Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ РУБИНСОДЕРЖАЩИХ КАЛЬЦИФИРОВ

Изобретение относится к области геологии, разработки и использования месторождений полезных ископаемых и может быть использовано на различных этапах поисковых и геолого-разведочных работ, для выявления рубиновой минерализации. Рубин является драгоценной разновидностью минерала корунда (благородный корунд). Месторождения благородного корунда весьма редки. К наиболее важным коренным источникам благородного корунда относятся кальцифиры, содержащие рубиновую минерализацию. Для рубина и ассоциирующих с ним минералов характерны маломощные зоны развития минерализации, в пределах которых они образуют редкую рассеянную вкрапленность и отдельные гнезда. Такая форма локализации рубина затрудняет его поиск. В этой связи становится актуальной разработка новых поисково-оценочных методов, основанных на изучении свойств породообразующих минералов, сопутствующих рубину. Породообразующим минералом в кальцифирах, сопутствующих рубину, является кальцит. Известен способ диагностики рубинсодержащих кальцифиров с помощью рентгеноструктурного анализа, заключающийся в том, что для исследуемых проб породообразующего минерала кальцита снимают рентгенограммы, после расшифровки которых с использованием диагностических таблиц определяют, есть ли в этой пробе рубин (Михеев В.И. Рентгенометрический определитель минералов/М., Гос. Научно-техническое изд-во литературы по геологии и охране недр. - 1957 - С. 375-376). Недостатком этого способа является тот факт, что этим способом можно определить рубин только в том случае, если его содержание в пробе не менее одного процента. Известен также способ диагностики рубина с помощью люминесцентного анализа, когда о наличии рубина в исследуемой пробе породообразующего минерала судят по появлению интенсивных узких полос излучения Cr³⁺в спектральном диапазоне 690-700 нм под воздействием рентгеновского или оптического источника возбуждения. Дело в том, что ионы Cr³⁺, замещая ионы Al³⁺в структуре, являются центрами свечения в корунде (рубине). Недостатком данного способа является тот факт, что рубин образует редкую рассеянную вкрапленность среди вмещающих пород. При такой форме локализации редкая проба вмещающих пород может содержать вкрапления рубина даже в пределах месторождения или проявления рубина. Известен также минералогический способ обнаружения рубина, заключающийся в том, что визуально или с помощью микроскопа определяют минералы, сопутствующие рубину - индикаторы возможного оруденения (фуксит, хромдиопсид, хромтремолит), и по их присутствию делают вывод о наличии рубиновой минерализации (Россовский Л.Н., Коноваленко С.И., Ананьев С.А. Условия образования рубина в мраморах //Геология рудных месторождений. 1982. №2. С. 57-66). Недостатком этого способа является тот факт, что рубин и ассоциирующие с ним минералы (фуксит, хромдиопсид, хромтремолит) образуют редкую рассеянную вкрапленность в маломощных зонах развития минерализации и могут быть пропущены даже при детальном изучении вмещающих кальцифиров и мраморов. Известен также минералого-геохимический способ обнаружения рубиновой минерализации, заключающийся в том, что отбирают пробы кальцита, исследуют их химический состав на предмет обнаружения микропримесей Mg, Mn, Fe и по изменению их концентрации в кальцитах выделяют участки с рубиновой минерализацией. Авторами известного способа экспериментально было установлено, что рубинсодержащим прослоям свойственны минимальные концентрации всех основных элементов-примесей (Mg, Mn, Fe) в породообразующем кальците (Коноваленко С. И., Баженов В. А., Новгородцева Т. Ю. Использование методов кальцитометрии при поисках метаморфогенных месторождений рубина /Методические основы поисков и разведки нерудных полезных ископаемых: Межвузовский сборник научных трудов. Геология, поиски и разведка нерудных полезных ископаемых. /Ленинградский горный институт, Л. 1988. - с. 66-71 - прототип). В настоящее время концентрации элементов-примесей, т.е. химический состав породы, определяют с помощью трудоемких и дорогостоящих методов: рентгенофлюоресцентного анализа - РФА (в основе данного метода лежит зависимость интенсивности вторичного характеристического излучения от длины волны), масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой - ISP-MS (этот метод основан на использовании индуктивно-связанной плазмы в качестве источника ионов и масс-спектрометра для их разделения и детектирования) либо с помощью количественного спектрального анализа. В результате недостатком известного способа является сложная предварительная подготовка, большая затрата времени, большой объем исследуемого материала и средств на выполнение химического анализа.

Задачей настоящего изобретения является разработка экспрессного способа обнаружения рубинсодержащих кальцифиров с целью снижения себестоимости, повышения экспрессности и надежности предварительной оценки рубиновой минерализации.

Поставленная задача решается тем, что согласно прототипу осуществляется отбор монофракций кальцита из различных чередующихся участков кальцифиров, но в отличие от прототипа наличие рубиновой минерализации определяют по резкому ослаблению интенсивности излучения в спектрах люминесценции примесных ионов Mn²⁺в спектральном диапазоне длин волн 600-640 нм в пробах кальцита.

Выбор спектрального диапазона 600-640 нм обусловлен тем, что именно в этом диапазоне длин волн происходит высвечивание ионов Mn²⁺, замещающих кальций в структуре кальцита (Таращан А.Н. Люминесценция минералов. - Киев: Наукова Думка, 1978. - 298 с.). Авторами предлагаемого изобретения экспериментально установлена закономерность, заключающаяся в том, что пробы кальцита, взятые в зонах с рубиновой минерализацией, имеют полосу излучения Mn²⁺в спектрах люминесценции в спектральном диапазоне 600-640 нм, которая по интенсивности излучения на порядок слабее, чем в кальцитах, взятых за пределами рубиновой минерализации (Рис.1). На рис.1 даны спектры люминесценции кальцита, полученные при рентгеновском возбуждении (спектры рентгенолюминесценции). Из рис.1 видно, что интенсивность рентгенолюминесценции (РЛ) кальцита, взятого из зоны с рубиновой минерализацией, на порядок слабее, чем интенсивность рентгенолюминесценции кальцита, взятого из зоны без рубиновой минерализации. Данный факт может быть связан как с понижением концентрации примеси Mn²⁺в зонах с рубиновой минерализацией, так и с изменением кислотности-щелочности среды минералообразования непосредственно в этих зонах. Известно, что вхождению Mn²⁺на место Ca²⁺препятствует повышение щелочности среды минералообразования (Коржинский Д.С. Кислотно-основное взаимодействие в минералообразующих системах: избранные труды/М.: Наука,1994. - 223 с.), что находит отражение в спектре рентгенолюминесценции кальцита, заключающееся в том, что наблюдается заметное снижение интенсивности излучения примесных ионов Mn²⁺.

Примеры осуществления изобретения

Исследования проводились на образцах кальцита из месторождений благородного корунда Юго-Западного Памира, Бирмы и месторождения Ормизан (Тянь-Шанская складчатая область), Кальцит на люминесцентный анализ отбирался согласно чередующимся зонам в пределах зональных участков с предполагаемой рубиновой минерализацией и за их пределами. В качестве источника возбуждения люминесценции использовался аппарат УРС-55 и рентгеновская трубка БСВ-2. Получаемые при этом возбуждении спектры рентгенолюминесценции снимались с помощью монохроматора МДР-12. Интенсивность излучения дана в условных единицах. Причем 1 условная единица в данном случае примерно равна 10^-3 нит.

Пример 1

Отобрана проба кальцита (10 мг) из участка кальцифира с видимой рубиновой минерализацией на Юго-Западном Памире (проба 1) и другая проба кальцита (10 мг) - проба 2 - за пределами участка с рубиновой минерализацией. На обе пробы были получены спектры рентгенолюминесценции в спектральном диапазоне длин волн 550-700 нм. По интенсивному излучению пробы 2 в спектральном диапазоне 600-640 нм (до 150 усл.ед.) этот участок, где была взята проба 2, отнесен к безрудному, т.е. не несущему рубиновой минерализации. По слабому излучению пробы 1 в спектральном диапазоне 600-640 нм (до 15 усл.ед.), которое на порядок слабее излучения пробы 2, данный участок был отнесен к зоне с рубиновой минерализацией (Рис.1). Достоверность такого определения подтверждена непосредственной находкой минерала рубина в пределах участка, где была отобрана проба 1. Кроме того, достоверность такого определения была подтверждена минералого-геохимическим способом обнаружения рубиновой минерализации (Коноваленко С. И., Баженов В. А., Новгородцева Т. Ю. Использование методов кальцитометрии при поисках метаморфогенных месторождений рубина /Методические основы поисков и разведки нерудных полезных ископаемых: Межвузовский сборник научных трудов. Геология, поиски и разведка нерудных полезных ископаемых. /Ленинградский горный институт, Л., 1988. - с. 66-71). Исследовался химический состав проб 1 и 2 на предмет обнаружения микропримесей Mg, Mn, Fe, по изменению концентрации которых в кальцитах ранее выделялись участки с рубиновой минерализацией. Низкие содержания Mg (0,12%), Mn (0,003%) в пробе 1 подтвердили принадлежность этой пробы к зоне проявления рубиновой минерализации. Повышенные содержания Mg (6,8%), Mn (0,018%) в пробе 2 подтвердили принадлежность этой пробы к безрудной зоне, т.е. к зоне без проявления рубиновой минерализации. Содержание элементов-примесей было определено количественным спектральным анализом в научно-исследовательской лаборатории геолого-географического факультета ТГУ (аналитик Цымбалова Е.М.).

Пример 2

Приготовили две пробы кальцита (П-3 и П-4) из зон с возможной минерализацией (Юго-Западный Памир). На приготовленные пробы были получены спектры рентгенолюминесценции. По очень слабому излучению кальцита в спектральном диапазоне 600-640 нм (до 23 усл.ед), сопоставимому со слабоинтенсивным излучением пробы 1 из примера 1, отнесли этот участок, где были взяты пробы П-3 и П-4, к зоне проявления рубиновой минерализации (Рис.2). Достоверность такого выделения была подтверждена аналитическими данными, аналогичными примеру 1. Низкие содержания Mg (0,12-0,13%), Mn (0,003%) в пробах кальцита П-3 и П-4 подтвердили принадлежность этих проб к зонам проявления рубиновой минерализации.

Пример 3

Приготовили три пробы кальцита (по 10 мг) из зоны среднезернистого, сахаровидного серовато-белого кальцифира с графитовой минерализацией (месторождение Ормизан) - пробы Ор-5, Ор-6, Ор-7. На приготовленные пробы были получены спектры рентгенолюминесценции. По очень слабому излучению кальцита в спектральном диапазоне 600-640 нм (от 8 до 11 усл.ед.) во всех трех пробах, которое по интенсивности излучения сопоставимо со слабоинтенсивным излучением проб 1, П-2, П-3 и более чем на порядок уступает пробам 2 (Пример 1), Ор-8 и Ор-9 (Пример 4), эта зона, где были взяты пробы Ор-5, Ор-6, Ор-7, отнесена к зоне, несущей рубиновую минерализацию (Рис.3). Достоверность такого определения подтверждена данными люминесцентного анализа. Из рис.3 следует, что в спектре одного из образцов (проба Ор-5) зафиксировано излучение Cr³⁺в диапазоне 690-700 нм, что свидетельствует о присутствии рубина в пробе Ор-5 в виде примеси.

Пример 4

Приготовили две пробы кальцита (по 10 мг), взятого из зоны серовато-кремового кальцифира, имеющего мелко-среднезернистую структуру (месторождение Ормизан) - проба Ор-8 и проба Ор-9. На обе пробы были получены спектры рентгенолюминесценции в спектральном диапазоне длин волн 550-700 нм. По очень интенсивному излучению кальцита в спектральном диапазоне 600-640 нм (200-270 усл.ед.), сопоставимому с люминесценцией пробы 2 (Пример1), эта зона, где были взяты пробы Ор-8 и Ор-9, отнесена к безрудной, т.е. не несущей рубиновой минерализации (Рис.4). Достоверность такого определения подтверждена данными минералого-геохимических исследований, изложенными в примере 1. Повышенные содержания Mg (6-11%), Fe (0,3-0,7%), Mn (0,018%) в пробах Ор-8 и Ор-9 подтвердили принадлежность этой пробы к безрудной зоне, т.е. к зоне без проявления рубиновой минерализации.

Пример 5

Приготовили пробу кальцита Б-1 (10 мг) из зоны кальцифиров с предполагаемой рубиновой минерализацией (Бирма). На приготовленную пробу получили спектр рентгенолюминесценции в оптическом диапазоне длин волн. По очень слабому излучению кальцита в спектральном диапазоне 600-640 нм, которое по интенсивности излучения сопоставимо со слабоинтенсивным излучением проб 1, П-2, П-3, Ор-5, Ор-6, Ор-7 и более чем на порядок уступает пробам 2 (Пример 1), Ор-8 и Ор-9 (Пример 4), эта зона, где была взята проба Б-1, отнесена к зоне, несущей рубиновую минерализацию (Рис.5). Достоверность такого определения подтверждена минералогическим способом, т.е. непосредственной находкой минерала рубина в пределах участка, где была отобрана проба Б-1.

Таким образом, предложенный способ позволяет быстро и надежно на малом количестве исследуемого материала определить участки с рубиновой минерализацией.