ИОННО-ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЛИТОХИМИЧЕСКИХ ПОИСКОВ ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ION-POTENTIOMETRIC METHOD OF LITHOCHEMICAL PROSPECTING FOR GOLD-ORE DEPOSITS

Изобретение относится к способам физико-химического анализа суспензий, приготовленных из почвенных проб, и может быть использован при поисках месторождений полезных ископаемых.
Известен «НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ И КОЛИЧЕСТВЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ РЕДКИХ И РАССЕЯННЫХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ, РУДАХ И ПРОДУКТАХ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ» RU 2370764 [2], основанный на химическом анализе пробы, химическому анализу подвергают раствор, приготовленный из пробы исследуемых объектов горных пород и деионизированной воды, который проводят методом масс-спектрометрии и одновременно на определение их количественного содержания, при достижении величин пределов обнаружения, мкг/л: 0.01 (Au), 0.02 (Pt), 0.03 (Pd), 0.005 (Ag), 0.005 (Rh), 0.02 (Ru), 0.006 (Ir), 0.006 (Re), 0.003 (Tl), 0.03 (Cd), 0.04 (Hg), 0.1 (Те), 0.01 (Sb), 0.06 (As), 0.03 (Ge), 0.01(Ga), 0.03 (Mo), 0.03 (W), 0.001 (U), 0.6 (Se), 0.005 (Bi), 0.01 (In), 0.03 (Sc).
Недостатком устройства является высокая трудоемкость способа и чрезмерное количество данных для обработки.
Наиболее близким техническим решением является «Способ определения металлогенической специализации кор выветривания» RU 2065187 [1], включающий отбор почвенных проб, физико-химический (лабораторный) анализ проб, определения в них концентрации элементов-индикаторов.
Недостатком является высокая трудоемкость и низкая скорость проведения анализов, низкая воспроизводимость, низкая релевантность при интерпретации результатов.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является уменьшение трудоемкости и повышение скорости (экспрессности) проведения анализов, повышение воспроизводимости анализов, повышение релевантности результатов.
Технический результат достигается тем, что ионно-потенциометрический способ литохимических поисков золоторудных месторождений, включающий отбор почвенных проб, физико-химический (лабораторный и полевой) анализ проб, характеризуется тем, что для каждой пробы определяются потенциалы pH и Eh, значения которых используются для дальнейшего графического анализа. Графический анализ может проводиться, например, путем сопоставления значений pH и Eh по результатам лабораторного и полевого анализа проб в соответствующих точках наблюдения, выделения аномальных значений с отрисовкой изолиний и построением графиков и т.д.
Пробы возможно высушивать до воздушно сухого состояния, просеивать через сито 0,25 мм, готовить почвенную (породную) суспензию из фракции менее 0,25 мм путем смачивания пробы дистиллированной водой в соотношении 1:1 (20 г пробы на 20 мл воды) при Т=25 ºС, после перемешивания суспензию отправляют на анализ. Указанный способ позволяет минимизировать погрешности воспроизводимости анализа за счет уменьшения влияния погодных условий при отборе проб.
Для графического анализа может использоваться нормированный по фону показатель pH/Eh, обладающий высокой релевантностью и информационной способностью.
Измерения возможно производить в лаборатории ионоселективными электродами и непосредственно на месте отбора проб портативными pH-Eh-мерами, что позволит дополнительно снизить влияние помех на результат и повысить релевантность результатов.
Область применения.
Поиски золоторудных месторождений в различных геологических и ландшафтно-геохимических условиях, в том числе скрытых месторождений залегающих на глубинах 150-200 м от дневной поверхности, а также перекрытых чехлом дальнеприносных (аллохтонных) отложений мощностью до 50 м.
Возможна также оперативная оценка выявленных в предыдущие годы геохимических аномалий на золоторудных полях.
Пример использования предлагаемого способа:
1. Производят отбор рыхлых почвенных проб с глубины 20 см. Расстояние между точками отбора проб в зависимости от масштаба литохимических поисков составляет от 20 м (масштаб 1:10 000) до 50 м (масштаб 1:50 000). Масса отбираемой пробы 100-150 г
2. Производят высушивание проб до воздушно сухого состояния и просеивание через сито 0,25 мм.
3. Для анализа готовится почвенная суспензия из фракции менее 0,25 мм путем смачивания пробы дистиллированной водой в соотношении 1:1 (20 г пробы на 20 мл воды) при Т=25 ºС. После перемешивания суспензия отправляется на анализ.
4
3
4
+
+
+
2+
-
-
2-
4. Аналитические измерения проводились на отечественных потенциометрах типа И-115М и ЭУ-74 с помощью серийных ионоселективных электродов. Для замеров использовались стеклянные ионоселективные электроды, обладающие высокой чувствительностью анализа для целого ряда катионов и анионов: NH, K, Na, Ca, Cl, Br-, J-, NO, SO , а также потенциалов pH и Eh.
о
Ионоселективный электрод (ИСЭ) представляет собой электрохимическое устройство, основным элементом которого является мембрана, проницаемая только для определенного иона. На межфазной поверхности ионоселективной мембраны и анализируемым раствором происходят процессы взаимодействия (как правило, ионообменные), результатом которых является возникновение разности потенциалов на указанной границе раздела. Измерение концентраций определяемого иона проводится по значению электродвижущей силы (ЭДС) гальванического элемента, составленного находящихся в контакте исследуемого и стандартного растворов, в каждый из которых погружены идентичные ИСЭ. Концентрация определяемого иона в стандартном растворе С точно известна. Для измерений гальванический элемент составляют из ИСЭ и электрода сравнения (в нашем случае, хлорсеребряного), которые сначала погружают в стандартный, а затем в исследуемый раствор; разность соответствующих ЭДС равна Е. Искомую концентрацию С вычисляют по уравнению:
o
lgC = z·E/q + lgC,
где  z – заряд иона, q – изотермическая постоянная (при 25 ºС она равна 58,5 мВ).
5. Результаты анализа проб отображаются на геологических картах в виде изолиний и различных графиках. Для каждого иона и потенциала составляется отдельная карта и (или) график. Если доказана большая информативность многомерных аномалий, то такие же карты и графики строятся и для них.
6. Объектом интерпретации является ионно-потенциометрическое поле в целом и его локальные аномалии. При анализе полученных геохимических карт важен учёт особенностей геохимического поля, ландшафтных и геологических условий, мощности и состава рыхлых отложений, изменений параметров геохимического фона, соотношений между концентрациями ионов и т.п. Для выявления информативных признаков золотого оруденения производится математическая обработка имеющихся данных, в частности расчет коэффициентов корреляции, мультипликация концентраций для усиления контрастности аномалий и т.д.
К примеру, над золоторудными месторождениями в почвах отмечены скачки потенциалов pH и Eh, обязанные своим происхождением процессам метасоматических преобразований рудовмещающих пород. В результате корреляционного анализа между потенциалами установлена отрицательная (обратная) корреляционная связь. Для усиления контрастности выявленной аномалии каждый из потенциалов нормируется на их локальный фон и рассчитывается безразмерный показатель отношения pH/Eh.
Расчеты основных параметров и характеристик аномалий (фоновые, нижние аномальные концентрации, стандартные множители, контрастность, размеры аномалий) осуществляются по общепринятой методике («Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений», 1983 г.) [3].
7. Полученные результаты литохимических поисков ионно-потенциометрическим методом заканчиваются оценкой выявленных аномалий. Оценка аномалий слагается из трех последовательных операций: 1) предварительная классификация аномалий по типам и ожидаемой степени перспективности; 2) геологический осмотр аномалий на местности с контрольно-детализационным пробоотбором; 3) окончательная оценка аномалии и рекомендациями по производству дальнейших работ или ее обоснованная отбраковка.
Ионно-потенциометрический метод апробирован в районах распространения ведущих в бывшем Союзе геолого-промышленных типов золотого оруденения: золотокварцевого (Центрально-Колымский район), золотосульфидно-кварцевого (Северный Казахстан), золотосульфидного (Восточный Казахстан, Урал, Узбекистан) и золотосеребряного (Охотско-Чукотский вулканогенный пояс, Омолонский массив, Закарпатье). Для них характерны различные ландшафтные обстановки (горно-таежные, степные, полупустынные), а также разнообразные геологические условия развития геохимических и ионно-потенциометрических аномалий (современный элювио-делювий, древние коры выветривания, площади перекрытые чехлом  аллохтонных отложений и т.д.). В ряде случаев ионно-потенциометрический метод способствовал выявлению новых рудоносных площадей и вскрытию новых промышленных рудных тел.
Установлено, что в зависимости от рудно-формационной принадлежности золоторудные объекты идентифицируются своим набором и соотношением ионов и потенциалов.
Золотокварцевые месторождения в углеродисто-терригенных толщах характеризуется аномалиями потенциалов  pH и Eh. Присутствие в почвенных растворах над рудными зонами изученных объектов повышенных концентраций щелочных и щелочноземельных элементов (Ca, Mg, Na), являющихся сильными восстановителями, приводит к падению Eh растворов с одновременным разложением воды и выделением из нее водорода. В этом случае (например, для карбоната кальция) в почвенных растворах в пределах  рудных зон, будет широко представлена буферная система из угольной кислоты и ее кальциевой соли – бикарбоната кальция, образование которых протекает по следующей общей схеме:
3
2
2
3
2
CaCO + HO + CO = Ca (HCO)
3
2
2
3
2+
Ca (HCO) + 2H+ = Ca + 2HCO
3
2
3
3
2
CaCO + HCO = Ca (HCO)
2
3
3
2+.
Щелочная обстановка конечных продуктов реакции определяется соотношением бикарбоната кальция к его карбонату. Образующаяся угольная кислота (HCO) полностью нейтрализуется CaCO, вследствие чего в почвенных растворах  наблюдается дефицит иона H+ (повышение pH) и избыток ионов Ca
Золотокварцевые месторождения Центральной Колымы (Наталкинское, Омчак, Декдекан и др.) фиксируются аномалиями потенциалов pH и Eh. В пределах рудных зон отмечается повышение pH до 7,5-8,5 (щелочная реакция среды) при фоновых значениях 5,6±0,64 (слабокислая реакция среды). Окислительно-восстановительный потенциал на фоновых участках характеризуется величиной Eh  338±52 мВ. В рудных зонах Eh понижается до 170-200 мВ.
Для усиления потенциометрических аномалий предлагается рассчитывать нормированный по фону каждого из потенциалов показатель отношения pH/Eh. Результаты геохимической съемки Наталкинского рудного поля (Центрально-Колымский район) показаны на: рис.1 – Au, рис. 2 – pH/Eh, где:
1- гидросеть с точками отбора проб;
2 - рудные зоны месторождения;
3 - Au>1 г/т;
4 - Au-0,1-1 г/т;
5 - Au-0,01-0,1 г/т;
6 - pH/Eh > 2;
7 - pH/Eh - 2-1,7;
8 - pH/Eh -1,7-1,5.
В восточной части Наталкинского рудного поля по контуру показателя pH/Eh по результатам геохимической съемки 1987 г. на площади прямо в полевых условиях был выделен потенциально рудоносный участок. Последующая постановка полного комплекса геологических и геохимических методов позволила наметить перспективные на обнаружение рудных тел Наталкинского типа аномальные зоны и представить обоснование для проведения буровых работ. Пробуренными скважинами на участке Купольном было вскрыто промышленное золотое оруденение, уже введенное в эксплуатацию.
Береговское рудное поле показано на:
рис. 3 – проекция основного рудного тела,
рис. 4 – содержание в пробах Au, Hg,
рис. 5 – pH/Eh, где:
9 – эффузивные фации экструзии риолитов;
10 - риолиты и их туфы;
11 – аргиллиты, песчаники;
12 – туфы кислого состава;
13 – разлом в борту вулканно-тектонического грабена;
14 – проекция жильных, жильно-прожилковых рудных тел;
15 – проекция золотоносных штокверков;
16 – вторичный ореол рассеяния Au > 0,01 г/т:
17 – вторичный ореол рассеяния Hg > 1 г/т,
18 – профиль pH/Eh > 1,2;
19 – профили опробования;
20 – вторичный ореол рассеяния по данным pH/Eh.
Береговское рудное поле (золотосеребряный формационный тип) расположено во внутренней зоне Восточных Карпат. Рудные тела, находящиеся в «слепом» залегании,  представлены жилами и штокверками. Жильные тела расположены на глубинах 100 - 350 м. Они сопровождаются ореолами анкерита (магнезиально-железистый карбонат). Интенсивность анкеритовой минерализации составляет до 50% от объема вмещающих пород. Развитие карбонатной минерализации в надрудном части (до 10%) приводит к возрастанию pH над жильными телами до 8,0-8,5 при фоне 6,3±0,59 и падению Eh до 180-210 мВ при фоне 293±64 мВ. Отчетливая аномалия pH/Eh фиксируются над проекцией основного промышленного рудного тела, верхняя кромка которого находится на глубине 150-200 м от дневной поверхности. Мощность перекрывающих делювиальных отложений на этом участке составляет 5-10 м. Максимальное зафиксированное значение показателя pH/Eh 2,5. Над «слепыми» рудными телами отмечаются также вторичные ореолы рассеяния золота и ртути.
Месторождение Бакырчик (участок Дальний) золотосульфидной формации располагается в Восточном Казахстане.
Данные исследования отражены на рис.6, где:
21 – карбонат-кварцевые ореолы прожилковой нерудной минерализации;
22 – существенно карбонатные ореолы прожилковой нерудной минерализации;
23 – рудные тела;
24  – тектонические нарушения;
25 – скважины;
26 – элювиально-делювиальные отложения;
27 – углеродисто-песчано-сланцевая толща.
Вмещающие породы представлены углеродсодержащими алевролитами, песчаниками и аргиллитами. «Слепые» золотосульфидные рудные тела отмечаются аномалией потенциометрического показателя pH/Eh. По мере приближения к рудным зонам в надрудной пачке появляются участки более интенсивного развития кварц-карбонатных прожилков (10-20% от объема вмещающих пород), состав которых меняется в сторону увеличения карбоната. На изученном участке литохимическими съемками были выявлены лишь локальные аномалии  ртути и слабоконтрастные ореолы мышьяка.
Открытые горно-складчатые районы являются наиболее благоприятными для развития остаточных (механических) ореолов рассеяния. В этих условиях преимущества ионно-потенциометрического метода заключается в том, что он позволяет непосредственно в поле уточнять контуры перспективных участков и даже фиксировать выходы рудных тел.
Более сложные условия для поисков и оценки золотого оруденения возникают в условиях развития ослабленных ореолов рассеяния рудных элементов. Ионно-потенциометрические индикаторы, обладая высокой подвижностью в зоне гипергенеза, формируют в рыхлом чехле достаточно контрастные аномалии.
Технический результат – уменьшение трудоемкости и повышение скорости проведения анализов достигается за счет исключения длительной химической пробоподготовки для анализа. Способ характеризуется производительностью 80-100 проб за смену. Технический результат – повышение воспроизводимости анализов достигается тем, что замеры pH и Eh  могут производиться в различных условиях, непосредственно на месте отбора проб (в точке наблюдения) и в лаборатории.
Высокоинформативные компоненты, обладая высокой подвижностью в зоне гипергенеза, способны формировать аномалии над погребенными золоторудными месторождениями при мощности перекрывающих отложений в десятки метров, а также образовывать аномалии в самых верхних надрудных частях месторождений, что важно при поисках «слепых» глубокозалегающих объектов. Технический результат – повышение релевантности результатов достигается возможностью прогноза типа ожидаемого золотого оруденения по характерному набору и абсолютным значениям концентраций ионно-потенциометрических индикаторов.
Промышленная применимость. Заявляемое изобретение может с успехом применяться для поисков скрытых месторождений, в частности, золота.