Введение

Обозначенная тема имеет слишком много прикладных аспектов и внутренних разноуровенных связей, объединяющих различные элементы и понятия в единую систему. Конечно, нет никакой надежды осветить с одинаковой детальностью все аспекты этой темы. Поэтому, целесообразно пунктирно обозначить контекст, в котором далее будут рассматриваться отдельные проблемы без специальных дополнительных ссылок на контекст в ходе обсуждения конкретных вопросов.

1. Если считать, что первым и последним звеньями длинной цепочки являются "хочу найти золото" и "держу золотой слиток в руке", то минералого-геохимические поиски, как одно из промежуточных звеньев этой цепи дают только альтернативное утверждение после проведения поисковых работ: "Да, есть перспективы для продолжения работ или дальнейшие работы не целесообразны из-за отсутствия перспектив нахождения рудного объекта". То есть, степень обоснованности одного из утверждений и является мерилом качества выполненных работ, а вовсе не факт обнаружения или "не обнаружения" рудного объекта. В этом контексте, роль методики проведения поисковых работ, лежащей в основе принятия ответственных решений, приобретает исключительно важное значение.

2. Речь идет о поисках (преимущественно золота и платиноидов) по вещественным характеристикам горных пород и рыхлых отложений, как о прагматической задаче по выявлению естественных неоднородностей, которые и являются конечной целью поисковых работ: ищем локальные объемы с высоким содержанием рудных компонентов. С локальными объемами - как бы понятно, но, что именно мы ищем и к чему стремимся, выполняя поисковые работы? Ведь, отвечая на этот вопрос с максимально возможной строгостью, мы предопределяем выбор не только самой сути конечного результата, но и всех элементов технологии получения результата, в том числе и инструментария, который будет использоваться в работе. Что мы хотим: искать, находить и получать значения параметров того, что будем обогащать из чего затем будем лить слитки или достаточно собрать пробы для получения информации о площадном распределении концентраций химических элементов (безразмерные относительные величины) и о корреляционных связях между ними?

3. Выявляя природные неоднородности, очевидны жесткие требования к понятийному аппарату, методам и инструментарию работ: теоретическое обоснование, методы и инструментарий не должны содержать элементов, приводящих к появлению неконтролируемых искусственных неоднородностей, получаемых в результате проведения работ. (Все как у физиков: помехи и "шумы" измерительной аппаратуры должны быть меньше измеряемого сигнала или, по крайней мере, - надежно отфильтровываться).

4. Несмотря на общность базисных понятий, существуют существенные различия в прикладных аспектах между поисками по первичным и вторичным ореолам рассеяния. Обращаем на это внимание коллег: рекомендуем самостоятельно разделять случаи, в которых речь идет о рыхлых отложениях или о кристаллических горных породах. Обращаем также внимание, что атмогеохимические и гидрогеохимические методы поисков в данной публикации не обсуждаются.

5. Некоторые вопросы намеренно поставлены и обсуждаются достаточно прямолинейно (в отличие от обтекаемой наукообразной формы), что иногда влияет на психологический климат общения с коллегами. Подчеркнем, что, с нашей точки зрения, коллеги-исследователи изучают Природу или обсуждают прикладные аспекты своих знаний, но не выясняют отношения друг с другом. Конечно, комфортная форма обсуждения очень желательна и всячески поддерживается нами, но это не означает, что корпоративные интересы должны диктовать правила поведения при изучении Природы.

Рассмотрим подробнее некоторые существенные вопросы:

1. Представительная проба: что это значит?
2. Об искусственных геохимических аномалиях;
3. О формах нахождения химических элементов в рыхлых отложениях;
4. Химический анализ проб: что же измеряется? (О соотношении зерновых и сорбционно-солевых форм в пробах);
5. О выборе поисковых методик;
6. Заключение и литература.

Представительная проба: что это значит?

Термин "представительная проба" часто воспроизводится в геологической литературе именно как термин свободного пользования, то есть, в смысловом аспекте он является синонимом словосочетаний "достаточно большая проба" или "проба, в которой достаточно много чего-то". Интуитивно понятно, что подразумевается нечто большее, но что именно? Попробуем разобраться.

Упрощая, нам кажется уместной аналогия представительной пробы с элементарной ячейкой кристаллического вещества: элементарная ячейка - это тот минимальный объем вещества с определенными свойствами, который может транслироваться в пространстве без искажения свойств, присущих этому кристаллу.

Представим, что мы имеем бесконечно большой кристалл и экспериментально выбираем тот минимальный объем, для которого в любой точке кристалла наблюдается постоянство некоторых свойств (например, постоянство масс химических элементов). Понятно, что можно выбрать такой минимальный объем, который будет менее элементарной ячейки (в пределе, объем может быть выбран равным или даже меньшим объема единичного атома). Следовательно, в каждой точке кристалла в таком слишком маленьком объеме постоянство наблюдаемых свойств будет нарушено, причем (и это важно, как логический вывод) свойства будут различны не потому, что они действительно разные в разных точках кристалла, а потому, что выбранная нами (!) единица измерения неадекватна для правильного описания природы вещества. Это означает, что своим ошибочным выбором единицы измерения мы вносим такие "шумы", которые принципиально искажают природные закономерности. Поэтому, "представительная проба" понятие гораздо более фундаментальное, чем утверждение, что проба "достаточно большая".

Следуя этой логике далее, понятно, что для определения минимального объема (т.е представительной пробы) прежде всего необходимо указать те свойства, которые должны транслироваться без искажений для выявления рудных тел, как природных неоднородностей.

Пусть, в некоторой пробе присутствует золото, массы пробы и золота известны, то есть известна концентрация золота в пробе (напомним, концентрация, - это отношение массы компонента к массе пробы). Задача: определить массу представительной пробы.

Понятно, что в такой формулировке задача бессмысленна: в пробе есть то, что есть и проба сама себя прекрасно представляет. Это означает, что выбор представительной пробы приобретает смысл, только тогда, когда производится сравнение(!) двух или большего числа проб: "представительная проба" - понятие не абсолютное, а приобретает смысл и принципиальное значение только в рамках тех ограничений, которые заданы условиями и правилами, по которым производится сравнение проб друг с другом. А сравнение, - это, как раз, и есть целый класс задач по выявлению природных неоднородностей, составляющих heart and soul поисковых работ. Путано? Сейчас разберемся на примере.

Сравним три пробы (обозначены 1, 2 и 3), схематически изображенные на рис.1. Положим, что массы проб (обозначим через M), массы золота (и, следовательно, концентрации золота) в каждой из них одинаковы.

Рис 1. Размер частиц и распределение золота в пробах. (Концентрации золота в пробах 1, 2 и 3 равны).
1 Частицы одинакового размера. Распределение частиц равномерное. Концентрации золота во всей пробе и каждой четвертой части пробы одинаковы.		2 Частицы одинакового размера. Распределение частиц неравномерное.		3 Все золото в пробе сосредоточено в одной крупной частице.

Обратим внимание, что в пробе 1 присутствуют мелкие частицы одинакового размера, которые равномерно распределены в объеме пробы. Естественно и оправдано желание рассматривать четвертую часть этой пробы (M/4) в качестве представительной: действительно, сохраняется постоянство некоторых (не всех) свойств - концентрации золота в каждой четвертой части пробы равные и равны концентрации золота во всей пробе. Однако, очевидно, что "представительная" проба массой M/4 совершенно не представительна, если сравниваются(!) концентрации в пробах 1, 2 и 3, из которых произвольно "вырезаются" навески M/4. Так, в пробах 2 и 3 концентрации неизбежно окажутся разными и значения концентраций будет лежать в интервале "аналитический нуль" <=> "N·(истинная концентрация)", причем, значение N - зависит то того, сколько частиц и какого размера попадут в навеску M/4. Это означает, что, если пользоваться навеской M/4, считая ее представительной, и определять концентрации по частям проб 1, 2 и 3, то неизменное для всех трех проб свойство - концентрация золота - окажется разной, даже, если повторный анализ параллельных проб будет производиться неоднократно.

В практике поисковых работ невоспроизводимость концентраций при повторных анализах проб традиционно интерпретируется, как "крайне неравномерное распределение золота", хотя причины разброса концентраций в другом и не связаны с равномерностью-неравномерностью распределения: причина в неправильном выборе массы представительной пробы - в представительной(!) пробе концентрация элемента не зависит ни от распределения отдельных частиц в объеме пробы, ни от размера частиц минерала-носителя этого химического элемента. Потому-то "представительная проба" и представительна, поскольку при сравнениях не искажаются параметры интересующих свойств проб! В рассматриваемом примере массы каждой из проб (пробы 1, 2 и 3, рис.1) для наглядности выбраны именно представительными: во всех пробах одинаковые массы (концентрации) золота независимо ни от размера частиц, ни от их распределения в объеме пробы. И, как вывод: масса представительных проб не может быть уменьшена без искажения информации! Попробуйте оценить самостоятельно, на сколько десятичных порядков информация может быть искажена. Это почти то же, что и посчитать сколько десятичных порядков между нулем и единицей: если "аналитический ноль" принять 0.001г/т, то получится девять порядков... (Подчеркнем, предостерегая от поспешных решений: гомогенезацией или тонким истиранием с последующим квартованием непредставительных проб ситуация не улучшается - единственная (единичные) крупная частица изначально не попадает в непредставительную пробу (в примере на рис.1 в навеску M/4), как бы эта проба позже ни обрабатывалась! Подчеркнем попутно, что зависимость между линейным размером частиц и их массой (объем, умноженный на плотность) - это степенная функция 3-ей степени, поэтому любые "вольности" с относительно крупными зернами вызывают наибольшие аналитические ошибки. Сравним, аппроксимируя форму частицы маленьким кубиком: масса 1000 частиц размером 10µm равна массе 1 частицы размером 100µm).

Завершая с примером, представим, что пробы 1, 2 и 3 собраны по некоторому поисковому профилю. Очевидно, что природная неоднородность свойства "концентрация золота" на этом профиле отсутствует. Выбирая навеску для определения концентраций меньшей, чем M, мы искусственно создаем информационные неоднородности (шумы), учесть которые впоследствии невозможно: результаты несоизмеримы, сравнивается "горячее" и "желтое", "тяжелое" и "красивое". Только статистически оправданное число анализов параллельных проб (десятки-сотни-тысячи, - depends...) может дать вероятностное представление о наличии - отсутствии природных неоднородностей. Конечно, просится вопрос: "Что проще и достовернее: работать с представительными пробами и получать надежные данные о свойствах в каждой пробе или играть в орлянку на статистических выборках? Стоит ли осознанно "вляпываться" по самые уши при сборе и лабораторной обработке избыточно большого числа проб, чтобы затем статистикой - фильтрациями - корреляциями - мультипликативными параметрами пытаться отчиститься от свих же "ляп"? Ответ зависит от целей,  пристрастий и традиций... (No offence, nothing personal...).

Еще один пример-гротеск позволит все точно расставить по местам. Используем утверждения: 66% поверхности Земли занимает вода, 75% яблока - составляет вода, 90% огурца - составляет вода. Значит, при поисках воды, работая по стандартной схеме с аксиоматикой поисковой геохимии (идем туда, где концентрация больше) - на поисковом профиле Земля - яблоко - огурец следует повернуться спиной к океану и идти в строну яблока и далее в сторону огурца. Логика сравнения безупречна, но никакого практического смысла в таких поисках нет: использование безразмерных величин (частей от целого=концентраций) без учета материальной основы сравниваемых величин (т.е. представительных проб) приводит к эклектике, сравниваются несоизмеримые величины, например, "горячее" и "тяжелое"...

Что-то примеры прояснили, но не все. Так каково же, наконец, численное значение массы представительной пробы? Масса представительной пробы - величина не абсолютная (на это указывалось), она вычисляется! Причем, вычисление производится в рамках ограничений, обусловленных правилами сравнения проб.

Однако, как только речь заходит о вычислениях, связанных с природными объектами, то лучше сразу оговориться, что речь будет идти о некоторой аппроксимации, а не о математически точном описании природных объектов. Например, говоря о размере частиц, лучшее, что обычно используется на практике, - это указывается, что "частица прошла через сито 200µm и не прошла через сито 180µm", хотя такое определение размера без учета формы мало чему соответствует в действительности и ошибки в вычислении, например, масс частиц неизбежны. Утверждение, что частица имеет размер 190µm тоже некорректно: ясно, что частица сложной формы, о каком размере речь? (В дальнейшем, для упрощения расчетов форма частиц будет аппроксимироваться кубом).

При расчете массы представительной пробы учитывается следующие ограничения сравнения проб:

Краткие комментарии:

1. Два последних элемента списка включают параметры, характеризующие частицы (фазы, минералы). Неожиданно, для геохимика: почему и зачем? Вспомним, что любой химический элемент присутствует в сухой пробе не в виде нематериальных фантомов (например, концентраций), а в составе тех или иных частиц (фаз, минералов): либо в составе электронейтральных полиэлементных соединений (включая сложные органические), либо в самородной форме с нулевой валентностью. Частицы же, как "вместилища" химических элементов имеют форму, химический состав, массу, размер (даже, если размер частицы равен размеру одного атома самородного минерала). Поэтому, именно частицы попадают или не попадают в пробу при пробоотборе, что и требует включения некоторых свойств частиц в список параметров, учитываемых при вычислении масс представительных проб.
2. О верхнем пределе гранулометрического класса. Частицы в пробах могут иметь разный размер и, следовательно, разное число частиц образуют одинаковую суммарную массу золота (вернемся к примеру на рис.1). Поскольку есть взаимозависимость между размером и количеством частиц, то для выбора массы представительной пробы удобно исходить из того, что вся масса золота пробы сосредоточена в одной крупной частице. Определив массу представительной пробы из такого предположения, очевидно, что эта масса будет заведомо представительна и для всех тех случаев, при которых та же суммарная масса золота будет распределена по большему числу более мелких частиц, причем размер и количество частиц будут связаны функционально.
3. О химическом составе частиц. Поскольку имеем дело с частицами, то для выбора массы представительной пробы важно знать химический состав частиц, чтобы точнее ориентироваться, выбирая верхний предел гранулометрического класса. Например, частицы сперрилита и самородной платины будут иметь разный размер, если в них содержится одинаковая масса платины (сперрилит: PtAs₂, плотность 10.5г/см³, концентрация Pt в минерале 0.56, платина: Pt, ~18г/см³, 1.0). В этом случае, линейный размер зерен будет различаться приблизительно на ~30%.
4. Естественно, что выбранная масса представительной пробы будет относиться не к единичной пробе, а ко всей группе проб, собранных в рамках осознанно выбранных ограничений, обоснованных правилами сравнения свойств проб.
5. Заключая, акцентировано подчеркнем: все учитываемые величины определяются при постановке геологической задачи(!) и лишь значения некоторых величин учитываемых параметров могут быть табличными, если не требуется высокая точность вычислений (или параметры могут быть уточнены в ходе изучения проб).
6. Это означает, что уже перед началом поисковых работ именно геолог делает осознанный и необратимый выбор: работа с представительными пробами (для каждой(!) пробы будут получены пригодные для сравнения данные) или по традиционной схеме (погрешности больше сигнала, избыточное число проб, статистика, вероятностные ответы и т.д.). Указанный выбор имеет принципиальное значение: выбираются пути, которые впоследствии не могут быть сведены один к другому или даже сопоставлены друг с другом: на выходе будут получаться несопоставимые данные, даже, если названия величин будут совпадать ("концентрация", "зональность", "аномалия"...).

Признаемся, что все, о чем говорилось выше, читается из формулы, приведенной в разделе Элементы метрологии нашего сайта. Воспроизведем ее без подробных комментариев и вычислим массы представительных проб для некоторых геологических задач.

C = ( n·m·d·a³) / ( H·I ),

где C - концентрация химического элемента в пробе, n - чило зерен минерала-носителя химического элемента, размер зерна a (длина ребра куба a, т.е. a³ = объем зерна), d - плотность минерала, m - концентрация элемента в минерале, H - масса пробы, I - коэффициент извлечения. (Если C в г/т, то множитель 10^-6 должен учитываться).

Пример 1. Ищем коренное золото по вторичным ореолам рассеяния на площади 20кв.км., перекрытой четвертичными отложениями мощностью 0.5 - 2.5м. С учетом предшествующего опыта ожидается, в данном типе золотой минерализации золото самородное, высокопробное, основная часть золота в частицах менее 250µm. Ландшафтные особенности таковы, что на территории поисков возможны мелкие россыпи (ложковые, структурный элювий) в пределах аккумулятивных форм четвертичных отложений. Требуется определить массу представительной пробы с таким расчетом, чтобы она удовлетворяла требованиям поисков, как коренного источника, так и мелкого россыпного золота. (Ситуация типичная: инвесторы хотят все и сразу, но вдвое дешевле).

Задача непростая: требования к опробованию, обработке проб и аналитике при поисках коренного и россыпного золота по одним и тем же пробам достаточно противоположны. Ясно, что для поиска россыпного золота необходимо получать данные по крупным частицам при относительно невысокой чувствительности на металл (пробы большой массы), а для поиска коренного золота необходима более высокая чувствительность работ, но необязательно по столь крупному гранулометрическому классу (что уменьшает массу проб). Нужен некий компромисс или убедительные данные, что он невозможен и поставленная таким образом задача не может быть выполнена. Попробуем "поиграть" переменными в формуле, определяющими выбор масс представительных проб, чтобы оценить степень конфликтности предъявленных требований.

Сделаем несколько расчетов, варьируя некоторыми переменными или в более общем виде увидим ситуацию на графиках, построенных для различных концентраций золота:

Из таблицы следует, что возможны следующие основные альтернативы:

Перечисленные альтернативы являются ответами на вопросы поставленной задачи о выборе массы представительной пробы для конкретной поисковой ситуации. Решение задачи - это предоставление оснований для выбора и эти основания предоставлены. Следующий шаг - ответственный выбор руководителя поисковых работ, что именно и как он собирается искать.

Пример 2. В таблице (см. ниже) приведены данные, содержащие ответ на вопрос: "Сколько зерен золота (n), размер которых задается (переменная a, µm) содержится в навеске ~1г, если концентрация золота в навеске 0.01г/т"? (Это не существенно, что навеска 1г и концентрация 0.01г/т выбраны произвольно: важно, что они постоянны и количества зерен задаваемого размера будут изменяться пропорционально при изменении концентрации элемента или массы навески).

Главное, чем интересен этот пример заключается в том, что даже при низких концентрациях золота в небольших навесках проб содержится очень большое количество мелких зерен, независимо от того являются ли микрочастицы простыми или сложными веществами и каков их химический состав.

Это означает, что многочисленные микрочастицы распределены в объеме рыхлого осадка достаточно равномерно (даже в микрообъемах, см. величину представительной пробы в таблице), что возможно только в том случае, если они выпадали в виде твердых частиц из гомогенной среды: из растворов, то есть поровых, почвенных, грунтовых вод. (В геохимической литературе такая форма получила название "сорбционно-солевой", что абсолютно верно, на наш взгляд, отражает ее генезис).

Обратим внимание в этом же примере на еще одно очень важное обстоятельство: 500000 частиц золота размером 0.1µm (это явно сорбционно-солевая форма) суммарно образует такую же массу золота, что и одна обломочная частица размером 8µm. Это означает, что, если при поисковых работах в пробы рыхлых отложений попадают частицы, как сорбционно-солевого генезиса, так и обломочные (пусть, даже очень мелкие), то, во-первых, концентрации золота в разных пробах будут очень сильно зависеть от наличия или отсутствия даже единичных мелких терригенных зерен и, во-вторых, - по измеренной суммарной концентрации золота разделить вклады каждой из указанных форм нахождения золота в пробах будет уже невозможно. Все это очень важно: ореолы рассеяния сорбционно-солевых и зерновых (шлиховых, терригенных, обломочных) форм имеют разный генезис, разную геометрию и, как следствие, - разное поисковое значение. Их не следует объединять или смешивать. Поэтому, приступая к поискам, следует внимательно отнестись не только к выбору поисковых методик, но и ко всем этапам обработки проб. Но, о выборе поисковых методик речь еще впереди.

Рис. 2. В данном примере попутно хотим обратить внимание на то, что какая-то магическая граница проходит около размера 1µm: с уменьшением размера частиц экспоненциально растет их количество (см. график, "перегиб" около 1µm), естественно, что сопряженно уменьшается и масса представительной пробы (M, см. таблицу 2) да, и многие другие физические и химические свойства резко изменяются. Например, извлечение частиц менее 1-3µm при гравитационной сепарации резко падает (поверхностные электростатические явления?), мелкие частицы золота в гипергенных условиях редко обрастают более высокопробным золотом, что характерно для более крупных частиц (вероятно мелкие преимущественно растворяются?), особенности механических свойств (транспортировка в водной среде) мелких частиц известны седементологам (литологам): граница между широко распространенными природными разновидностями осадков (алевритовые и глинистые илы) проводится ими в классификациях обломочных пород по размеру 1µm.

Об искусственных геохимических аномалиях

Рис. 3. В основе как геохимических, так и минералогических поисков по вторичным ореолам рассеяния лежит логическая предпосылка, что по мере удаления от рудных тел количество кластических и (или) сорбционно - солевых рудных частиц, их размер, а, следовательно, и концентрации рудного компонента уменьшаются.

Некоторые методики включают просеивание проб с отбором мелких или тонких гранулометрических классов -50 или -74µm, что, кроме содержательных требований диктуется и практичностью: для последующего химического анализа обычно используется фракция -74µm.

(Попутно отметим, что процедура просеивания не нейтральна по отношению к конечному результату: удаление частиц более 74µm влечет потерю независимого поискового признака - укрупнение кластической рудной частицы при приближении к рудному телу, см. рисунок 3).

Тонкая фракция -74µm поступает в химическую лабораторию, для определения концентраций рудных компонентов, которые, в свою очередь, используются для последующих заключений.

Однако, на этом пути есть "подводные камни", которые приводят к получению искусственных геохимических аномалий из-за работы с непредставительными пробами и процедурами обработки проб неадекватными поставленной задаче. Рассмотрим это на примере.

Рис. 4. Проводятся поисковые работы на золото с чувствительностью 0.001г/т по фазовому эквиваленту концентрации по представительным пробам. Регламентом работ предусматривается обработка рыхлых проб по фракции менее 74µm. Для этого случая масса представительной пробы составит около 6кг. Проба схематически изображена на рисунке и для примера показана та единственная частица золота размером 74µm, которая, находясь в пробе данной массы, даст концентрацию 0.001г/т. Содержание золота в зерне принято равным 0.8.

Вся проба была просеяна и оказалось, что фракция -74µm составляет 5% от исходной массы и равна 292г. (Выход мелкой фракции равный 5% принят лишь для примера, на практике выход сильно варьирует и может составлять, как десятые, так и десятки процентов).

Естественно, что единственная частица золота прошла через сито, причем, с учетом 5%-го выхода фракции -74µm, концентрация золота возросла пропорционально коэффициенту сокращения и стала равной 0.02г/т.

Следующий этап обработки пробы - химический анализ фракции для получения данных о концентрации золота.

Естественно, что выбор химико-аналитического метода для определения концентрации золота определяется многими обстоятельствами, но применительно к условиям данного примера существенно, что чувствительность метода должна быть не хуже, чем 0.001г/т: весь материал  пробы может оказаться мелким (-74µm) и тогда выход фракции после просеивания будет равен 100%, то есть концентрация золота во фракции -74µm будет такой же, что и в исходной пробе и равна 0.001г/т.

Итак, фракция -74µm массой 292г попала в химическую лабораторию. Что происходит далее? Лаборант ложечкой отбирает часть материала для производства химического анализа. А какова же навеска необходимая для анализа? Навески для разных видов анализа требуются разные, но обычно не превышают 10-15г. Даже в пробирную плавку используются навески 15-25г, и в редких случаях 50г. Подавляющее же большинство методов анализа на золото и платиноиды использует навески от долей грамма до 2-5г. Причем, подчеркнем, что речь идет не о самих аппаратах АА или ICP AES, или ICP MS анализа, а о навесках, используемых при химической пробоподготовке.

К чему же ведет использование малых навесок? Это показано на рисунке 5, причем, для убедительности навеска выбрана достаточно большой: 25г. Из рисунка следует, что в 292г фракции содержится единственная частица золота, которая может попасть лишь в одну из 11 навесок, непосредственно направляемых в работу. Если зерно золота попадет как раз в ту из 11 навесок, которая пойдет в работу, то концентрация золота будет определена и равняться 0.23г/т.

Рис. 5. Однако, наиболее вероятно, что в работу пойдет навеска, не содержащая золота и 10 из 11 навесок покажут нулевую концентрацию золота. И это-то при большой выбранной навеске для химического анализа (25г), а если навеска 1г, то будет получен 291 "нулевой" результат и только в одной навеске будет обнаружено золото, да еще с "ураганной" концентрацией: 5.8г/т! Подчеркнем, что это разнообразие возможных вариантов концентраций золота (от 0 до 5.8г/т) не имеет никакого отношения к действительной величине концентрации золота во фракции -74µm, равной 0.021г/т!

Возникает вопрос: "Какова же концентрация золота в пробе"? При такой схеме обработки проб (даже представительных проб) получить ответ на этот вопрос невозможно! (В какой пробе? В случайной навеске на химанализ?). А, вот, то, что наверняка будет получаться, - так это искусственные геохимические аномалии. Поясним это на том же рисунке 5.

Пусть с некоторым шагом опробования пройден поисковый профиль (профиль 1). После пробоподготовки по приведенной выше схеме, в силу статистики в одной из 11 проб обнаружится   золотинка, дающая концентрацию 0.23г/т. Точка отбора пробы известна, - производится заверка-детализация: уменьшается шаг опробования по профилю 2. В силу той же статистики, в одной из 11 проб снова обнаруживается повышенная концентрация золота и снова будет произведена следующая детализация с уменьшением шага опробования (профиль 3) со всеми вытекающими статистическими последствиями. В результате усилий появится искусственная геохимическая аномалия, отражающая не природную неравномерность распределения золота на площади, а результаты поискового азарта.

Конечно, можно сказать, что это искусственный пример, но, подчеркнем, что он объективно и с достаточной полнотой отражает реальность.

И в этой связи: иногда приходится слышать, что обработка представительных проб более трудоемкая и дорогостоящая. Коллеги, вооружимся на секунду карандашом и правилами арифметики. Для того, чтобы получить верное значение концентрации в исходной пробе по маленьким навескам (см. рисунок выше) требуется сделать 11 химических анализов по навескам 25г (или 292 анализа, если навеска 1г), то есть по частям проанализировать всю пробу и затем вычислить истинное значение концентрации в пробе - в противном же случае, информация будет непредсказуемо искажена и ее правильнее называть дезинформацией. Поэтому, даже если вся технология обработки одной представительной пробы (вся пробоподготовка и химический анализ) в полтора-два раза дороже (цифры реальные), чем стоимость обработки и химический анализ одной из маленьких навесок, то экономический эффект очевиден: работа с представительными пробами в пять раз дешевле (или в 150раз, если речь о навесках 1г), если правила арифметики все еще работают и цель аналитических работ – получение достоверной информации! Нам кажется, что в этом контексте альтернативы просто нет, если цель поисковых работ - выявление природных, а не искусственных аномалий. Ведь, выбор небогатый: "адекватная информация по представительным пробам и достаточно дешево" <=> "дезинформация по маленьким навескам, но в полтора-два раза дешевле" <=> "адекватная информация по большому числу маленьких навесок, но в пять - сто пятьдесят раз дороже"! Как и всегда: выбор зависит от целей, пристрастий и традиций...

Конечно, все обсужденные выше вопросы значительно схематизирует ситуацию, но хотелось бы услышать предметную аргументацию, показывающую, что эти проблемы отсутствуют при поисковых работах и поднятые вопросы "уже да-а-а-вно нашли позитивные решения". То, что это не так, удобно проиллюстрировать на примере.

На Кольском полуострове, в условиях сезонной мерзлоты, в пределах распространения гранулитового комплекса проводились поисковые работы на золото (на россыпное и коренное) на площади около 36км². Перепад высот от уровня озер до вершин возвышенностей составлял около 120м. На площади работ и прилегающих территориях производился сбор проб по полигону (~14км², 12 профилей по 20 точек отбора проб) по неравномерной сети 400х160м (лунки глубиной 0.6-0.8м, 240 проб массой 6кг), собирались также пробы массой 60кг из шурфов-закопушек глубиной 1-2м (30 проб), собирались штуфные пробы из мелких валунов из лунок и шурфов, а также из валунов и обнажений коренных пород на площади проведения работ. При этом, пробы по полигону были представительны для концентрации 0.0001г/т для частиц золота размером 30µm, для концентрации 0.001г/т для частиц 74µm и для 0.05г/т для частиц 250µm.

Кроме отбора проб проводилось картирование эрозионных и аккумулятивных ландшафтов и реконструировалась динамика обломочного материала на участке работ. Схема динамики обломочного материала и схема расположения аккумулятивных и эрозионных форм приведены на рисунках 6 и 7.

Рис. 6.

Рис. 7.

В полевых условиях пробы по полигону просеивались через сито 250µm и в лабораторных условиях получались гравиконцентраты 1-2г (извлечение зерен золота 10µm - 90%, 30µm и выше - 99%), которые анализировались на Au, Pd, Pt атомно-абсорбционным методом с автоклавным кислотным разложением с чувствительностью не хуже 0.03г/т, что с учетом гравитационного сокращения в 100-300 раз обеспечивало чувствительность не ниже ~0.0005г/т.

Карта распределения золота на полигоне приведена на рисунке 8а и 9а. (Цветовые градации: синий - <0.001, фиолетовый - 0.001-0.01, оттенки красного - 0.01-0.03 и 0.03-0.1, оттенки желтого - >0.1г/т).

Важно отметить, что данные, отображенные на рис. 8а и 9а получены по представительным пробам, которые корректно обрабатывались без потерь информации (сравним с ситуацией, изображенной на рис. 4 и 5) и, поэтому, не могли продуцировать ложные геохимические аномалии. В этом контексте интересно озадачиться вопросом: "А какова была бы итоговая геохимическая карта, если бы пробы (даже представительные!) обрабатывались стандартно и 10г фракции -74µm направлялись бы в химическую лабораторию для определения концентраций золота"?

Смоделируем ситуацию, принимая, что масса фракции -74µm равна 100г и вероятность попадания в навеску на химический анализ зерен золота размером 60-74µm равна 10% (1 проба из 10 содержит одно зерно золота данного размера, см. рис. 5), вероятность попадания частицы 40-50µm - 40%, частицы ~30µm - 80% и частиц менее 20µm - 90%.

В качестве одного из статистически возможных результатов (в моделировании участвуют вероятности) карты реального распределения золота трансформируются в то, что отображено на рис 8б и 9б. При этом обратим внимание, что если бы ситуация моделировалась для непредставительных проб, что принятые выше значения вероятностей были бы на порядок ниже и "чудес" на картах было бы еще больше.

Рис. 8а	Рис. 8б
Рис. 9а	Рис. 9б

Что же читается на картах реального (рис. 8а и 9а) распределения золота на полигоне и тем распределением, которое моделирует традиционную схему обработки даже представительных проб (рис. 8б и 9б)?

- мотив конфигурации на модельной карте аномалий плохо, со смещениями до 500м, но все же воспроизводится и наиболее правильно он фиксируется на содержаниях золота менее 0.01г/т (сравним рис. 8а и 8б). Это уже объяснялось ранее и подробнее речь пойдет в разделе о выборе поисковых методик;

- на модельной карте высокие значения содержания золота воспроизводятся лишь изредка и статистически (мы уже говорили об "орлянке"), не отражая реальную структуру аномалий;

- на карте реальных аномалий видна ясная привязка (а, значит, и поисковая интерпретация) аномалий к верхней и нижней аккумулятивным террасам, что лишь предположительно угадывается для верхней террасы на модельной карте. Грубая оценка ресурсов по верхней и нижней террасам для россыпного золота (рис. 8а) составляет около 1т, а что можно сказать по модельной карте?

- на карте реальных аномалий отчетливо выделяется ветвь аномалии с высокими содержаниями золота (направлена в правый нижний угол карты), которая не имеет тяготения к аккумулятивным террасам и пересекает эрозионные склоны отдельных сопок, что позволяет интерпретировать эту ветвь, как отражение золотой минерализации в подстилающих коренных породах. Эта ветвь аномалии вряд ли привлечет внимание, если рассматривать только модельную карту.

Выше уже отмечалось, что кроме сбора и анализа проб рыхлых отложений на участке поисковых работ производился отбор штуфных проб из валунов и коренных пород. Некоторые разновидности пород были обработаны по нашей технологии "ppm-минералогия", что позволило произвести привязку золота и платиноидов, зафиксированных в пробах рыхлых отложений (см. рис.10), к коренным источникам благороднометальной минерализации (рис. 11).

Рис. 10. Некоторые минералы золота и платиноидов в пробах рыхлых отложений
1	2	3
4	5	6

Рис. 11. Некоторые минералы золота и платиноидов в штуфных пробах
1	2	3
4	5	6

В заключение раздела подчеркнем, что, если в качестве результата исследований (или поисковых работ) видеть адекватное отражение природных неоднородностей, то критичен выбор не только объекта поисков (об этом уже говорилось), но также выбор технологии и инструментария, которые будут использоваться при ведении работ.

О формах нахождения химических элементов в рыхлых отложениях

Судя по обширной минералогической и геохимической литературе, формы нахождения "рудных" химических элементов в горных породах и рыхлых отложениях (и почвах) достаточно хорошо известны и это активно используется в практике поисковых работ (различные виды и варианты литохимических, гидро- и атмохимических поисковых методик).

Для дальнейшего обсуждения целесообразно выделить две основные группы фазовых форм: минеральную форму, в которую объединяются все твердые частицы, независимо от их размера, химического состава и генезиса, а также вторую группу: растворенные, подвижные формы, в которых химические элементы входят в состав жидких или газообразных фаз, причем, основное внимание ниже будет уделено только первой группе - минеральным формам - и, подчеркнем, что не столько особенностям генезиса различных твердых частиц, сколько учету особенностей различных физических свойств в приложении к поисковым задачам. Группа гипергенных вторично закрепленных форм (сорбционно-солевых, аутигенных) нами изучалась специально и очень информативный и полезный для поисковых целей отчет есть в NATI Research, с которым можно ознакомится по предварительному запросу. 

В группе минеральных фазовых форм химические элементы присутствуют:

1. В виде собственных минералов рудных компонентов (золото, электрум, ферроплатина, сперрилит, котульскит и т.д.). Здесь рудный элемент является "минералообразующим";
2. В виде изоморфной примеси в кристалличесих решетках других минералов (палладий в ферроплатине, палладий в пентландите, осмий в герсдорфите, иридий в пирротине и т.д.). Здесь рудный элемент обычно не является "минералообразующим", хотя в некоторых случаях эта граница весьма условна. Пример: ирарсит-герсдорфит - крайние члены изоморфного ряда IrAsS - NiAsS;
3. В виде мелкозернистых (менее 1 - 0.1µm) полифазных агрегатов минералов, индивидуальная диагностика которых крайне затруднительна или невозможна (рис. 12).
   

   Рисунок 12. Применительно к пробам рыхлых отложений зоны гипергенеза такая минеральная форма относится геохимиками к сорбционно-солевой и генезис ее связывается с инфильтрацией водных растворов, содержащих рудный компонент, в нелитифицированные рыхлые отложения с выпадением твердых микрочастиц из растворов на определенных уровнях зоны гипергенеза.

   Приведенные на фотографии (рис.12) зерна граната, цирконна, ильменита, магнетита, роговой обманки частично или полностью покрыты тонкими пленками и корками субмикронных минеральных агрегатов желто-рыже-красных оттенков, которые не растворяются в воде. Вероятнее всего, состав корок неоднороден (на ильмените больше лейкоксенового агрегата?) однако, важнее другое: корки именно нарастают на все минералы и явные следы химического разложения обломочных зерен с уничтожением их кристалломорфологических особенностей отсутствуют, что подчеркивает сорбционно-солевой генезис субмикронных агрегатов и относительную однородность среды кристаллизации. Нами специально изучались минеральный состав, морфология, химизм, структуры аутигенных агрегатов (сорбционно-солевых форм) и есть все основания считать, что аналогичные субмикронные агрегаты сорбированы или агрегатировны на мелких глинистых частицах, которые в переменных количествах (до 100%) присутствуют в составе рыхлых отложений.

   Отметим, что далеко не во всех пробах рыхлых отложений на кластических зернах нарастают столь явные сорбционно-солевые агрегаты: в некоторых пробах они почти полностью отсутствуют, что, вероятно, следует связывать не с особенностями минерального состава обломочного материала, а с особенностями состава инфильтрационных вод и особенностями самой среды кристаллизации;

4. В составе достаточно крупных (n*1 - n*10µm, редко до 2000µm) частиц, новообразованных в зоне гипергенеза, о генезисе которых мы можем пока говорить лишь в сослагательном наклонении. (Работая в области высокочувствительной минералогии БМ, мы очень хорошо понимаем с чем имеем дело: анализу подвергаются единичные зерна минералов БМ, которые извлекаются из навесок исходных проб, содержащих триллионы мелких зерен (от n*1µm). Мы отчетливо понимаем значение и информационную цену каждого мельчайшего извлеченного зерна БМ и фатальные последствия контаминации проб посторонним материалом при обработке проб (включая заражение проб зернами техногенной природы). Контроль контаминации - неотъемлемая часть технологии "ppm-минералогия", поэтому необычность приводимых ниже данных следует, в первую очередь, относить к недостаточной изученности процессов гипергенеза, а не к погрешностям при обработке проб).

С этих позиций, из перечисленных выше четырех видов минеральных фазовых форм выделяется только одна: тонкодисперсная собственно сорбционно-солевая (фазовая форма 3), а остальные три могут быть объединены в одну "зерновую" группу, которая охватывает все случаи, при которых рудный компонент локализован в относительно крупных минеральных зернах. Конечно, в информационном аспекте такое объединение не заменяет данных о фазовых формах и оправдано только для выбора масс представительных проб и, отчасти, - на этапах типизации и анализа гетерогенных ореолов рассеяния. Полная минералогическая информация о фазовых формах в ореолах рассеяния несет гораздо больше поисковой информации, чем данные о концентрациях химических элементов и их распределении на поисковой площади, поэтому объединение трех видов фазовых форм в одну группу преследует только конкретную прагматическую поисковую цель: определение масс представительных проб. Это важно и далее будет использовано.

Химический анализ проб: что же измеряется?
Или о соотношении зерновых и сорбционно-солевых фазовых форм в пробах

В таблице 4 (см. ниже) приведена небольшая часть данных, полученных в ходе совместных работ с Геологической службой Финляндии по рыхлым отложениям, перекрывающим гранулитовый комплекс в бассейнах рек Ивалойоки и Лемменйоки, с целью поиска коренных источников благороднометальной минерализации.

Пробы направлялись на различные виды лабораторных исследований, включая определение концентраций благородных металлов (колонка "химанализ"). По остаткам всех одиннадцати проб (см. "вес фракции" в таблице) производились минералогические работы по технологии "ppm-минералогия" с выделением и диагностикой на электронном микроскопе с ЭД спектрометром мелких единичных зерен золота и минералов платиноидов (колонка "число зерен"), причем, анализировались "рудные" фазы от 5µm и их размер в тонкой фракции обычно находился в интервале 5-25µm, а в более крупной фракции - в интервале 40-60µm. Для каждого зерна золота или минерала платины измерялась площадь и вычислялся объем по формуле V=(S)^3/2, (V - объем, S - площадь, то есть форма зерна аппроксимировалась кубом) и затем производился переход к массе металла в данном зерне с учетом удельного веса и химического состава минерала. Суммирование масс металла в каждом зерне и последующее деление суммарной массы на навеску пробы позволяло перейти к концентрации металла в пробе для сравнения концентраций, полученных химическим и минералогическими путями.

На рисунке 14, для иллюстрации показаны минералы, обнаруженные в пробах L-3 и L-5, которые, казалось бы, и обеспечивают те концентрации золота и платины, которые установлены в пробах в результате проведения химического анализа: Au - 2.8 и 6.0 (фото 1-9), Pt - 0.6 и 0.7мг/т (фото 10-12). Ниже мы еще коснемся этого и подробно проанализируем, действительно ли эти зерна обеспечили приведенные цифры концентраций, зафиксированые химическим анализом. Здесь же отметим, что судя по форме, размеру и химическому составу зерен, по наличию сростков, отсутствию окатанности (а это тоже важные поисковые признаки!) эти зерна - кластогенной природы и в данном(!) случае гипергенно-зерновые фазовые формы отсутствуют, но, если бы они и присутствовали в пробах, то также были бы выявлены в ходе минералогических работ.

Рис.14. Золото и минералы платины в пробах L-3 и L-5
1	2	3	4
5	6	7	8
9	10	11	12
Сокращения: EL - электрум: Au,Ag, SPR - сперрилит: PtAs2.

Как и в любом аналитическом методе на минералогическом пути получения концентраций существуют свои погрешности и основной источник погрешностей, - это стереологические проблемы аппроксимации формы зерен при вычислении их объема. В таблице 4 приведены значения концентраций (колонка "минералогия") при аппроксимации формы зерен по кубу, но легко перейти к аппроксимации формы по сфере: полученные значения будут в 1.33 раза меньше, но это не приведет к принципиальному изменению полученных концентраций. Мы допускаем, что полученные значения концентраций могут иметь погрешности даже 100%, но различия в 5 - 10 раз и более не могут объясняться погрешностями измерений. Такие большие различия обусловлены другой причиной: неадекватностью методики пробоподготовки навесок для химического анализа, приводящей к получению различных значений концентраций элемента для одной пробы: в данном случае, - различными концентрациями золота и платины в навесках для химического анализа и навесках для минералогических работ.

По данным из таблицы можно сделать выводы по различным аспектам рассматриваемой темы и, в частности, - наглядно проиллюстрировать несоответствия и их последствия, обусловленные непредставительностью навесок для химического анализа (или маленьких навесок для минералогических работ, 4г в пробе I-2), и, главное, - получить представление о соотношении зерновых и сорбционно-солевых фаз в проанализированных пробах.

Рассмотрим данные в таблице и затем кратко прокомментируем их, обратив внимание на следующее:

• интервалы значений концентрации золота и платины по данным химического анализа (Сх) и по минералогии (См) для всех проб значимо различаются. Концентрации Сх лежат в достаточно узком интервале: 0.9-13.2 мг/т для золота и 0.1-1.3 для платины, а концентрации См имеют более широкий  интервал значений: 0-61.8 и 0-78.4 мг/т для золота и платины соответственно;
• при сравнении Сх и См по отдельным пробам фиксируется отсутствие корреляции в изменении концентраций золота и платины. Причем, если и пытаться разглядеть слабые корреляции, то следует иметь в виду, что эти корреляции устанавливаются по значениям концентраций близким к аналитическим порогам обнаружения химических элементов, где погрешности определения максимальны. (Да, и вообще, - редкая химлаборатория поставляет достоверные данные о концентрациях элементов с чувствительностью 0.1мг/т). Вероятнее всего, рудные зерна просто не попадали в маленькие непредставительные навески для химического анализа. Исключение составляет лишь проба I-15. В этой пробе минералогическими работами выявлены два зерна золота размером 31.3 и 47.1µm (фракции -45 и 45-74µm, соответственно, размер расчетный, исходя из измеренной площади зерен). Естественно, что для более мелких зерен представительная масса навески существенно меньше и, следовательно, вероятность попадания в навеску для химического анализа (15г) у мелких зерен выше. Скорее всего, именно это и нашло отражение в значении Сх=13.2мг/т, поскольку, если бы более крупное зерно попало в эту навеску, то результат был бы иным: Сх=~42мг/т (соотношение масс крупной и мелкой золотин 4:1);
• наличие даже единичных зерен золота или минералов платины в пробах приводит к появлению аномально высоких значений См, причем, подобные аномальные значения отсутствуют в значениях Сх в тех же пробах. Это подтверждает уже сказанное: маленькие навески для химического анализа не представительны, если в пробах присутствуют относительно крупные зерна рудных фаз и химический анализ маленьких навесок не "ловит" этих аномалий. (Последнее уже было показано на примерах на рис. 8а и 8б).
  Видимо, для проб этого типа присутствие относительно крупных (и все равно менее 60µm!) зерен достаточно обычно. Так, на рис. 14, на фото 1 и 2 (проба L-3) приведены зерна золота, расчетный размер которых 58 и 60µm, а на фото 10, 11, 12 (проба L-5) - зерна минералов платины размером  39, 59 и 41µm. (Справедливости ради отметим, что навеска 25г в пробе L-5 также не представительна для такого размера зерен и значение См=78.4 тоже в какой-то мере несет отпечаток случайности. Это же справедливо и для пробы I-2: навеска 4г слишком мала и зерна в нее не попадают, а по химическому анализу (15г) - Сх(Au) = 1.9мг/т);
• низкие, значения Сх и См, при не нулевых значениях См практически совпадают с учетом, как химико-аналитических, так и минералогических погрешностей измерения концентраций. (Вывод не измениться, если аппроксимировать форму зерна при минералогических расчетах не по кубу, а по сфере);
• в пробах с низкими значениями Сх и при нулевых значениях См (зерна отсутствуют) значения концентраций Сх такие же, что и в пробах, в которых присутствуют мелкие единичные зерна золота и минералов платины.

Какие же выводы можно сделать из приведенных наблюдений?

1. Химический анализ проб, выполненный даже по достаточно большим навескам (15г), не выявляет реально присутствующих аномальных значений концентраций и это не предположение, а констатация факта: смотри таблицу 4 (а также рис.8а и 8б). Единственное значение, которое может быть можно назвать аномальным (13.2мг/т, проба I-15) уже объяснялось нами выше и, вероятнее всего, обусловлено случайным попаданием мелкой золотинки в непредставительную навеску.
   Данные в таблице - это не искусственные примеры, а та реальность, с которой все мы сталкиваемся на практике и, в частности, - при проведении поисковых работ. Поэтому, все, о чем мы говорили в разделах о представительности проб и об искусственных геохимических аномалиях - прямо корреспондируется с полученным выводом: непредставительные пробы либо "пропускают", либо непредсказуемо искажают природные закономерности распределения рудных минералов и химических элементов на площади.
   В качестве иллюстрации к сказанному очень любопытно провести мысленный эксперимент. Представим, что все 11 проб, перечисленных в таблице 4, собраны по одному поисковому профилю. Понятно, что поисковые перспективы по данным химического анализа не слишком обнадеживающие. А, между тем, по минералогическим данным вывод прямо противоположный: для золота и платины на профиле есть семь отрезков, которые заслуживают пристального внимания и дальнейшей детализации (см. также фото на рис. 14).
2. О соотношении сорбционно-солевых и зерновых фазовых форм. Резонно полагать, что масса рудного компонента в пробе - это сумма масс компонентов в зерновой и сорбционно-солевой формах. С этих позиций оправдано ожидать, что в тех пробах, в которых зерна золота и минералов платины отсутствуют, вся масса золота и платины находится в сорбционно-солевой форме, причем, интервал концентраций, приходящийся на эту фазовую форму, составляет 1.9-6.0 для золота и 0.2-0.8мг/т для платины. Это утверждение усиливается тем, что значения Сх такого же порядка и в тех пробах, в которых выявлена зерновая форма рудных компонентов, что означает, что для данной(!) группы проб сорбционно-солевая форма не отражает локальных аномалий, которые фиксируются по зерновой фазовой форме рудных компонентов. (О пробе I-15 уже два раза говорилось выше). Это также означает, что в маленькие навески для химического анализа рудные зерна попадают крайне редко (проба I-15) и, если и попадают, то создают случайные точечные аномалии, которые в практике поисковых работ либо отбраковываются при статистической обработке данных, либо из них, как из центов кристаллизации могут "вырасти" искусственные геохимические аномалии, если будет производиться детализация и сгущение сети опробования вокруг этой точки (см. раздел об искусственных геохимических аномалиях выше).
3. Этот вывод обобщает два предыдущих: кажется, никем не оспаривается, что ореолы рассеяния сорбционно-солевых и зерновых фазовых форм имеют разный генезис, разную геометрию и несут различную смысловую поисковую нагрузку.
   • должны обрабатываться только представительные пробы и процесс обработки должен быть адекватен решаемой задаче;​
   • должно обеспечиваться получение данных и по сорбционно-солевым и по зерновым фазовым формам, но обязательно раздельно.

Если эти факторы будут учтены, то будет получено то, что действительно существует в Природе: при наложении карт сорбционно-солевых и зерновых ореолов будут получены неискаженные данные о природных неоднородностях и выявлены действительные структуры и аномалии распределения рудных компонентов разного масштаба и генезиса: от региональных до локальных (см. рис. 15).

Рис. 15. Если получены раздельные данные по концентрациям сорбционно-солевых и зерновых ореолов, то появляется больше оснований для реальных оценок перспектив оруденения на площади поисков и, как следствие, - для принятия ответственных решений.

Естественно ожидать, что зерновые аномалии 3 и 4 более предпочтительны для дальнейшего изучения, поскольку они расположены в пределах максимальных значений концентраций сорбционно-солевых ореолов, а последние, с учетом выводов, полученных по данным таблицы 4, в большей мере отражают региональные неоднородности, чем локальные, хорошо фиксирующиеся по зерновым ореолам.

О выборе поисковых методик

В заглавии этого раздела прямо подчеркнуто, что единой минералого-геохимической (да, и любой другой) методики поисков благороднометальных объектов не существует, поскольку объем понятия "объект" значительно различается в зависимости от того, какие фазовые формы имеются в виду при выявлении и анализе вторичных ореолов рассеяния и дело здесь не только в масштабе проведения поисковых работ.

Ранее уже указывалось, что различные фазовые формы нахождения элементов поискового интереса (твердые частицы собственно сорбционно-солевого и зернового типа) имеют разный генезис, разную мобильность, разный масштаб и геометрию ореолов рассеяния и, как следствие, - различное поисковое значение. Поэтому, из-за "размытости" понятия объекта поисков (каковым и является комплексный, "просуммированный" по фазовым формам ореол рассеяния в рыхлых отложениях) речь должна идти о методике, как об утилитарной технологии обработки проб, то есть об обоснованном выборе универсального для данной поисковой задачи инструментария по выделению отдельных информационных слагаемых из интегральных объектов-понятий (ореолов рассеяния) и последующего анализа полученных данных. (Нельзя измерять "вкусное" и "тяжелое" в рамках единой идеологии-методики, а, вот, механическое совмещение полученных раздельно данных о вкусе и весе ничему не противоречит).

Соответственно фазовым формам выделим две группы частных методик и повторим, что не рассматриваем здесь газовые и жидкие фазовые формы (а, следовательно, и атмо- и гидрохимические методы), хотя, границы между ними и сорбционно-солевыми фазовыми формами могут быть весьма условными.

Итак, две группы:

• -методики, ориентированные на зерновые фазовые формы (ЗФФ);
• -методики, ориентированные на собственно сорбционно-солевые фазовые формы (ССФФ).

С методиками ЗФФ (а это все многообразие и все варианты литохимических подходов) все достаточно ясно и приговор читается, как посмертный эпикриз: если пробы непредставительные, то на выходе получается дезинформация (см. предыдущие разделы) и никакие ссылки на дешевизну или традиции не имеют смыслового значения. Это, воспроизводя классика, как осетрина: она бывает только первой свежести, вторая свежесть - это тухлая осетрина.

Конечно, можно пытаться говорить, что тилевая съемка имеет преимущества, полиэлементные ореолы лучше моноэлементных, истирание рыхлой пробы может в некоторых случаях (непредсказуемо каких) улучшить ситуацию, но приговор остается в силе, поскольку речь идет о степени тухлости рыбы. Можно также услышать: "МЫ работали и у НАС все прекрасно получалось", но то, что получалось при такой самооценке - это не область научного знания (законов сохранения и правил арифметики), а реакция Бога на свое творение. Но с верой в самопровозглашенных Богов следует быть очень осторожным...

Водораздел четкий: пробы представительные или пробы не представительные. Все, точка, остальное - степени тухлости...

С методиками ССФФ картина не столь мрачная. Различные аспекты проблемы по определению представительности проб и обработке представительных проб, а также идеи выделения и анализа некоторых информационных составляющих ореолов рассеяния имеют свою историю и, начиная с 1969г [7], с интервалом около 10 лет импульсы неудовлетворенности ситуацией периодически возобновляются: название одной из статей X.Xie и X.Wang [10] - "Геохимические поиски золота: новый подход к одной старой проблеме" говорит о многом. На дворе 2006г: пришло время нового импульса?

Не углубляясь в критическое обсуждение достаточно редких публикаций на эту тему, и в контексте нашего изложения отметим, что, несмотря на противоречивое понимание представительности проб коллегам было ясно, что представительные пробы должны быть достаточно большими, чтобы получались воспроизводимые данные по повторным анализам проб [1-3, 6-12] и, цитируя в нашем переводе X.Xie and X.Wang ([10], p.28): "...вычисления показали, что пробы весом 1010 и 758г должны передаваться для химического анализа Au, чтобы достигались надежные результаты. Анализ золота в таких огромных пробах дорогостоящий, неудобный и непрактичный с поисковой точки зрения".

Согласимся, все верно, но где же позитив и каковы альтернативы?

И, далее, там же в нашем переводе: "Взамен прямой атаки на проблему представительности проб были разработаны эффективные методы анализа и интерпретации, использующие нормальные размеры проб. Подход основан на рассмотрении распределения размеров частиц и форме их нахождения, на использовании низкого значения порога обнаружения и распознавании низкого уровня региональных аномалий золота вокруг месторождений и золотоносных районов".

А вот и позитив: односторонняя, но альтернатива: в статьях этих авторов предлагается работать с субмикронными фракциями проб (это собственно ССФФ в нашем понимании, см. выше), но обязательно с очень низким порогом химического обнаружения элементов: на уровне n*0.0001г/т. (Это основы предложенного авторами метода MOMEO: MObile forms of MEtals in Overburden). Также обосновывается утверждение, что кларк золота в земной коре на порядок ниже, чем это принято считать и составляет 0.6мг/т (заметим, что часто региональный фон еще ниже), а "фоновые" концентрации золота в осадках водных потоков составляет 1мг/т. Все это вместе позволяет по небольшим пробам (небольшие пробы представительны для частиц субмикронного размера, см. табл. 1 и 2) получать воспроизводимые аналитические данные и адекватно отражать геохимические аномалии регионального масштаба (региональный масштаб подчеркивается в публикациях), причем, в достаточно узком интервале низких концентраций золота: n*0.1 - n*1.0 мг/т. Логика понятна, правила арифметики соблюдаются и, если нет проблем с аналитикой с порогами обнаружения элементов 0.1мг/т при приемлемых относительных погрешностях измерений (в принципе, - это, вероятно, реально), то нет никаких возражений для широкого применения метода MOMEO для выявления аномалий регионального масштаба. Кстати, для иллюстрации того, что региональные аномалии золота действительно выявляются именно на этих уровнях концентраций обратим внимание, что в легенде на карте распределения золота (см. рис. 16, данные из публикации финских коллег) вся структура региональной аномалии читается в пределах значений концентраций золота 0.1 - 24мг/т. Такие же значения получились и у нас в примере на рис. 8 и 9.

Рис. 16. Карты распределения химических элементов [5]

Рисунок публикуется по письменному разрешению Geological Survey of Finland, см. ссылку [5]

Оценивая метод MOMEO положительно, обратим внимание на два аспекта использования метода.

Первый - это то, что, механически отбирая только субмикронные фракции проб для последующего химического анализа, производится отфильтровывание высокочастотной составляющей распределения химических элементов на поисковой площади: даже мелкие кластические зерна золота, вклад которых в суммарную концентрацию золота в пробе на порядки выше чем у ССФФ (см. таблицы 1 и 2) удаляются из навески для химического анализа. Поэтому, внутренняя структура региональных (низкоамплитудных, низкочастотных) аномалий и не содержит высокочастотной составляющей. Это означает, что, в общем случае, в соответствии с заявленной авторами областью определения самого метода, более высокочастотные и высокоамплитудные локальные аномалии (зоны минерализации, рудные тела) не находят отражения во внутренней структуре региональных аномалий (если, конечно, при интерпретации не привлекается Божественное начало). В этом контексте понятно, почему в качестве одного из примеров применения метода авторы приводят и такое, выведенное на дневную поверхность месторождение-гигант, как Мурунтау: только широтная ось карьера рудника составляет около 3.5км, а региональная геохимическая аномалия, включающая рудные тела месторождения, - существенно больше. Конечно, рудные поля Кокпатас и Даугызтау (также месторождения западного Узбекистана, приведенные авторами в качестве примеров) не такие крупные, но и они формируют значительные по площади региональные геохимические аномалии.

Второй аспект, на который обратим внимание в связи с методом MOMEO (а также и другими методами), - это значения концентраций, отображаемые на картах распределения элементов на поисковой площади. Дело в том, что, из исходной пробы выделяется субмикронный материал, составляющий только некоторую переменную часть массы исходных проб. Это означает, что значения концентраций элемента в навесках субмикронной фракции не соответствуют концентрациям элемента в исходных пробах из-за разного процентного выхода субмикронной фракции в различных пробах, причем выход может изменяться на несколько порядков: от десятков до долей процента. Поэтому, используя MOMEO, который оперирует с узкими интервалами низких значений концентраций, следует избегать таких ошибок, которые могут менять истинные значения концентраций в кратное число раз или даже на порядки измеренных величин: необходимо стандартизировать массы исходных проб и определять процент выхода субмикронной фракции с достаточной точностью и учитывать его для пересчета на истинную концентрацию, в противном же случае форма аномалий будет искажаться и могут появляться искусственные аномалии этого типа. Попутно заметим (и это подчеркивается во многих публикациях), что концентрации "рудных" элементов в мелких-тонких-субмикронных фракциях проб могут превосходить значения концентраций этих же элементов в исходных рыхлых пробах. Это легко объяснимо: кластогенные зерна кварца, полевых шпатов, гранатов и других минералов не содержат рудных компонентов, но могут составлять значительную часть массы исходной пробы, поэтому, с удалением кластических зерен повышается концентрация рудных элементов в тонкой фракции проб, содержащей рудный компонент в ССФФ, что и фиксируется химическим анализом.

В связи с этим обратим внимание на еще один аспект, имеющий важное значение, который по вполне понятным причинам не находит отображения в методиках поисковой геохимии (понятные причины - геохимия оперирует нематериальными концентрациями = числами = понятиями = фантомами = частями от целого). А на каком же уровне значений поискового параметра (масс рудных элементов или их производных, например концентраций) в рыхлых отложениях над рудными телами отображаются вторичные ореолы рассеяния? Другими словами, какая чувствительность на рудный компонент действительно необходима для отображения вторичного ореола рассеяния? Вопрос актуальный: современные методы химического анализа, например на золото, теоретически могут в прямом определении обнаруживать ~n*10^-12г. Если исходная проба 1000г обогащена до 1г (например, как в MOMEO из исходной пробы выделена нанометровая фракция, в которой сконцентрировано все золото пробы), то сквозная чувствительность составит n*10^-15г. Мы действительно хотим выявить структуру распределения золота в градациях пика- фемтограммов? По первому впечатлению, мы в своем стремлении бесконечно повышать чувствительность сильно перегибаем палку... Думается, что требуются аргументированные доказательства, что вторичные ореолы действительно отображаются на этом уровне значений поисковых параметров (n*10^-10 - n*10^-16г) и этот интервал значений - действительно то, что нам нужно при поисках. Конечно, только опыт может дать ответ на этот вопрос, однако сама постановка вопроса: "Какой нижний предел чувствительности нам действительно необходим при поисках"? - не должен исчезать из поля зрения, иначе начнем искать рудные объекты, изучая случайные шумы, анализируя пробы с излишней чувствительностью. Особенно это важно в при применении методов, оперирующих нанометровыми фракциями ССФФ.

Итак, завершая анализ методик, ориентированных как на ЗФФ, так и на ССФФ, сформулируем основные выводы:

1. "Прямая атака" на методики оперирующие с представительными пробами до сих пор не увенчалась успехом. Следовательно, все многообразие литохимических подходов продолжает порождать на выходе дезинформацию о распределении рудных компонентов (золото, платиноиды) на поисковой площади, причем самое досадное в этой ситуации, - это невозможность выделить те капли правдивой информации, которая статистически присутствует в море данных, полученных после проведения геохимических поисков. Мы не будем здесь анализировать в каких случаях рациональных зерен больше, а в каких меньше и в каких частных случаях и какими способами их можно выявить, - это предлагается сделать читателю самостоятельно: базисных понятий для такого анализа и последующих выводов вполне достаточно было приведено выше. В частности, из примеров на рис. 8а и 8б видно, что мотив конфигурации аномалий может угадываться, но какова доля "правды" в конкретных аномалиях, полученных с нарушением аналитических процедур, - установить невозможно. То, что правдивая информация присутствует - сомнений нет (пусть тухлая, но рыба же), ведь находим же изредка объекты. Вопрос в другом: "А коков же КПД? Больше или меньше 0.1%, и кто же это - те "простаки", которые оплачивают такую эффективность"? Даже у паровоза КПД 3-5%...
   Сценариев развития методик ЗФФ, на наш взгляд, два: продолжать разбираться со степенями тухлости осетрины (об этом см. выше) или научиться работать с представительными пробами.
   Выбор, как и всегда, зависит от целей, пристрастий, традиций...
2. "Обходной маневр" - работа с субмикронными фракциями, метод MOMEO - вполне приемлемый рабочий инструмент, с учетом оговорок, обсужденных выше.
   Важно помнить, что это именно обходной маневр и он не в состоянии произвести тот объем информации, который ожидается и требуется в качестве результата поисковых работ. Региональные аномалии, выявляемые MOMEO, которые, в принципе, могут порождать оценки ресурсов по категории Р3 очень далеки от "слитка золота в руке" (о целях поисков мы уже упоминали)... Отсюда, резюме: обходной маневр - это не решение проблемы, а искусственный прием, чтобы не решать актуальную задачу, на что, впрочем, не акцентируя, но прямо указывали авторы метода MOMEO.
3. Третий вывод вытекает из двух предыдущих: альтернативы работе с представительными пробами нет.

Анализ методик произведен, но остался вопрос: "Какую единую и непротиворечивую методику следует выбрать, если требуется получить неискаженную информацию о распределении рудных компонентов, как регионального, так и локального уровней на поисковой площади"?

На наш взгляд, вопрос некорректный и любой прямой ответ на него будет эклектичным. В начале этого раздела мы уже указывали, что достижение цели в виде фиксации истинных аномалий регионального и локального уровней в рамках единой идеологии-методики невозможно: корректно лишь формулировать требования к инструментам раздельного получения данных по ЗФФ и ССФФ. Говорить о методике оправдано, только, как о той или иной утилитарной технологии обработки проб. В идеологическом-смысловом аспекте ЗФФ и ССФФ объединены только одним: наличием ореолов рассеяния (первичных и вторичных) вокруг рудных тел.

Тонкий нюанс, но недооценка его приводит к эклектике и один из последних примеров, - метод МАСФ [4], который, по утверждению его авторов, является адаптацией MOMEO к ландшафтам России, причем такой адаптацией, которая универсальна для поисков любого вида. При этом неявно постулируется, что в рамках одной "идеологии" возможно совместить работу как с ЗФФ, так и ССФФ, поскольку область существования метода - это масштабы от 1 : 1 000 000 до 1 : 10 000. Посмотрим, так ли это в приложении к поискам золота и платиноидов.

МАСФ оперирует "сверхтонкими фракциями" менее 10µm, порог обнаружения для золота рекомендуется 0.2мг/т. Этих данных достаточно, чтобы вычислить массу представительной пробы для  одной частицы чистого золота размером 10µm. Масса представительной пробы составит 95г. Для определения концентрации золота авторами МАСФ рекомендуется химический анализ (ICP AES или MS) по навеске 0.5 - 1.0г (примем среднее значение - 0.75г), то есть в анализ направляется только 1/127 часть представительной пробы, что означает, что статистика такова: 126 навесок с нулевыми содержаниями, а одна навеска с аномальным значением 0.025г/т со всеми вытекающими поисковыми последствиями. Для заданной пороговой концентрации навеска на химический анализ станет представительной только для частицы золота размером 2µm. Это означает, что частицы золота, размер которых находится в интервале 2 - 10µm, попадая или не попадая в навеску для химического анализа всегда будут искажать (и значительно) истинную концентрацию в пробах, причем в разной степени и с разной вероятностью, зависящей от действительного размера частиц указанного интервала, попавших или не попавших в навеску.

В принципе, дальше и не нужно обсуждать МАСФ - все уже было сказано выше в разделах о представительности проб и об искусственных геохимических аномалиях, было показано на примерах (очень удачных для этого случая) на рис. 8 и 9, однако некоторые иллюстрации все же уместны, поскольку метод декларирует умение совмещать несовместимое, причем в рамках единой идеологи. Другими словами, результаты применения МАСФ показали, что метод не работает в области ЗФФ точно также, как и другие методы, но он еще и искажает данные по ССФФ, которые могли бы быть получены при обращении к методу MOMEO без его модификаций. И, если мы уже ранее выбрали "свежесть осетрины" в качестве критерия истины, то МАСФ, - это тот случай, когда на тухлую осетрину повешен ценник, в котором указана цена свежей рыбы.

Пример с МАСФ - лишь иллюстрация того, что попытки найти смысловое обоснование объединения не объединяемых категорий всегда приводят к эклектике, которая при внимательном рассмотрении становится очевидной, даже если результаты применения "метода", получены самими авторами. Независимо от того, осознанно или неосознанно, в явном или неявном виде формулируются ложные посылки или смысловые постулаты в результате получится лишь, то, что в "единой парадигме" совмещаются вкусное и тяжелое, ужи и ежи. Этого следует избегать в практике поисковых работ.

Подводя итог по поводу выбора поисковых методик, хотелось бы кроме констатации, что "не все в порядке" указать очевидный путь преодоления трудностей.

В основе предлагаемого пути лежат три базисные фактора, обоснованные нами выше:

1. Полигенность вторичных ореолов рассеяния: то есть, наличие ЗФФ и ССФФ в различных сочетаниях и их различное поисковое значение;
2. Корректная работа с ЗФФ и ССФФ, которая возможна только по представительным пробам;
3. Поисковая методика должна быть деидеологизирована и сводится к утилитарной технологии пробоотбора и обработки проб, которая позволяет раздельно получать информацию по ЗФФ и ССФФ.

(Трудно удержаться от соблазна и не расставить акценты: все сформулированные базисные факторы вытекают из анализа фазовых форм и масс компонентов, и только в качестве следствий оперируют понятием "концентрация", то есть выход из проблемных тупиков возможен именно на фазовом уровне изучения вещества, что выводит решение поисковых задач из области применения традиционных геохимических подходов. Сильный вывод!).

В такой формулировке третьего фактора исчезает сам вопрос о выборе поисковой методики: нужны лишь корректные технологии измерения ЗФФ и ССФФ и адекватные и взаимосвязанные единой метрологией инструменты, в качестве отдельных звеньев технологической цепи.

Это означает, что ответственный исполнитель поискового проекта, четко понимая цель работ, и, не дожидаясь идеологизированной "прописи-инструкции" свыше, сам формирует поисковую задачу и технологию измерений сообразно той конкретной обстановке, какая известна ему, как геологу лучше, чем кому-либо еще. Что измерять, - тоже понятно: раздельно ЗФФ и ССФФ по представительным пробам. Где же проблемы с выбором поисковой методики? Нет здесь поисковых геохимических проблем, нужно только правильно измерять концентрации в сравниваемых пробах, а это задача (не проблема) уже аналитическая...

У ответственного исполнителя работ могут возникнуть сложности только с технологией соответствующих измерений, но выход очевиден: геолог может создать собственную лабораторию или обратиться к минералогам-поисковикам также, как он это делает, обращаясь в химическую лабораторию, с просьбой выполнить химический анализ проб. (Правда, минералогов-поисковиков единицы, а технология высокочувствительных минералогических измерений на метрологической основе нам известна только одна: "ppm-минералогия"). Подчеркнем, что геологу следует обращаться именно к минералогам, специализирующихся на поисках: традиционная поисковая геохимия не знает вещества, о котором получает информацию, ей неведомы такие понятия как "масса компонента в пробе" и ее вполне устраивает получение только безразмерных величин (просто чисел: частей от целого), то есть концентраций химических элементов. Числа-концентрации, как таковые и массы элементов, порождающие числа-концентрации, соответствующие той или иной фазовой форме, имеют принципиальное различие, а, следовательно, и различное поисковое значение.

Во всех предыдущих разделах показано, что только чисел-концентраций совершенно недостаточно для решения поисковых задач, поэтому, без привлечения фазового уровня изучения вещества поисковые задачи не решаются корректно: в этом мы уже убедились ранее и еще раз прямо указываем на это здесь.

Между тем, уже давно существует все необходимые элементы для перевода поисковых работ на уровень "фазовой геохимии": существует метрологическое обеспечение всех видов работ от пробоотбора до получения численных значений необходимых параметров, существует технология производства работ, существует приборная и инструментальная реализация всех взаимосвязанных метрологией звеньев технологической цепи. Как показывает опыт, дневная производительность работ по технологии оказывается даже выше, чем производительность пробоотбора в полевых условиях, что означает, что численные результаты обработки проб могут быть известны геологу с небольшим запозданием (зависит...), но прямо в ходе полевых работ. Более того, если в поле возникают затруднения с транспортировкой проб к месту их первичной обработки (а это 70-80% всех работ по обработке проб), то значительная часть работ может выполняться прямо в полевом стационаре или в специально созданной лаборатории, размещенной в кунге автомобиля высокой проходимости. Коллеги! Ау-у-у!

Выбор пути (данном случае - поискового пути), как и всегда, зависит от целей, традиций и пристрастий...

Заключение

Резюмируя все о чем говорилось выше, хотелось бы оттенить главное и посмотреть на соотношение минералогия-геохимия, как бы, со стороны.

В самом деле, в отличие от традиционного эвристического минералогического подхода (повезло, нашли две маленькие золотины в пробе, а моги и не найти), с появлением возможности производить именно минералогические измерения, да еще с очень высокой чувствительностью по фазовому эквиваленту концентраций химических элементов (см. технологию "ppm-минералогия"), та, фатально четкая граница между геохимией, изучающей поведение химических элементов в отрыве от фазовых форм, и минералогией становится размытой и в некоторых случаях исчезает совсем и это сразу становится более похожим на изучение Природы.

"Измерительная минералогия" и "фазовая геохимия" становятся синонимами. Нам кажется, что это начало длинного продуктивного пути, который может иметь много новых прикладных и прагматических последствий.

На некоторые из последствий мы обратили внимание выше, но спектр приложений значительно более широкий и предлагаемые подходы могут использоваться от технологического картирования фаз платиноидов в рудных телах до определения возраста пород и рудоформирующих процессов по единичным зернам редких акцессориев изотопными методами.

Фактически, во всех разделах нашего сайта речь идет именно об этом и приводятся примеры, в которых "измерительная минералогия" и "фазовая геохимия" синонимы. И, даже, если это у нас не всегда получается, то мы стремимся к тому, чтобы сделать их синонимами...

Цитированная литература и литература полезная при анализе темы:

1. Джонс М.П., 1991. "Прикладная минералогия. Количественный подход".
2. Кнауф В.В., 1996. "К метрологическому обеспечению минералогических работ". ЗВМО, вып.6.
3. Кнауф В.В., 1996-1999. Раздел этого сайта: Технология ppm-минералогия.
4. Соколов С.В., Марченко А.Г., Шевченко С.С., Симонов О.Н., Стехин А.И., Олешкевич О.И., Дедеюхин А.Н., Теремецкая Т.Е., 2005. "Временные методические указания по проведению геохимических поисков на закрытых и полузакрытых территориях".
5. Hartikainen, Aimo; Nurmi, Pekka A. 1993. Till geochemistry in gold exploration in the late Archean Hattu schist belt, Ilomantsi, eastern Finland. In: Geological development, gold mineralization and exploration methods in the late Archean Hattu schist belt, Ilomantsi, eastern Finland. Geological Survey of Finland. Special Paper 17. Espoo: Geologian tutkimuskeskus, 323-352.
6. Knauf V., Sandberg E., Sokolov P., Tabuns E., 2000. "Gold geochemistry and mineralogy of till finess: a new approach for data interpretation". Bull. Geol. Soc. of Finland, 72, parts 1-2.
7. Clifton H.E., Hunter R.E., Swanson F.J. and Phillips R.L., 1969. "Sample size and meaningful gold analysis. U.S. Geol. Surv. profeccional paper 652-C.
8. Nichol I., 1983. "Gechemical exploration of gold, a special problem". In: I.Thornton and R.J.Howarth (editors), Applied Geochemistry in 1980's.
9. Nichol I., Closs L.G. and Garland G.D., 1989. "Sample representativity with reference to gold exploration". In: G.D.Garland (editor), Proceeding of Exploration '87. Ont. Geol. Surv., Spec. vol. 3.
10. Xie X. and Wang X., 1991. "Geochemical exploration for gold: A new approach to an old problem". J. Geochem. Epl., vol 40., nos. 1-3.
11. Wang X., Xie X. and Shengyong Y., 1995. "Concepts for geochemical gold exploration based on the abundance and distribution of ultrafine gold". J. Gechem. Exp., v.55.
12. У авторов Xie Xuejing и Wang Xueqiu много совместных или раздельных публикаций в Journal of Geochemical Exploration, в которых рассмотрены различные вопросы, интересующие нас в пределах темы. Кроме указанных выше выпусков этого журнала полезно посмотреть и выпуски 58, 61, 66.