Геологи Санкт-Петербургского университета разработали простой метод определения возраста минерала пирита по концентрации гелия, который позволит быстрее находить месторождения золота.
Геологам хорошо известно, что в различные этапы эволюции Земли образуются разные по масштабам и типам залежи полезных ископаемых. Так, например, на Дальнем Востоке с событиями с возрастом в 140 млн лет связано образование крупных месторождений золота, а последующий этап — 120 млн лет — намного менее продуктивный. А значит, для того чтобы оценить перспективность небольшого рудопроявления стать месторождением, нужно в том числе определить и возраст минерализации.
Метод определения возраста минералов по концентрации гелия — продукта радиоактивного распада урана и тория — был предложен еще британским физиком Резерфордом в начале ХХ века. Метод применяли для богатых ураном минералов, но в 50-е годы ученые сделали вывод о том, что он неэффективен, поскольку гелий в течение геологического времени теряется и, как следствие, значения возраста оказывались существенно моложе истинных. Однако в 80-е годы в США применили этот метод для определения не возраста появления породы, но времени, когда она остыла до незначительных температур, порядка 70–200 ℃. Это позволило реанимировать метод для решения принципиально других задач в геологии: определения времени образования гор и скорости их разрушения. И лишь в XXI веке ученые снова вернулись к этому методу для прямого определения возраста минералообразования.
«Мы первыми в мире доказали, что этот метод применим для определения времени образования платины, золота и пирита. Принципиальная важность открытия высокой сохранности гелия в пирите, спутнике золоторудной минерализации, состоит в том, что он встречается во всех типах месторождений и благодаря гелию можно быстро и не дорого определить перспективность объекта на обнаружение крупной залежи ценного металла», – рассказала доцент кафедры геохимии СПбГУ Ольга Якубович
Созданный учеными СПбГУ метод был протестирован на месторождениях Урала и Дальнего Востока. На данный момент погрешность определения возраста не превышает 5 %, что для рутинного поиска месторождений вполне приемлемо. Рудообразующие и «пустые» этапы гидротермальной деятельности имеют различие в возрасте в десятки миллионов лет.
При использовании метода необходимо взять из рудопроявления небольшой образец минерала и с помощью масс-спектрометра измерить концентрацию гелия, урана и тория. Таким образом определяется возраст этого минерала, который можно сопоставить с эпохами эволюции Земли, и сделать вывод о возможном наличии тех или иных полезных ископаемых. Для реализации этого метода был разработан оригинальный масс-спектрометрический комплекс, позволяющий проводить измерения этих элементов в единичных миллиграммовых зернах.
Альтернативные методы датирования минералов являются более дорогими и более сложными. Например, аргон-аргоновый метод требует поиска ассоциирующих с минерализацией калиевых минералов. После чего такой минерал надо облучить потоком нейтронов. После этого минерал должен «остыть» — короткоживущие радиоактивные элементы распасться. И только тогда можно будет определить возраст данного минерала. Вся процедура проведения аргонового датирования занимает до полугода, тогда как определение возраста по гелию менее недели.
Другой метод — рений-осмиевый — является методически более сложным и требует существенно большего количества материала — подходящий материал бывает сложно найти на местах геологоразведки.