Датирование геологических процессов и этапов формирования руд на основе изотопно-геохимического изучения индивидуальных зерен акцессорных минералов поставляет информацию такой степени детальности, которая не может быть достигнута при изучении валовых проб пород и руд. Выделение зерен редких акцессориев, как минералов-носителей химических элементов, используемых для последующих изотопных исследований, при концентрации их в породе n*0.1 - n*10 ppm представляет самостоятельную задачу, предопределяющую успешность последующих изотопных исследований.

Введение

Концентрации химическитх элементов, использующихся для изотопных исследований по U-Pb; Re-Os изотопным системам, в породах различных мафит-ультрамафитовых комплексов обычно достаточно низкие: менее n*0.01ppm в безрудных ультрамафитах и не более n*0.1ppm в пироксенитах, норитах и габбро. Это определяет и низкие содержания минералов-носителей этих элементов (циркон, бадделеит, уранинит, минералы Os, U, Th-монацит и апатит (REE)). Обычно эти минералы являются редкими акцессориями с размером зерен, не превышающим 70-80µm. Тем ни менее, извлечение этих минералов из пород позволяетприменять локальные методы измерения изотопного состава элементов в единичных зернах in situ (SIMS, SHRIMP) или производить высокочувствительные измерения изотопных отношений и концентраций элементов в растворах, полученных путем химического разложения зерен.

Минералогия

Технология "ppm-минералогия" - техника высокочувствительных минералогических работ, имеющая метрологическое обеспечение (Кнауф В.В.,1996, а также раздел "Технология" ), позволяет выделять и изучать тяжелые минералы и, в первую очередь, минералы золота и элементов платиновой группы, при содержании этих элементов в породах менее 1 г/т.

Технология "ppm-минералогия" применялась для извлечения зерен золота при изучении тилевых (<50µm) отложений Финляндии (V. Knauf et al., 2000) и Кольского полуострова, что позволило достичь минералогической чувствительности для золота 0.2 ppb по фазовому эквиваленту концентрации. Другим примером, иллюстрирующим  возможности применения технологии "ppm-минералогия", может служить установление полной минеральной ассоциации всех шести элементов платиновой группы в альпинотипном Краубатском ультраосновном массиве (K. Malitch et al., 2003). Минералогическое изучение платиноидной минерализации в Кытлымского и Гальмоэнанского дунит-клинопироксенитовых зональных комплексах выявило первичную и вторичную асоциации минералов платиновой группы (O. Knauf, 2005). Изучение сульфидных концентратов, полученных по технологии "ppm-минералогия" привело к открытию нового рениевого минерала – таркианита (K. Kojonen et al., 2004).

Технология "ppm-минералогия" была адаптирована для извлечения мелких зерен редких акцессорных минералов для последующих изотопных исследований. В результате обработки одной пробы получается от 30 до 50 единиц промежуточных продуктов, включая минеральные концентраты различных гранулометрических классов (рис.1a).

Рис. 1a.

Для относительно крупных фракций концентратов (>50 µm) возможна оптическая диагностика минералов, ручная выборка зерен (рис.1 b,c) и их монтаж на углеродную шайбу (рис.1 d) для последующей заверки под электронным микроскопом с ED спектрометром (SEM+EDS).

Рис. 1b, c, d
b	c	d
Pl – plagioclase, Px-pyroxene, Slf-sulfides, ZR-zircon, BD-baddeleyite

Для мелких зерен менее 50µm и для относительно крупных зерен, оптическая диагностика которых ненадежна, производится формирование препаратов для SEM+EDS путем размещения всей массы минерального концентрата (1-20 мг) в один слой на углеродную шайбу (рис. 2a, b, c).

Рис. 2a, b, c.
a	b	c

Поскольку в этом случае количество зерен исчисляется десятками тысяч, диагностика зерен проводится при помощи специально разработанного электронного устройства, присоединяемого к сканирующему электронному микроскопу и управляемого компьютерной программой ImSca 14 (рис. 2d).

Рис. 2d.

На BSE-изображении сканированной площади минералы группируются по яркости, пропорциональной их среднему атомному номеру, и каждой группе присваивается определенный яркостной диапазон (рис. 2d). Программа управляет электронным зондом, позиционируя его на каждом зерне заданного яркостного диапазона, проводит его диагностику по химическому составу (по рентгеновским спектрам), после чего кодирует минерал и запоминает координаты зерна в таблице.

Впоследствии, использование SEM-изображений и координат зерен позволяет извлекать необходимые зерна и предоставлять их для изотопных исследований.

Кроме извлечения зерен акцессорных минералов из того же образца, используя промежуточные продукты, возможно получить серию мономинеральных концентратов: породообразующие минералы (плагиоклаз, оливин, пироксен для исследования Sm-Nd и Rb-Sr систем, сульфидные концентраты для изучения изотопии S, Cr-шпинелиды для изучения изотопии благородных газов. Тяжелые концентраты тонкой фракции используются для изучения минералов платиновой группы (рис. 3h-l).

BSE изображения некоторых зерен, извлеченных из концентратов после оптической и SEM+EDS диагностики представлены на рис. 3.

Рис. 3a-l.
a	b	c	d
e	f	g	h
i	k	l	ZR-циркон, AP-апатит, BD-бадделеит, MN-монацит, SPR-сперрилит, CO-куперит, VYS-высоцкит, PN-пентландит, PY-пирит, ILM-ильменит.

Подробное изучение выделенных зерен позволяет ставить и решать самые разнообразные задачи от определения изотопных характеристик и абсолютного возраста пород и руд до определения минералого-технологических типов руд. При этом, уже первые результаты изотопных исследований единичных зерен указывают на необходимость переосмысления полученных ранее данных.

Так, при детальном исследовании единичных зерен цирконов устанавливается неоднородное строение большинства из них, наличие в них разновозрастных зон, неоднородностей, включений (рис. 4). В ряде случаев разброс между получаемыми значениями возраста, определенными в разных зонах (ядро - периферия) одного зерна достигает 60-80 млн. лет. (Возникает закономерный вопрос – какой возраст возможно получить при традиционном определении возраста, скажем гранитного батолита при растворении 30мг цирконов?)

Рис. 4. Зерна цирконов в проходящем свете.

Заключительные замечания

Сопоставление результатов изучения изотопных характеристик единичных зерен акцессорных минералов и породообразующих минералов в одной пробе позволяет получать дополнительные данные для интерпретации процессов образования пород и руд. Причем, все эти данные в комплексе получаются из относительно небольших навесок исходных проб, что дает возможность использовать даже небоьшие фрагметны керна при изучении мафит- ультрамафитовых комплексов. Именно с этим, как показывает опыт исследований, успешно справляется технология "ppm-минералогия".

Литература

1. Кнауф В.В.(1996). К метрологическому обеспечению минералогических работ. Записки ВМО. Выпуск CXXV, N6, стр. 109-113.
2. Кnauf O.V. (2005). The sparse platinum group minerals (PGM) in dunite and clinopyroxenite rocks of zonal complexes Ural type (Kytlym and Galmoenan massifs, Russia). Platinum-Group Elements – from Genesis to Beneficiation and Environmental Impact. Extended abstracts of 10^th international platinum symposium. Oulu, Finland, pp400-403.
3. Knauf V., Sandberg E., Sokolov P., Tabuns E. (2000). Gold geochemistry and mineralogy of till fines: a new approach for data integration. Bulletin of the Geological Society of Finland, 72, Parts 1-2, pp57-69.
4. Kojonen K.K., Roberts A.C., Isomaki O.P., Knauf V.V., Johanson B., Pakkanen L. (2004). Tarkianite, (Cu,Fe)(Re,Mo)₄S₈, a new mineral species from the Hitura mine, Nivala, Finland. The Canadian Mineralogist, V42, N2, pp539-544.
5. Malitch K.N., Thalhammer O.A., Knauf V.V., Melcher F. (2003). Diversity of platinum-group mineral assemblages in banded and podiform chromitite from the Kraubath ultramafic massif, Austria: evidence for an ophiolitic transition zone? Mineralium Deposita, V38, N3, pp282-297.