Особенности химического состава тонкого золота из пород Ишлинского грабена (западный склон Южного Урала)

Урал является регионом, в котором золотодобыча развивается уже несколько столетий. Существует огромное количество публикаций, рассматривающих разнообразные вопросы генезиса как золоторудных месторождений, так и характеризующих золотую минерализацию, присутствующую в структурно-вещественных комплексах раз- личной генетической природы. Проблемы тонкого золота начали активно обсуждаться в литературе относительно недавно как с точки зрения его генезиса, так и при рассмотрении технологических вопросов процесса добычи металла [1–4].

В статье приведены материалы по особенностям химического состава тонкого золота, полученные в 2024– 2025 гг. при детальном изучении пород Ишлинского грабена, расположенного на западном склоне Южного Урала.

Материалы и методы

Пробоподготовка включала резку образца алмазным диском ГОСТ 10110–87 (СТ СЭВ 5906–87). Металлическая связка алмазного порошка режущей кромки представлена сплавом на основе меди, содержащим олово и механоле-гированные гранулы, включающие алюминий и углерод. Ее состав (мас. %): Sn – 5,0–8,0; Al – 0,9–2,8; C – 0,4–0,8; Cu – 90,1–88,4. Следующий этап заключался в выравнивании образца методом грубой «обдирки» и шлифовке рабочей поверхности препарата абразивными порошками, представленными белым электрокорундом (Al2O3–99 %, марки 22А, 23А, 24А и 25А) различной зернистости. После этого рабочую поверхность образца обрабатывали алмазными пастами на жировой основе с размером зерна по ГОСТу: 14/10; 7/5; 3/2; 1/0 мкм.

Геологическое строение Ишлинского грабена

Отложения Ишлинского грабена располагаются в зоне Юрюзано-Зюраткульского разлома (западный склон Южного Урала), образуя полосу субмеридионального простирания, прослеженную на расстоянии около 15 км. Породы изучали как в естественных обнажениях, так и по скважинам двух разрезов: Улуелгинского и Кудашмановского (рис. 1).

Терригенные отложения представлены серицит-квар-цевыми алевролитами, алевросланцами и углеродсодержащими сланцами. Основным отличием углеродсодержащих сланцев от алевролитов и алевросланцев являются пелитовая размерность зерен кварца и присутствие углеродистого вещества, образующего послойно-полосовидные, шнурообразные и комковатые выделения. Содержание углерода в сланцах колеблется от 1,1 до 2,6 %. Анализ термограмм показал, что углерод характеризуется сложным фазовым составом, включающим асфальтиты, керит, оксикерит и скрытокристаллический графит [5, 6].

Магматические породы образуют вулкано-плутоническую ассоциацию, которая представлена интрузивными телами габбродолеритов и эффузивами основного состава с небольшим количеством пирокластического материала. Породы метаморфизованы и в крайней степени изменения представляют собой карбонат-эпидот-аль-бит-кварц-хлоритовые и эпидот-альбит-кварц-амфибо-ловые сланцы, трассирующие тектонические нарушения внутри габбродолеритового тела. В верхней части разреза присутствуют жилы альбититов, состоящие из ксеноморфных зерен альбита, крупночешуйчатого мусковита, небольшого количества кварца и хлорита [там же].

Для всех пород разрезов характерна значительная дислоцированность, которая в сланцах выражается в смятии, гофрировании, микробудинаже, завальцовке кварцевых обломков с мозаичным, облачным погасанием и формировании текстур пластического течения. В породах широко развиты окварцевание и карбонатизация, которые выражаются в наличии кварцевых, кварц-карбо-натных и карбонатных жил и прожилков различной формы и переменной мощности (рис. 2). Минеральный состав карбонатов разнообразен, установлены практически все их разновидности: кальцит, доломит, магнезит, сидерит и анкерит. Изучение последовательности формирования кварцевых жил позволяет выделить как минимум три этапа их генерации: первый, связанный с внедрением магматических пород (экзоконтактовый), второй – синтектонический, третий – посттектонический.

Физико-химические параметры метаморфизма реконструируются по составам метаморфогенных минералов. Наиболее высокотемпературным этапом является амфиболизация магматических пород (Т=500–600 °С и Р=~3–5 кбар), а процесс формирования светлых слюд в терригенных породах реализовывался при Р~2– 10 кбар, – Т–390–490 °С [6]. Состав флюидной фазы определен методом термокриометрии флюидных включений в кварце из жильных тел, приуроченных к углеродсодержащим сланцам. В результате изучения установлено присутствие первичных и вторичных двухфазных (жидкость+газ) включений с различными температурами гомогенизации. Для первых характерны высокие температуры гомогенизации (180–408 °С), высокая соленость (13,4–16,3 экв. NaCl) с одинаковым составом солей, представленных СaCl2+NaCl. Кроме того, в двух образцах установлено присутствие метана. Во вторичных включениях температура гомогенизации гораздо ниже (121–248 °С), а состав солей соответствует FeCl2, т. е. при метаморфизме химический состав флюида изменялся от СaCl2+NaCl до FeCl2[6].

Возраст отложений машакской свиты, к которой относятся породы Ишлинского грабена, соответствует среднему рифею (1380,3±0,4 млн лет) [7], а возраст метаморфизма, определенный по содержанию радиогенного свинца в уранинитах из углеродсодержащих сланцев, – около 600 млн лет [5]. В этот временной этап западный склон Южного Урала развивался в режиме сжатия, обусловленного вендской коллизией [8] с формированием Белорецкого метаморфического (с эклогитами) комплекса [9], в «обрамлении» которого располагаются отложения Ишлинского грабена.

Рисунок 1. Геологическая схема западного склона Южного Урала (а), Ишлинского грабена (b) и его разрезы (1, 2).

Условные обозначения. 1–7 – нерасчлененные отложения (1 – нижнего рифея; 2 – среднего рифея; 3 – палеозоя; 4 – суранской свиты нижнего рифея; 5 – кызылташской свиты нижнего рифея; 6 – машакской свиты среднего рифея; 7 – зигальгинской свиты среднего рифея); 8 – дайки габбродолеритов; 9 – кора выветривания, осыпи; 10 – эпидот-кварц-хлоритовые сланцы по эффузивам и пирокластике; 11 – магматические породы основного состава; 12 – зоны рассланцевания; 13 – серицит-кварцевые алевролиты и алевросланцы; 14 – углеродсодержащие сланцы; 15 – кварцитопесчаники; 16 – места находок самородного золота; 17 – номера скважин; 18 – номера разрезов (1 – Улуелгинский; 2 – Кудашмановский).

Figure 1. Geological sketch-map of the western slope of the Southern Urals (a), Ishlya graben (b) and its cross-sections (1, 2).

Keys. 1–7 – undifferentiated deposits (1 – Lower Riphean; 2 – Middle Riphean; 3 – Paleozoic; 4 – Suran suite of the Lower Riphean; 5 – Kyzyltash suite of the Lower Riphean; 6 – Mashak suite of the Middle Riphean; 7 – Zigalga suite of the Middle Riphean); 8 – gabbro-dolerite dikes; 9 – weathering crust, scree; 10 – epidote-quartz-chlorite schists after effusives and pyroclastics; 11 – igneous rocks of basic composition; 12 – shear zones; 13 – sericite-quartz siltstones and siltschists; 14 – carbonaceous shales; 15 – quartzite sandstones; 16 – locations of native gold finds; 17 – borehole numbers; 18 – section numbers (1 – Uluelga; 2 – Kudashmanovo).

Рисунок 2. Кварцевая (а, b) и кварц-карбонатная (c–e) минерализации в породах Ишлинского грабена.

Figure 2. Quartz (a, b) and quartz-carbonate (c–e) mineralisation in the rocks of the Ishlya graben.

Результаты и их обсуждение

Ранее проведенными работами самородное золото было обнаружено в пробе-протолочке из будинирован-ной кварцевой жилы, залегающей в углеродсодержащих сланцах, сложенной серовато-белым (голубовато-серым) полупрозрачным кварцем. Золотины имеют сложную форму (рис. 3 а–c) и различаются по окраске – с красноватым оттенком и соломенно-желтые. Золото высокопробное, в его химическом составе была обнаружена медь (от 0,21 до 0,41 вес. %), а содержание серебра варьирует в пределах 4,58–6,50 вес. % [5].

Тонкое золото (размером до 5 мкм) обнаружено в кварц-кальцитовом прожилке в виде изометрично-не-правильных выделений, рассеянных в кварцевой матрице (рис. 3 d–i). Прожилок залегает в углеродсодержащих сланцах (скв. 77, глубина – 227 м, см. рис. 1), занимая секущее положение по отношению к слоистости сланцев. Его мощность варьирует от 2–3 до 5–6 см в раздувах. По химическому составу обнаруженное Au в значительной степени отличается от самородного золота, описанного ранее в приповерхностном жильном кварце [5] (таблица). Кроме того, отличительной особенностью золота является присутствие во всех выделениях хлора в количестве от 0,57 до 3,85 мас. % (таблица, рис. 4).

Здесь же необходимо подчеркнуть, что палладистое золото впервые обнаружено на западном склоне Южного Урала в кварц-кальцитовом прожилке из метаморфизованных терригенных пород. Особенности химического состава характеризуемых золотин свидетельствуют, что описываемые интерметаллиды являются результатом эволюции систем Au–Ag–Cu и Au–Ag–Cu–Pd.

Кроме самородного золота в кварц-кальцитовом прожилке обнаружены пирит, монацит, ксенотим, бастнезит, мусковит и катранаит – CaZn2(OH)6(H2O)2 (рис. 5).

Как уже отмечалось выше, для тонкого золота из кварц-кальцитового прожилка Ишлинского грабена характерно наличие двух разновидностей – медистой и палладистой. Анализ диаграммы Au–Ag–Cu (рис. 6) показывает, что химический состав медистого золота из объектов западного склона Южного Урала: Толпаровского рудопрояв-ления в доломит-кальцитовых жилах, описанное в данной работе и обнаруженное в метаморфизованных габброидах курманайского комплекса, в значительной степени отличается друг от друга. Наблюдаемая для этих объектов общая тенденция, направленная на уменьшение количества меди и увеличение количества золота при небольших вариациях содержаний серебра, не является взаимосвязанной и генетически обусловленной. Закономерность, установленная С. А. Онищенко и С. К. Кузнецовым [10] о том, что фаза Au3Cu образуется в результате упорядочивания твердого раствора Au–Cu при температуре 240 °С, в нашем случае не реализуется. В целом, за некое реперное значение эволюции системы Au–Ag–Cu для рассматриваемых объектов можно принять результаты взаимодиффузии на контактах самородных Au и Cu в низкотемпературных условиях зоны гипергенеза Аннинского месторождения [11] (рис. 6). В таком случае объекты западного склона Южного Урала, включая и медистое золото Ишлинского грабена, являются дискретными частями данной системы.

Химический состав палладистого золота из кварц-кальцитового прожилка Ишлинского грабена кардинальным образом отличается от аналогов, описанных на уральских объектах, в первую очередь по количеству палладия (рис. 6 б). Наиболее близкие значения характерны для магматогенных объектов: палладистого золота из рудопроявления Марафон, Канада [12] и отчасти палладистого золота норильских месторождений [13].

Несмотря на различия в химическом составе отдельных золотин из кварц-кальцитового прожилка Ишлинско-го грабена, их объединяет присутствие значимых содержаний хлора во всех разновидностях (таблица, рис. 4). Нам представляется, что эта особенность химического состава является определяющей при рассмотрении вопроса их генезиса. Один из возможных механизмов перераспределения и концентрации золота может быть представлен в следующем виде.

Рисунок 3. Самородное золото из приповерхностной кварцевой жилы (а–с) и кварц-кальцитового (d–i) прожилка.

Figure 3. Native gold from a near-surface quartz vein (a–c) and a quartz-calcite vein (d–i).

А. В. Пантелеевым с соавторами был предложен механизм гидрохлорирования при подземном выщелачивании золота из черносланцевых отложение Кумакского рудного поля [18], который описывается уравнением:

2Au + 3Cl₂ + 2HCl → 2H[AuCl₄].

Комплексноеводорастворимоесоединение– золотохлористоводородная кислота, может являться подвижным соединением, ответственным за перераспределение Au. Здесь же необходимо отметить, что медь и палладий также способны формировать соединения с хлором – CuCl 6^4- è PdCl ⁴6^- соответственно, что объясняет наличие сложных соединений, охарактеризованных выше. Восстановление [AuCl₄]^– до металлического золота в кислой среде возможно по реакции с железом(II):

2[AuCl₄]^– + 3Fe²⁺ → 2Au⁰ + 3Fe³⁺ + 8Cl^–.

Химический состав тонкого золота из кварц-карбонатного прожилка, мас. %

Chemical composition of fine gold from quartz-carbonate vein, wt. %

№ п/п	Cl	Fe	Ni	Cu	Pd	Ag	Au	Сумма
1	1,04	–	0,38	3,74	13,17	24,98	56,68	100,00
2	1,25	0,19	0,62	4,38	13,67	25,53	54,36	100,00
3	0,57	0,90	–	24,69	–	9,29	64,55	100,00
4	0,85	–	–	28,20	–	10,42	60,53	100,00
5	1,22	–	–	26,36	–	8,11	64,31	100,00
6	1,81	0,80	–	30,52	–	11,78	55,09	100,00
7	1,37	–	–	25,32	–	9,68	63,62	100,00
8	3,85	0,60	–	30,36	–	8,62	56,57	100,00
9	1,49	–	–	23,77	–	12,21	62,53	100,00
10	1,39	–	–	27,43	–	9,22	61,96	100,00
11	–	–	–	28,39	–	9,11	62,50	100,00

Примечание. Прочерк – содержание элемента ниже предела обнаружения. Анализы пересчитаны на 100 %.

Note. Dashes indicate element content below the detection limit. The data are recalculated to 100 %.

Рисунок 4. Спектры химического состава тонкого золота. Индексы соответствуют индексам микрофотографий на рис. 3.

Figure 4. Chemical composition spectra of thin gold. Indices correspond to the indices of the micrographs in Fig. 3.

Рисунок 5. Микрофотографии минералов из кварц-кальцитового прожилка.

Условные обозначения. Cal – кальцит; Qz – кварц; Ms – мусковит; Py – пирит; Mnz – монацит-(Се); Xtm – ксенотим-(Y); Bsn – бастнезит; CaZn2(OH)6(H2O)2 – катранаит.

Figure 5. Micrographs of minerals from a quartz-calcite vein.

Keys. Cal – calcite; Qz – quartz; Ms – muscovite; Py – pyrite; Mnz – mona-zite-(Ce); Xtm – xenotime-(Y); Bsn – bastnaesite; CaZn2(OH)6(H2O)2 – katra-naite.

Рисунок 6. Составы минералов систем Au–Ag–Cu (a) и Au–Pd–Cu (b) из различных объектов мира: 1 – самородное золото Аннинского месторождения, Средий Урал (по: [11]); 2 – самородное золото из поверхностной кварцевой жилы, Ишлинский грабен (по: [6]); 3 – тонкое золото из кварц-кальцитового прожилка, Ишлинский грабен; 4 – палладистое золото из кварц-кальцитового прожилка, Ишлинский грабен; 5 – медистое золото Толпаровского ру-допроявления, Южный Урал, (по: [12]); 6 – самородное золото рудопроявления Чудное (по: [13]); 7 – самородное золото рудопроявления Нестеровское (по [там же]); 8 – самородное золото рудопроявления Озерное, Полярный Урал (по: [14]); 9 – палладистое золото рудопроявления Марафон, Канада (по: [15]); 10 – палладистое золото Норильск (по: [16]); 11 – медистое золото из метаморфизованных габброидов курманайского комплекса. Изотермы (по: [17]). Figure 6. Compositions of minerals of the Au–Ag–Cu (a) and Au–Pd–Cu (b) systems from different sites of the world: 1 – native gold of the Anninsk deposit, Middle Urals (according to: [11]); 2 – native gold from a surface quartz vein, Ishlya graben (according to: [6]); 3 – fine gold from a quartz-calcite veinlet, Ishlya graben; 4 – palladium gold from a quartz-calcite veinlet, Ishlya graben; 5 – copper gold of the Tolparovo ore occurrence, Southern Urals (according to: [12]); 6 – native gold of the Chudnoye ore occurrence (according to: [13]); 7 – native gold of the Nesterovsk ore occurrence (according to: [see above]); 8 – native gold of the Ozernoye ore occurrence, Polar Urals (according to: [14]); 9 – palladium gold of the Marathon ore occurrence, Canada (according to: [15]); 10 – palladium gold of Norilsk (according to: [16]); 11 – copper gold from metamorphosed gabbroids of the Kurmanai complex. Isotherms (according to: [17]).

В целом химизм среды минералообразования и состав флюида – FeCl2 (см. выше) не противоречат данной схеме. Кроме того, экспериментально установлено, что микроконцентрации золота при рН 2 активно сорбируются стеклом (около 30 %) и кварцем (около 60 %) [15].

Таким образом, можно констатировать, что рассмотренная упрощенная модель формирования тонкого золота в кварц-кальцитовых прожилках Ишлинского грабена не противоречит наблюдаемым фактам.

Выводы

• 1.    В породах Ишлинского грабена обнаружено тонкое золото двух разновидностей – медистое и палладистое.

• 2.    Проведенный анализ показал, что химический состав медистого Au из кварц-кальцитового прожилка отличается от описанных на различных объектах западного склона Южного Урала (Толпаровского рудопроявления и метаморфизованных габброидов курманайского комплекса). Наблюдаемая для этих объектов общая тенденция, направленная на уменьшение количества меди и увеличение количества золота при небольших вариациях содержаний серебра, не является взаимосвязанной и генетически обусловленной. Cостав палладистого Au кардинальным образом отличается от аналогов, описанных на уральских объектах. Наиболее близкие значения характерны для магматогенных объектов: палладистого золота из рудопроявления Марафон, Канада и отчасти палладистого золота норильских месторождений.

• 3.    Один из возможных механизмов перераспределения и концентрации золота заключается в формировании золотохлористоводородной кислоты с последующим восстановлением [AuCl₄]^– до металлического Au в кислой среде по реакции с двухвалентным железом.