WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

  На правах рукописи

РОМАНОВ  Валерий Григорьевич

ЗОНАЛЬНОСТЬ И ПРОГНОЗНАЯ  ОЦЕНКА ЭНДОГЕННЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ОСНОВЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ТЕРМОЭДС И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ СУЛЬФИДОВ

Специальность  25.00.11 – Геология, поиски и разведка твердых

полезных ископаемых, минерагения

                       

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора геолого-минералогических наук

Улан-Удэ  2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Читинский государственный университет»

Федерального агентства по образованию

Научные консультанты: доктор технических наук, профессор

                                        Секисов  Геннадий Валентинович

                               доктор геолого-минералогических наук,  профессор

                                      Юргенсон Георгий Александрович

Официальные

оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,  профессор

                                      Сальников Владимир Николаевич

                                        доктор геолого-минералогических наук                                        Татаринов Александр Васильевич

доктор геолого-минералогических наук                                         Павленко Юрий Васильевич

                                                                             

                             

Ведущая организация         Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе

Защита состоится  26 мая 2011 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 003.002.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Геологическом институте СО РАН по адресу: 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, д. 6а.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, д. 6а, ученому секретарю диссертационного совета Д 003.002.01.

Факс: (301-2) 43-39-55; E-mail: meta@gin.bscnet.ru

C диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Геологического института СО РАН

Автореферат разослан « ____» ___________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. геол-минерал. наук  Смирнова О.К.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

       

Актуальность проблемы исследования. Выявление скрытой зональности и прогноз оруденения эндогенных месторождений, а также решение частных геолого-минералогических задач для этих целей в значительной степени связаны с развитием физических, электрофизических, физико-химических методов исследования горных пород, руд и минералов. В последние годы в развитии наук, изучающих геологическое вещество и рудные месторождения, произошли существенные изме­нения, связанные с современными достижениями минералогии, физики минералов, кри­стал-лохимии и особенно – с развитием новых физических методов исследований, которые позволили поднять изучение минералов и горных пород на принципиально новый уровень.

Минералы тонко реагируют на измене­ния внешних физико-химичес-ких условий. При этом в их составе, строении и свойствах отражаются все сведения об условиях их образования и последующей исто­рии. Зависимости свойств реальных кристаллов минералов от геологических условий их образования, доступные для изучения, являются основой учения о типоморфизме минералов, а также основой их широкого применения в минерагенических исследованиях.

Сведения, получаемые в результате исследований минералов совре-менными методами, могут быть использованы в различных целях – для оценки физико-химической обстановки образования минералов и руд, выявления новых поисковых и оценочных критериев, основанных на спе­цифических особенностях минералов и их ассоциаций, выращивании кристаллов с заданными свойствами и др.

Важнейшим этапом освоения месторождения является оценка его продуктивности. Поскольку концентрирование вещества в рудном теле зависит от физико-химических условий среды минералообразования и, в частности, термоградиента, то их пространственно-временная изменчивость находит отражение в зональности различных уровней (минерала, рудного тела, месторождения, рудного поля, рудного узла). В поисковой и геологоразведочной практике для расшифровки закономерностей зонального развития минерализации и надежной оценки перспективности рудопроявлений и месторождений используются структурные, структурно-минералогические, геофизические, геохимические и др. региональные и локальные критерии.

Одними из современных эффективных критериев, позволяющих выя-вить рудную зональность, являются критерии, основанные на электрофизи-ческих свойствах сквозных рудных сульфидных минералов, отражающих изменчивость их электронной структуры в зависимости от условий процесса рудообразования. Как показал накопленный опыт исследования этих сво-йств, наиболее информативными из них являются термоэлектрические, электропроводность, фотоэлектрические и др. В исследовательской и производственной практике решения геолого-минералогических задач наибольшее распространение получили исследования термоЭДС и электропроводности рудных сульфидных минералов, причем более обширную информацию дают исследования  этих свойств в режиме непрерывно повышающейся температуры образца минерала или его локальной зоны, так называемые температурные исследования.

В связи со сказанным актуальность исследования определяется, как ми-нимум, тремя аспектами. Во-первых, это привлечение электрофизических ме-тодов исследования, которые, обеспечивая проникновение на микроуровень строения минералов, способствуют получению качественно новой информации об изменчивости среды формирования минерализации.

Во-вторых, оно способствует выявлению таких параметров минералов, которые наиболее контрастно изменяются в пространстве рудных объектов и контрастно отображают изменения минералообразующей среды, что в конечном итоге позволит разработать более достоверные критерии выявления зональности и оценки рудных объектов.

Третьим аспектом является адаптация этих методов и параметров к массовой практике геолого-минералогических исследований, т.е. разработка экспрессных методов и лабораторно-полевого аппаратурного комплекса, обе-спечивающих необходимую достоверность выявления зональности и прогнозных оценок рудных объектов. Реализация этого направления предопределяет создание автоматизированных информационных систем сбора и обработки геолого-минералогической информации.

Таким образом, в изложенной постановке этот комплекс задач является весьма актуальной научно-технической проблемой современной минерагении.

Объектом исследований являются сульфидные минералы рудных ме-сторождений Восточного Забайкалья.

Предмет исследований – температурные параметры термоЭДС и эле-ктропроводности1 сквозных сульфидных минералов, их изменчивость на уровне отдельных минералов, парагенетических ассоциаций, рудных тел и месторождений, аппаратурно-методические комплексы и автоматизированные информационные системы для исследования термоЭДС и электропроводности минералов.

Основная идея работы состоит в обосновании возможности использования температурных параметров термоЭДС и электропроводности скво-зных сульфидных минералов в целях выявления зональности рудных объектов для оценки их продуктивности и прогноза, а также решения других сопутствующих геологических задач. Предпосылкой такой возможности являются установленные причинно-следственные связи в системе «условия образования-состав-свойства» этих минералов.

Целью диссертационной работы является разработка научно-мето-дических основ и технических средств использования температурных параметров термоЭДС и электропроводности сульфидных минералов для выявления зональности и прогноза оруденения в эндогенных месторождениях, а также решения ряда сопутствующих геолого-минералогических задач.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи.

1. Обоснование принципиальной возможности использования температурных исследований термоЭДС и электропроводности сквозных рудных минералов для решения прогнозно-поисковых задач. 

2. Выявление и экспериментальное обоснование контрастных температурных параметров термоЭДС и электропроводности сквозного пирита для картирования зональности рудных объектов и на их основе разработка экспрессных методов ее выявления.

3. Проверка эффективности установленных критериев выявления зональности на известных месторождениях, путем сопоставления  полученной зональности с зональностью распределения продуктивных рудных ассоциаций.

4. Экспериментальное обоснование возможности использования температурных параметров термоЭДС и электропроводности для расшифровки стадийности процесса рудообразования и генетической принадлежности рудных минералов.

5. Разработка методики экспрессных автоматизированных измерений температурных параметров термоЭДС и электропроводности рудных минералов, а также аппаратурно-технического комплекса, обеспечивающего определение значений этих параметров в полевых и стационарных лабораторных условиях.

6. Разработка и практическая реализация структурной схемы автоматизированного рабочего места на основе ПК, обеспечивающего автоматизированные измерения электрофизических и других параметров рудных минералов, формализацию и ввод описательной геолого-минералогической информации, статистическую обработку данных, получение данных для формирования моделей рудных объектов.

Методы исследований. Использован комплекс основных методов: анализ и обобщение ранее выполненных исследований в рассматриваемой области; теоретические и экспериментальные исследования, которые базируются на фундаментальных достижениях экспериментальной минералогии, физики твердого тела (теории электропроводности и термоЭДС минералов-полупроводников), физики минералов. Фактурологической основой обобщений и выводов явились фондовые и опубликованные материалы по месторождениям Восточного Забайкалья, а также собственные  экспериментальные исследования, включающие более 3000 зондовых измерений термоЭДС и 200 – электропроводности минералов, более 400 измерений интегральной зависимости термоЭДС и 300 – температурной зависимости электропроводности, а также данные других авторов: 27 определений ЭДС Холла, выполненных В.М. Лапушковым, анализы 30 аншлифов на электронном микроскопе В.Н. Аношкина и Н.А. Вьюновой. В работе использовались образцы минералов из коллекций Г.А. Юргенсона, В.И. Красникова, В.А. Суматохина, П.М. Аносова, В.Ф. Атрошкина, А.В. Рогова, Н.И. Ванина, О.И. Широкого, которым автор выражает искреннюю благодарность.

Автором также использованы лабораторные и полевые минералогические и геологические методы исследования рудных минералов; микроскопические методы диагностики минералов, методы статистической обработки результатов экспериментов, методы автоматизации эксперимента и построения автоматизированных рабочих мест.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Основой практического использования электрофизических параметров сульфидных минералов является теоретически обоснованная и экспериментально подтвержденная их взаимосвязь с основными факторами минералообразования, определяющими вещественный состав минералов, соотношение матричных компонентов, состав и содержание в них изоморфных примесей.

2. Для рудных месторождений со сквозным  пиритом только дырочного типа проводимости контрастным индикатором рудной зональности являются значения температурных приращений коэффициента термоЭДС, а для месторождений с пиритом электронного типа проводимости – величины температурного коэффициента электропроводности. Установленная зональность в изменении этих параметров коррелируется с зональностью в распространении минеральных ассоциаций.

3. Температурные исследования термоЭДС и электропроводности сквозных сульфидных минералов, отобранных в пределах рудных объектов, позволили получить значения электрофизических параметров этих минералов, установить векторы их изменений и рассчитать значения градиентов, отражающих физико-химические изменения минералообразующей среды. Они служат индикаторами рудно-геохимической зональности и предлагаются в качестве критериев оценки глубины распространения оруденения и его эрозионного среза.

4. Установленные различия в температурных параметрах термоЭДС и электропроводности одних и тех же сульфидных минералов, образовавшихся на различных этапах и стадиях рудообразования, позволяют использовать их при расшифровке стадийности формирования месторождения, а также разделять рудные минералы по генетической принадлежности, а различных рудных минералов – для диагностических целей и их типизации по критерию «характер зависимости σ(Т)».

5. Разработанные технические средства для определения электрофизических параметров рудных минералов непосредственно в обнажениях и горных выработках, а также лабораторные автоматизированные системы для температурных исследований термоЭДС и электропроводности рудных минералов представляют оптимизированный аппаратурно-методи-ческий комплекс, позволяющий экспрессно получать информацию об изменчивости значений электрофизических параметров на уровне отдельных  минералов и их агрегатов, рудных тел  и месторождений.

Экспрессность температурных параметрических измерений достигается за счет использования нестационарного теплового режима измерений, при этом управление экспериментом, сбор данных и их статистическая обработка, представление результатов в графическом виде осуществляются автоматизированной системой на основе ПК.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается результатами удовлетворительной сходимости теоретических положений физики минералов с результатами лабораторных и большим объемом экспериментальных исследований; положительным эффектом внедрения результатов исследований в научных и производственных организациях. В плане решения прогнозно-оценочных задач на основных стадиях геолого-раз-ведочных работ достоверность обеспечивается корректным научным обоснованием выявленных закономерностей, а также положительными результатами практического использования исследований электрофизических параметров рудных минералов с подтверждением их экономической эффективности.

Достоверность параметрических измерений подтверждается результатами специальных исследований погрешностей измерения параметров, проведенных в рамках НИР отраслевого уровня.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Установлены параметры температурных зависимостей термоЭДС и электропроводности рудных минералов, контрастно отражающие изменения минералообразующей среды.

2. Обоснована возможность использования значений и векторов изме-нений температурных параметров термоЭДС и электропроводности для выявления физико-химической зональности среды формирования минералов в процессах рудогенезеза,  на основе этой зональности предложены критерии оценки прогнозных параметров рудных объектов.

3. Для рудных объектов, на которых сквозной пирит представлен только одним типом проводимости, установлена коррелируемость выявленной зональности электрофизических свойств с зональностью распределения продуктивных минеральных ассоциаций.

4. Обоснована возможность использования контрастных температурных параметров термоЭДС и электропроводности одних и тех же минералов, образовавшихся на различных этапах и стадиях минералообразования в пределах одного месторождения, для расшифровки стадийности процессов рудообразования и генезиса руд. 

5. Разработан экспрессный способ определения пробности самородного золота на основе его температурных параметров термоЭДС.

6. Разработана методика экспрессных измерений температурных параметров термоЭДС и электропроводности сульфидных минералов и автоматизированный лабораторно-полевой аппаратурный комплекс для таких измерений, что позволяет минимизировать затраты временных ресурсов, повысить достоверность получаемых данных и на этой основе повысить эффективность изучения рудного объекта.

7. Разработано, практически реализовано и апробировано двухуровневое профессионально-ориентированное автоматизированное рабочее место для электрофизических и других исследований минералов и горных пород.

Личный творческий вклад автора заключается в следующем:

– на уровне изобретений разработаны методики экспериментальных исследований и интерпретации результатов определения температурных параметров термоЭДС и электропроводности сульфидных минералов в нестационарном тепловом режиме;

– на уровне изобретений разработаны два способа выявления зональности рудных месторождений, основанных на пространственно-временной изменчивости температурных параметров термоЭДС и электропроводности сквозного пирита на примерах Сорского медно-молибденового (пирит n-типа проводимости) и Уконикского золоторудного (пирит р-типа) месторождений;

– установлены электрофизические критерии отличия гидротермального жильного арсенопирита от метасоматического Средне-Голготайского золоторудного месторождения, позволившие  использовать их при расшифровке стадийности процессов рудообразования;

– выявлены критерии различия  пиритов осадочно-диагенетического и гидротермального генезиса, позволившие использовать их при оценке продуктивности золотоносных россыпей Берелехского золотоносного района;

– разработана методика определения пробности самородного золота на основе измерения его температурной зависимости термоЭДС;

– участие в разработке экспрессного автоматизированного на основе ПК измерительного аппаратурного комплекса и его адаптации для исследования электрофизических параметров рудных минералов;

– на уровне изобретений созданы полевые приборы для определения термоэлектрических параметров сульфидных минералов;

– осуществлена адаптация автоматизированной системы обработки и анализа изображений к решению геолого-минералогических задач;

–  участие в разработке экспресс-метода определения качественного элементного состава образцов руд;

– разработана концепция построения двухуровневого автоматизированного рабочего места для исследований электрофизических и других свойств минералов, разработаны его базовые компоненты: информационный, технический и программный;

– внедрены методика и аппаратура для реализации электрофизичес-ких исследований в производственные и научно-исследовательские организации геологической отрасли.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке методико-аппаратурного автоматизированного комплекса для исследований сульфидных минералов, созданного в виде профессионально-ориентированного автоматизированного рабочего места.

Комплекс ориентирован на реализацию исследований электрофизических свойств минералов для решения прикладных геолого-минералогических задач: выявления зональности рудных объектов и оценки их продуктивности; расшифровки стадийности процесса рудообразования, идентификации рудных минералов различного генезиса и т.п. Комплекс оснащен экспресс-ме-тодом определения качественного элементного состава образца, а также монохроматическим устройством обработки и анализа изображений, способствующих решению названных задач.

Он может также использоваться и для решения других задач горно-геологической отрасли: геофизических, минералогических, технолого-мине-ралогических применительно к практике обогащения руд, например, использование взаимосвязи флотационных и электрофизических свойств минералов для оценки технологических показателей руд  и др.

Идеи, методы, технические решения, изложенные в диссертации, имеют практическую значимость в учебном и научно-исследовательском процессах при обучении по направлениям «Геология рудных месторождений», «Минералогия», «Геофизика», «Обогащение полезных ископаемых».

Реализация результатов работы. Разработанные методики и аппаратура для исследования электрофизических параметров минералов испо-льзованы при решении геологоразведочных,  минералогических, технологических и др. задач в 14-ти производственных и научных организациях: Хасынской геофизической экспедиции ПГО «Севвостгеология», Красноярском отделении СНИИГГИМСа, геолого-съемочной экспедиции ПГО «Иркутскгеология», ЦНИГРИ, ВИМСе, Ленинградском горном институте, КТЭ ПГО «Красноярскгеология», ЦНИИОлово, ВНИИЯГГЕ и др.

На основе изобретений, созданных при участии диссертанта, специальным опытно-конструкторским технологическим институтом АН АССР выпущена и внедрена в производство опытная серия прибора «ЗНАК-1» (бронзовая медаль ВДНХ СССР), в ЗабНИИ МГ СССР – опытная серия измерителей термоЭДС «ИТ-4» (бронзовая медаль ВДНХ СССР).

Экспрессная методика исследований электрофизических свойств су-льфидных минералов использована при исследовании искусственных полупроводниковых соединений в лаборатории  термоэлектричества искусственных полупроводников при ЗабГГПУ (акт внедрения 2009 г.).

Методика и аппаратура для экспрессного определения пробности са-мородного золота на основе измерения интегральной термоЭДС внедрены в ОАО «Артель старателей Бальджа» (2008 г.).

Автоматизированная система для измерения электрических параметров рудных минералов как составная часть автоматизированного рабочего места внедрена в производственные геологические объединения «Севвостгеология» и «Красноярскгеология».

Комплекс аппаратуры для измерения электропроводности минералов использовался автором на лабораторных занятиях при чтении курса «Электрические методы обогащения» на кафедре обогащения ЧитГУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и обсуждались на международных и республиканских научных конференциях и семинарах: всероссийской научно-практической конференции «Физические явления в конденсированном состоянии вещества» (Чита, 2009 г.), научных симпозиумах «Неделя горняка – 2008, 2007, 2006, 2005» (Москва, ИПКОН РАН-МГГУ); XIII Международной конференции «Технологии, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов» (Москва, МГГУ-Ассоциация «Недра»-НТО Строителей, 2008); Четвертой Международной научной конференции «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР» (Владивосток, ГИ ДВГТУ, 2006); V Международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых» (Москва, РГГРУ, 2006); Международной научно-прак-тической конференции «Проблемы комплексного освоения минерального сырья Дальнего Востока» (Хабаровск, ИГД ДВО РАН, 2005); Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы ко-мплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны» (Якутск, Институт Горного дела Севера СО РАН, 2005); Международном совещании «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья (Плаксинские чтения)», (Чита, ЧитГУ, 2002); Юбилей­ной международной конференции «Наука и образование на рубеже тысячелетий», (Чита, ЧитГТУ, 1999); Международной конференции «Забайкалье на пути к устойчивому развитию: экология, ресурсы, управление»,  (Чита, ЧПИ, 1997); Международной выставке «НАУКА-83»; 27-м Международном геологическом кон­грессе (Москва, 1984); Международной выставке «ГЕОЭКСПО – 84», (Москва, Мингео СССР, 1984).

       В полном объеме диссертационная работа докладывалась на совместном заседании геологического научного центра (ГНЦ), кафедр геофизики, открытых горных работ, ОПИВС ЧитГУ и ИПРЕК СО РАН в 2009 г., Геологическом институте СО РАН (Улан-Удэ) – 20010 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 монографий (3 в соавторстве) и 28 научных статей (11 в изданиях, рекомендованных ВАК), новизна методических и технических разработок защищена 9-ю авторскими свидетельствами на изобретения (5 в соавторстве).

Объем и структура работы. Диссертация объемом 250 с. состоит из Введения, 5 глав, Заключения, Библиографического списка из 252 наименований, Приложений (акты внедрения), содержит 61 рисунок, 56 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность научным консультантам Заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору, чл.-корр. НАН Кыргызской Республики Г.В. Секисову и Заслуженному деятелю науки РФ, доктору геолого-минералогических наук, профессору Г.А. Юргенсону за внимание к работе и полезные советы и рекомендации; признателен сотрудникам лаборатории физики минералов ЗабНИИ, в которой автор проработал 22 года, – А.С. Гурьевичу, В.М. Лапушкову, Г.А. Комову, В.А. Суматохину, В.А. Фаворову, Э.Д. Зезюлиной, В.Ф. Атрошкину, П.М. Аносову, О.И. Широкому, А.С. Платову; ученым ЧитГУ – докторам наук, профессорам А.И. Трубачеву, В.А. Овсейчуку, Ю.В. Павленко, В.П. Мязину,  Ю.М. Овешникову, Е.Т. Воронову за ценные советы и замечания,  ректору ЧитГУ, Заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору Ю.Н. Резнику – за поддержку при работе над диссертацией и при ее подготовке к защите.

2. ОСНОВНОЕ  СОДЕРЖАНИЕ  РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность проблемы исследования.

В главе 1 представлен анализ состояния разработанности проблемы исследования; сформулированы цели и задачи исследования, защищаемые положения и новизна полученных результатов; приведены сведения об апробации и практической значимости.

Научное направление, связанное с исследованием электрофизических свойств минералов в прикладных целях, оформилось в 70-гг. прошлого столетия. До этого времени все подобные исследования относились к петрофизике, являющейся одним из фундаментальных направлений рудной геофи­зики. К настоящему времени существуют обстоятельные труды по различным областям петрофизических исследований (Г.М. Авчян, М.Г. Волорович, Н.Б. Дортман, В.В. Ржевский, Г.Я. Новак, В.Н. Дахнов, А.Д. Фролов, А.А. Редозубов и др.). В 1965 г. А.С. Марфунин выделил физику минералов как са­мостоятельное научное направление, являющееся связующим звеном между геологическими науками, изучающими вещество (геохимией, ми­нера-логией, петрографией) и физикой твердого тела. Данные по электрофизичес-ким свойствам по­род и рудных минералов эндогенных месторождений, а также по мето­дике их изучения приведены в ряде обобщающих работ А.Г. Бетехтина, С. Кларка, Э.И. Пархоменко, Р.Т. Шуя, Г.С. Вахромеева, А.П. Карасева, Р.С. Сейфуллина. Результаты исследований термоэлектрических сво-йств и электропроводности минералов в различных сферах использования приведены в работах И.Н. Плаксина, Р.Ш. Шафеева, В.А. Чантурии, В.Е. Вигдергауза, Н.Н. Мозговой, Е.В. Розовой, Г.А. Горбатова, В.М. Глазова, А. Охотина, А.Ф. Коробейникова, А.Я. Пшеничкина, А.В. Мацюшевского, В.Н. Сальникова, Н.С. Стеценко, В.И. Красникова, К.Р. Рабиновича, В.А. Булынникова, В.В. Коткина, В.Н. Акчурина, В.Д. Борцова, В.Г. Прохорова, Л.Б. Ку-шакова, Г.А. Юргенсона и В.Д. Перевертаева, в последние годы – в диссертационных исследованиях Д.В. Титова,  Д.О. Ожогина, С.А. Воробьева и др.

Температурные исследования термоЭДС и электропроводности рудных минералов использовались для выяснения механизмов электропроводности (Пшеничкин Коробейников, Комодоев, 1976), рассеяния носителей тока в пиритах (Кривошеин, 1975), систематизации пиритов различно­го происхождения (Прохоров, 1985), выявления факторов, влияющих на электрические свойства галенитов (Даниленко, 1974), выделения ге­нераций пиритов, выяснения генезиса обломковидных рудных обособлений, при синтезировании ковеллина (Аббасов, Заманова, 2007) и др.

Анализ состояния изученности проблемы исследований позволил сделать два важных вывода. Во-первых, электрофизические параметры являются весьма информативным источником сведений об особенностях состава минералов, условиях их образования, а также геологическом строении рудных тел и месторождений, при этом спектр их использования для решения различных минералогических и геологических задач достаточно широк.

Во-вторых, научный интерес к исследованию электрофизических сво-йств минералов в последние два десятилетия поддерживается только в ведущих научно-исследовательских институтах и вузах. Наблюдающееся от-сутствие публикаций по этой проблематике в практической минералогии и геологии, связанное с известными событиями в геологической отрасли страны, является показателем прекращения исследований в этой области и, как следствие, исключения из арсенала минералогов и геологов-практиков недорогого, экспрессного и эффективного инструмента познания свойств рудного вещества и геологического объекта в целом.

В главе 2 дано описание методики и аппаратурно-технических средства для исследований электрофизических свойств сульфидных минералов; приводятся теоретические основы экспериментальных исследований, методика и аппаратурно-технические средства для измерения термоЭДС и электропроводности сульфидных минералов при постоянной температуре зондирующих электродов, а также для температурных исследований; описываются полевые измерители термоэлектрических параметров рудных минералов; обосновывается необходимость комплексирования этих исследований с другими методами получения геолого-минералогической информации, в частности, экспрессным методом определения качественного состава минералов, компьютерным анализом изображений. В заключение главы дается  обоснование модели и состава автоматизированного рабочего места для электрофизических исследований рудных минералов.

В главе 3 дается экспериментальное обоснование зависимости «условия образования–состав–свойства» на примере температурных исследований термоЭДС и электропроводности сульфидных минералов; излагаются теоретические и экспериментальные предпосылки влияния условий образования рудных минералов на их электрофизические свойства. Далее на примере те-мпературных исследований термоЭДС и электропроводности синтезированных галенитов с различными вариациями состава, а также природных пиритов и галенитов из эндогенных месторождений, образованных в различных условиях, обосновывается вывод, что характер температурных зависимостей, а также их производные параметры являются достаточно чуткими индикаторами изменений условий минералообразующей среды, что позволяет их использовать для решения различных геолого-минералогических задач.

В главе 4 дано описание двух способов выявления зональности рудных месторождений, основанных на пространственно-временной изменчивости температурных параметров термоЭДС и электропроводности сквозного пирита только одного типа проводимости на примере Сорского медно-молибденового месторождения с пиритом n-типа и Уконикского золоторудного с пиритом р-типа проводимости. Приведены сведения о коррелируемости выявленной зональности электрофизических свойств с зональностью распределения продуктивных минеральных ассоциаций. Обоснована возможность использования значений и векторов изменений температурных параметров термоЭДС и электропроводности для разработки критериев оценки прогнозных показателей оруденения.

В главе 5 изложены материалы, иллюстрирующие решение различных практических геолого-минералогических задач на основе использования те-мпературных параметров термоЭДС и электропроводности сульфидных минералов: расшифровка стадийности процесса рудообразования, разработка критериев различия пиритов осадочно-диагенетического и гидротермального генезиса, экспрессное определение пробности самородного золота.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их обоснование.

Первое научное положение: «Основой практического использования электрофизических параметров сульфидных минералов является теорети-чески обоснованная и экспериментально подтвержденная их взаимосвязь с основными факторами минералообразования, определяющими вещественный состав минералов, соотношение матричных компонентов, состав и содержание в них изоморфных примесей» – обосновывается следующими тезисами, развернутыми в соответствующей главе диссертации.

  Сульфидные минералы, являющиеся основным объектом исследования, по классификации физики минералов относятся к полупроводникам. Кроме типа проводимости и величины термоЭДС, измеренной при постоянном градиенте температур, в работе исследуются температурные зависимости термоЭДС и электропроводности, измеренные в диапазоне темпе­ратур от комнатной до 300-350 °С.

Теоретические представления, касающиеся температурной зави­симости термоЭДС (E) полупроводников, разрабо­таны для простой зонной структуры и постоянных эффективных масс дырок и электронов (Стильбанс, 1967). Согласно им, коэффициент термоЭДС (α) по­луметаллов сначала возрастает (по модулю), а по достижении макси­мума уменьшается, при этом у образцов р-типа проводимости он изменяет знак. Коэффициент термоЭДС полупроводников при возраста­нии температуры сначала падает за счет увеличения концентрации примесных носителей, затем, при их истощении, логарифмически воз­растает, после чего наблюдается более крутое падение в области собственной проводимости. Реальные кривые температурной зависи­мости коэффициента термоЭДС минералов при сохранении основной тен­денции могут быть осложнены различными максимумами и минимумами.

По зависимости  α (Т) могут быть определены и рассчитаны следующие параметры (рис. 1, табл. 1):

1) знак и величина коэффициента термоЭДС при комнат­ной температуре (αк);

2) экстремальные значения коэффициента термоЭДС (αм и –αм), позволяющие рассчитать производный пара­метр  –  приращение  коэффициента тер-

моЭДС  ; 

3) по зависимости Е (Т) –  знак второй производной.

Интегральная зависимость термоЭДС перед определением параметров должна быть продифференцирована аналитическим или графическим способами. Зна­чения αк, αм снимаются с кривых температурной зависимос­ти коэффициента термоЭДС (рис. 1), а значение α рассчиты­вается по формуле.

Таблица 1

Значения параметров, определенных по температурным зависимостям

термоЭДС пиритов в соответствии с рис. 1

Номер зависимости на рис. 1

Параметры зависимостей

коэффициент термоЭДС

знак второй производной функции E(Т)

(в скобках температурный интервал)

знак

αк, мкВ/град.

αм,, мкВ/град.

приращение α, %

1

+

255

325

21,5

+(20-300); –(300-420)

2

+

207

260

20,4

+(20-105); –(105-420)

3

+

175

275

36,4

+(20-240); –(240-420)

4

70

150

53,3

–(20-200); +(200-420)

5

140

240

41,7

–(20-280); +(280-420)

На характер зависимости электропроводности (σ) от температуры значительно влияет уровень содержаний элементов-примесей в минералах. В частности, природный пирит может характеризоваться концентрацией носителей тока от 1014 до 1020 см-3. При малых концентрациях примесей (Co, Ni, As, Bi, Cu, Sb и др.) по температурной за­висимости электропроводности можно определить энергию активации примесных носителей (Е1) и термическую ширину запрещенной зо­ны (Е). Увеличение степени содержаний примесей приводит к тому, что одиночный энергетический уровень «расплывается», образуя «примес­ную зону», величина Е1 уменьшается. Большее увеличение кон­центрации примеси может привести к слиянию «примесной зоны» с зоной проводимости или валентной. Пириты с максимальной концент­рацией носителей тока (~1020 см-3), например, пириты ликвационно-магматических месторождений, проявляют зависимость электро­проводности от температуры, присущую металлам: с повышением тем­пературы электропроводность уменьшается.

Для количественной характеристики зависимости ис­пользуют темпе-ратурный коэффициент электропроводности (КТ). Он положителен для образцов с полупроводниковым типом зависимости σ (1/Т) и отрицателен с металлическим. Этот коэффициент опреде­ляется по тангенсу угла наклона прямолинейного участка кривой в оси абсцисс.

По зависимости σ (1/Т)  могут быть определены следующие параметры (рис. 2, табл. 2):

I) температурный коэффициент электропроводности для облас­ти собственной и примесной проводимости; в случае металлического характера зависимости  σ (Т)  он количественно оценивает эту за­висимость;

2) температура То, соответствующая началу собственной проводимости;

3) величина электропроводности при ком­натной температуре (σк).

Температурные ко­эффициенты электропроводности для областей примесной и собственной проводимости рассчитываются как тангенс угла наклона прямоли­нейного участка зависимости в области примесной (tgα) и собст­венной (tg) проводимости (рис. 2, табл. 2).

Таблица 2

Значения параметров, определенных по температурным зависимостям

электропроводности пиритов в соответствии с рис. 2

Номер зависимости на рис. 2

Параметры зависимостей

электропроводность при 20 оС σ, (Омсм)-1

температурный коэф. примесной проводимости Кт

температурный коэф. собственной проводимости Кт

температура начала собственной проводимости

Т0, оС

6

6,31

+0,18

+2,05

305

7

3,16

–0,19

-

-

8

0,34

-

-

290

Влияние качественного и количественного составов примесей на электрофизические свойства минералов исследова­но на галенитах, синтезированных в Воронежском государственном университете.

Увеличение содержания Bi в галените от 0,1 до I мол. % при­водит к возрастанию коэффициента термоЭДС по модулю от 75 до 224 мкВ/град., при этом электропроводность возрастает на два порядка; с увеличением содержания Bi2S3  от 1 до 5 мол. %  αк  возрастает по модулю от 40 до 110 мкВ/град., а электропроводность увели­чивается на порядок. Минимальная добавка Вi (0,1 мол. %) обес­печила максимальное приращение коэффициента термоЭДС, равное 45 %, и максимальное значение КТ,  равное –0,5 град.-1.

Образцы галенита, содержащие 3,0...3,5 мол. %  Sb2S3, прояви­ли металлический характер зависимости σ (Т)  с КТ=0,07 град.-1, а образцы с 4,0...7,0 мол. %  Sb2S3 – полупроводниковый характер, отвечающий собственной проводимости с КТ=0,77 град.-1.

Приращение коэффициента термоЭДС образцов галенитов, содержащих AgBiS2, закономерно изменяется с увеличением этого компонента. У образца, содержащего 1 мол. %  AgBiS2,  он равен 78 %, образца с 4,0 мол. %  примеси – 47 %, с 6,0 мол. %  – 6,2 %. Образцы с концентрацией AgBiS2 до 10 мол. %  характери­зуются отрицательным КТ , а более 10 мол. %  – положительным.

Для обоснования связи электрофизических параметров пиритов с факторами, определяющими условия их образования, проведены исследования пиритов из месторождений раз­личных генетических типов. Продуктивные пириты ликвационно-магматических месторождений (Чинейского, Норильского) характеризуются только электронным типом проводимости, максимальной электропро­водностью (103 (Омсм)-1), нулевым значением α и максималь­ным отрицательным значением КТ (~ –1,0 град.-1). Близки по пара­метрам пириты высокотемпературных гидротермальных месторождений (Со-рского, Жирекенского, Первомайского). На высоко-среднетемпературных (Холтосонском, Давендинском, Шахтаминском) и средне-низ­котемператур-ных (Дарасунском, Березовском, Новоширокинском) месторождениях, продуктивному оруденению которых сопутствуют со­ответственно р-п и п-р-пи-риты, температурные параметры термоЭДС и электропроводности варьируют в значительных пределах: приращение α изменяется от положительных (+60 %) до отрица­тельных (–40 %) значений, пириты n-типа характеризуются отрица­тельным КТ, изменяющимся в диапазоне –0,1... –0,69 град.-1, а пири­ты р-типа – положительным КТ  в пределах 0,1...0,2 град.-1. Низ­котемпературные р-пириты колчеданно-полиметаллических ассоциа­ций характеризуются Δα, лежащим в пределах 40... 65 %, и КТ  – в пределах 0,15... 0,18 град.-1.

Кроме природных пиритов, исследованы природные галениты из полиметаллических месторождений различных генетических типов (скарнового, плутоногенного гидротермального, вулканогенного гидротермального и колчеданного вулканогенно-оcадочного), представляющие ряд, характеризующий широкий интервал температурных условий их образования. Установлено, что у галенитов, образованных в различных условиях, различаются как характер зависимостей термоЭДС от температуры, так и все производные от них параметры.

Таким образом, исследование температурных зависимостей термоЭДС и электропроводности синтезированных галенитов с различными по составу и содержанию элементами-примесями, а также природных галенитов и пиритов из месторождений, образованных в различных условиях, показало, что значения термоЭДС и электропроводности рудных минералов, а также производные параметры их температурных зависимостей закономерно изменяются и в целом отражают изменение стехиометрического состава матричных компонентов, качественный и количественный состав элементов-примесей, изоморфно входящих в кристаллическую структуру, температуру образования и другие факторы, определяющие процесс минералообразования.

Сказанное позволяет считать характер этих зависимостей, а также их производные параметры достаточно чуткими индикаторами изменений условий минералообразующей среды, что позволяет их использовать для решения различных геолого-минералогических задач.

Второе защищаемое положение: «Для рудных месторождений со сквозным пиритом только дырочного типа проводимости контрастным индикатором рудной зональности являются значения температурных приращений коэффициента термоЭДС, а для месторождений с пиритом электронного типа проводимости – величины температурного коэффициента электропроводности. Установленная зональность в изменении этих параметров коррелирует с зональностью в распространении минеральных ассоциаций» –  обосновывается в соответствующей главе диссертации.

Известно, что главнейшим элементом оценки перспективности рудных объектов является установление пространственно-временных событий (этапов, стадий процессов рудообразования), приведших к формированию рудных залежей. Поскольку формирование всех рудных тел происходит в термо-, баро- и химически градиентных физико-химических системах они должны обладать и обладают структурно-вещественной зональностью. Зональность может быть явной или скрытой, и ее выявление представляет одну из основных задач при освоении месторождений.

Эффективным способом оценки рудных объектов являются комплексы методов, разработанные геологами-практиками, которые базируются на выявлении пространственной и временной зональности (петрологической, минералогической, кристалломорфологической, геохимической, термобарогеохимической и др.)  развития рудной минерализации.

Понятие «зональность рудных тел, место­рождений и более крупных геологических объектов» объединяет закономерности распределения в пространстве-времени комплексов пород, руд, минералов и минеральных ассоциаций, атомов химических элементов, их изотопов или каких-то других особенностей их состава и строения. Универсальность онтогенической зональности образований различного иерархического уровня прослеживается в организации рудного вещества: индивид (рис. 10) минеральный агрегат рудное  тело (рис. 3) рудный объект в целом (рис. 4 и 5) система рудных объектов. 

Пространственно-временная закономерность условий их образования обусловлена влиянием различных факторов и агентов (давления, температуры, концентрации и т.д.). При этом важнейшее значение приобретает не только источник образования элементов, но и вмещающая среда, отвечающая за механизмы рассеяния или концентрации химических элементов (структура, текстура, минеральный и химический состав и пр.).

Закономерное зональное распределение оруденения рассматривалось начиная с первых работ по металлогении (температурная зональность, Spurr, 1907 г.); зональная теория рудоотложения, Emmons, 1936 г. и др.). В последующем обсуждалась природа зональности и выделялись различные ее типы (пульсационная и стадийная, С.С. Смирнов, 1937 г., Ю.А. Билибин, 1951 г.; полиасцендентная, I. Kutina, 1957 г.; фациальная, В.И. Смирнов, 1960 г.; фильтрационная, Д.С. Коржинский, 1953 г.; региональная, С.С. Смирнов, 1937 г., В.И. Смирнов, 1963 г. и др.).        

Очевидно, что минерагеническая зональность является одной из основных закономерностей размещения рудных месторождений и имеет большое значение для прогнозирования, особенно, глубинного. Методы выявления, выделения и анализа минерагенической зональности разработаны недостаточно. Они обычно сводятся к визуальному анализу геологических структур и геохимических полей. Остаются нерешенными вопросы: где проводить границы между зонами? Как количественно охарактеризовать закономерность в чередовании зон? Как выявить случаи слабовыраженной (скрытой) зональности? и т.д.

Поскольку особенностью изучения недр далеко не всегда является доступность геологических объектов для непосредственного наблюдения, то они познаются преимущественно  методами, опирающимися на измерения каких-либо свойств в конкретных точках пространства.

Цель обработки количественной информации при прогнозно-поиско-вых исследованиях – извлечение полезной информации об объекте поисков из результатов наблюдений при использовании отдельных методов поисков и их комплексов.

Рис. 3. Полированный фрагмент ж. Искра (гор. 496 м) Дарасунского золоторудного месторождения с привязкой двух профилей и точек рудной минерализации

(образец № 423/30 из коллекции Г.А. Юргенсона)

Внизу температурные зависимости интегральной термоЭДС рудных минералов, отражающие зональность жилы (на всех графиках по оси Х – возрастание градиента температур между термозондами)

Базовой основой методологии прогнозно-поисковых исследований являются характеристики эталонных объектов, полученные при наблюдении с помощью того или иного вида измерений.

Для решения прогнозных задач имеют значение только те типоморфные признаки сквозных рудных минералов, которые однозначно характеризуют надрудные, рудные или подрудные части месторождений. Для выявления  типоморфных  признаков  минералов проводится типоморфический ана-

лиз, основной задачей которого является выявление типического и отличительного для групп индивидов одного минерального вида или его разновидности, отражающих условия минералообразования (Юргенсон, 2003). Поэтому поиски типоморфных признаков минералов, связанных с характером самого процесса минералообразования, приводят к возможности получения критериев для выявления геологических ситуаций, присущих определенным формационным типам оруденения. В общем случае путь для выявления типоморфных признаков один – сравнение изучаемого объекта с известным.

В процессе анализа по каждому из признаков изучаемого минерального вида должна быть обеспечена представительность выборки для возможности обработки ее методами математической статистики и получения параметров математического распределения в пределах данного множества. При сравнении объектов обычно используются статистические параметры, удовлетворяющие гипотезам о равенстве дисперсий по критерию Фишера и равенстве средних по критерию Стьюдента. Примеры таких подходов оценки близости изучаемого объекта к эталону приведены в работах Н.П. Юшкина (1977) и Г.А. Юргенсона (2003).

Известный минералого-физический способ оценки эндогенных рудных месторождений (Красников и др., 1983) основан на установленной зависимости физических свойств пирита и арсенопирита от условий их образования. В общем случае для сквозного пирита эта зависимость характеризуется тем, что на фоне понижающихся температур образуются все более насыщенные серой его индивиды и агрегаты. Поэтому пирит последовательно представлен разновидностями с недостатком серы (n-разновидность), близкими к идеальным стехиометрическим (p–n-разновидность), и с недостатком железа (p-разно-видность). В n-разновидности, кроме того, накапливается кобальт и никель, а в p-разновидности – мышьяк. Степень насыщения пирита этими примесями, входящими в структуру минерала-хозяина, взаимосвязана с соотношением матричных компонентов – железа и серы и, в конечном счете, регулируется парциальным давлением серы в минералообразующей среде.

Закономерности изменчивости типов проводимости и значений термоЭДС пирита, арсенопирита, галенита и других минералов в зависимости от конкретных геологических условий формирования месторождений достаточно разнообразны, но в пределах конкретных генетических типов и рудных формаций достаточно устойчивы. На глубину, по простиранию и мощности рудных тел и месторождений устанавливается определенная смена названных параметров сквозных минералов, которая и отражает зональность объекта изучения. Эта зональность является основой для определения отно­ситель-ного уровня эрозионного среза рудных тел и месторождений, а также установления верхних и нижних границ выклинивания продуктивного оруденения и прогнозирования вертикального раз­маха оруденения.

Однако существует большая группа месторождений, на которых скво-зной пирит в их объеме не изменяет тип проводимости и поэтому этот параметр не является информативным. Для реконструкции зональности таких месторождений целесообразно использовать температурный коэффициент электропроводности – на месторождениях с пиритом только электронного типа и приращение коэффициента термоЭДС – на месторождениях с пиритом только дырочного типа. Все построения по выявлению зональности про-ведены на типичных месторождениях та­кого рода: Сорском медно-молиб-деновом с пиритом только n-типа и Уконикском золоторудном с пиритом только р-типа проводимости.

В основу разработанного нами метода выявления зональности место­рождений по температурным параметрам электропроводности пирита (авт. свид. 1199081) положена его спо­собность проявлять определенный характер зависимости электропро­водности от температуры при различных физико-химических условиях образования. Способ заключается в выявлении и картировании зон развития пиритов с различным типом зависимости электропроводности от температуры.

Реализация способа показана на одном из вертикальных разре­зов Сорского медно-молибденового месторождения, оруденение на котором связано с кварцевыми жилами и прожилками, образующими штокверк в гранитах, гранит-порфирах и, отчасти, в диоритах кровли.

По распространению и роли в формировании промышленного оруденения ведущей является вторая кварц-халькопирит-молибденитовая генера­ция с постоянно присутствующим пиритом. На образцах пиритов, отоб­ранных из кернов, проведено измерение температурной зависимости электропроводности. По этой зависимости определены знак и величи­на температурного коэффициента (КТ). На разрезе (рис. 4) выделены области рас­про-странения пирита с металлическим и полупроводниковым характе­ром зависимости σ(1/Т).

Выявленная зональность по характеру зависимости электропроводности пирита от температуры согласует­ся с зональностью рудных элементов, установленной по результатам анализов. Так, зона повышенного содержания молибдена (более 0,03 %) по конфигурации соответствует области распространения пирита с отрицательным температурным коэффициентом электропроводности. Зоны, где развит пирит с положительным КТ, характеризуются на порядок меньшим содержанием молибдена.

Распространение по­вышенной концентрации меди (0,02 %) пространственно также совмещено с зонами распространения пирита с отрицательным КТ. Свинец и цинк проявляют обратную по отношению к молибдену и меди связь с зона­ми развития пирита с отрицательным температурным коэффициентом. Наибольшие концентрации свинца и цинка пространственно тяготеют к областям распространения пирита с положительным температурным коэффициентом σ.

Уконикское золоторудное месторождение по классификации И.С. Рожкова и Д.А. Тимофеевского относится к золото-кварц-сульфидной рудной формации арсенопирит-пирит-сфалерит-галенитового типа (Г.А. Юргенсон, 2003) и существенно отличается от Сорского по условиям образования. Ведущей по широте проявления, установленной во всех известных рудных телах, является золотоносная кварц-пиритовая ас­социация четвертой генерации минерализации. Менее широко представле­на пятая, также продуктивная кварц-пирит-арсенопиритовая ассоци­ация. В шестую, полиметаллическую, отложилась главная продуктив­ная промышленная ассоциация.

Для горизонта штольни I Уконикского месторождения построена схема зональности (наше авт. свид. 1290898) распределения пирита с различным приращением коэффициента термоЭДС (рис. 5).

Рис. 5. Схема распределения пирита с различными зна­чениями приращения

коэффициента термоЭДС по горизонту штольни I Уконикского золоторудного

месторождения (геологическая основа по А.М. Костенко):

I – кристаллические сланцы и гнейсы; 2 – гибридные порфи­ры; 3 – диоритовые порфириты, лампрофиры; 4 – гранодиорит-порфиры; 5 – фельзиты; 6 – зоны вторичных гидротермальных изменений; 7 – тектонические нарушения; 8 – горные выработки и точки измерения приращения α; 9 – рудные жилы; 10 – зоны окварцевания; 11 – изолинии приращения α ; 12 – зоны распространения пирита с концентрацией носителей тока 1020 см-3

Пирит всех продуктивных минеральных ассоциаций имеет только дырочный тип проводимости с максимальной (1019...1020 см-3) из установлен­ных для пирита концентрацией носителей тока. Дырочный тип прово­димости этих пиритов обусловлен акцепторным действием примеси As, заместившей S. Вероятность такого замещения в иссле­дованных пиритах подтверждается коррелируемым возрастанием кон­центрации носителей тока при увеличении содержания As, а также температурными исследованиями электропроводности. У всех исследованных образцов четко прослеживается акцепторный уро-вень с энергией ионизации около 0,2 эВ, который связывается с примесью As.

Полученная схема зональности в изменении α сопоставлена с геолого-структурными особенностями и зо­нальностью размещения минеральных ассоциаций Уконикского месторож­дения. Последняя выражена в закономерном размещении в его пределах минеральных комплексов разных стадий и определяет­ся структурно-тектонической обстановкой во время рудообразования. Особенностью горизонтальной зональности месторождения является то, что ранние минеральные ассоциации имеют более широкое распространение на площади месторождения, служат фоном для последующих ассоциаций, проявляющихся во все более сужающихся контурах.

Кварц-турмалиновая минеральная ассоциация, открывающая золоторудный этап рудообразования, сохранилась в виде мелких про­жилков и жилок на флангах участка с более высокими гипсометричес­кими отметками. Наиболее широким распространением пользуется кварц-пиритовая минера-льная ассоциация. Она слагает мощные рудные тела северо-восточного простирания, присутствует в субмеридиональных рудных зонах и в виде рассеянной прожилково-вкрапленной минерали­зации встречается в пределах всего месторождения.

Пирит-арсенопирит-кварцевая минеральная ассоциация распространена в центральной части месторождения. Распространение полиметалличес-кой минерализа­ции еще более ограничено. Она локализована в пределах контура распространения пирит-арсенопирит-кварцевой минеральной ассоциа­ции и не выходит за его пределы.

Выявленная электрофизическая зональность (рис. 5) имеет незамкнутый концентрический характер и пространственно контролируется субмеридиональным Уконикским разломом, ограничивающим западную часть месторождения. Относительно этого разлома происходит изменение приращения коэф­фициента термоЭДС пирита в радиальных направлениях. Концентричес­кий характер выявленной зональности соответствует характеру раз­мещения минеральных ассоциаций в плане месторождения: относительно более поздние ассоциации размещены в пределах более ранних и не выходят за их границы. Зона установленных максимальных значе­ний α (27 %) тяготеет к узлам coчленения северо-восточных (рудная зона I) и субмеридиональных рудоносных структур (апофизы 0; 1; 2; 3) и, видимо, фиксирует область совмещенного развития всех трех продуктивных минеральных ассоциаций.

Это подчеркивают и пониженные значения  α (18 %) в облас­ти структурного пережима по рудной зоне I, где отсутствует поли­металлическая минеральная ассоциация. Область выклинивания рудной зоны I, представляющая собой сеть мелких ветвящихся прожилков кварцевого состава с небольшим количеством пирита (кварц-пиритовая минеральная ассоциация), характеризуется самыми низкими значениями приращения коэффициента термоЭДС (7 %).

Картирование температурных параметров термоЭДС и электропроводности минералов с целью выявления закономерностей их изменчивости следует рассматривать как метод, способствующий вы­явлению общей зональности месторождения. Взаимосвязь температурных параметров термо-ЭДС и электропроводности сквозных сульфидных минералов с условия­ми их образования (обоснованная нами ранее) позволяет ус­танавливать коррелируемые связи этих параметров с элемен­тами зональности месторо-ждений.

Третье научное положение: «Температурные исследования термоЭДС и электропроводности сквозных сульфидных минералов, отобранных в пределах рудных объектов, позволили получить значения электрофизических параметров этих минералов, установить векторы их изменений и рассчитать значения градиентов, отражающих физико-химические изменения минералообразующей среды. Они служат индикаторами рудно-геохимической зональности и предлагаются в качестве критериев оценки глубины распространения оруденения и его эрозионного среза» – обосновывается следующими тезисами.

Для выявления индикаторов рудно-геохимической зональности испо-льзуются явление типоморфизма и типоморфический анализ, разработанный для ряда распространенных рудообразующих минералов (Юргенсон, 2003).

Базовой основой методологии прогнозно-поисковых исследований являются характеристики типоморфизма эталонных объектов, полученные при наблюдении с помощью того или иного вида измерений. Определенные сво-йства месторождений и рудных тел в случае их устойчивости и повторяемости переводятся в ранг закономерностей, получая теоретическое обоснование или являясь продуктом эмпирических обобщений, что позволяет построить модель искомого объекта. Из всего многообразия свойств нами рассматриваются только вещественные, основывающиеся на установлении зональных явлений в распределении вещества, и геологические, использующие специфические свойства геологического пространства рудоотложения.

Методика расчета прогнозных параметров по температурным параметрам термоЭДС и электропроводности рудных минералов основана на сравнении изучаемого объекта с эталоном. Примеры расчета приведены в нашей работе (Красников и др., 1983). В основе расчетов лежит определение векторов изменений температурных параметров (рис. 4) и расчеты численных значений градиентов, отображающих рудную и минералого-геохимическую зональность.

Ранее нами показано, что функцией координат пространства геологических объектов являются полупроводниковые свойства сквозных рудных минералов, такие как тип проводимости, концентрация носителей зарядов (электронов и дырок), измеренные и расчетные параметры температурных зависимостей термоЭДС (αк, αм, приращение α) и электропроводности (электропроводность при 20 0С, температурный коэффициент примесной проводимости, температурный коэффициент собственной проводимости). Исследованиями лаборатории физики минералов ЗабНИИ установлено, что этот перечень дополняют и физико-химические свойства руд: химический потенциал (), логарифм концентрации водо­родных ионов (рН), электродный потенциал (V) и многие другие свойства.

Для определения оценочных параметров геологических объектов измеряют электрофизические параметры сквозных рудных минера­лов, отобранных в пространстве оцени­ваемых объектов, и строят карты их изменчивости, которые обычно нагружаются данными о рудной зональности, получаемыми при минера­логическом картировании.

В результате картирования изменчивости электрофизических, электрохимических, физико-химических параметров минералов в пространстве рудных тел и место­рождений выявлено, что подрудные, рудные и надрудные зоны выделяются разными значениями выявленного показателя i.

На построенных продольных проекциях, планах, разрезах, несу­щих информацию о вариациях i, устанавливают характерные направ­ления изменчивости этих параметров и находят градиент параметра по выбранному направлению grad i. По соответствующему знаку градиента (положительному или отрицательному) определенного пара­метра находят взаимное расположение в пространстве нижних и верх­них границ физико-химического выклинивания оруденения. Рудная зона в корневой части от подрудной зоны и в верхней части от надрудной зоны оконтуривается соответственно нижними и верхними границами выклинивания промышленного оруденения, которые устанавливаются  на эталонных объектах с учетом балансовых и забалансовых значений продуктивных минеральных ассоциаций и характеризуются определенными значениями параметров iн и iв. 

Далее путем расчета или графического пост­роения находят основные оценочные параметры: относительный уровень эрозионного среза, размах оруденения, объем эродированной части.

Разработанная методика использования температурных параметров термоЭДС и электропроводности рудных минералов для выявления зональности и прогноза оруденения в большей мере предназначена для локального прогнозирования, и здесь привлекается свой арсенал прогнозных процедур: изучение минералого-геохимической зональности, зональности рудоносных метасоматитов; морфологии, физических и химических сво-йств минералов, термобарогеохимических параметров; зональности геохимических показателей руд и эндогенных ореолов; структурных форм локализации рудного вещества и т.д.

Четвертое защищаемое положение: «Установленные различия в температурных параметрах термоЭДС и электропроводности одних и тех же сульфидных минералов, образовавшихся на различных этапах и стадиях рудообразования, позволяют использовать их при расшифровке стадийности формирования месторождения, а также разделять рудные минералы по генетической принадлежности, а различных рудных минералов – для диагностических целей и их типизации по критерию «характер зависимости σ(Т)» – обосновывается следующими тезисами, развернутыми в соответствующей главе диссертации.

       В главе приведены данные, показывающие, что значения σ  и параметры зонной структуры рудных минералов содержат диагностическую информацию. Это хорошо видно из анализа данных по минералам меди. Существенные различия минералов меди по значениям σ, Eg, Ei позволяют успешно их диагностировать в практической работе. Так, например, такие трудно рас-познаваемые минералы, как моихукит, талнахит и халькопирит по значениям названных параметров могут быть успешно идентифицированы.

Практической зада­чей, часто встречающейся при расшифровке стадийности процессов рудообразования, является решение вопроса о временном соотношении гидротермальной жильной минерализации и вкрапленной метасоматической минерализации околорудно-измененных пород. Для экспрессного решения этого вопроса геологические, минералоги­ческие и физико-хи-мические критерии не всегда эффективны. Темпера­турные исследования термоЭДС арсенопирита Средне-Голготайского золоторудного месторождения позволили обосновать критерии выделения двух названных разностей арсенопирита. Исследования про­ведены на образцах арсенопирита из околорудно-измененных пород и жил двух основных типов: существенно кварцевых (жила 52) и кварц-турмалин-сульфидных (жила 77а). Измерения типа проводимости и ко­эффициента термоЭДС арсенопирита при постоянной разности темпера­тур между зондами не позволили однозначно выделить эти  разности.

Критерием выделения этих разностей арсенопирита может служить знак второй производной интегральной зависимости термоЭДС в совокупности с типом проводимости. Различие температурных параметров термоЭДС мета-соматического арсенопирита объясняется различной геохимической специ-ализацией околожильных метасоматитов исследованных жил. В метасома-титах жилы 52 высокие концентрации характерны для Bi, W, Мо,  содержания Си, Ве , S , As  более низкие. В околожильном пространстве кварц-турмалин-сульфидной жи­лы 77а проявлены геохимические ассоциации как более ранних – вы­сокотемпературных стадий (Bi, W , Sп), так и более поздних, относительно низкотемпературных (Pb, Zп, Sb), причем уров­ни концентрации первых значительно ниже уровней концентрации эле­ментов низкотемпературных ассоциаций.

В табл. 3 сведены электрические параметры, которые мы использовали для разработки критериев выделения генераций арсено­пирита. Обычно используемые для этой цели такие электрические параметры как тип проводимости и коэффициент термоЭДС не позволяют однозначно выделять арсенопирит различных генераций и генетических типов.

Действительно, арсенопирит из околорудно-измененных пород обеих жил неотличим по типу проводимости от жильного. Кроме того, диапазон из-менчивости коэффициента термо­ЭДС у этих разностей арсенопирита также перекрывается (табл. 3).

Таким образом, знак второй производной интегральной зависимости термоЭДС арсенопирита в совокупности с его типом проводимости достаточно эффективно использован для выделения различных ге­нераций арсенопирита, что предопределяет возможность использования этих параметров при расшифровке стадийности процессов рудообразования.

Таблица 3

Электрические параметры гидротермального жильного и метасоматического

арсенопирита

Номер

жилы

Арсенопирит

Тип

проводимости

α, мкВ/град.

Знак второй

производной

Е(Т)

при Т = 100 оС

52

Метасоматический

p

120...150

+

n

–60...–150

Жильный

n

–130...–175

+

77а

Метасоматический

0...0,5 м

n

–150...–250

4,0 м

n

–130

+

Жильный

n

–170

0 +

p

210

+ –

Другой практической задачей, иллюстрирующей использование электрофизических параметров, является разработка критериев различия пиритов осадочно-диагенетического и гидротермального генезиса. Выявление таких критериев может способство­вать объективной разбраковке участков осадочно-диагенетической и гидротермальной пиритовой минерализации и тем самым способ­ствовать поиску участков подпитки золотоносных россыпей. Задача решалась на образцах пород Берелехского золотоносного района Магаданской области, детально опоискованного на рудное и россыпное золото.

Для выработки критериев различия названных типов пиритов привлечены их температурные зависимости термоЭДС (рис. 6 и 7).

Анализируя кривые температурных зависимостей термоЭДС, можно отметить, что определяющим параметром, по которому различаются пириты осадочного и гидротермального генезисов, является знак второй производной зависимости Е(Т) (табл. 3).

Среди разновидностей пиритов осадочного происхождения наблюдается большое разнообразие типов кривых температурного хода коэффициента термоЭДС (см. рис. 6), а все исследованные пириты гидротермального происхождения объединяет одно – коэффициент термоЭДС этих пиритов в исследуемом интервале не зависит от температуры, т.е. вторая производная функции Е(Т)  равна нулю (см. рис. 7).

 

В практике изучения золоторудных месторождений большое внимание уделяется всестороннему исследованию самородного золота и, в частности, одной из его важнейших характеристик – пробности.  Многими исследователями установлена коррелируемость пробности с термоэлектрическим потенциалом самородного золота (Пантаев, 1982). Для расчета пробности использовались измерения термоЭДС при фиксированной температуре. Однако такая методика дает удовлетворительные результаты на бинарных сплавах золота с серебром или медью. Использование ее для самородного золота приводит к высокой погрешности определения пробности, что объясняется влиянием различных по составу и содержанию примесей.

Поиски в направлении снижения погрешности определения пробности  золота были  направлены  на выявление температурных градиентов, при которых значения термоЭДС наибольшим образом коррелируют с пробностью исследуемого образца золота. Как выяснилось, такие  температурные  градиенты  можно выявить, предварительно измерив температурную зависимость термоЭДС. Исследованиями установлено, что температурные кривые термоЭДС  самородного золота имеют нелинейный характер  и  зависят  как от соотношения золота и серебра, так и от входящих в кристаллическую  структуру золота других примесей и их содержаний.

Привлечение для определения пробности самородного золота температурных параметров термоЭДС по разработанной диссертантом методике позволило значительно снизить погрешность ее определения.

Пятое защищаемое положение: «Разработанные технические средства для определения электрофизических параметров рудных минералов непосредственно в обнажениях и горных выработках, а также лабораторные автоматизированные системы для температурных исследований термоЭДС и электропроводности рудных минералов представляют оптимизированный аппаратурно-методический комплекс, позволяющий экспрессно получать информацию об изменчивости значений электрофизических параме-тров на уровне отдельных  минералов и их агрегатов, рудных тел  и месторождений.

Экспрессность температурных параметрических измерений достигается за счет использования нестационарного теплового режима измерений, при этом управление экспериментом, сбор данных и их статистическая обработка, представление результатов в графическом виде осуществляются автоматизированной системой на основе ПК» – обосновывается следующими тезисами, развернутыми в соответствующей главе диссертации.

Исследование электрофизических свойств минералов имеет ряд осо­бенностей по сравнению с искусственными полупроводниками. Так как целью исследования является выявление именно неоднородностей свойств, применяемые методы и установки должны быть приспособлены к локальным измерениям на минеральных выделениях небольших размеров. При из­мерениях должны соблюдаться также требования экспрессности.

Источниками информации при электрофизических исследованиях служат, прежде всего, сквозные минералы, являющиеся представительными для соответствующих групп месторождений и характеризующие весь процесс рудообразования.

Макроскопические зондовые измерения термоЭДС производятся на минералах в образцах, отобранных из руд разной текстуры и структуры – шту­фах, искусственных брикетах, аншлифах, естественных монокристаллах, сростках зерен и кристал­лов, а также минеральных зернах в виде порошка. Размер зе­рен минералов в рудах вкрапленной текстуры должен быть не ме­нее 1...2 мм, в порошке 0,1 мм. Образцы, отбираемые из прожилково-вкрапленных руд, должны иметь 10...20 минеральных зерен, видимых невооруженным глазом.

При изучении термоЭДС методом сканирования при­годны разрезанные пришлифованные монокристаллы, пришлифо­ванные тонким порошком выделения минералов в штуфах и поли­рованных шлифах не менее 0,5 мм.

Все датчики и устройства для измерения электрофизических параметров минералов, реализующие «нижний» уровень автоматизации, имеют возможность работать в комплексе с аналого-цифровым измерительно-вычис-лительным комплексом не осно­ве ПЭВМ. Этот комплекс выполняет функции измерения, преобразования и управления. В режиме обмена с устройствами преобразования аналоговой и цифровой информации ПЭВМ управляет работой программируемых аналого-цифрового (АЦП) и цифро-аналогового (ЦАП) преобразователей. Работа АЦП предусмотрена в трех режимах: из­мерения напряжения, тока и сопротивления при количестве аналого­вых каналов – 4. Пределы измерений АЦП ±10; 60; 640 и 5120 мВ. Пе­реключение аналоговых и цифровых каналов, а также режимов и пре­делов измерения осуществляется программным путем командами ПЭВМ, что позволяет полностью автоматизировать процесс измерения.

Наши разработки, касающиеся измерения термоЭДС минералов зондовым методом, направлены на усовершенствование датчиков и методики измерения. Исследования показали, что экспрессные измерения наиболее просто реализуются при определении начальной разности температур между термозондами до их введения в тепловой контакт с минералом.

Исследование динамического процесса возникновения и измене­ния термоЭДС минералов позволило установить, что максимальное (пиковое) зна-чение термоЭДС достигается через 5...10 мс после мо­мента введения горячего термозонда в контакт с минералом, а затем в течение 1...3 с оно спадает до стационарного значения. Пиковое значение практически не зависит от соотношения размеров и формы термозондов и минерала, а определяется соотношением их теплофизических параметров. Экспериментальными исследованиями установлено, что термоЭДС,  измеренная в нестационарном режиме те-плообмена, боль­ше по модулю, чем в стационарном. Это позволяет считать, что тем­пература контакта зонд-минерал в нестационарном режиме меньше от­личается от начальной температуры зонда, т.е. погрешность измере­ний в нестационарном режиме меньше. Кроме того, нестационарный режим измерения обусловливает истинно зондовый метод определения  термоЭДС, локализуя градиент температуры в минимальном объеме минерала, где он достаточно однороден.

Исследованы источники погрешностей при измерении термоЭДС зондовым методом. Показано, что наибольший вклад в общую погреш­ность вносит неконтролируемое изменение начальной разности температур между термозондами после их введения в тепловой контакт с минералом. Разработана методика оценки погрешностей измерения термоЭДС в стационарном тепловом режиме, которая основана на определении температуры контакта, установившейся в режиме теплообмена термозонда и минерала с погрешностью менее 1 % (наше авт. свид. 693202), и сопоставлении ее с начальной температу­рой термозонда.

При непосредственном участии автора разработана серия датчиков для экспрессных зондовых измерений термоЭДС. Они предназначены для работы с минеральными выделениями, представленными практически в любом виде – штуфах, аншлифах, мономинеральных зернах до 100 мк. Наиболее эф-фективным оказался прибор, в котором электронное табло измерителя введено в поле зрения микроскопа (рис. 8).

Закономерное изменение электрофизических свойств минералов в пространстве геологических объектов и выявляемая при этом зональность – следствие ряда причин, в частности, изменчивости этих свойств в пределах отдельных кристаллов. Поэтому исследование изменчивости электрофизических и, в частности, термоэлектрических свойств отдельных минералов и их электропроводности является актуальной задачей и перспективным путем к пониманию причин, обусловливающих появление у минералов из месторождений различного генезиса разных свойств. Данные, получаемые при сканировании кристаллов, часто оказываются наиболее информативными при определении начальной и конечной температур кристаллизации типоморфных минералов, что, в свою очередь, является основой решения некоторых минерагенических вопросов.

Включение в состав аппаратурного комплекса установки, реализую-щей эти возможности, позволило, во-первых, сделать такие исследования массовыми и экспрессными, а во-вторых, систематизировать результаты многочисленных исследований и выявить закономерности изменчивости электрофизических свойств в кристаллах некоторых минералов. Установле-ние этих закономерностей облегчается при сопоставлении распределений термоЭДС с зонами роста кристаллов минералов.

Идея сканирующих устройств показана на рис. 9. Этот же датчик может использоваться и для исследования распределения электропроводности в минералах (рис. 10).

Исследование термоэлектрических свойств в определенном интервале температур, т.е. исследование температурной зависимости Е(Т), используется для решения ряда рассмотренных минералогических и геологических задач.

Методика исследования температурной зависимости термоЭДС разработана на основе предложенного автором способа измерения ин­теграль-ной термоЭДС в нестационарном тепловом режиме (авт. свид. 1133526). При измерениях используется динамический разогрев за­остренного термозонда, введенного в контакт с исследуемой зоной минерала. Для определения температуры контакта в динамическом ре­жиме разогрева (нагрев до 400 °С осуществляется за 20 с) исполь­зуется аналого-цифровой комплекс на основе ПЭВМ. Температура контакта определяется в ЭВМ как функция двух измеряемых на тер­мозонде температур (рис. 11).

Рис. 11. Установка для экспрессного измерения температурной зависимости

интегральной термоЭДС (конструкция датчика и структурная схема установки):

1 – нагреваемый термозонд из константанового стержня; 2 – нагреватель из нихромовой спирали; 3 – изоляционная фарфоровая трубка; 4 – токоподводящие столбики; 5 – несущее основание; 6 - исследуемый образец; 7 – медная пластина для измерения кристаллов и агрегатов (холодный электрод); 8 – холодный медный электрод-щуп для измерения в аншлифах или штуфах; 9 – нагреватель; 10 –  двухкоординатный самопишущий прибор (автоматизированный комплекс АЦП/ЦАП-ПЭВМ)

Функциональная зависимость, связывающая тем­пературу контакта с двумя измеряемыми температурами на термозон­де, определяется предварительно с помощью ЭВМ методом тренд-анализа при градуировке установки на образце тепловых свойств. Ди­намический температурный режим позволяет уменьшить прогреваемый объем минерала и тем самым повысить локальность метода.

Разрабо­танная методика позволяет измерять интегральную зависимость тер­моЭДС на сколках минералов без предварительной подготовки, а так­же на минеральных выделениях в аншлифах при минимальном линейном размере выделений 10 мм. Интегральная зависимость может быть продифференцирована в ПЭВМ и выведена на печать.

Электропроводность рудных минералов, как показано нами ранее, также несет важнейшую генетическую информацию и позволяет, в частности, типизировать минеральные виды и их разновидности по величине электропроводности; диагностировать минералы; по температурной зависимости электропроводности минералов определять формационную принадлежность рудных месторождений. Например, Е.В. Розова (1976) показала, что во многих случаях высокая золотоносность характерна для пиритов с низким удельным сопротивлением.

Четырехзондовый датчик для измерения электропроводности по нашему авт. свид. 1087861 имеет разрешающую способ­ность 0,54 мм, что позволяет проводить из­мерения электропроводности отдельных ми­неральных включений с минимальными раз­мерами 1,6 х 1,1 мм.

Более обширную информацию дает анализ температурных зависимостей σ (Т). Наиболее перспективным путем построения измерительных устройств для определения температурной зависимости электропровод­ности является создание автоматизированных систем, позволяющих получать зависимость в координатах lgσ  и 103/Т °К непосред­ственно на диаграм-мном бланке самопишущего прибора.

В разработан­ной автором системе используется модификация четырехзондового метода, при которой зонды расположены попарно навстречу друг другу (схема установки и ее описание приведено в работе 22 списка опубликованных работ).

Образцы минералов для исследований представляют пластины с плоско-параллельными гранями. Ток в образце за­дается через токовые зонды от стабильного генератора. Напряжение, пропорциональное удельному сопротивлению, снимается с потенци­альных зондов и поступает на вход усилителя и детектора, а за­тем – на один из программно-коммутируемых входов аналого-цифрово­го преобразователя. На другой вход АЦП по­дается сигнал термоЭДС термопары, измеряющей температуру образца. Эти сигналы поступают в ПЭВМ, где каждый из них обрабатыва­ется по определенному алгоритму. Рассчитанные в ЭВМ значения lgσ и 103/Т °К в графической форме выводятся на печать. Измерения проводятся в нестационарном режиме. Весь процесс получения зависимости в интервале 20...450 °С занимает око­ло 3 мин.

Изучение температурного хода σ позволяет выявить «металлические» и «полупроводниковые» свойства минерала. Так, пирит, образовавшийся при высоких температурах, обнаруживает металлический характер зависимости σ(Т), а у пиритов из гидротермальных более низкотемпературных месторождений зависимость σ(Т) отвечает полупроводникам (рис. 12).

Экспресс-метод определения качественного элементного состава образца предназначен для проведения точечных зондирований элементного состава рудных минералов и одновременных сопостави­тельных измерений термоЭДС, используется для экспресс-диагностики сульфидов. Использование в ка-честве детектора кристалла дийодида Hg с  воспринимающей  поверхностью около 1 см, а  также  специальной конструкции блока возбуждения рентгеновского излучения позволило получить разрешение по зондируемой площади поверхности исследуемого объекта, равное 0,8 мм. Спектрограммы образцов приведены на рис. 13.

Рис. 13. Спектрограммы образцов минералов:

а – пирита дырочной проводимости; g – полисульфидного образца

Описанные приборы и устройства предназначены для работы в стационарных условиях лабораторий или в условиях стационарных полевых партий. Существующая потребность в оценке типа проводимости и измерении термоЭДС рудных минералов непосредственно в полевых условиях обусловила создание приборов этого класса. Основная проблема, которая сдерживала со-здание приборов для полевых исследований термоэлектрического эффекта в минералах, связана с отсутствием экономичных источников питания для разогрева термозонда и создания градиента температуры в образце.

Использование нетрадиционных источников энергии для создания градиента температур в образце позволило разработать два принципиально новых прибора для названных целей. Диссертантом совместно В.М. Лапушковым и А.С. Гурьевичем на основе  способа определения типа проводимости полупроводниковых минералов (по нашему авт. свид. 621997) разработан полевой определитель типа проводимости рудных минералов «ЗНАК-1». Для создания градиента температур в образце использована энергия неупругого удара одним из зондов по минералу. Прибор отмечен бронзовой медалью ВДНХ СССР. Опытная серия измерителя внедрена более чем в тридцати научных и производственных организациях геологоразведочной отрасли.

       Полевой измеритель термоЭДС «ИТ-4», разработанный диссертантом на основе авт. свид. 1133526, позволяет определять в полевых условиях не только тип проводимости, но и величину термоэлектрического потенциала. Проблема создания градиента температур здесь решена за счет использования термозонда с каталитическим нагревателем. Прибор также отмечен бронзовой медалью ВДНХ СССР. Изготовлена опытная партия 30 экз. Прибор внедрен в научных и производственных организациях геологоразведочной отрасли.

       Полевые измерители типа проводимости и термоэлектрического по-тенциала используются на стадиях предварительной и детальной разведки и обеспечивают высокую достоверность представительного отбора образцов по разведочным канавам, подземным горным выработкам и буровым скважинам.

       Современное развитие геолого-горнорудной отрасли не представляется возможным без обеспечения ее информатизации, причем не только на уровне создания электронных баз данных и информационных хранилищ, но и на уровне автоматизации различных процедур сбора и обработки экспериментальной и полевой информации.

Рациональным и эффективным методом автоматизации сбора, обработки и анализа геолого-минералогической информации является проектирование и разработка профессионально-ориентированных автоматизированных рабочих мест (АРМ) на основе современных средств вычислительной техники. Результатом функционирования такой автоматизированной системы является электронная база данных исследуемого объекта, предс-тавляющая набор качественных (описательных) и количественных (параметрических) показателей, подлежащих реги­страции.

В  общем виде база  данных  представляет  совокупность описаний образцов горных пород и минералов  исследуемого объекта, каждый из которых имеет точную геологическую привязку (координаты X, Y, Z), оптимальное для решаемой задачи  информационное геолого-минералогическое наполнение, а также  необходимые электрофизические и другие параметры. Наличие такой базы данных  позволяет хранить в компактном и легко доступном  виде огромный  объем первичной  информации по изучаемому объекту, а также обрабатывать ее практически по любым алгоритмам.

       Использование компьютерных технологий позволяет принципиально по-но­вому решать задачу геологического картирования и на этой основе осуществлять прогноз геологических факторов и явлений. Рациональным ме­тодом изучения геологической среды является объемное геологическое картирование месторождений, которое закладывает основы перехода от плоскостного изображения геологического пространства к объемному пре-дставлению элементов геологической среды.

В практической реализации достаточно часто термин «АРМ» понимается узко и подразумевает применение персонального компьютера в основном для обработки экспериментальных либо иных данных. В представлении  диссертанта это понятие намного шире и, в частности, включает автоматизацию одного из самых сложных и ответственных этапов работы исследователя – сбора экспериментальных данных и управление экспериментом. К примеру, при автоматизации электрофизических исследований разработанный нами АРМ осуществляет проведение сложных с методической точки зрения измерений, в частности, в начальной стадии быстротекущих нестационарных температурных процессов или периодических измерений какого-либо параметра в течение длительного эксперимента, поддержание в заданных пределах параметров экспериментальной установки и т.п.

При разработке АРМ в настоящее время широкое распространение получил функциональный подход, суть которого заключается в том, что сначала анализируются функции, выполняемые работниками выбранной профессии, из них выбираются наиболее типичные, чаще всего встречающиеся. Затем проектируются и создаются технические и программные средства, автоматизирующие выполнение этих функций, которые и объединяются понятием АРМ.

Модель АРМ, состав и структура его информационного обеспечения в конкретной привязке к нашей  предметной  области – электрофизическим исследованиям приведена на рис. 14. АРМ создается по принципу индивидуального пользования, все ресурсы ПЭВМ используются монопольно одним пользователем. 

Техническая, информационная и программная обеспечивающие подсистемы АРМа позволяют автоматизировать измерение электрофизических параметров сульфидных минералов, осуществлять ввод описательной геолого-минералогической информации, их совместную обработку и построение объемной модели изучаемого объекта. В соответствии с предложенной моделью разработаны состав и структура функционального программного обеспечения АРМ, которая содержит блоки, реализующие процедуру формирования баз данных, статистической обработки данных, многомерного анализа, построения моделей тренда.

Программная система для формирования баз данных геолого-минера-логической информации, предназначена для формирования первичного массива геолого-минералогических данных, а также различных электро-физических параметров образцов горных пород и минералов. Для обработки данных используется программный комплекс ЭЛИТА, позволяющий построить трехмерную модель изменчивости выбранных параметров минералов в пространстве месторождения. Наглядное представление результатов обработки всей накопленной информации реализуется при построении карт регрессионных моделей тренда.

Рис. 14. Структура автоматизированного рабочего места для

геолого-минералогических и электрофизических исследований

При формировании структуры автоматизированного рабочего места использован модульный принцип построения. Для решения различных прикладных геологических задач оно комплектуется необходимыми автоматизированными системами нижнего уровня.

В частности, в практике изучения золоторудных месторождений большое внимание уделяется всестороннему исследованию самородного золота и, в частности, одной из его важнейших характеристик – пробности. Поэтому в состав АРМ может быть введена система, реализующая экспрессный способ определения пробности золота по разработанной нами методике на основе измерения интегральной термоЭДС.

Для обработки и анализа изображений в состав АРМ введена автоматизированная система, обеспечивающая ввод и обработку изображений. Она комплектуется телевизионной камерой КТП-82, монохроматическим видеоконтрольным устройством и платой видео-АЦП АDS20. Изображение в виде аншлифа или фотографии помещается в фокус видеокамеры и отображается на экране видеомонитора. Выбранное для обработки изображение через видео-АЦП передается в персональную ЭВМ и обрабатывается в ней по определенному алгоритму. Программа для обработки и анализа  изображений обладает довольно развитой  файловой  системой, которая позволяет работать с изображениями, маркерными и текстовыми полями, образами, фрагментами, файлами отчетов.

Функционирование АРМ может дать реально ощутимый эффект только при условии правильного распределения функций и нагрузки между человеком и машинными средствами обработки информации, ядром которых является ПЭВМ. Лишь в этом случае АРМ станет средством повышения не только производительности труда и эффективности управления, но и социальной комфортности специалистов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования, ме­тодические и конструкторские разработки, их практическая реализация позволили внести существенный вклад в решение актуальной на­учной проблемы – разработку инновационного комплекса электрофизических методов и автома­тизированной аппаратуры для изучения свойств сульфидных минералов, рудных тел и месторождений, позволяющих эффективно решать задачи по выявлению зональности и прогнозу оруденения эндогенных месторождений, а также другие, сопутствующие этим целям,  геолого-минералогические задачи.

Основные научные и практические результаты, полученные при выпол­нении диссертационной работы, заключаются в следующем.

1. Экспериментально установлено, что электрофизические параметры сульфидных ми­нералов являются чувствительными показателями изменений фи­зико-химических условий образования минералов наряду с изменением их мор­фологии, кристаллографических форм, структур и текстур, изотопного состава, соотношения их матричных компонентов и состава элементов-примесей.

2. Установлена закономерная изменчивость температурных параметров термоЭДС и электропроводности сквозных сульфидных минералов в пределах рудных тел и эндогенных месторождений в целом, что позволило обосновать принципиальную возможность использования этих параметров для выявле­ния зональности и прогнозной оценки продуктивности рудных объектов, а также решения других прикладных геолого-минералогических задач.

3. Установлено, что основными параметрами, которые могут быть испо-льзованы для получения геолого-минералогической информации и которые на-иболее контрастно отражают изменчивость свойств сульфидных рудных минералов, являются параметры температурных зависимостей термо­ЭДС и электропроводности рудных минералов: экстремальные значения (м, –м) и приращение ко­эффициента термоЭДС (), температурный коэффициент электро-проводности (КТ) для областей примесной и собственной проводимости. Качественный ха­рактер кривых может использоваться как типоморфный признак.

4. Экспериментально установлено, что температурные зависимости термо­ЭДС и электропроводности рудных минералов необходимо измерять в нестационарном тепловом режиме, так как, во-первых, он обусловливает истинно зондовый метод определения термоЭДС, локализуя градиент температуры в минимальном объеме минерала, где он достаточно однороден и, во-вторых, этот режим характеризуется оперативностью (экспрессностью) получения информации, что приобретает определяющее значение при массовом характере исследований.

5. На уровне изобретений разработаны методы реконструкции зональности рудных объектов, на которых сквозной пирит представлен только одним типом проводи­мости. К ним, прежде всего, относится боль­шая группа высокотемпературных месторождений (магматиче­ских, скарновых, гидротер-мально-пневматолитовых) с пиритом электронного ти­па проводимости, а также низкотемпературные гидротермальные месторождения с пиритом дырочного типа проводимости. Установлено, что для месторождений с пиритом электронного ти­па проводимости контрастным параметром, отражающим их зональность, является температурный коэффициент электропроводности, а для  месторождений с пиритом дырочного типа проводимости – при­ращение коэффициента термоЭДС. Установлена коррелируемость выявлен­ной зональности электрофизических свойств с зональностью продуктивных минеральных ассоциаций.

6. Установлены различия в температурных параметрах термоЭДС и электропроводности одних и тех же минералов, образовавшихся на различных этапах и стадиях минералообразования в пределах одного месторождения, что позволяет на их основе осуществлять расшифровку стадийности процессов рудообразования. Методика апробирована на примере исследования арсенопирита Средне-Голготайского золоторудного месторождения (За-байкалье).

7. Выявлены критерии различия осадочно-диагенетических и гидротермальных пиритов пород Берелехского золотоносного района Магаданской области, которые могут способствовать объективному выделению участков гидротермальной пиритовой минерализации и тем самым способ­ствовать поиску источников подпитки золотоносных россыпей. Для разработки критериев различия указанных генетических типов пирита использо­вались температурные зависимости термоЭДС, которые показали, что контрастным параметром, позволяющим различать эти типы пиритов, является знак второй производной интегральной термоЭДС.

8. Разработана методика и аппаратурное обеспечение экспрессного определения пробности самородного золота. Погрешность определения пробности самородного золота по предложенному способу в среднем в три раза ме-ньше, чем по способу сравнения. Методика и аппаратурное обеспечение внедрены в производство работ ООО «Артель старателей «Бальджа» (акты внедрения от 21.10.2008 г. и  03.04.2009 г.).

9. Практически реализована автоматизированная на основе ПЭВМ система, позволяющая осуществлять зондовые измерения термоЭДС минералов, их электропроводность и температурные зависимости этих параметров. Экспрессный автоматизированный комплекс позволяет минимизировать затраты временных ресурсов, повысить достоверность получаемых данных и на этой основе повысить эффективность изучения рудного объекта. Автоматизированная система внедрена в производственные геологические объединения «Севвостгеология» и «Красноярскгеология».

Лабораторный аппаратурный комплекс для измерений электрофизических параметров рудных минералов в различных комплектациях внедрен в 14-ти производственных и научных организациях геологической отрасли, а также при изучении искусственных полупроводниковых соединений в лаборатории термоэлектричества искусственных полупроводников при Заб-ГГПУ (акт внедрения 2009 г.).

10. Разработаны и внедрены в производство опытные серии полевых приборов для определения термоэлектрических параметров сульфидных минералов: типа проводимости – «ЗНАК-1» и величины термоэлектродвижущей силы – «ИТ-4». Оба измерителя  реализованы  на нетрадиционных источниках энергии для создания в образце градиента температуры. Оба прибора отмечены бронзовыми медалями ВДНХ СССР.

11. Разработано и практически реализовано профессионально-ориенти-рованное двухуровневое автоматизированное рабочее место для геолого-ми-нералогических и электрофизических исследований, позволяющее осуществлять сбор экспериментальных данных (нижний уровень), введение описате-льной геолого-минералогической информации, обработку данных по определенному алгоритму и на этой основе формировать электронную базу данных исследуемого рудного объекта, используемую для построения его объемной модели (верхний уровень).

Техническое предложение и эскизный проект автоматизированного рабочего места на основе ПЭВМ для изучения электрофизических свойств термоэлектрических материалов использованы в практике лаборатории «Термоэлектрического материаловедения» ЗабГГПУ (акт использования 2009 г.).

Полученные результаты позволяют подтвердить идею, выдвинутую на начальном этапе разработки проблемы, заключающуюся в том, что значите-льное повышение эффективности освоения рудных объектов можно обеспе-чить на основе научно-экспериментального обоснования возможности использования температурных параметров термоЭДС и электропроводности сульфидных минералов и их широкого практического применения для выявления зональности и прогноза оруденения эндогенных месторождений, а также решения сопутствующих этим целям других геолого-минералогических задач.

Основные положения диссертационной работы отражены

в следующих публикациях

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для изложения результатов докторских диссертаций

1. Романов В.Г. Экспериментальное обоснование зависимости «состав–свойст-ва» на основе исследования электрических свойств синтезированных галенитов // Вестник Читинского государственного университета: Вестник ЧитГУ № 1 (52).  Чита: ЧитГУ. 2009. С. 92-99.

2. Романов В.Г. Обоснование критериев различия пиритов осадочно-диагенети-ческого и  гидротермального генезиса // Вестник Читинского государственного университета: Вестник ЧитГУ № 2 (53). Чита: ЧитГУ, 2009. С. 44-50.

3. Романов В.Г. Горно-геологическая информации: понятие, особенности, свойства // Вестник Читинского государственного университета: Вестник ЧитГУ № 6 (57). Чита: ЧитГУ. 2009. С. 46-53.

4. Романов В.Г. Электрические свойства рудных минералов и их использование для решения минерагенических и геологических задач // Вестник Читинского государственного университета: Вестник ЧитГУ № 6 (51).  Чита: ЧитГУ. 2008. С. 147-154.

5. Секисов Г.В., Романов В.Г. Системы рудных объектов и технологии их освоения // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: Изд-во МГГУ. 2008.  № 4. С. 108 - 114.

6. Романов В.Г., Секисов Г.В. Иерархическая система структурных элементов горно-геологической информации // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд-во МГГУ. 2008. № 4. С. 211 - 215.

7. Романов В.Г. Автоматизация измерений электрических параметров минералов и горных пород и формирование электронных информационных массивов // Горный информационно-аналитический бюллетень.  М.: Изд-во МГГУ. 2008. № 5. С. 118 - 124.

8. Секисов Г.В., Романов В.Г., Грехнев Н.И., Зыков Н.В. Логическая эффективность технологий освоения месторождений твердых полезных ископаемых и методические принципы ее оценки// Горный информационно-аналитический бюллетень.  М.: Изд-во МГГУ. 2007. № 3. С.112 - 119.

9. Секисов Г.В., Романов В.Г., Мамаев Ю.А., Зыков Н.В. Основные проблемы создания высокоэффективных технологий освоения месторождений твердых полезных ископаемых на базе открытого способа разработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд-во МГГУ. 2006. № 2. С. 261 - 267.

10. Гурьевич А.С., Лапушков В.М., Романов В.Г. Исследование термоэлектрических свойств рудных минералов в нестационарном тепловом режиме // Физика Земли. 1979. № 7. С. 89 - 92.

11. Борде Б.И., Гурьевич А.С., В.И. Красников, В.Г. Романов. Автоматическая обработка результатов исследования распределения термоЭДС в полупроводниковых минералах //Автометрия. 1977. № 4. С. 25 - 30.

Монографии

12. Романов В.Г.  Электрофизические методы исследования сульфидных минералов и рудных объектов: научное издание. Чита: ООО «Техноленд».  2009. 232 с.

13. Секисов Г.В., Романов В.Г. Системы технологий освоения рудоминеральных объектов: научное издание. Чита: ЧитГУ. 2006. 373 с.

14. Секисов Г.В., Романов В.Г., Зыков Н.В. Минеральные производства, продукция и их отходы. Чита: ЧитГУ. 2004. 225 с.

15. Секисов Г.В., Романов В.Г., Зыков Н.В. Минеральные образования, ресурсы и объекты. Чита: ЧитГУ. 2003. 172 с.

16. Романов В.Г. Автоматизированное рабочее место экспериментатора.  Чита: ЧитГУ. 1997. 220 с.

Научные статьи

17. Романов В.Г. Зональность рудных месторождений как основа технологической типизации руд // В кн.: Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья (Плаксинские чтения): Труды международного совещания, ч. IV. Москва-Чита: ЧитГТУ. 2002. С. 181-188.

18. Романов В.Г. Экспрессное исследование примесного состава минералов // В кн.: Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья (Плаксинские чтения): Труды международного совещания, ч. III. Москва-Чита: ЧитГТУ. 2002. С. 147-153.

19. Романов В.Г. Современное состояние информатизации в горнорудном производстве // Вестн. ЧитГУ № 37, спец. вып., посвященный 30-летию Горного института. Чита: ЧитГУ. 2004.  С. 148-161.

20. Романов В.Г. Принципы построения горно-геологических автоматизированных информационных систем. // Вестн. ЧитГУ № 4 (45). 2007. С. 35-43.

21. Методические рекомендации по использованию электрических свойств рудных минералов для изучения и оценки эндогенных месторождений / Красников В.И., Фаворов В.А., Суматохин В.А., Гурьевич А.С., Романов В.Г., Лапушков В.М., Зезюлина Э.Д.  Л.: ВСЕГЕИ. 1983. 91 с. (Министерство геологии СССР. Заб. компл. науч.-исслед. ин-т).

22. Электрические свойства минералов / В.И. Красников, В.М. Лапушков, В.Г. Романов, В.А. Суматохин, В.А. Фаворов, А.С. Гурьевич, Г.А. Горбатов // Методы минералогических исследований: Справочник [Ред. А.И. Гинзбург]. М.: Недра, 1985. С. 140-177.

23. Лапушков В.М., Романов В.Г., Гурьевич А.С. Полевой прибор для определения типа проводимости полупроводниковых минералов // Геофизическая аппаратура. 1981, вып. 74. С. 91-94.

24. Романов В.Г. Лапушков В.М., Гурьевич А.С. Определение погрешностей измерения термоЭДС минералов зондовым методом / В кн.: Методы и средства преобразования сигналов в научном приборостроении. Красноярск. 1979. С. 81-84.

25. Романов В.Г. Выявление зональности месторождений по измерениям температурной зависимости проводимости пирита. Чита, ЦНТИ, 1984. 6 с.

26. Романов В.Г. Автоматизированная система для исследования температурной зависимости проводимости полупроводниковых минералов: препринт / Чита. ЧитГТУ. 1999. 47 с.

27. Романов В.Г. Лапушков В.М., Гурьевич А.С., Зезюлина Э.Д. Исследование зондового метода изме­рения термоЭДС / В кн.: Методы и средства преобразования сигналов в научном приборостроении. Красноярск. 1979.С. 151-154.

28. Романов В.Г. Четырехзондовый датчик для измерения удельной проводимости полупроводников / Чита. ЦНТИ. 1981. 5 с.

29. Романов В.Г. Термозонд для измерения термоЭДС минералов в полевых условиях / Чита. ЦНТИ. 1991. 4 с.

30. Романов В.Г. Температурные зависимости термоЭДС и электропроводности пиритов гидротермальных месторождений: Автореф. дис. ... канд. геол-минер. наук. Иркутск. ИПИ. 1985.18 с.

31. Романов В.Г. Решение минерагенических задач на основе использования электрофизических параметров сульфидных минералов: препринт / Чита. ЧитГУ. 2003. 39 с.

32. Романов В.Г., Секисов Г.В. Автоматизация минералого-физических исследований при поиске и разведке МПИ / Материалы V Международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых». Москва: РГГРУ. 2006. С. 270.

33. Романов В.Г. Использование термоэлектрических параметров сульфидных минералов для решения минерагенических и геологических задач / Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Физические явления в конденсированном состоянии вещества». Чита. 2009. С. 76-81.

Авторские свидетельства на изобретения

34. А.с. 1290898 СССР, МКИ4  G 01 V 9/00. Способ определения характера зональности рудных месторождений / В.Г. Романов, В.И. Красников, Г.С. Вахромеев (СССР) № 3898961/24-25; заявл. 22.05.85; Гос. реестр от 15.10.86.

35. А.с. 1199081 СССР, МКИ3  G 01 V 9/00. Способ определения характера зональности рудных объектов / В.Г. Романов, В.И.Красников, В.А. Суматохин (СССР). № 3697855/24-25; заявл. 08.02.84; Гос. реестр от 15.08.85.

36. А.с. 1133526  СССР, МКИ4  G 01 N 25/32. Способ измерения температурной зависимости термоЭДС минералов / В.Г. Романов (СССР) № 3494470/24-25; заявл. 28.09.82; опубл. 07.01.85. Бюл. № 1. с. 148.

37. А.с. 693202 СССР, МКИ2  G 01 N 25/32. Способ измерения коэффициента термоЭДС минералов / В.М. Лапушков, В.Г. Романов (СССР). № 2503845/18-25; заявл. 06.07.77; опубл. 25.10.79. Бюл. № 39. с.141.

38. А.с. 1344045 СССР, МКИ3  G 01 N25/32 Способ определения коэффициента термоЭДС минералов / В.Г. Романов (СССР) № 4003755/24-25; заявл. 07.01.86; опубл. 08.07.87. Бюл. № 36. с. 138.

39. А.с. 1087861 СССР, МКИ3  G 01 N 27/02. Датчик электропроводности твердых тел / В.Г. Романов (СССР). № 3547946/18-25; заявл. 14.02.82; опубл. 23.04.84. Бюл. № 15. с. 149.

40. А.с. 868512 СССР МКИ3  G 01 N 27/32. Устройство для определения типа проводимости полупроводниковых минералов / В.М. Лапушков, В.Г. Романов (СССР). № 2866597/18-25; заявл. 07.01.80; опубл. 30.09.81. Бюл. № 36 с. 157.

41. А.с. 1376023 СССР, МКИ4  G 01 N25/32. Устройство для измерения термоЭДС минералов / В.Г. Романов (СССР). № 4117111/24-25; заявл. 16.09.86; опубл. 23.02.88. Бюл. № 7. с. 137.

42. А.с. 621997 СССР, МКИ2  G 01 N 25/32. Способ определения типа проводимости полупроводниковых минералов / В.М. Лапушков, В.Г. Романов, А.С. Гурьевич (СССР). № 2466486/18-25; заявл. 25.03.77; опубл. 19.10.78, Бюл. №  32.

Сдано в производство 20.01.2011

Уч.-изд. л. 2,9 Усл. печ. л. 2,7

Тираж 100 экз.  Заказ № 

Читинский государственный университет

672039, Чита, ул. Александро-Заводская, 30

РИК ЧитГУ


1 под температурными параметрами термоЭДС и электропроводности в диссертационной работе понимаются параметры, полученные при исследованиях термоЭДС и электропроводности в режиме непрерывно повышающейся температуры образца или его локальной зоны.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.