Вплив електротермічних полів на локалізацію гідротермально-метасоматичного золотого зруденіння Середньопридніпровського мегаблоку Українського щита

Размещено на http://www.allbest.ru/

міністерство освіти і науки України

Національний гірничий університет

УДК 553.411:553.21/.24 (477.63/.64)

Вплив електротермічних полів на локалізацію гІдротермально-метасоматичного золотого зруденіння Середньопридніпровського мегаблоку

Українського щита

Спеціальність 04.00.11 - Геологія металевих і неметалевих корисних копалин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Білан Наталія Валеріївна

Дніпропетровськ 2009

Дисертація є рукописом

Робота виконана на кафедрі загальної і структурної геології Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ)

Науковий керівник: доктор геологічних наук, професор Орлінська Ольга Вікторівна, завідувач кафедри експлуатації гідромеліоративних систем і технології будівництва Дніпропетровського державного аграрного університету Міністерства аграрної політики України

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук, професор Каталенець Анатолій Іванович, професор кафедри економіки підприємств Криворізького економічного інституту Київського національного економічного університету ім. Вадима Гетьмана Міністерства освіти і науки України

кандидат геолого-мінералогічних наук Юшин Олександр Олександрович, провідний науковий співробітник лабораторії геохімії благородних металів Інституту геохімії, мінералогії і рудоутворення ім. М.П. Семененко Національної академії наук України (м. Київ)

Захист відбудеться " " квітня 2009 р. о ____ год. на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 08.080.05 при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України (49000, м. Дніпропетровськ, просп. Карла Маркса, 19; тел. (0562) 47-24-11).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 49000, м. Дніпропетровськ, просп. Карла Маркса, 19.

Автореферат розісланий "21" березня 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Д 08.080.05 кандидат геолого-

мінералогічних наук, доцент А.Л. Лозовий

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми дисертації обумовлена необхідністю вдосконалення існуючих критеріїв і ознак прогнозування корінних родовищ золота. Протягом останніх 20 років в Україні ведеться робота з виявлення та вивчення золотоносності територій нашої країни, розвідано декілька родовищ золота, розроблено різні пошукові критерії. Проте навіть застосування комплексу критеріїв на виявлення золотого зруденіння не дає однозначного рішення задачі пошуків. На сьогоднішній день закономірності просторового розміщення золотого зруденіння і причини його формування в тій або іншій геологічній обстановці залишаються дискусійними. Більшість дослідників родовищ золота, як правило, приділяють увагу вивченню геологічних, мінералогічних, геохімічних і структурно- тектонічних особливостей цих родовищ, але при цьому часто не розглядають причинно-наслідкові зв'язки, які привели до формування золотого зруденіння. Сучасний рівень геологорозвідувальних робіт вимагає всебічного вивчення і часто нетрадиційного погляду на поставлене завдання. У період кризи, що загострюється, важливо визначити нові підходи до вирішення завдань прогнозування, які повинні спиратися на вже відомі матеріали та їх переінтерпретацію, що дозволить не вкладати додаткові кошти в пошукові роботи. Вивчення впливу теплових і природних електричних полів на процеси рудоутворення і в зв'язку з цим причини закономірного просторового розміщення зруденіння може стати саме цим нетрадиційним підходом, що дозволить вивести на якісно новий рівень прогнозування і пошуки родовищ. Оскільки виявлення цих закономірностей і чинників рудоутворення, як всяке розуміння суті явища, має велике практичне значення - дозволяє ефективно проводити пошуки і розвідку.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану тематичних робіт Національного гірничого університету. В основу роботи покладено дослідження з держбюджетних тем: ГП-279/1 "Вивчення структурно-тектонічних і геохімічних чинників розміщення зруденіння дорогоцінних металів у глибинних розломах Українського щита" (№ ДР 0101U001544), ГП-310 "Розробка методичних рекомендацій по металогенічному аналізу і прогнозуванню в зонах глибинних розломів Українського щита" (№ ДР 0103U001281), ГП-355 "Електромагнітні поля в процесах утворення гідротермально-метасоматичних рудних формацій докембрію" (№ ДР 0105U000508), у яких здобувач брала участь як співвиконавець і співавтор.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - на підставі результатів теоретичних й експериментальних досліджень дії електротермічних полів на процеси рудоутворення встановити закономірності просторового розміщення гідротермально-метасоматичного золотого зруденіння Середньопридніпровського мегаблоку (СПБ) Українського щита (УЩ).

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

1) проаналізувати геологічні чинники контролю золотого зруденіння;

2) вивчити умови виникнення електричних полів у системі "розлом - опірюючі розриви";

3) провести експериментальні дослідження з вивчення впливу електротермічних полів на суцільні і подрібнені зразки мінералів і гірських порід; розлом електромагнітний мінерал порода

4) зіставити результати теоретичних і експериментальних досліджень із відомими геологічними даними родовищ і рудопроявів золота СПБ УЩ;

5) виділити перспективні на золоте зруденіння ділянки з урахуванням фактичних геологічних даних і результатів теоретичних та експериментальних досліджень.

Об'єкт досліджень - закономірності просторового розміщення гідротермально-метасоматичного золотого зруденіння з урахуванням впливу електротермічних полів.

Предмет досліджень - дія електротермічних полів на процеси формування і локалізації гідротермально-метасоматичного золотого зруденіння.

Методи досліджень.

Для виконання поставлених завдань використовувалися такі методи:

1) вивчення процесів виникнення електричних полів у системі "розлом - опірюючі розриви" для встановлення структурно-тектонічних умов формування золотого зруденіння;

2) експериментальні дослідження із вивчення дії електротермічних полів на суцільні та подрібнені зразки мінералів і гірських порід;

3) вивчення речовинного складу початкових і оброблених в електротермічних полях зразків гірських порід і мінералів за допомогою мінералогічного, петрографічного, хімічного та рентгеноструктурного аналізів;

4) порівняльно-геологічний метод для інтерпретації результатів досліджень і виділення ділянок, перспективних на пошуки гідротермально- метасоматичного золотого зруденіння.

Наукові положення, які захищаються у дисертації.

1. Пристосування гідротермально-метасоматичного золотого зруденіння до опірюючих розривів або вузлів їх перетину з глибинними розломами зумовлено за інших рівних умов впливом електричних полів, котрі виникають у періоди тектонічних активізацій розломних структур.

2. У зонах тектонічних деформацій, які просторово пов'язані з опірюючими розривами і контролюють гідротермально-метасоматичне золоте зруденіння, температура фазових і структурних перетворень у гірських породах знижується на 150-250°С в результаті дії електротермічних полів.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Запропоновано нетрадиційний підхід до вирішення питань формування корінних родовищ золота, а саме - вплив на ці процеси природних електричних полів, які виникають в земній корі.

2. Теоретично обґрунтовано виникнення електричних полів в системі "розлом - опірюючі розриви" під час тектонічних активізацій розломних структур.

3. Експериментально доведено зниження температур фізико-хімічних перетворень у суцільних і подрібнених зразках мінералів і гірських порід під час дії електротермічних полів.

4. Розроблено фізико-хімічну модель осадження золота в капілярно- пористих середовищах під впливом електричних полів.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що встановлені закономірності просторового розташування корінних родовищ золота в опірюючих розривних порушеннях дозволили виділити перспективні на гідротермально-метасоматичне золоте зруденіння ділянки в Конкській і Сурській зеленокам'яних структурах СПБ. Матеріали передано до КП "Південукргеологія" (м. Дніпропетровськ), що підтверджено актом впровадження від 24.10.2008.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується достатнім об'ємом фактичного геологічного матеріалу із золоторудних об'єктів світу та УЩ; задовільним збігом теоретичних і експериментальних результатів із певними геологічними даними.

Особистий внесок автора

1. Розроблено модель виникнення електричних полів у системі "розлом - опірюючі розриви".

2. Проведено експериментальні дослідження з вивчення впливу електротермічних полів на фізико-хімічні процеси в зразках мінералів та гірських порід.

3. Запропоновано фізико-хімічну модель осадження золота в капілярно-пористих середовищах за участю електричних полів.

4. Виділено перспективні на золоте зруденіння ділянки в Конкській і Сурській ЗКС СПБ УЩ.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи докладалися на науковій конференції «Форум гірників - 2002. «Проблем і перспективи геотехнологій на початку III тисячоліття» (м. Дніпропетровськ, 2002), Всеукраїнській студентській науково-практичній конференції «Академік В.І. Вернадський і світ у третьому тисячолітті» (м. Полтава, 2003), Міжнародній науково-технічній конференції «Сучасні проблеми прикладної геофізики» (м. Дніпропетровськ, 2003), Міжнародній науково-практичної конференції «Проблеми комплексного освоєння гірничовидобувних регіонів» (м. Дніпропетровськ, 2003, 2005).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи відбито в 9 друкованих роботах, серед них в спеціалізованих виданнях - 8, зокрема: у наукових журналах - 7, у збірках наукових праць - 1, в збірках робіт конференцій - 1.

Структура і об'єм роботи. Дисертація загальним обсягом 146 сторінок складається зі вступу, шести розділів, висновку і списку використаних джерел зі 166 найменуваннь на 15 сторінках, містить 120 сторінок тексту, 4 таблиці, 35 рисунків.

Автор висловлює щиру подяку науковому керівнику, проф. О.В. Орлінській за постійну підтримку, увагу та участь у виконанні роботи; офіційним опонентам проф. А.І. Каталенцю та к.г.-м.н. О.О. Юшину за цінні зауваження; проф. В.В. Соболєву за консультації в проведенні експериментів; к.г.н. Д.С. Пікарені за допомогу в проведенні мінералогічних і петрографічних досліджень. Особлива вдячність співробітникам ДВ УкрДГРІ і КП "Південукргеологія" - к.г.н. В.В. Сукачу і М.М. Шурко - за надані геологічні матеріали; колегам по роботі - проф. М.В. Рузіній, ас. О.А. Терешковій, зав. лаб. Н.М. Шабановій, ст. лаб. З.М. Неклесі та багатьом іншим за розуміння і допомогу на всіх етапах роботи.

Зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовано мету і завдання досліджень, наукову новизну і практичне значення результатів, наведено дані про апробацію і структуру роботи.

У першому розділі "Сучасний стан вивчення ендогенних родовищ золота" представлений огляд накопиченого на сьогоднішній день фактичного матеріалу з геології ендогенних родовищ золота. Проблему золотоносності в Середньому Придніпров'ї вивчали такі дослідники як І.О. Гаєв і Н.М. Гаєва (1970), М.П. Семененко (1973), В.А. Стульчиков (1978), Г.Л. Кравченко (1985), А.І. Каталенець (1988), В.М. Кравченко (1990), Є.О. Куліш (1995), О.Б. Бобров (1995), В.М. Квасниця (1996), І.К. Латиш (1996) та інші. В розділі розглянуто родовища найбільш вивчених докембрійських щитів (Канадського, Південно- Африканського, Західно-Австралійського, Індостанського). Український щит за особливостями геологічної будови і віку рудоносних утворень аналогічний золотоносним щитам світу. Найбільшими рудоносними структурами щитів є архейські граніт- зеленокам'яні області. Найбільш перспективним відносно золотоносності в межах УЩ є Середньопридніпровський мегаблок, у межах якого розташовано чотирнадцять зеленокам'яних структур. Приділяється увага питанню розташування золотого зруденіння гнейсових комплексів щитів, які раніше з погляду золотоносності вважалися малоперспективними.

Класичні роботи з вивчення золотоносних провінцій світу і сучасні дані з геології золоторудних об'єктів Українського щита вказують на той факт, що при всьому різноманітті геологічних умов, головним чинником, що визначає локалізацію золотого зруденіння, є формування проникних масштабних розривів і систем численних тріщин, які підготовляють гірські породи до проникнення рудоносних флюїдів.

Геолого-мінералогічні і структурно-тектонічні особливості корінних родовищ золота різного віку зводяться до такого.

1) Руди більшості родовищ представлені стійким рядом мінеральних асоціацій. Мінеральні асоціації дорудної фази представлені істотно кварцовими агрегатами з домішками ранніх сульфідів (пірит, арсенопірит), рудної фази - істотно сульфідними сульфосольовими асоціаціями, пострудної фази - кварц-карбонатними.

2) Утворення вулканогенних та інтрузивних формацій, що містять золоте зруденіння, обумовлене глибинними тектонічними процесами.

3) Основною регіональною тектонічною закономірністю (мегарівень) є пристосування практично всіх ендогенних родовищ золота до глибинних розломів.

4) Локальною закономірністю (мезорівень) є пристосування найбільш багатих золоторудних об'єктів до вузлів перетину глибинних розломів із дрібнішими, які простягаються під гострими кутами (не більше 30-40) до основних структур, а в них до найбільш деформованих ділянок - зон розсланцювання, тріщинуватості, контактам різнорідних за складом і щільністю порід (мікрорівень).

Автори, котрі описують умови формування корінних родовищ золота завжди в тій або іншій формі джерелом енергії процесів рудоутворення вважають тектонічні і пов'язані з ними магматичні процеси. При цьому часто літологічна модель формування корінних родовищ золота розглядається окремо від тектонічного розвитку, що приводить до неясності і необґрунтованості в модельних побудовах. Автором запропоновано використовувати нетрадиційний підхід до вирішення даної проблеми, а саме - врахування впливу електричних полів, які генеруються розломами, на процеси формування золотого зруденіння.

Ідея про значну роль природних електричних полів у процесах рудоутворення не нова. Питання генерації електричних полів глибинними розломами розглянуті в роботах М.П. Воларовича і Е.І. Пархоменко (1954, 1970), А.А. Курдюкова (1967), О.А. Воробйова (1980), а вплив електричних полів на процеси рудоутворення найбільш детально описані Я.М. Нюссіком та І.Л. Комовим (1981), І.А. Хайретдіновим (1981) та ін. Теоретичні та експериментальні дослідження в цій галузі дозволили О.В. Орлінській (1999) виділити електричні поля як четвертий чинник метаморфізму.

Процеси регіонального і динамометаморфізму тісно пов'язані з гідротермально- метасоматичними явищами, про що свідчать польові дослідження і численні публікації в геологічній літературі. І якщо електричні поля відіграють помітну роль, разом із температурою, тиском і флюїдами, в процесах метаморфізму, то не можна нехтувати цим чинником і під час розгляду процесів метасоматозу. Аналіз відомих геологічних матеріалів золоторудних об'єктів СПБ дозволив сформулювати завдання і визначити основні напрямки досліджень із врахуванням впливу електротермічних полів на процеси золотонакопичення.

У розділі 2 розглянуто методи досліджень. Для вивчення процесів виникнення електричних полів в системі "розлом - опірюючі розриви" покладено відомі тектонічні схеми золоторудних об'єктів СПБ; дані з петрофізичних властивостей порід, які складають ці об'єкти; теоретичні основи методів сейсморозвідки для вивчення розповсюдження пружних коливань у геологічних середовищах.

Експериментальні дослідження з впливу теплових і електричних полів на суцільні і подрібнені зразки мінералів і гірських порід проводилися в лабораторії фізико-хімічних досліджень кафедри будівництва і геомеханіки Національного гірничого університету. Спосіб електричної, магнітної та теплової обробки подрібнених і суцільних матеріалів і конструкція пристрою запропоновані у 1985 році В.В. Соболєвим. Експерименти проводилися спільно із співробітником кафедри загальної і структурної геології ст. викл. Р.Б. Камковим. Параметри електротермічної обробки (різниця потенціалів U?300 В, сила струму I?0,3 А) встановлені раніше (А.В. Чернай, В.В. Соболєв, О.В. Орлінська, 1999) в результаті розрахунку величини електричних полів, які виникають під час розвитку п'єзоефекту в гірських породах. Температура (Т) в експериментах не перевищувала 900 К. Електротермічна обробка проводилася на карбонатвміщуючих зразках (сидерит, сидеритоліт) і філітоподібних сланцях з рудною мінералізацією.

Початкові і оброблені зразки вивчалися за допомогою мінералогічного, петрографічного, хімічного і рентгеноструктурного аналізів. Вивчення речовинного складу (близько 100 зразків) виконано доцентом кафедри загальної і структурної геології НГУ Д.С. Пікаренею. Рентгеноструктурний аналіз (30 суцільних і 20 подрібнених зразків сидеритолітів, 10 зразків філітоподібних сланців) проводився в Національній металургійній академії України, Українському державному хіміко-технологічному університеті (м. Дніпропетровськ) та Інституті Механобрчермет (м. Кривий Ріг). Хімічний аналіз (10 суцільних і 10 подрібнених зразків сидеритолітів) виконаний Центральною лабораторією КП "Південукргеологія", м. Дніпропетровськ.

Для зіставлення теоретичних і експериментальних даних з відомим геологічним матеріалом було використано геологічні матеріали, зібрані у фондах КП "Південукргеологія" і Дніпропетровського відділення Українського державного геологорозвідувального інституту (ДВ УкрДГРІ).

Розділ 3 "Теоретичне обґрунтування виникнення електричних полів у системі "розлом - опірюючі розриви". У природі існують різні механізми перетворення механічної енергії в електричну (О.А. Воробйов, 1980). Такі явища електризації в гірських породах як п'єзоефект, піроефект, трибоефект, сейсмоелектричний ефект, електроосмос і ряд інших найповніше описані в роботах Е.І. Пархоменко і М.П. Воларовича (1968, 1970). О.В. Орлінська, В.В. Соболєв і А.В. Чернай (1999) показали можливість виникнення електричних полів у докембрійських породах за рахунок розвитку п'єзоефекту під час тектонічних активізацій розломних структур. Розлом можна представити як зону сколювання, яка утворюється в певну фазу деформації земної кори і складається з дрібніших розривів, тріщин відриву і сколів, складок волочіння або сколювання - локальних ділянок, які формуються в умовах стиснення і розтягування. Із зонами деформацій просторово пов'язані прояви катаклазу, мілонітизації, гідротермально- метасоматичних процесів. У результаті дії на гірський масив короткочасних динамічних навантажень у середовищі виникають пружні хвилі. Розглянемо принципи розповсюдження пружних коливань у середовищах із різними властивостями.

Нехай на плоску границю R розділу двох однорідних областей W₁(₁V₁) і W₂(₂V₂) падає плоска подовжня хвиля P (₁, V₁, ₂, V₂ - щільність середовища і швидкість проходження пружних хвиль відповідно в середовищі W₁ і W₂). Падіння хвилі на границю створює обурення в обох середовищах і в середовищі W₁(₁V₁) можуть утворитися відбита подовжня Р₁, відбита поперечна хвилі S₁; а в середовищі W₂(₂V₂) - подовжня Р₂ і поперечна S₂ прохідні хвилі (рис. 1). Відбита хвиля виникне у випадку, якщо ₁V_Р12V_Р2 (V_Р1, V_Р2 - швидкості проходження подовжніх хвиль відповідно в середовищі W₁ і W₂). Заломлена хвиля утворюється у випадку, коли V_РV_Р2; V_РV_S2.

Закони відбиття і заломлення хвиль в узагальненій формі можна зобразити у вигляді закону Снелліуса:

(1)

При V_Р1>V_Р>V_S2 і падінні на границю Р-хвилі завжди існує критичний кут i:

sini_PP=V_Р/V_Р1. (2)

Для кутів падіння, які перевищують критичний з формули (2) виходить вираз sin_P > 1, що не має фізичного сенсу. Це означає неможливість виникнення в середовищі W₂(₂V₂) прохідної хвилі.

Таким чином, коли кут падіння хвилі наближається до 0 (падіння фронту хвилі перпендикулярне межі розділу), кут заломлення _P наближуватиметься до 90, тобто фронт хвилі "ковзатиме" уздовж границі розділу.

Співвідношення (2) має сенс, якщо V_Р1 > V_Р. У системі "розлом - опірюючі розриви" це співвідношення дотримується, тому що швидкість подовжніх хвиль в зоні опірюючих розривних порушень вище за рахунок меншої порушенності речовини, чим в основному розломі.

На рис. 2 представлена схема розповсюдження пружних хвиль в системі "розлом - опірюючі розриви", з якої видно, що чим ближче джерело розповсюдження пружних коливань до вузла перетину опірюючого розриву з основним розломом, тим більша вірогідність утворення "ковзаючої" хвилі.

На підставі вищевикладеного можна зробити такі висновки. По-перше, якщо в опірюючому розриві міститься жильний кварц (а саме він має максимальний п'єзомодуль), то ударна хвиля, ковзаючи поверхнею розділу двох середовищ (розривне порушення), викликає максимальний п'єзоефект в обох середовищах протягом всього простягання розриву або тріщини. По-друге, п'єзоефект буде значніший там, де вміст кварцу більший, оскільки п'єзоефект інтегральна величина. По-третє, кут i, як це витікає з формули (2) залежатиме від швидкості проходження хвиль у середовищах W₁(₁V₁) і W₂(₂V₂), тобто від складу гірських порід. Крім того, вивчення залежності швидкості розповсюдження подовжніх пружних хвиль поперек (V_Р) і уздовж (V_Р) основного напряму тріщинуватості в розломі від величин тріщинної пористості під час заповнення тріщин водою показує, що навіть незначне (на 1-2%) збільшення тріщинної пористості різко зменшує величину V_Р (на 10-40%) і майже не впливає на величину V_Р (О.Б. Гінтов, 2005).

За інших рівних умов, максимальні електричні поля в системі "розлом - опірюючі розриви" тільки за рахунок розвитку п'єзоефекту повинні виникати в зоні опірюючих розривів, з якими і пов'язана локалізація золотого зруденіння.

Розділ 4 "Експериментальні дослідження з вивчення впливу електротермічних полів на фазові перетворення в мінералах і гірських породах". Для обґрунтування ролі електричних полів у перерозподілі рудної і нерудної речовини на мікрорівні була проведена серія експериментів з обробки в електротермічних полях зразків мінералів і гірських порід. Обробці були піддані суцільні і подрібнені зразки сидеритів і сидеритолітів. Вибір мінералів класу карбонатів обумовлений тим, що за своєю структурою вони аналогічні іонним кристалам-діелектрикам, що, у свою чергу, може бути причиною прояву різних поляризаційних ефектів під час дії електричного поля. Крім того, практичний інтерес карбонати представляють як мінерали, що супроводжують рудну мінералізацію. Так, карбонати входять до складу мінеральних асоціацій дорудних і пострудних стадій формування золотого зруденіння в Інгульському (Юр'євське родовище) і Середньопридніпровському (Сурська і Білозерська ЗКС) мегаблоках УЩ.

Основою для проведення експериментів з подрібненими зразками послужив той факт, що золоторудні родовища пристосовані до зон розривних порушень, у яких найінтенсивніше проявлені процеси дроблення, мілонітизації і катаклазу.

Експериментальні дослідження з комплексної теплової та електричної обробки сидеритолітів проводилися за такими схемами:

1. Простий нагрів зразка без пропускання струму і пропускання струму через зразок без нагріву.

2. Одноразовий нагрів із одночасним пропусканням струму і охолоджування зі струмом.

3. Багатократний нагрів (до трьох разів) із одночасним пропусканням струму і охолоджування зі струмом.

4. Нагрів і одночасне пропускання струму, витримка зі струмом за певної температуриі протягом 2-6 годин, а потім охолоджування зі струмом.

У результаті комплексної обробки сидеритолітів підтвердилося раніше встановлене зменшення електричного опору на два-три порядки в інтервалі температур Т=640-750 К, пов'язане з дисоціацією сидериту (В.В. Соболєв, О.В. Орлінська, А.В. Чернай, 1998).

Мікроскопічне вивчення оброблених зразків показало, що формуються нові рудні мінерали - маггемит, гетит, гідрогетит, гематит. Гетит і гідрогетит утворюються всюди і є дисперсною вкрапленістю в нерудних мінералах. Візуально їх зерна виявляються достатньо рідко і представлені шестоватими агрегатами, витягнутими уздовж полосчатості і таблитчастими індивідами розміром 0,15-0,4 мм. Ці мінерали характерні для всіх оброблених зразків.

Підтверджені також відмінності текстур оброблених зразків від початкових. Так, всі зразки набули смугастості, орієнтованої паралельно проходженню електричного струму через зразок, яка обумовлена чергуванням смуг із різним вмістом рудних мінералів.

Перші експерименти з електротермічної обробки подрібнених зразків карбонатів виконано В.В. Соболєвим. Впродовж цих робіт було проведено експерименти з порошками сидеритолітів. Параметри обробки такі ж як і для суцільних зразків - напруга U=300 В; сила струму I=0,3 А, максимальна температура нагріву 773 К. У табл. 1 наведено основні характеристики подрібнених зразків сидеритолітів, підданих комплексній обробці в електротермічних полях.

Для подрібнених зразків, як і для суцільних, характерне стрибкоподібне зменшення електричного опору на два-три порядки. Але температурний інтервал стрибка склав 573-640 К. Температура почала дисоціації сидериту в порошках на 70-150 градусів нижче, ніж у суцільних зразках (рис. 3). При цьому, чим більша внутрішня питома поверхня і дрібніше фракція порошку, тим нижча температура дисоціації сидериту. Як видно з рис. 3, характер зміни кривих електричного опору зразків суцільного і подрібнених сидеритолітів практично не відрізняються як у разі простого нагріву, так і під час електротермічної обробки. Відмінність полягає в тому, що в подрібнених зразках фізико-хімічні процеси протікають швидше і повніше, ніж у аналогічних обробках суцільних зразків, а кількість утворених фаз більша, ніж в суцільних зразках, що підтверджено рентгеноструктурними аналізами.

Для вивчення можливості збірної кристалізації розсіяної вкрапленості галеніту зон метасоматичних проявів під час дії електротермічних полів обробці були піддані зразки метасоматично змінених філітоподібних сланців Південно- Білозерського родовища (Білозерська ЗКС СПБ УЩ), що містять розсіяну вкрапленість галеніту. Прояви благородних металів у межах даного родовища віднесено до золото-сульфідно-кварцової формації, золото знаходиться в асоціації з сріблом. У зонах гідротермально-метасоматичних перетворень, контролюючих зруденіння, позначається наявність піриту, халькопіриту, арсенопіриту, пірроти-ну і галеніту. Галеніт відноситься до ряду мінералів пізніх сульфідних парагенезисів більшості гідротермальних родовищ. Механізм осадження золота на сульфідах у розчинах був детально вивчений М.С. Сахаровою та І.К. Лобачовою (1967, 1978). У результаті досліджень даних авторів встановлено, що виділення золота на сульфідних мінералах обумовлене електрохімічною взаємодією сульфідів із золотоносними розчинами. На прикладі системи пірит-галеніт в розчинах HAuCl₄ ними показано, що при підвищенні концентрації спочатку утворюється тонка плівка металевого золота на галеніті, а потім і на піриті, в результаті плівкою металевого золота покриваються обидва мінерали. Оскільки сульфіди часто є мінералами-концентраторами золота, можна припустити, що електричні поля матимуть подібний вплив на процес перерозподілу, зростання і укрупнення частинок самородного золота у твердофазних реакціях.

Таблиця 1

Результати комплексної обробки в електротермічних полях подрібнених зразків сидеритолітів

	Номери проб
	1	2	3	4	5	6	7
Параметри обробки	U = 300 В; I = 0,3 А
Крупність порошку, мкм	0,4	0,6	0,7	0,8	0,6	0,8	0,7
Маса, г	0,589	0,623	0,705	0,763	0,597	0,659	0,692
Внутрішня питома поверхня, м2	10,1	9,3	8,7	7,4	8,9	6,8	8,5
Початковий опір при температурі Т=293 К, 1106 Ом	18	5,9	5,3	4,7	6,3	5,1	6,5
Температурний інтервал стрибка, Т, К	573- 593	630- 656	612- 623	620- 633	616-640	603- 623	613- 633
Опір в інтервалі стрибка: Початковий, 1105 Ом Кінцевий, 1102 Ом	1,2 0,8	0,55 1,1	0,76 1,7	1,2 2,3	0,63 1,3	0,78 1,9	1,1 1,8
Кінцевий опір порошку при температурі Т=700 К, Ом	41	73	97	102	69	112	93

Філітоподібні сланці містять тонку вкрапленість галеніту, численні гнізда і лінзи мутно-сірого кварцу розміром до 1 см. Вміст галеніту в породі 3-5%, він утворює голчаті зерна неправильного орієнтування розміром 0,05±0,1 мм; також зустрічаються аллотріоморфнозерністі агрегати і скупчення галеніту до 3 мм у діаметрі. Частина галеніту спільно зі сфалеритом, халькопіритом і піритом розміщується в малопотужних січних кварцових жилах. Для дослідження відбиралися зразки з вкрапленістю галеніту, де його зерна відособлені один від одного. Експерименти проводилися при трьох різних режимах: 1) нагрівання; 2) пропускання електричного струму без нагріву зразка; 3) стандартна електротермічна обробка впродовж 1,5-2 годин (U?300 В, I?0,3 А, Т?700 К).

У результаті дослідів за першими двома схемами виявилось, що ні галеніт, ні кварц не мають скільки-небудь помітних перетворень як візуально, так і під мікроскопом, тобто електричний струм і температура самі по собі не мають істотної дії на мінеральний склад і структурно-текстурні особливості породи.

Мікроскопічне вивчення зразків після електротермічної обробки показало, що в них з'явилися таблитчасті і лускаті зерна гетиту і гідрогетиту розміром до 0,3 мм. Зерна і агрегати галеніту (розміром до 0,07-0,1 мм) зникли, а на їх місці утворилися правильні трикутні контури, ребра яких представлені галенітом, а центр - нерудними мінералами, причому розмір цих трикутників в 10-15 разів більше початкового зерна. Кварц з темно-сірого напівпрозорого став молочно-білим, у крупних гніздах утворилися каверни глибиною до 1-2 мм. Очевидно, під дією електротермічних полів першим змінюється кварц, пірит стимулює перерозподіл галеніту і халькопіриту. У результаті халькопірит окислюється і формуються гетит і гідрогетит, за рахунок дифузії, ймовірно, формуються крупніші кристалічні форми галеніту.

Таким чином, ґрунтуючись на результатах експериментальних досліджень, можна зробити висновок: у зонах тектонічних деформацій, до яких пристосовано золоте зруденіння, найактивніше протікають фізико-хімічні процеси за рахунок збільшення питомої поверхні зерен і дії електротермічних полів.

Розділ 5 "Фізико-хімічні процеси формування гідротермально- метасоматичного золотого зруденіння". Відомо, що перенесення комплексних сполук золота в гідротермальних системах здійснюється за одночасної дії декількох чинників: градієнта температур, тиску, хімічного потенціалу і концентрацій, електричного поля і ін. У таких умовах основною рушійною силою, яка приводить до утворення руди, може виступати який-небудь один чинник, наприклад, градієнт хімічних потенціалів або дія електричного поля. Е.І. Пархоменко (1968) встановлено, що п'єзоефект зникає після зняття навантаження, але при цьому електричне поле в середовищі вже може підтримуватися за рахунок розвитку електрокінетичного ефекту. Таким чином, п'єзоефект є стимулятором хімічних перетворень.

Розглянемо реальну геологічну обстановку. Нехай стінки тріщини виконані кварцом і сульфідними мінералами (рис. 4, а). У тріщину з перетином, який міняється за простяганням, поступають розчини, що містять, в основному, іони натрію, калію, хлору, міді, заліза, цинку, золота, срібла і інших елементів. Джерела гідротермальних розчинів можуть бути як магматогенні, вадозні, метаморфогенні і ін., так і полігенетичні. Склад комплексних сполук золота в розчині залежить від джерела гідротермальних розчинів, термодинамічних умов, рН середовища і ін. параметрів. За даними М.С. Сахарової і І.К. Лобачової (1967) найбільш вірогідною формою високотемпературної гідротермальної міграції золота в бідних сульфідною сіркою розчинах є хлоридний комплекс [AuCl₂]-. Разом з тим в багатих сульфідною сіркою розчинах золото може переноситися у вигляді [Au₂(HS)₂S]^2-.

У тріщинах, перетин яких близький за розмірами до товщини подвійного електричного шару (r), можуть вільно рухатися тільки катіони. Тобто в зонах переходу від крупних тріщин до дрібніших комплексні сполуки золота "затримуватимуться" в крупних тріщинах. Катіони (Na⁺, K⁺ і ін.), у свою чергу, вільно проникатимуть по капілярах у вміщуючі породи, взаємодіятимуть з цими породами, утворюючи метасоматично змінені зони. При цьому ширина зон метасоматичних перетворень буде збільшуватись, чим сильніше проявлена тріщинуватість.

О.Н. Грігоров (1978) встановив, що за постійної щільності струму число перенесення аніонів пропорційне площам, займаним по перетину подвійним електричним шаром і вільним розчином, тобто при зменшенні радіуса капіляра зменшиться число перенесення комплексів золота.

За постійної сили струму I (I=const), щільність струму при зменшенні (або збільшенні) радіуса капіляра змінюватиметься. А за рівномірного розподілу електричного заряду за об'ємом циліндрового капіляра щільність струму постійна і дорівнює

, (3)

де R - радіус капіляра, H - довжина капіляра. Під час зміні радіуса капіляра щільність зміниться таким чином:

, (4)

довжиною капіляра можна нехтувати і I = const, тоді

. (5)

Таким чином, щільність струму в циліндровому капілярі зворотно пропорційна квадрату радіуса цього капіляра. Іншими словами, якщо R₁:R₂ = 2:1, то ₁:₂ = 1:4, що перешкоджає вільному проходженню комплексів золота. Як наслідок, ці комплекси концентруватимуться у зоні переходу тріщин з різними перетинами.

У крупній тріщині розчин буде збагачений аніонами. При активуванні поверхні кварцу (наприклад, в результаті п'єзоефекту) на його гранях виникають заряди. При підході комплексного аніона золота до негативно зарядженої грані кварцу, аніон почне дисоціювати, звільняючи іон золота, який осяде на активованій поверхні кварцу. При цьому негативно заряджена грань кварцу виступатиме в ролі катода, а позитивно заряджена в ролі анода. Іони хлору і водню залишаться в розчині, утворюючи стійку молекулу HCl. Осадження золота за схемою Au⁺+e-=Au⁰, продовжуватиметься до тих пір, поки на поверхні кварцу будуть заряди. Утворена нова поверхня служитиме підкладкою (основою) для подальшого нарощування металевого золота шляхом приєднання окремих атомів.

Особливо активне золото осідатиме на дефектах (поверхневих активних центрах) кристалів кварцу і сульфідів. Ці дефекти виникають під час деформації кристалів (стиснення, розтягування, зрушення і тому подібне), а також в результаті п'єзоефекту (прямого і зворотного). Дефекти проявляють себе як джерела електричних зарядів. Це положення дуже важливе, оскільки параметри термодинамічного режиму, що визначають масштаби і характер рудоутворення, зазвичай вважають стабільними, а дія електричних полів порушує цю рівновага і стимулює хімічні перетворення. При дії градієнта електричних потенціалів комплекси золота локалізуватимуться в місцях найбільшої щільності поверхневих зарядів - на деформованих поверхнях кристалів кварцу і сульфідів. Відомо, що дія електричного поля точкового заряду посилюється із збільшенням температури розчину, тобто збільшується вірогідність розпаду комплексних сполук.

Запропонований механізм дисоціації хімічних зв'язків золотоносних комплексів і осадження металевого золота доцільно розглядати як один з вірогідних у зв'язку з різними фізико-хімічними умовами розвитку гідротермальних систем.

У природі отримані закономірності можна прослідкувати на конкретних мінералогічних особливостях родовищ золота. Дані розвідки Сергіївського родовища Сурської ЗКС УЩ свідчать про те, що золото в основному пристосовано до границь зерен або тріщин в малосульфідному кварці, спостерігається у вигляді окремих золотин ізометричної форми або у вигляді шестикутних табличок (рис. 4, б).

Розділ 6 «Прогнозування гідротермально-метасоматичного золотого зруденіння на основі теоретичних і експериментальних даних в межах Середньопридніпровського мегаблоку». Будь-які теоретичні і експериментальні дослідження в геології, проведені з використанням модельних зразків, повинні бути підтверджені на конкретних геологічних об'єктах. Для цього отримані результати спроектовані на перспективні і вже промислово оцінені золоторудні об'єкти України. Очевидно, що не можна охопити всю різноманітність геологічних ситуацій, що визначають локалізацію зруденіння золота. Але для корінних родовищ золота характерний структурно-тектонічний контроль зруденіння, якому властиві рудопідводяща і рудолокалізуюча функції. На підставі отриманих результатів автор виділив перспективні на золоте зруденіння ділянки в Сурській і Конкській ЗКС. Вибір цих об'єктів визначений такими даними. Сурська ЗКС є найбільш вивченою із зеленокам'яних структур СПБ і своєрідним еталоном для прогнозування. Конкська ЗКС в даний час активно вивчається з метою прогнозування зруденіння благородних і кольорових металів.

В межах Конкської ЗКС виділено сім перспективних ділянок, які локалізовані в зонах розривних порушень з гідротермально-метасоматичною переробкою речовини (окварцювання, грейзенізація) на контактах гранітів і метаморфічних порід. Ділянки розташовуються в зоні зчленування Мокромоськовського і Східноконкського розломів, за периметром Кирпотинської синкліналі, в межах зон Приморського і Новобойківського розломів, опірюючих Хортицьку зону розломів.

У Сурській ЗКС виділено п'ять перспективних на золоте зруденіння ділянок, які знаходяться в межах тектоно-метасоматических зон, супроводжуючих розривні порушення. Ділянки локалізовані в північній і західній частині СЗКС, північно-західній і північно-східній частинах Солонянського рудного поля. Найбільш сприятливими для виявлення зруденіння золота виступають зони перетину під гострими кутами розсланцьованих ділянок, а також вигини і звуження цих ділянок.

Отримані результати теоретичних і експериментальних досліджень дозволяють уточнити тектонічний критерій прогнозу золотого зруденіння і сформулювати його таким чином. Гідротермально-метасоматичне золоте зруденіння Середньопридніпровського мегаблоку пристосоване до розривних порушень, що опірюють основні розломи під гострими кутами, і обумовлене найбільшою активністю фізико-хімічних процесів, які протікають в цих зонах, за рахунок збільшення питомої поверхні мінеральних компонентів і дії електротермічних полів.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій на підставі теоретичних і експериментальних досліджень вирішено актуальне завдання визначення впливу електротермічних полів на локалізацію гідротермально- метасоматичного золотого зруденіння. Проведені дослідження дозволили вперше отримати такі наукові і практичні результати.

1. Теоретичними дослідженнями встановлено, що в системі "розлом - опірюючі розриви" максимальні електричні поля під час тектонічних активізацій розломних структур виникатимуть в опірюючих розривних порушеннях за рахунок розвитку в них п'єзоефекту.

2. Експериментальні дослідження показали, що дія електротермічних полів призводить до зниження температур фізико-хімічних перетворень у подрібнених зразках сидеритолітів - на 200-250°С.

3. Дія електротермічних полів на зразки кварцвміщуючих порід із рудною мінералізацією приводить до руйнування кварцу, а також укрупненню рудних частинок.

4. У зонах тектонічних деформацій, до яких пристосовано золоте зруденіння, найактивніше протікають фізико-хімічні процеси за рахунок збільшення питомої поверхні зерен і впливу електротермічних полів.

5. В капілярно-пористих середовищах електричне поле може бути одним з параметрів, який впливає на стабільність хімічних зв'язків золотоносних комплексів та їх дисоціацію з утворенням металевого золота в тріщинах зі змінним перетином.

6. Геологічні і мінералогічні особливості будови відомих золоторудних об'єктів УЩ свідчать про пристосування золотопроявів до найбільш неоднорідних за фізико-механічними властивостями ділянок - розривних порушень, що опірюють розломи, а само золото виявляється на границях або в тріщинах зерен кварцу і сульфідів.

7. Результати теоретичних і експериментальних досліджень дозволили виділити в межах УЩ перспективні на виявлення золотого зруденіння ділянки в Конкській і Сурській зеленокам'яних структурах СПБ.

Таким чином, виконані дослідження дали можливість визначити ще один чинник, який впливає на просторове розташування гідротермально- метасоматичного золотого зруденіння - електротермічні поля, що виникають в періоди тектонічних активізацій систем "розлом - опірюючі розриви".

Основні положення і результати досліджень опубліковані в роботах

1. Влияние температуры и электрического поля на электропроводность горных пород и минералов. 2. Сидерит / В.В. Соболев, А.В. Чернай, О.В. Орлинская, Р.Б. Камков, Н.В. Билан // Минералогический журнал. 2003. № 1. С. 91-94.

2. Термоэлектрическая обработка сидеритолита Белозерской зеленокаменной структуры Украинского щита / Н.В. Билан, Р.Б. Камков, Д.С.Пикареня, М.А.Труфанова // Геолого-мінералогічний вісник. 2003. № 1(9). С. 43-46.

3. Билан Н.В. Термоэлектрическая обработка сидеритолитов/ Н.В. Билан, Р.Б. Камков // Матеріали Всеукраїнської студентської науково-практичної конференції "Академік В.І. Вернадський і світ у третьому тисячолітті" / Полтава: ТОВ "АСМІ", 2003. С. 272-274.

4. Билан Н.В. Анализ связи гидротермальной золоторудной минерализации с глубинными разломами в Среднем Приднепровье и Побужье / Н.В. Билан, Р.Б. Камков // Наук. вісн. НГУ. 2003. № 1. С. 36-37.

5. Орлинская О.В. Системы разломов и золоторудной минерализации в зеленокаменных структурах Среднего Приднепровья / О.В. Орлинская, Н.В. Билан, Р.Б. Камков // Наук. вісн. НГУ. 2003.№ 6. С. 80-82.

6. Соболев В.В. К вопросу о механизме формирования металлического золота в гидротермальных системах / В.В. Соболев, Н.В. Билан // Наук. вісн. НГУ. 2003. № 9. С. 21-23.

7. Орлинская О.В. О возможной причине формирования золотого оруденения в зонах оперяющих разломов / О.В. Орлинская, Н.В. Билан, Д.С. Пикареня // Наук. вісн. НГУ. 2005. № 9. С. 43-44.

8. Камков Р.Б. Влияние температуры и электрического поля на фазовые превращения в измельченных образцах минералов и горных пород / Р.Б. Камков, Н.В. Билан // Сборник научных трудов НГУ. 2005. №23. С. 90-94.

9. Studying of thermo-electrical fields' influence to mineral and rocks, and geological interpretation of results of experimental investigation / O.V. Orlinskaya, R.B. Kamkov, N.V. Bilan, D.S. Pikarenya // Наук. вісн. НГУ. 2006. № 11. С. 31-36.

Особистий внесок автора в роботах, написаних в співавторстві: 1-3, 8, 9 - проведення експериментальних досліджень, аналіз результатів; 4, 5 - реконструкція систем розломів, аналіз геологічних і тектонічних карт; 6 - аналіз умов формування золота в гідротермальних системах; 7 - опис тектонічних процесів в системі "розлом - опірюючі розриви".

Анотація

Білан Н.В. Вплив електротермічних полів на локалізацію гідротермально-метасоматичного золотого зруденіння Середньопридніпровського мегаблоку Українського щита. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за фахом 04.00.11 - Геологія металевих і неметалевих корисних копалин. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2009.

Дисертація присвячена вивченню дії електротермічних полів на процеси формування гідротермально-метасоматичного золотого зруденіння в зонах розривних порушень з метою встановлення закономірності його просторового розміщення. Теоретично обґрунтовано виникнення електричних полів у розривних порушеннях, опірюючих розломи, при їх тектонічних активізаціях. Проведено експериментальні дослідження з вивчення впливу електротермічних полів на фізико-хімічні процеси в зразках мінералів і гірських порід. Розроблено фізико-хімічну модель осадження золота в капілярно-пористих середовищах під впливом електричних полів. Виділено перспективні на золоте зруденіння ділянки в межах Сурської і Конкської зеленокам'яних структур Середньопридніпровського мегаблоку Українського щита.

Ключові слова: гідротермально-метасоматичне золоте зруденіння, розлом, електричне поле, електротермічна обробка.

Аннотация

Билан Н.В. Влияние электротермических полей на локализацию гидротермально-метасоматического золотого оруденения Среднеприднепровского мегаблока Украинского щита. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.11 - Геология металлических и неметаллических полезных ископаемых. Национальный горный университет, Днепропетровск, 2009.

Диссертация посвящена изучению воздействия электротермических полей на процессы формирования гидротермально-метасоматического золотого оруденения в зонах разрывных нарушений с целью установления закономерности его пространственного размещения. Теоретически обосновано возникновение электрических полей в разрывных нарушениях, оперяющих разломы, при их тектонических активизациях. Для этого использовались известные тектонические схемы по золоторудным объектам Среднеприднепровского мегаблока; данные по петрофизическим свойствам пород, слагающим эти объекты; теоретические основы методов сейсморазведки для изучения распространения упругих колебаний в геологических средах. Установлено, что при прочих равных условиях, максимальные электрические поля в системе "разлом - оперяющие разрывы" за счет развития пьезоффекта должны возникать в зоне оперяющих разрывов, с которыми связана локализация золотого оруденения.

...