Понятия: месторождение, проявление полезного ископаемого, пункт минерализации.
Полезные ископаемые – это природные вещества земной коры, пригодные при существующем уровне техники и технологии для использования в народном хозяйстве.
Минеральное сырье – добытое полезное ископаемое.
По агрегатному состоянию полезные ископаемые делятся на: твердые, жидкие и газообразные.
Твердые полезные ископаемые разделяются на: рудные, нерудные и горючие.
Рудныеполезные ископаемые содержат минералы или минеральные соединения, которые служат источником получения различных химических соединений или элементов (металлических, химических, агрономических).
Нерудными называются полезные ископаемые, продуктами переработки которых являются агрегаты минералов или кристаллы (абразивы, диэлектрики, драгоценные и поделочные камни, пьезо- и оптические минералы), а также горные породы, используемые промышленностью без существенной переработки (флюсы, огнеупоры, строительные и керамические материалы).
Твердым горючие полезные ископаемые: угли, горючие сланцы, асфальтиды и озокериты.
Жидкие и газообразныеполезные ископаемые подразделяются на: горючие (нефть, горючие газы); пресные, минеральные, соленые и нефтяные воды; инертные газы.
В зависимости от количества, качества, горно-геологических условий и степени изученности, а также природных и экономических условий размещения скопления полезных ископаемых принято разделять на месторождения, проявления (рудопроявления), пункты минерализации.
Месторождение— это скопление полезного ископаемого в земной коре, по количеству, качеству, условиям залегания и др. свойствам отвечающее требованиям промышленности и при существующем уровне техники и технологии рентабельное для промышленного освоения в настоящее время или в недалеком будущем.
О некоторых характеристиках золотоносных кварцевых жил
Самая распространенная в мире золотоносная матрица – это кварцевые жилы. Я не геолог, но добытчик, и я знаю и понимаю, что геологические характеристики золотосодержащих кварцевых жил очень важны. К ним относятся:
Сульфиды и химическая оксидация
Кварцевые жилы, содержащие сульфиды железа или оксиды, довольно легко распознать, поскольку они обладают узнаваемой окраской – желтой, оранжевой, красной. Их «ржавый» вид очень похож на вид ржавого окисленного железа.
Вмещающая или местная порода
Обычно (но не всегда) сульфидные кварцевые жилы этого типа можно встретить рядом с крупными геологическими разломами или в тех местах, где в недавнем прошлом происходили тектонические процессы. Кварцевые жилы сами по себе часто «разрываются» во многих направлениях, а в местах их соединения или трещинах можно найти довольно много золота.
Вмещающая порода – это самый распространенный тип окружающей жилу породы (включая плотик) в любом месте, где содержится золото. В тех районах, где можно найти кварцевые жилы, самыми распространенными вмещающими породами являются:
Особого разговора заслуживает последний тип. Многие новички в золотодобыче или же те, кто мало понимает в процессах минерализации золота, автоматически предполагают, что оно содержится во всех местах, где есть признаки вулканической активности.
Такая точка зрения неправильна! Районы и области, где недавно (с геологической точки зрения, конечно) имела места некая вулканическая активность редко могут похвастаться золотом в любых концентрациях. Термин «метаморфный» означает, что некоторый вид значительных химических и/или геологических изменений происходил на протяжении многих миллионов лет изменения изначальной вулканической вмещающей породы в нечто совершенно другое. Кстати, в местах, характеризующихся метаморфичностью, сформировались самые богатые золотом районы на американском западе и юго-западе.
Глинистый сланец, известняк и уголь
Геологи бы сказали, что в местах, где есть вмещающие породы, характеризующиеся наличием глинистого сланца, известняка или угленосностью, могут также содержаться и золотоносные кварцевые жилы. Да, есть специалисты в геологии, я их уважаю, но скажу вам кое-что прямо здесь и прямо сейчас. На протяжении 30 лет мелкомасштабной золотодобычи, я не нашел ни грана золота в районах, где находились выше перечисленные типы вмещающих пород. Однако я занимался старательством в Нью-Мексико, где можно встретить богатую метаморфную породу в нескольких милях от породы с известняком, глинистым сланцем и углем. Поэтому геологам надо бы решить этот вопрос.
Сопутствующие минералы
Многие типы минералов сопутствуют золотоносным кварцевым жилам в содержатся в окружающей их вмещающей породе. По этой причине я часто говорю о важности понимания (или просто обладания соответствующими знаниями) геологии золота и сопутствующей минерализации. Ключевой пункт здесь – чем больше у нас знания и опыта, тем больше золота, в конце концов, вы обнаружите и извлечете.
Это довольно старая мудрость, поэтому давайте взглянем сопутствующие минералы, которые характерны для золотоносных кварцевых руд:
Внимательные, возможно, заметили, что я не включил в этот список обозначения, принятые в Периодической Таблице Элементов и формулы минералов. Если вы геолог или химик, то для вас это было бы обязательно, но простому золотодобытчику или старателю, собирающемуся найти золото, с практической точки зрения, это и даром не надо.
Теперь я хочу, чтобы вы остановились и подумали. Если вы прямо сейчас можете идентифицировать все эти минералы, увеличит ли такая способность ваши шансы на успех? Особенно в деле обнаружения потенциальных золотых месторождений или установления факта высокой минерализации того или иного участка? Я думаю, что вы получили кое-какую общую картину.
Единственная вещь, которую я беру с собой, когда выезжаю на добычу – это маленькая книжечка, в которой есть цветные изображения и краткие описания всех типов минералов из списка. Сделайте «домашнюю работу» и потратьте немного времени на их изучение и вам удастся без проблем идентифицировать все минералы, сопутствующие золотоносным кварцевым жилам.
До сих пор науке неизвестен процесс происхождения золота.
Содержание золота в земной коре очень низкое — 0,5?5 мкг/кг, но месторождения и участки, резко обогащённые металлом, весьма многочисленны. Золото содержится и в воде. 1 литр морской или речной воды несёт примерно 4*10 9 г золота, что соответствует 4 кг золота в 1 кубическом км воды.
Разделы страницы о золоте как минерале:
Приведённая ниже информация о геохимии золота взята, в основном, из Википедии и Горной энциклопедии.
Виды золоторудных месторождений
Золоторудные месторождения возникают преимущественно в районах развития гранитоидов, небольшое их количество ассоциирует с основными и ультраосновными породами. Золото образует промышленные концентрации в постмагматических, главным образом гидротермальных, месторождениях. В экзогенных условиях видимое золото является очень устойчивым элементом и легко накапливается в россыпях.
Однако субмикроскопическое золото, входящее в состав сульфидов, при окислении последних приобретает способность мигрировать в зоне окисления. В результате золото иногда накапливается в зоне вторичного сульфидного обогащения, но максимальные его концентрации связаны с накоплением в зоне окисления, где оно ассоциирует с гидроокислами железа, марганца. Миграция золота в зоне окисления сульфидных месторождений происходит в виде бромистого и йодистого соединений в ионной форме. Некоторыми учёными допускается растворение и перенос золота сульфатом окиси железа или в виде суспензионной взвеси.
Коренное золото и россыпи
Коренные месторождения золота
Коренные месторождения представлены жилами, системами жил, залежами и зонами прожилково-вкрапленных руд различных размеров и форм. Рудные тела приурочены к трещинам, зонам дробления и рассланцевания горных пород. Мощность их от 0,05 до десятков м, длина десятки и тысячи м. Наиболее крупными зонами являются: жильная зона Колар в Индии (длина 20 км, разрабатываемая до глубины 3,2 км, при средней мощности жил 1,2 м), система жил Мазер-Лод в США (длина 200 км); некоторые жильные зоны Енисейского кряжа, минерализованные зоны месторождения Мурунтау в Средней Азии. Золотые месторождения известны в складчатых поясах, на платформах и в областях тектонической активизации.
Зоны окисления руд (железные шляпы) некоторых медно-колчеданных и полиметаллических месторождений обогащены переотложенным из коренных руд золотом и являются самостоятельными объектами добычи последнего. Большая часть таких месторождений находится в СССР (на Урале и в Казахстане).
Россыпи золота
Виды золотых руд
Золото встречается 1) во всех эндогенных генетических типах рудных месторождений (за исключением пегматитов), 2) в двух типах экзогенных (выветривания и россыпной), а также 3) в метаморфизованных месторождениях. Промышленное значение имеют в основном гидротермальные, россыпные и метаморфизованные месторождения.
Pазличают (как сказано выше) эндогенные [подземные], экзогенные [поверхностные] и метаморфизованные золотые руды.
Эндогенные золотые руды
Состав [эндогенных?] золотых руд разнообразен (до 200 различных минералов). Преобладают золото-сульфидно-кварцевые руды (рудных минералов от 1,5 до 20%). Главный жильный минерал — кварц. В переменных количествах присутствуют карбонаты кальция и железа, барит, хлорит, серицит, турмалин. Среди рудных минералов чаще преобладают пирит, реже арсенопирит. Им подчинены пирротин, сульфиды и изредка встречающиеся сульфосоли меди и свинца, цинка, висмута, серебра, оксиды железа, самородные серебро, висмут, в единичных случаях — теллуриды.
Гидротермальные месторождения золота довольно распространены. Все они полистадийные. Делятся на плутоногенные и вулканогенные. Плутоногенные свзаны с гранитоидными батолитами. Им свойственны руды сравнительно простового кварцевого состава.
Гидротермальные высокотемпературные месторождения
Гидротермальные высокотемпературные месторождения золото-арсенопиритовой формации залегают среди гранитоидов и докембрийских метаморфических пород. Рудные тела представлены кварцевыми жилами с видимым золотом и сульфидами, а также пиритизированными и окварцованными зонами во вмещающих породах. С арсенопиритом, пиритом и другими сульфидами связаны тонкодисперсные трудноизвлекаемые вкрапления золота (месторождения Урала, Колар в Индии и др.). Месторождения этого типа широко распространены.
Гидротермальные среднетемпературные месторождения
Гидротермальные среднетемпературные месторождения кварц-сульфидной и золото-кварцевой формации представлены жилами, залегающими внутри массивов палеозойских гранитоидов и во вмещающих осадочных породах кровли. Руды сложены кварцем, карбонатами, баритом и сульфидами — пиритом, халькопиритом, сфалеритом, галенитом, блеклыми рудами и др. Золото присутствует в самородном виде в кварце и как примесь в сульфидах. Этот генетический тип широко распространен и имеет большую промышленную значимость. В СНГ к нему относятся некоторые месторождения Урала, Казахстана, Забайкалья и др., за рубежом — месторождения Материнская Шила и Грэсс-Валли в США, Калгурли в Австралии, месторождения Ганы, Кении и др.
Гидротермальные низкотемпературные месторождения
Гидротермальные низкотемпературные месторождения золото-серебряной формации залегают в эффузивных породах и пространственно связаны с областями молодого вулканизма. Рудные тела представлены жилами и штокверковыми зонами, сформированными на малых глубинах. Оруденение неравномерное, кустовое (бонанцевое).
В составе руд отмечаются халцедоноподобный кварц, кальцит, родохрозит, барит, адуляр, сульфиды, минералы серебра, серебристое золото, теллуриды золота. Примерами могут служить месторождения Забайкалья, Северо-Востока России; за рубежом — Комшток, Гольдфильд и др. в США, Эль-Оро в Мексике, месторождения Чили, Перу, Новой Зеландии, Индонезии, Японии, Румынии и др. Кроме золота из руд извлекают серебро.
Экзогенные золотые руды
Экзогенные золотые руды заключены в россыпях, реже — в зонах окисления золотосодержащих сульфидных месторождений. В россыпях золотые руды представлены рыхлыми и слабосцементированными приповерхностными отложениями, образующими рудные пласты и струи (восточные районы, Урал и другие в России, Калифорния, бассейны рек Колумбия и Юкон, река Клондайк на Аляске в США, южные притоки реки Амазонка, Бразилия и др.).
Месторождения выветривания
Месторождения выветривания представлены железными и свинцовыми шляпами сульфидных месторождений, в которых золото накапливается вместе с гидроокислами железа, карбонатами свинца, вторичными минералами серебра. Золото выделяется в виде пленок в кавернах и ячейках выщелачивания. Иногда в условиях свободного роста образуются кристаллики.
Примерами могут служить железные шляпы колчеданных месторождений Урала, Балкан, Японии и др., зоны окисления полиметаллических месторождений Забайкалья и др.
Золотоносные россыпи
Золотоносные россыпи продолжают играть значительную роль как объекты добычи золота. Наиболее распространены аллювиальные россыпи, содержащие золото. Аллювиальные россыпи в соответствии с условиями залегания подразделяются на русловые, долинные и террасовые.
Русловые и долинные образовались в четвертичное время. Они распространены в бассейнах реки Лены, Колымы, Алдана, Амура, Енисея и др. Террасовые россыпи образовались раньше долинных и залегают па продольных террасах. Они незначительны по размерам, но содержание золота в них бывает богаче, чем в долинных россыпях. Террасовые россыпи расположены в Ленском районе, на Алдане, Колыме. Богатые элювиальные россыпи золота известны в Австралии (округ Калгурли), где они являются продуктом латеритного выветривания золотоносных кварцевых жил.
Морские россыпи встречаются вдоль берегов моря. Образуются они за счет разрушения кварцевых жил и древних береговых россыпей, бедных золотом. Длина морской россыпи Номэ (Аляска) 5 км, ширина 80—100 м. Содержание золота в россыпи местами 200 г/т. Широко развиты погребенные россыпи. Например, юрские россыпи Урала погребены под морскими отложениями мелового возраста или континентальными осадками кайнозоя, россыпи четвертичного возраста на Северо-Востоке и в Сибири перекрыты ледниковыми отложениями.
Метаморфизованные золотые руды
Метаморфизованные золотые руды связаны с пластами золотоносных конгломератов, реже гравелитов (Витватерсранд в ЮАР, Тарква в Гане, Жакобина в Бразилии и Наллагайн в Австралии и др.). Золото в виде зёрен, изредка полуокатанных (размер от 5 до 100 мкм), заключено в кварц-серицит-хлоритовом цементе, а также в форме тонких прожилок, секущих кварцевую гальку. Проявлено совместно с оксидами и сульфидами железа и других металлов. Содержание Au 3-20 г/т, пробность выше 900.
Метаморфизованные месторождения представлены золотоносными конгломератами — продуктом преобразования древних россыпей, в основном докембрийских. Пример — уникальное месторождение золотоносных конгломератов Витватерсранд в Южной Африке. Однако геологические условия, сходные с условиями Африканского щита, известны на древних щитах Восточно-Европейской и Сибирской платформ, где фиксируются докембрийские олигомиктовые и монокварцевые конгломераты. Проблема выявления промышленных месторождений золотоносных конгломератов представляет большой практический интерес.
Золотосодержащие минералы
В природе обнаружено более 30 золотосодержащих минералов.
Остальные золотосодержащие минералы представлены теллуридами золота:
В природе существует естественный сплав золота и серебра, который называется электрум. При разработке рудных месторождений солнечного металла из породы добывают сопутствующие ценные химические элементы: иридий; платину; осмий; рутений; палладий; никель; медь.
Самородное золото
Самородный солнечный металл не является химически чистым материалом, в нем всегда присутствуют примеси: серебра (до 50%); меди (до 20%); железа; ртути; висмута; металлов платиновой группы; теллура.
Раскрыта загадка образования богатых золоторудных жил
Рис. 1. Бонанца — обогащенная часть золоторудной жилы. Месторождение Брюсджек, Канада (Brucejack mine). Для масштаба приложена монета 1 канадский доллар, диаметр которой равен 26,5 мм. Фото с сайта mcgill.ca
Месторождения золота образуются в процессе осаждения металла из горячих газово-жидких (гидротермальных) растворов, которые поднимаются по разломам от расположенного на глубине магматического очага. При охлаждении этих растворов кристаллизующиеся из них минералы заполняют трещины. Так возникают золоторудные жилы, подчас весьма богатые — с участками из чистого золота толщиной несколько сантиметров. Как образуются такие скопления драгоценного металла, долгое время оставалось загадкой для геологов, поскольку в исходных растворах, как правило, концентрация золота крайне низка. Канадские ученые нашли ответ на этот вопрос, показав, что богатые ценным металлом жилы могут формироваться, если на каком-то этапе подъема раствора к поверхности содержащиеся в нем наночастицы золота потеряют электрический заряд (из-за которого они отталкиваются) и образуют коллоидную систему, в которой почти мгновенно происходит флокуляция — слипание частиц в более крупные «хлопья», которые впоследствии выпадают в осадок и формируют золотоносные жилы.
Среднее содержание (кларковое число) золота в земной коре составляет около 0,004 грамма на тонну. Это в несколько тысяч раз меньше, чем у таких металлов, как медь, цинк или свинец. К счастью для добытчиков на Земле есть немало мест, в которых концентрация золота на порядки выше: например, в рудах промышленных месторождений она достигает десятков, а иногда и сотен граммов на тонну.
Первичные (эндогенные) руды золота имеют гидротермальное происхождение. Они образуются из горячих газово-жидких растворов (флюидов), отделяющихся от магматических расплавов, главным образом кислого состава. Постмагматические водные растворы несут лишь следовые количества золота, и при осаждении металла из простого водного раствора потребовались бы десятки и даже сотни тысяч лет, чтобы заполнить рудой трещину шириной всего в один сантиметр. Но гидротермальные системы не живут так долго — рудные жилы образуются в течение нескольких лет, а иногда и дней. По оценкам ученых, максимальное количество золота, которое за такое время может быть отложено из раствора — 20 грамм на тонну (M. Pearce et al., 2015. Gold deposition caused by carbonation of biotite during late-stage fluid flow). Поэтому геологи давно пытаются понять, как флюиды со сверхнизкими концентрациями золота создают богатые золотые руды.
Для этого ученые исследуют возможные формы присутствия металла в растворах. Например, существует предположение, что концентрация золота может резко повышаться, если этот элемент транспортируется в гидротермальных флюидах в виде хлоридов или бисульфидов. Канадские геологи во главе с профессором Энтони Уильямс-Джонсом (Anthony E. Williams-Jones) из департамента наук о Земле и планетах Университета Макгилла предложили другой вариант. По их мнению, богатые золотые руды могли отложиться из коллоидных растворов с твердыми наночастицами золота.
Диспергированные в растворе наночастицы металла обладают зарядом и отталкиваются друг от друга. В таком состоянии они могут переноситься на большие расстояния. Но когда заряд нарушается, происходит флокуляция — процесс, похожий на коагуляцию, при котором частицы моментально слипаются в крупные хлопья (флокулы) и выпадают из раствора.
Это напоминает поведение взвешенных жировых частиц в молоке, представляющем собой водный коллоидный раствор. При уровне pH свежего молока, близкого к нейтральному, микроскопические шарики жира в нем имеют отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга. В процессе скисания бактерии превращают лактозу в молочную кислоту, снижая при этом уровень pH. Это вызывает разрушение поверхностного заряда на частицах жира, которые отделяются от молочной сыворотки и слипаются друг с другом, образуя простоквашу — коагулированное желе из молочного жира.
Изучая богатейшие золоторудные жилы месторождения Брюсджек (Brucejack mine) в Британской Колумбии, в которых содержание золота местами достигает 41,5 кг на тонну (!), авторы обнаружили свидетельства того, что главный фактор образования богатых залежей золота — переход на определенных этапах рудоносных растворов в коллоидное состояние с их последующей флокуляцией. При этом концентрация металла в исходных гидротермальных растворах может составлять всего несколько частей на миллиард.
Авторы предложили следующий сценарий. Заряженные наночастицы золота в коллоидном растворе до определенного момента отталкиваются друг от друга, но, когда они по каким-то причинам теряют заряд (например, в результате резкого изменения уровня рН), происходит флокуляция, и выпадающее желеобразное вещество заполняет трещины в породе, образуя богатые золотые жилы.
Для проверки работоспособности своей гипотезы исследователи создали в лаборатории золотоносные коллоидные растворы и с помощью метода просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) получили первые изображения наночастиц золота, а также задокументировали весь процесс заполнения трещин флокулированным агрегатом этих частиц.
Богатые участки месторождения Брюсджек обычно представляют собой скопления рудной минерализации размером от 1 до 30 см в кварц-кальцитовых жилах толщиной от 1 до 50 см и жильных роях (штокверках), а также в цементе жильных брекчий. Скопления сложены микроагрегатами электрума — природного сплава золота и серебра — с соотношением Au:Ag около 62:38. Для изучения материала жил методом ПЭМ авторы изготовили пять ультратонких пластин толщиной от 50 до 100 нм. Под электронным микроскопом ученые обнаружили в кальцитовой матрице жил вокруг сростков электрума многочисленные сферические наночастицы электрума диаметром от 5 до 15 нм, которые встречаются как в рассеянном виде, так и в виде агрегатов частиц.
Последние по своему строению удивительным образом напоминают более крупные сростки электрума, обладающие ветвящейся, дендритной структурой. Считается, что такие сложнокристаллические образования возникают при ускоренной кристаллизации в неравновесных условиях. Авторы отмечают, что полное подобие структур на нано- и макроуровнях согласуется с фрактальной природой коллоидных агрегатов, наблюдаемой в экспериментальных исследованиях, а также при компьютерном моделировании флокуляции коллоидов золота (рис. 2).
Рис. 2.а — участок богатой минерализации электрума (бонанца) в кварц-кальцитовой жиле в серицитизированных туфах (фото сделано в забое подземной горной выработки); b — наноразмерная кальцитовая (Cal) жила с агрегатами электрума (Elec) в серицитизированной (Ser) вмещающей породе (снимок получен методом ПЭМ). В нижней части жил видны сферические наночастицы электрума. Фото из обсуждаемой статьи в PNAS
Проведенные эксперименты показали, что на начальной стадии охлаждения гидротермальные растворы проходят фазу наночастиц. Обычно эта фаза недолговечна и быстро сменяется стадией кристаллизации, для которой характерен медленный рост кристаллов. Однако в неравновесных системах, например, когда кипящий флюид встречается с холодной жидкостью, или попадает в открытую полость, резкая смена физико-химических параметров — сброс давления (вскипание), охлаждение или смена кислотности — приводит к быстрой флокуляции металлических наночастиц из гидротермального флюида. При этом у атомов недостаточно времени, чтобы организоваться в кристаллы, и они формируют сферические агрегаты с минимальной площадью поверхности для данного объема.
Авторы считают, что такие условия могут возникать, например, в местах выхода кислых или почти нейтральных гидротермальных металлоносных растворов на морском дне, где они смешиваются с умеренно щелочной морской водой (рН 7,5–8,5). Ускоряют осаждение и присутствующие в морской воде катионные коагулянты (например, Na + ).
Результаты проведенного ранее исследования газово-жидких включений в кварце электрумсодержащих кварц-кальцитовых жил месторождения показали, что во время образования жил флюид вскипал (S. P. Tombe et al., 2018. Origin of the high-grade Early Jurassic Brucejack epithermal Au-Ag deposits, Sulphurets Mining Camp, northwestern British Columbia). Это подтверждают и изотопные данные серы в золотосодержащем пирите, а также широкое развитие в жильных зонах гидротермальных брекчий, формирующихся в условиях разрыва пород.
В раннеюрское время, когда образовались руды месторождения Брюсджек, район находился на континентальной окраине, в зоне долгоживущей островной дуги, где поднимающиеся к поверхности и вскипающие гидротермальные рудные флюиды могли смешиваться с морской водой. Авторы считают, что это смешение было основной причиной флокуляции и образования участков богатого золотого оруденения. Аналогичные процессы могли действовать и при образовании других золоторудных месторождений, для которых характерны жилы с бонанцами. Это, например, месторождения Балларат в Австралии, Серра Пелада в Бразилии или Ред-Лейк в Канаде.
Источник: Duncan F. McLeish, Anthony E. Williams-Jones, Olga V. Vasyukova, James R. Clark, Warwick S. Board. Colloidal transport and flocculation are the cause of the hyperenrichment of gold in nature // PNAS. 2021. DOI: 10.1073/pnas.2100689118.
