Метод поиска геохимических аномалий золота и других благородных металлов на основе анализа тонкой фракции почвы с использованием LA (лазерной абляции) и ICP MS (масс-спектрометра с индуктивно-связанной плазмой)

И.В. Васильев —  Операционный директор компании Mineral Exploration Network

Юниорская компания Mineral Exploration Network (Finland) Ltd. была основона в 2009 году в Великобритании. Компания ведет поиски месторождений золота в Финляндии и с 2013 года в Испании. Наша основная специализация — поисковые работы ранних стадий с целью выделения перспективных участков для дальнейшей постановки буровых работ с привлечением стратегического партнера. Стратегия компании — снижение финансовых рисков и высокая результативность поисков за счет обоснованного выбора площадей, интенсивных полевых работ на максимально больших площадях и рационального использования финансовых средств.

Эффективность поисковых работ ранних стадий на золото и другие элементы существенно зависит от числа отбираемых и анализируемых геохимических проб. Поскольку размер обьектов (месторождений) постоянно уменьшается, отбор проб необходимо проводить с максимально возможной детальностью, по очень густой сети. При этом число отбираемых проб для одного обьекта может достигать 10 тыс. в месяц. Традиционные методы анализа, такие как XRF, ICP MS, AA, имеют свои недостатки. XRF имеет очень высокие пороги чувствительности для золота и ряда других элементов, ICP MS и АА, с существующими аналитическими методами анализа, очень дороги и не позволяют анализировать большое число проб.

В качестве решения проблемы в течение 4 лет компанией Mineral Exploration Network (Finland) Ltd. был разработан и внедрен недорогой и эффективный метод геохимического обследования больших территорий — MEFFA (Multi-Element Fine Fraction Analysis) — мультиэлементный анализ тонкой фракции с использованием LA (лазерной абляции) и ICP MS (масс-спектрометра с индуктивно-связаной плазмой).

Пробоотбор

На исследуемой площади производится пробоотбор небольших (50–80 г) проб горизонта B или донных отложений по сети различной плотности ( в зависимости от стадии работ). Если выбранная площадь большая, то на первой стадии целесообразно поставить опробование по потокам рассеяния — анализ донных отложений, либо, в случае относительно равнинных обводненных территорий (Финляндия) — по нерегулярной сети, с привязкой к ландшафту. Самые информативные пробы в условиях территорий, прикрытых ледниковыми отложениями — в низинках и канавках на границах низин (болот) и возвышенностей. В зависимости от условий пробы отбираются специальным пробоотборником «Лепесток» (рис. 1) либо небольшой киркой и обычным садовым совком. 

Рис. 1. Пробоотборник «Лепесток», почвенный разрез и горизонт B

Упаковываются пробы в пластиковые пакетики типа «mini-grip». Пакетики заранее маркируются и номер пробы привязывается в GPS. Возможен также вариант с нанесением на пакетики этикеток со штрих-кодом. В случае хорошего покрытия сотовой связи можно использовать смартфон со штрих-кодридером и встренным GPS. Плотность опробования по потокам рассеяния от 5 до 10 проб на 1 км2, по нерегулярной сети в условиях рыхлых отложений от 20 до 40 проб на 1 км2. 

РФА-анализ

Все отобранные за день пробы оперативно анализируются в поле или базовом лагере с использованием переносного РФА-анализатора, (рис. 2). Пробы анализируются непосредственно в пакетиках, без какой-либо пробоподготовки. Цель анализа — выявление аномальных участков с повышенными содержаниями элементов-спутников, таких, как мышьяк, медь, сурьма и др., и в случае получения положительных результатов, оперативное сгущение сети опробования. В зависимости от масштабов аномалии это может быть 200×20 или 100×10 м. Проведенные нами сравнительные анализы высушенных и отситованных проб показали более высокие, до 10–15 %, концентрации, но на данном этапе эта разница существенного значения не имеет. При этом время и трудозатраты снижаются значительно.

Рис. 2. РФА-анализ

Опробование выделенных аномальных участков по регулярной сети

Сеть опробования выбирается в зависимости от масштаба аномалии, проходимости, времени и других условий. Оптимальная сеть по нашему опыту — 100×10 м. Направление профилей планируется вкрест предполагаемой аномалии.

В зависимости от проходимости участка маршрутная пара отбирает от 200 до 300 проб в день в условиях Финляндии и 300 проб один человек в Испании. Пробы, с выявленных на первом этапе аномальных участков направляются на MEFFA-анализ в первую очередь.

В случае, если участок небольшой и/или работы проводятся по заверке или уточнению известных геохимических аномалий, сразу же работаем по регулярной детальной сети. 

Пробоподготовка MEFFA

Пробоподготовка MEFFA состоит из двух стадий. Первая стадия, выделение тонкой фракции путем мокрого ситования и отмучивания, может производиться в полевых условиях. Все что необходимо — это обычное мелкое кухонное сито, несколько стеклянных сосудов и бумажные стаканчики. Стаканчики маркируются по номерам проб. Проба смешивается с водой в стекляной миске и через определенное время, когда крупные частицы осели, часть полученного раствора переливается в промаркированный стаканчик. Растворенная тонкая фракция отсаживается в течение минимум 2–4 часов, остаток воды сливается и проба в стаканчике помещается в сушилку. В качестве сушилки можно использовать палатку. Как правило, при нормальной темепратуре и влажности пробы высыхают за 1–2 суток.

Далее высушенный материал перетирается и упаковывается в пакетики типа «mini-grip». Полученная таким образом масса пробы тонкой фракции составляет 3–5 г (что очень важно при транспортировке из удаленных районов).

Второй этап пробоподготовки производится в лаборатории и заключается в нанесении тонкой фракции на стеклянную пластину размером 10×10 см. Размер пластины зависит от размера камеры LA. Кроме собственно материала проб, на пластину также наносится внутренний стандарт с известным содержанием анализируемого элемента.

Внутренний стандарт готовится по той же технологии отмучивания, что и сами пробы. Для более равномерного распределения элементов в стандарте отмучивание рекомендуется произвести 3–4 раза. Материал для стандарта желательно отбирать из почв над известным эталонным обьектом — рудопроявлением или месторождением того же типа, что и искомые или ожидаемые обьекты. Подготовленный таким образом стандарт отправляется на анализ во внешнюю лабораторию с традиционными методами определения содержаний искомых элементов.

Рис. 3. Стекляная пластина с нанесенными пробами и внутренним стандартом

Анализ MEFFA на инструментальном комплексе LA и ICP MS

Подготовленная стеклянная пластинка с нанесенными на нее пробами, в нашем случае это матрица 14×15=210 ячеек (18 ячеек с внутренним стандартом и 192 пробы) помещается в вакуумную камеру LА. Работа лазера в сканирующем режиме, в зависимости от модели прибора и минимально необходимой площади прожига пробы, настаривается опытно-методическим путем. Материал в газообразной форме поступает из LA на анализ в ICP MS. Время анализа ICP MS зависит от заданного списка анализируемых элементов. На анализ одного элемента требуется в среднем 30 сек. Список и комбинация элементов не ограничены. На выходе ICP MS выдает содержания элементов в каунтах — т.е. число атомов исследуемого вещества зарегестрированных детектором за определнный промежуток времени. Полученные значения каунтов каждой пробы пересчитываются относительно значения ближайшего ранее проаналированного внутреннего стандарта. В результате мы исключаем девиации прибора и получаем полуколичественную оценку содержаний исследуемого элемента. Настройки и установки инструментального комплекса зависят от конкретных моделей и настраиваются опытно-методическим путем.

Заверка аномалий и контроль качества

Заверка выявленных аномалий производится путем отбора контрольных проб по профилям с наиболее аномальными значениями элементов в пробах. Пробы отправляются на анализ традиционными методами во внешнию лабораторию. Внутренний контроль MEFFA заключается в повторном анализе 5 % ранее проанализированных проб.

Рис. 4. Инструментальный комплекс LA и ICP MS, настроенный на анализ проб тонкой фракции MEFFA

Интерпретация результатов и картирование аномалий

Интерпретация результатов может быть выполнена на основе стандартных процедур с использованием статистичексого анализа и пр. Картирование аномалий производиться с использованием ГИС.

Основные приемущества метода MEFFA 

1. Высокая чувствительность за счет применения высокочувствительных инструментов и прямого анализа вещества.
2. Высокая достоверность, сходимость и сопоставимость результатов.
3. Высокая производительность анализа (до 400 проб в день).
4. Простой пробоотбор, небольшая масса проб.
5. Значительное снижение затрат и упрощение транспортровки проб.
6. Низкая стоимость пробоподготовки и анализа.
7. Не требует специальных условий для пробоподготовки.
8. Не требует специальной подготовки персонала для работы с реактивами.
9. Экологически чистый и безопасный метод, так как в процессе пробоподготовки не используются реактивы/химикаты.
10. Повышает скорость проведения работ и дает возможность опративного изменения программы поисков на площади в процессе их проведения.
11. Метод может быть использован небольшими юниорскими компаниями, затраты на приобретение оборудования окупаются за 2–3 года.

Результаты и примеры использования MEFFA 

С момента запуска лаборатории в 2013 году, в лаборатории компании по методике MEFFA проанализировано более 70 тыс. проб из Финляндии, Испании и Армении. Выявлено более 30 аномалий золота, большинство из которых были заверены горными работами — поисковым бурением, тиловым опробованием или проходкой канав. Все аномалии подтвердились аномальными и/или рудными содержаними золота. Накоплены большой опыт и статистика, которые с уверенностью позволяют утверждать что метод MEFFA может быть широко использован при поисках по вторичным ореолам рассеяния в любых геологических обстановках. Если ореол сформировался, используя MEFFA, мы его однозначно не пропустим.

В 2017 году компанией успешно проведены опытно-методические работы по использованию MEFFA при посках PGE. В результате работ откартирована значительная Pt-Pd аномалия в Восточной Финляндии, получены положительные результаты заверки из внешней лаборатории.

Пример использования MEFFA в Испании, проект Logrosan, провинция Extremadura, 2016 год (рис. 5). В результате анализа РФА были выявлены значительные аномалии мышьяка и меди — левая и центральная часть диаграммы соответственно. На правой части — аномалия золота по результатам МЕFFA, заверенная контрольными пробами, проанализированными в ALS (выделены красным цветом).

Рис. 5. Диаграмма аномалий As-Cu-Au на участке Логросан–Юг

Пример использования MEFFA в Финляндии, участок Sikakangas, заверка и уточнение геохимической аномалии в районе известного рудопроявления, август 2017 г. (рис. 6). В результате выполненых работ и анализа MEFFA стало очевидно, что буровые работы, выполненые предшественниками (Геологическая служба Финляндии, 2001–2005 годы, белые треугольники — расположение скважин) были сфокусированы лишь на южном, наименее интенсивном фланге аномалии. 
Учитывая также, что мощность червертичных отложений на участке незначительная (до 0,5 м), можно с уверенностью говорить о том, что аномалия сформировалась не за счет ледникового сноса. На основании этого компанией запланирована постановка дополнительных горных работ на летний сезон 2018 года проходка канав (черные линии) и дополнительное бурение (синие треугольники).

Рис. 6. Геохимическая аномалия золота на участке Sikakangas и планируемые горные работы

В 2017 году с целью защиты прав интеллектуальнной собственности нами совместно с Санкт-Петербургским государственным университетом была подана заявка на патент. Заявка зарегистрирована и находится в работе. 

Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 4/декабрь 2017 г.