Геология и минералого-геохимические особенности Серчанского месторождения германиеносных лигнитов (среднее течение реки Енисей)

Актуальность темы исследования. Сфера использования германия
непрерывно расширяется и включает космическую технику, волоконно- оптические линии связи, полупроводниковые детекторы, инфракрасную оптику и тепловизоры, катализаторы, люминофоры, медицинские и фармацевтические препараты [Claeys, Simoen, 2007; Подкопаев, Шиманский, 2013].
Месторождения, где германий добывается как главный компонент, встречаются редко, в основном он извлекается как попутный химический элемент при комплексной переработке свинцово-цинковых, медных, оловянно- серебряных и оксидных железных руд, а также углей. Угольные месторождения являются основным источником германия в мире (60 % от общего объема добычи), в том числе и в России. На территории нашей страны промышленные концентрации германия выявлены в углях Приморского края и Сахалина, которые составляют основу его минерально-сырьевой базы. Суммарный потенциал выявленных месторождений составляет 7000–8000 т германия [Угольная база России…, 2004]. Месторождения германий-угольного типа, как правило, формировались на фоне затухающего вулканизма, в ограниченных дизъюнктивными нарушениями угленосных депрессиях, а аномально высокие содержания германия установлены в их приподошвенной части [Озерский, Еханин, 2013]. Вопрос о природе германиеносности углей в настоящее время остается дискуссионным.
Новый для России тип германиевого оруденения, представленный германиеносными углефицированными древесными остатками, выявлен в 60-х годах прошлого века в среднем течении реки Енисей в мел-палеогеновых терригенных отложениях Касской впадины. В процессе выполнения геологоразведочных работ на обширной территории было прослежено более 30 пластов лигнитов, ряд которых содержит германий в промышленных концентрациях. По результатам оценочных работ на площади выявлено Серчанское месторождение германиеносных лигнитов. Детальному исследованию лигнитов данного месторождения посвящена настоящая работа,
5
призванная расширить представление о природе, механизмах накопления и
формах нахождения германия в углефицированных древесных остатках.
Цели и задачи. Целью диссертационной работы являлось изучение особенностей геологического строения Серчанского месторождения, вещественного состава лигнитов и геохимических особенностей вмещающих их терригенных образований, выявление механизмов формирования германиевого оруденения. В связи с этим решались следующие основные
задачи:
1. Изучение геолого-геохимических особенностей вмещающих
оруденение горных пород;
2. Исследование вещественного состава, текстур и структур
германиеносных лигнитов;
3. Выявление закономерностей распределения химических элементов в
обломках углефицированных древесных остатков;
4. Изучение гидротермально-метасоматических преобразований,
приведших к перераспределению вещества как в пределах отдельных фрагментов лигнитов, так и в рудовмещающей толще.
Научная новизна полученных результатов.
1. Впервые, на основании комплексного изучения вещественного состава и текстурно-структурных особенностей германиеносных лигнитов Серчанского месторождения, установлено наличие новообразованной рудной минерализации, которая представлена пиритом и баритом, выявлены деформационные текстуры и структуры, выраженные микроскладчатостью, зонами сжатия и сдвига.
2. Выявлены вариации в распределении геохимических элементов в рудоносном горизонте, как по его разрезу, так и по латерали.
3. Установлен факт влияния низкотемпературных гидротермально- метасоматических процессов на разубоживание первичных концентраций германия в лигните и повышение зольности.

6
4. Предложен механизм накопления промышленных концентраций
германия в углефицированных древесных обломках, который заключается в сорбции ими редких металлов из растворов, дренировавших рудовмещающий слой слабо литифицированных песчаников.
Теоретическая и практическая значимость работы.
1. Результаты диссертационного исследования могут быть использованы для уточнения прогнозно-поисковых моделей германиеносных лигнитов при поисках аналогичных месторождений на территории Касской впадины и в других регионах Российской Федерации.
2. Данные о вещественном составе и минералого-геохимических особенностях лигнитов, а также вмещающих их терригенных образований использованы предприятием ООО «КАС» при проведении геологоразведочных работ на участках Анцифировский и Усть–Питский. Акт внедрения приведен в приложении А.
3. На основании полученных данных о минералого-геохимических и текстурно-структурных особенностях германиеносных лигнитов предложены рекомендации по улучшению схемы обогащения путем внедрения предобогатительной стадии, включающей классификацию обломков и отделение мелкой, обедненной германием, фракции.
Методология и методы исследований. В основу диссертационного исследования положены материалы, собранные автором в процессе полевых работ 2016 г. Объектом изучения и опробования явилась рудоносная толща Серчанского месторождения, сложенная терригенными породами симоновской свиты, в месте ее выхода на дневную поверхность в долине р. Кас. Кроме того, использовались фондовые материалы, а также данные геологоразведочных работ компании ООО «КАС» на Касовском участке и на Серчанском месторождении в 2011–2015 гг.
В период полевых работ на месторождении проведено геохимическое опробование терригенной толщи по сети горных выработок – канав. Отобрано 176 проб с интервалом 0,5 м, собрана коллекция образцов лигнитов для

7
минералого-петрографических исследований, а также для изучения механизмов сорбции германия и других химических элементов. Кроме того, для характеристики текстурно-структурных особенностей и химического состава лигнитов, а также золы после их сжигания использован рудный материал из большеобъемных технологических проб и эталонных коллекций ООО «КАС» и
АО «Германий».
Химический состав проб вмещающих оруденение пород анализировался
рентгенофлуоресцентым (MobiLAB X-50) и атомно-эмиссионным спектральным (МАЭС «Горный Поток») методами. На основании полученных аналитических данных составлены геохимические разрезы и диаграммы с использованием программного обеспечения Surfer 13 и ArcMap 10.2.2.
Вещественный состав образцов лигнита и золы исследовался комплексом аналитических методов, включающих рентгеновский фазовый и рентгеновский спектральный (дифрактометр Shimadzu XRD-6000 и спектрометр XRF1800 Shimadzu) и атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой (iCAP 6300 Duo Thermo Fisher Scientific).
Минералогический состав и текстурно-структурные особенности образцов лигнита изучались с использованием оптического (Axioscope 40 APol) и электронного (HitachiTM-3000 и Tescan Vega III SBH) микроскопов. Всего изучено 30 шлифов, 30 аншлифов, 17 приполированных шлифов.
Распределение химических элементов в образцах углефицированных древесных обломков исследовано с использованием сканирующего рентгенофлуоресцентного спектрометра Itrax Multi Scanner (лаборатория биогеохимии экосистем, СФУ). Всего проанализировано 6 образцов лигнитов, представляющих собой целостный фрагмент ствола углефицированного дерева, реже его часть.
Положения, выносимые на защиту.
1. Германиеносные лигниты Серчанского месторождения представляют собой углефицированные фрагменты ископаемой древесины, локализующиеся в слабо литифицированных песчаниках симоновской свиты апт-альбского яруса

8
мелового возраста. Породы рудовмещающего горизонта характеризуются значительными вариациями рудообразующих (Ba, Cu, Ge, Pb, Rb, Sr, Ti, Zn, Zr) и петрогенных элементов (Fe, Ca, K). На всем протяжении лигнитоносной пачки устойчиво проявлены ореолы серебра, маркирующие рудоносный
горизонт.
2. Распределение новообразованных минералов, а также германия и
других химических элементов внутри отдельных фрагментов углефицированных древесных остатков свидетельствует о сорбции металлов из низкотемпературных растворов, дренирующих лигнитоносные слабо литифицированные песчаники. Воздействие последующих гидротермально- метасоматических растворов на германиеносные лигниты привело к разубоживанию первичных концентраций германия и привносу в краевые части обломков ряда элементов (Si, Ti, Fe, K, Ca), обусловивших повышение зольности.
3. Уровень содержания германия в лигнитах обратно пропорционален его зольности, которая, в свою очередь, зависит от крупности обломков – максимальная зольность и наименьшие концентрации германия свойственны мелким фракциям лигнитов.
Достоверность и обоснованность защищаемых положений
определяется кондиционными аналитическими данными, полученными в аккредитованных лабораториях, а также обширной апробацией полученных результатов исследования на различных научно-технических конференциях и симпозиумах.
Апробация работы и публикации. Диссертационное исследование выполнено в рамках научного проекта РФФИ No16-43-240719.
Апробация работы проводилась на Международном горно-геологическом форуме МИНГЕО СИБИРЬ (Красноярск, 2014); на молодежном МИНГЕО ФОРУМЕ (Красноярск, 2014, 2016); на Международном конгрессе и выставке «Цветные металлы и минералы» (Красноярск, 2014, 2016 и 2018); на II Международной научной конференции «Сибирский плацдарм: проблемы и

9
задачи экономического развития Сибири и Красноярского края» (СФУ, Красноярск, 2016); на Международной конференции «Молодежь и наука: проспект Свободный» (СФУ, Красноярск, 2015, 2016 и 2017); на VIII Международной научно-практической конференции «Научно-методические основы прогноза, поисков, оценки месторождений алмазов, благородных и цветных металлов» (ФГУП ЦНИГРИ, Москва, 2018). По теме диссертации
опубликовано 6 работ, в том числе две из них в реферируемых журналах. Объем и структура работы. Диссертационное исследование состоит из введения, 6 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем работы – 130 страниц, в том числе 38 рисунков, 23 таблицы. Список
литературы содержит 113 наименований, из них 102 опубликованных. Благодарности. Работа выполнена под руководством д-ра геол.-минерал. наук В.А. Макарова, которому автор выражает глубокую признательность. За ценные советы, рекомендации, критические замечания и консультации, а также за помощь в проведении полевых работ автор благодарит канд. геол.-минерал. наук Д.Г. Козьмина. Поддержку и помощь автору оказывал доктор химических наук А.Ф. Шиманский, которого автор искренне благодарит. Успешному выполнению диссертационного исследования способствовала совместная работа и консультации сотрудников кафедры ГМиМР и ГМиП ИГДГГ СФУ – профессоров А.М. Сазонова, С.И. Леонтьева, В.Г. Михеева, доцентов И.Ю.Яковлева, П.Н. Самородского, С.М. Макеева, О.Ю. Перфиловой. За помощь в аналитических исследованиях и практические советы автор выражает благодарность сотрудникам ООО ЦГИ «Прогноз»: заведующему лабораторией А.И.Фертикову и ведущему геологу В.Г. Фисенко. Особая благодарность родным и близким, без чьей поддержки и помощи работа не смогла бы
состояться.