчеданных рудах месторождения Абыз и Малеевское особое внимание было уделено термобарогеохимическому изучению флюидных (газово-жидких) включений (ГЖВ) [22–28] в жильном кварце.

По результатам исследований распределение температур по стадиям минералообразования (табл. 3) на месторождении Абыз следующее:

• менее 110 °С – пострудная стадия (карбонат-кварцевая ассоциация);
• 113–236 °С – рудная стадия золото-серебро-висмут-теллуридной ассоциации;
• 245–300 °С – рудная стадия золото-сульфидной ассоциации;
• 305–350 °С – дорудная стадия (березитовая ассоциация).

Дорудная стадия представлена березитовой ассоциацией, по минеральному составу характеризующейся кварц-серицитовыми, серицит-кварцевыми и серицит-анкерит-кварцевыми метасоматитами. В данную стадию активно отлагались такие минералы, как кварц SiO₂ I генерации, анкерит Ca(Fe,Mg,Mn)(CO₃)₂ I генерации, серицит KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH) и мусковит KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH). На завершении стадии формировался пирит FeS₂ I генерации. Температура минералообразования данной стадии находится в пределах 350–305 °С. Давление минералообразующего флюида оценивается в интервале 1150–810 бар.

В пределах рудной стадии выделено две ассоциации: золото-сульфидная и золото-серебро-висмут-теллуридная.

В золото-сульфидную ассоциацию формировались главные рудные сульфидные минералы: пирит FeS₂ II генерации, халькопирит CuFeS₂, сфалерит ZnS, галенит PbS, арсенопирит FeAsS. На завершении формирования данной ассоциации в качестве редких и очень редких минералов образовывались лаутит CuAsS, электрум AuAg и самородное золото Au. Среди нерудных минералов развивались кварц SiO₂ и анкерит Ca(Fe,Mg,Mn)(CO₃)₂ II генераций. Температура минералообразования в данную ассоциацию составляет 300–245 °С. Давление минералообразующего флюида варьирует в диапазоне 790–550 бар.

Во вторую рудную ассоциацию, непосредственно золото-серебро-висмут-теллуридную, происходит позднее наложение на ранние сульфиды кюстелита AgAu, а также теллуро-висмутовых минералов: гессита Ag₂Te, петцита Ag₃AuTe₂, калаверита AuTe₂, алтаита PbТе, раклиджита (Bi,Pb)₃Te₄, штютцита Ag₅Te₃, колорадоита HgTe и теллуровисмутита Bi₂Te₃. Среди нерудных минералов отмечаются кварц SiO₂ и анкерит Ca(Fe,Mg,Mn)(CO₃)₂ III генераций. Температура минералообразования данной ассоциации варьировалась в диапазоне 236–113 °С, а давление не превышало 550–300 бар.

Завершает процесс минералообразования пострудная стадия, представленная карбонат-кварцевой ассоциацией. На протяжении данной стадии происходит кристаллизация кварца SiO₂ IV генерации. В качестве просечек, прожилков и неправильных обособленных агрегатов формируется анкерит Ca(Fe,Mg,Mn)(CO₃)₂ IV генерации. Температура минералообразования данной стадии составляет менее 110 °С, а давление не превышает 310 бар.

Высокотемпературный гидротермальный процесс [7, 19, 20, 23–29] на Малеевском месторождении был длительным и проявился в три последовательные стадии (табл. 4): дорудную, рудную и пострудную [29].

 

Таблица 3. Схема последовательности минералообразования на месторождении Абыз

Table 3. Scheme of the sequence of mineral formation at the Abyz deposit

 

В дорудную стадию, представленную березитовой ассоциацией, происходит образование кварц-серицитовых, серицит-кварцевых и анкерит-серицит-кварцевых метасоматитов. На протяжении данной стадии отлагались кварц SiO₂ I генерации, анкерит Ca(Fe,Mg,Mn)(CO₃)₂ I генерации, серицит KAl_l2[AlSi₃O₁₀](OH). На завершении стадии кристаллизовался пирит FeS₂ I генерации. По результатам проведенных термобарогеохимических исследований температурный диапазон минералообразования для данной стадии составляет 360–305 °С. Давление минералообразующего флюида оценивается в интервале 1000–850 бар.

 Рудная стадия представлена двумя ассоциациями: золото-сульфидной и серебро-висмут-теллурид-сульфидной.

 

Таблица 4. Схема последовательности минералообразования на месторождении Малеевское

Table 4. Scheme of the sequence of mineral formation at the Maleevskoe deposit

 

В золото-сульфидную ассоциацию формировались главные рудные минералы: пирит FeS₂ II генерации, арсенопирит FeAsS, халькопирит CuFeS₂, сфалерит ZnS, галенит PbS, тетраэдрит (Cu,Fe)₁₂Sb₄S₁₃, молибденит MoS₂. На завершении стадии в качестве редких и очень редких минералов образовались фаматинит Cu₃SbS₄, фрайбергит Ag₆Cu₄Fe₂Sb₄S₁₃, самородное золото Au. Среди нерудных минералов развивались кварц SiO₂ и анкерит Ca(Fe,Mg,Mn)(CO₃)₂ II генерации. Температура минералообразования в данную ассоциацию составляла 315–280 °С. Давление минералообразующего флюида равнялось 840–630 бар.

Во вторую рудную ассоциацию, непосредственно серебро-висмут-теллурид-сульфидную, кристаллизовались пирит FeS₂, галенит PbS и халькопирит CuFeS₂ III генерации. Далее наблюдается образование минералов теллуро-висмутового состава, представленных cстрокаитом Bi₃TeS₂, ксилингоитом Pb₃Bi₂S₆, изоклейкитом (Pb₂₇(Cu,Fe)₂(Sb,Bi)₁₉S₅₇), висмутом самородным Bi, гесситом Ag₂Te, цервеллеитом Ag₄TeS, алтаитом PbTe, плюмботеллуритом PbTeO₃. Температура минералообразования данной ассоциации варьирует в диапазоне 280–150 °С, а давление составляет 615–400 бар.

Пострудная стадия, представленная кварц-карбонатной ассоциацией, завершает минералообразование на месторождении. В преобладающем объеме на протяжении всей стадии образовывается кварц IV генерации и в ее завершении анкерит IV генерации. Температура образования пострудной стадии составляет менее 150 °С, а давление варьирует в диапазоне 380–205 бар.

Перспективы развития минерально-сырьевой базы на теллур и висмут в пределах территории Центрального и Восточного Казахстана

Для повышения эффективности отработки колчеданных месторождений на перспективу необходимо взять постоянное восполнение запасов минерального сырья. Выполненные исследования показали четкое различие металлогении колчеданных месторождений, приуроченных к палеоокеаническим и палеоконтинентальным структурам Казахстана. По полученным результатам исследования можно сделать вывод, что ресурсный фонд энсиалических и энсиматических комплексов Казахстана могут дополнить такие элементы-спутники, как полуметалл Te и металл Bi, при этом для энсиалических комплексов отмечается преобладание висмутового элемента, а для энсиматических – теллурового (рис. 2, б, в).

Чингиз-Тарбагатайская зона Восточного Казахстана, согласно современным геодинамическим представлениям, является фрагментом раннесреднепалеозойской активной окраины Казахстанского палеоконтинента [42]. В пределах Чингиз-Тарбагатайской островной дуги (рис. 1) известно более 20 колчеданных месторождений, вещественный состав которых близок с месторождением Абыз. Прежде всего это месторождения Майкаинской группы (Майкаин Малый, Большой, А, В, а также Красная Горка и Придорожное), расположенные в Баянаульском районе Павлодарской области. Месторождения данного типа состоят из сингенетичных, массивных или полумассивных сульфидных линз или пластов. Колчеданные залежи в основном сложены пиритом с подчиненным количеством медных минералов (преимущественно халькопиритом и в меньшем объеме блеклой рудой), галенита, сфалерита, арсенопирита, кварца и барита. Основные компоненты руд: медь, свинец, золото, серебро, сера пиритная, барит. Месторождения имеют низкие-средние показатели Au (0,5–2,9 г/т) и средние-высокие содержания Cu (1,3–5 г/т), что позволяет отнести их по запасам к месторождениям среднего типа [43]. Схожие вещественные параметры рудных тел месторождений Майкаинского типа с месторождением Абыз, а также приуроченность их к одноименной островной энсиматической дуге позволяют спрогнозировать в них возможность попутной добычи теллура из колчеданных руд.

В пределах Рудно-Алтайской островной дуги (рис. 1) выделяются колчеданные месторождения Зыряновского рудного узла (Греховское, Майское, Зыряновское, Богатыревское, Парыгинское, Бухтарминское и др.) аналогичные по вещественному составу с изученным месторождением Малеевское.

Формы рудных тел практически всех месторождений имеют схожие черты строения. Колчеданное оруденение на рудноалтайских месторождениях слагает стратифицированные рудные залежи пластообразной и линзовидной форм среди горизонтов терригенно-осадочных пород. Минеральный состав руд в основном представлен пиритом, халькопиритом, сфалеритом, галенитом, арсенопиритом, молибденитом и кварцем. Основные компоненты руд: медь, свинец, золото, серебро. Помимо данных компонентов присутствуют элементы-примеси, представленные кадмием, ртутью, молибденом, кобальтом, мышьяком, сурьмой, висмутом, теллуром, селеном и никелем [2, 5]. Часть месторождений Зыряновского рудного района (Долинное, Тишинское, Зыряновское) характеризуются повышенными содержаниями Au (0,5–5,0 г/т) и низкими Cu (0,1–0,6 г/т), а другая часть (Греховское, Майское, Бухтарминское и др.) наоборот – средними и высокими содержаниями Cu (1,3–5 %) и низкими-средними Au (0,4–3 %), на основании этого колчеданные месторождения данного узла по запасам относятся к среднему типу [43]. За счет аналогичных вещественных характеристик оруденения Малеевского месторождения с месторождениями Зыряновского рудного района, а также приуроченности к одноименным рудному узлу и островной дуге можно прогнозировать в них потенциал попутной добычи висмута из руд.

Полученные результаты позволяют по-новому подойти к стратегии прогнозирования ресурсов минерального сырья колчеданных месторождений-аналогов Абыз и Малеевского, сформированных в подобных геодинамических обстановках на территории Казахстана. Реализация данных прогнозов будет способствовать укреплению минерально-сырьевой базы страны.

Заключение

Для месторождений выполнен сравнительный анализ вещественных комплексов рудных тел, где детально изучены условия формирования и закономерности распределения теллуро-висмутовой минерализации. В результате исследований было установлено, что колчеданные руды месторождений Абыз и Малеевское характеризуются довольно сложным минеральным составом, связью минералов между собой и большим набором парагенезисов. Месторождения имеют многостадийное формирование и близкий механизм рудоотложения со сходными физико-химическими условиями образования руд.

В колчеданных рудах месторождений выявлено многообразие теллуро-висмутовой минерализации. Впервые нами в рудах Малеевского месторождения выделены плюмботеллурит PbTeO₃, цервеллеит Ag₄TeS и ксилингоит Pb₃Bi₂S₆. В свою очередь, в рудах месторождения Абыз диагностированы такие ранее не известные минералы, как калаверит AuTe₂, ченгуодаит Ag₉FeTe₂S₄, раклиджит (Bi, Pb)₃Te₄ и штютцит Ag₅Te_3.

Взаимоотношения между основными рудными сульфидными минералами и минералами Te-Bi состава в рудах месторождений, а именно развитие их по трещинам, пустотам или на периферии сульфидов, указывают на то, что отложение их происходило на завершении рудной стадии. Температурные данные флюидных включений позволяют отнести руды с преобладанием Te (месторождение Абыз) к низкотемпературным, а Bi (месторождение Малеевское) – к мезотермальным.

Комплексное исследование распределения теллуро-висмутовой минерализации в колчеданных рудах также дает возможность оптимизации качества конечного продукта, что, в свою очередь, повышает эффективность и рентабельность производства цветных металлов.

作者简介

Anastasia Nikolaeva

National Research Tomsk Polytechnic University

编辑信件的主要联系方式.
Email: nikolaevaanastas759@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-9058-5048

Engineer, Postgraduate Student

俄罗斯联邦, Tomsk

Alexey Mazurov

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: akm@tpu.ru

Dr. Sc., Professor

俄罗斯联邦, Tomsk

参考

补充文件