МИНЕРАГРАФИЯ – раздел минералогии, изучающий состав и строение руд и рудных минералов с помощью: а) отраженного света (методы изучения отражательной способности и вращающих свойств); б) физических (определение микротвердости, магнитности и др.) и в) химических (микрохимические испытания, методы отпечатков, структурное травление) методов [Геологический…, 1978]. Термин минераграфия был введен У. Уайтхэдом в 1917 г.
Цель курса – освоение методов минераграфии для описания минерального состава и строения руд и рудных минералов.
В задачи курса входит получение навыков: 1) работы с рудным микроскопом и освоение основных приемов изучения свойств минералов в отраженном свете; 2) изготовления препаратов для диагностики рудообразующих минералов; 3) структурного и диагностического травления аншлифов; 4) анализа изображений; 5) структурно-текстурного анализа руд. На основании полученных знаний студенты должны научиться отбирать образцы для минераграфических исследований, определять оптические и физические свойства рудных минералов и, руководствуясь соответствующими определителями, проводить их диагностику; анализировать текстурно-структурные особенности руд и их минеральный состав.
Для успешного изучения курса минераграфии студенты должны усвоить основы физики (природа света и линейная оптика), химии (качественные реакции), кристаллооптики, минералогии и петрографии.
Объектом минераграфии являются минералы, непрозрачные в проходящем свете – самородные металлы и интерметаллиды, сульфиды, теллуриды, селениды, оксиды металлов и некоторые другие соединения. Основным разделом минераграфических исследований является рудная микроскопия, вне зависимости от того, образуют изучаемые минералы промышленные скопления или являются акцессорными примесями в породе.
В кратком историческом очерке проф. Ж. Орселя, опубликованном в фундаментальном труде Р. Галопена и H. Генри «Исследование непрозрачных минералов под микроскопом» [1975], упоминается, что изготовление полированных шлифов из непрозрачных материалов для исследования их структуры впервые стал использовать И. Берцелиус в 19 в. Последующее развитие метод получил в работах К. Сорби, Ф. Осмонда, А. Ле-Шателье и др. Однако современное направление в рудной микроскопии определилось в начале 20-го века после опубликования результатов работы У. Кэмпбелла и К.У. Найта, исследовавших под микроскопом полированные образцы руд из Кобальта (Онтарио) [1906].
Микроскопическое исследование руд стало широко применяться в конце первой половине 20 в. в связи с совершенствованием оптических микроскопов. Это открыло большие перспективы для изучения тонких срастаний различных минералов и их возрастных соотношений, способов сочетаний и т.п. К первым работам, в которых был систематически рассмотрен метод изучения рудных минералов под микроскопом, обобщены их диагностические признаки и приведены данные о срастаниях рудных минералов, следует отнести труды Дж. Мердоча «Микроскопическое определение непрозрачных минералов» [Murdoch, 1916], В. Дэви и К. Фарнхама «Микроскопический анализ рудных минералов» [Davy, Farnham, 1920], Ван дер Веена «Минераграфия и рудоотложение» [Veen, 1925], и книгу Х. Шнейдерхена и П. Рамдора «Руководство по рудной микроскопии» [Schneiderhohn, Ramdohr, 1931].
Среди работ отечественных ученых этого периода следует отметить труды Ф. И. Абрамова «Микроскопические исследования руд в отраженном свете» [Абрамов, 1930], А.Г. Бетехтина и Л.В. Радугиной «Определение рудных минералов под микроскопом» [Бетехтин, Радугина, 1933] и И.С. Волынского «Определение рудных минералов под микроскопом» [Волынский, 1947].
Таким образом, в начальный период развития минераграфии основное внимание обращалось на физические и химические свойства минералов, форму рудных зерен, их размеры и особенности срастаний с целью получения объективной информации о минеральном составе руд. Несколько позднее в геологической печати появлялись работы по описанию не только состава, но и структур руд (И. Ф. Григорьев, Е. Е. Захаров, С. А. Вахромеев). Первая обстоятельная сводка структур руд принадлежит советскому ученому И. Ф. Григорьеву [1927]. Сравнивая между собой структуры руд и горных пород, он подчеркнул разнообразие и невыдержанность структурных признаков в рудах, а также отметил способность к перегруппировке рудного вещества в твердом состоянии (в современной терминологии – перекристаллизации). Схема классификации структур минеральных срастаний, составленная И. Ф. Григорьевым, актуальна до сих пор. Позднее А. Г. Бетехтин [1958] разграничил структуры и текстуры. Под термином «структура» он предложил понимать способ сочетания в данном минеральном агрегате кристаллических зерен, характеризующихся теми или иными формами и размерами. А под термином «текстура» – сочетание минеральных агрегатов, слагающих руды, но отличающиеся друг от друга по минеральному составу и структуре. Следует заметить, что не имеет принципиального значения, наблюдается ли структура или текстура под микроскопом или визуально в образце. В первом случае во избежание путаницы следует добавлять приставку «микро» (микротекстура или микроструктура).
В настоящее время результаты минераграфических исследований используются не только для диагностики рудных минералов и описания руд, но и для воссоздания условий их образования.
Расшифровка генезиса минеральных индивидов и определение их относительного возраста в любых геологических объектах открывает перед исследователем широкие возможности использования полученных результатов [Чесноков, 1974; Попов, 1984; Краснова, Петров, 1997]. Для решения генетических вопросов все более широко применяется рудно-фациальный анализ строения рудных тел, методика которого детально разработана для колчеданных месторождений [Жабин, 1979; Рудницкий, 1988; Масленников, Зайков, 1998; 2006; Тесалина и др., 1998; Зайков и др., 2001; Масленников, 2006].
Важную роль играют минераграфические исследования для разработки оптимальных схем обогащения и текущего контроля технологических процессов на обогатительных фабриках. Первым в России этот вопрос поставил К.И. Богданович [1912]. Он подчеркнул, что «изучение сложения рудной массы имеет значение не только фундаментальное, но и практическое – при обогащении руд и оценке месторождений». Например, он указывал, что руды, характеризующиеся значительной величиной составных частей, легко подвергаются ручной разборке. Тогда как, руды сложенные полосами, труднее измельчаются (из-за тонкозернистого строения), что увеличивает технические трудности и повышает стоимость работ.
Настоящее учебное пособие предназначено для изучения курса «Минераграфия» студентами геологических специальностей. Некоторые разделы способствуют более полному восприятию материала по курсам «Геология месторождений полезных ископаемых» и «Технологическая минералогия». При составлении пособия использованы отечественные и зарубежные источники, а также опыт авторов, приобретенный за годы исследовательской работы в Институте минералогии УрО РАН и преподавательской деятельности на геологическом факультете в ЮУрГУ (г. Миасс). Классические труды по минераграфии, на которые опирались авторы, перечислены в библиографическом указателе. Нужно отдельно упомянуть работы И. С. Волынского «Определение рудных минералов под микроскопом» [1947], С. А. Вахромеева «Руководство по минераграфии» [1956], а также учебное пособие С. А. Юшко «Методы лабораторного исследования руд» [1966]. Эти актуальные по нынешний день труды уже давно не переиздавались и в некотором роде являются библиографической редкостью. Наиболее поздняя работа коллектива авторов «Справочник-определитель рудных минералов в отраженном свете» [1988] является, прежде всего, определителем, а не учебником. В ней приведено систематическое описание 505 рудных минералов, таблицы и графики для их определения. Особое внимание уделено редким и новым минералам. Помимо общих сведений для каждого минерала даны спектры отражения, двуотражение, параметры цвета, микротвердость, рентгенограмма, примеры месторождений.
Среди зарубежных источников, на наш взгляд, заслуживает внимания книга известных геологов-рудников Джеймса Р. Крейга (США) и Дэвида Дж. Вогана (Великобритания) «Рудная микроскопия и рудная петрография» [1983], которая обобщает современные данные по изучению рудных минералов под микроскопом, в частности, методику исследований, характеристику структур рудных агрегатов и минеральных ассоциаций руд различных генетических типов, таблицы важнейших свойств наиболее распространенных минералов, сведения, необходимые для технологии их разделения и получения мономинеральных фракций.
В руководстве «Исследование непрозрачных минералов под микроскопом», написанном крупными специалистами Женевского и Кембриджского университетов Р. Галопеном и Н. Генри [1975], рассмотрены основные вопросы изучения рудных минералов под микроскопом, но основное внимание уделено количественным методам диагностики – измерению отражения и твердости минерального вещества. Большая часть книги посвящена теории оптики отраженного света – в этом ее большая ценность и отличие от других руководств по минераграфии. На этой основе рассмотрены оптические свойства непрозрачных минералов.
Теории и практике микроскопического изучения рудных минералов, руд и полученных при их обогащении концентратов посвящена книга Ю. Кэмерона «Рудная микроскопия» [1966]. В первых главах дается описание современных микроскопов и методов подготовки руд и концентратов для микроскопического исследования. Затем детально описываются физические и оптические свойства рудных минералов, а также методы определения этих свойств под микроскопом. Основное внимание уделено количественным методам определения микротвердости, отражательной способности и анизотропии. Одна из глав посвящена теории отраженного света.
Собранная в предлагаемом учебном пособии информация поможет студентам разобраться в теоретических основах оптики отраженного света, технологии подготовки каменного материала к исследованиям, получению навыков работы с рудным микроскопом и методикам микроскопического исследования полированных шлифов.
Специфика данной работы заключается в том, что наряду с разделами по определению рудных минералов в полированных шлифах, в нем даны сведения об автоматизированных методах анализа изображений, позволяющих осуществлять классификацию рудных объектов по интересующим параметрам (содержание определенной фазы, морфологические особенности частиц и их геометрические характеристики). В цветной вкладке учебного пособия иллюстрируются основные текстуры руд и структуры минеральных агрегатов.
В приложении 1 приводятся стандартные символы для обозначения основных рудных и породообразующих минералов, в приложениях 2, 3 и 5 приведены планы описания полированных шлифов и свойств основных рудных минералов, которые могут быть использованы при написании соответствующих разделов курсовых и дипломных работ, производственных или геологических отчетов. В приложении 4 – практические рекомендации по оформлению полученных данных в виде таблиц.
За консультационную помощь при создании этой работы авторы благодарят коллег по лаборатории минералогии рудогенеза, а также доцента кафедры геологии рудных месторождений СПбГУ к.г.-м.н. Ю. С. Полеховского. Особую благодарность авторы адресуют доценту СПбГУ М.М. Болдыревой, любезно позволившей использовать накопленную ею базу данных по спектрам отражения минералов и программе MicroMin. Весьма продуктивными были консультации профессоров, докторов наук В. В. Зайкова, В. В. Масленникова, В. А. Попова, к.г.-м.н. В. И. Поповой. Авторы признательны д.г.-м.н. Е. В. Белогуб и к.г.-м.н. М. П. Покровскому, взявшим на себя труд по редактированию текста пособия и многочисленные предложения по его улучшению.
Пособие создано при финансовой поддержке гранта Президента РФ (МК-526.2009.5), Минобрнауки (ГК № П237).
Авторы будут признательны за все замечания и предложения, которые просят направлять по адресу safina@ilmeny.ac.ru, const@mineralogy.ru.