Автор: А. М. ПОРТНОВ

стр. 48

Археологи полагают, что в истории человечества был золотой век. Но не в смысле всеобщего процветания и благополучия. Просто люди стали использовать "желтый металл" в качестве украшения еще на исходе каменного века. На территории России его в древности добывали, по-видимому, на Алтае и Южном Урале. А в XVIII в. начали попутно извлекать и на Нерчинских серебряных рудниках в Забайкалье. Несколько позже то же произошло и на алтайских Колывано-Вознесенских месторождениях меди: они давали казне ежегодно около 0,5 т драгоценного металла. Затем на Урале, недалеко от Екатеринбурга открыли крупное Березовское месторождение. В XIX в. центр добычи золота переместился в Восточную Сибирь (долины рек Енисея и Лены). С 1923 г. пришел черед находкам на северо-востоке Сибири: сначала на Алдане, затем на Колыме. С той поры поиск и разведку золота стали проводить на научной основе, предложенной членами-корреспондентами АН СССР С. В. Обручевым и наиболее основательно - Ю. А. Билибиным. В 1990 г. страна добывала 302 т золота в год.

стр. 49

Доктор геолого-минералогических наук А. М. ПОРТНОВ, Московский геолого-разведочный университет

Золото не случайно называют благородным металлом. Оно не окисляется, не темнеет, не растворяется в щелочах и кислотах. Археологи извлекают из гробниц сверкающие изделия, которым 5 - 6 тыс. лет. Однако возраст этот ничтожно мал по сравнению с тем, что находят в месторождениях, образованных сотни миллионов и миллиарды лет назад. И даже за столь чудовищный срок золото сохранилось без изменений. Но как попало оно в рудные тела? Как возникли огромные его куски, называемые самородками? Например, крупнейший из них - "плита Холтермана", найденный в Австралии, представлял часть кварцевой жилы весом более 200 кг, сплошь проросшей пластинами золота общим весом 92 кг. И почему этот необычайно устойчивый металл встречается вместе с кварцем - творением горячих растворов? На подобные вопросы до сих пор нет окончательных ответов.

Статьи данной рубрики отражают мнения авторов (прим. ред.)

стр. 50

Еще сравнительно недавно геологи считали ведущим фактором рудообразования снижение растворимости золота при остывании горячих подземных растворов по мере их удаления от массивов расплавленной магмы. Однако эту гипотезу пришлось отставить: на самом деле в горячей воде Аи растворяется столь мало, что для образования даже небольшого самородка через подземную трещину потребовалось бы пропустить море кипятка.

Чтобы выяснить, как накапливается драгоценный металл в кварцевых жилах, обратим внимание на его химические особенности. Положительно заряженные ионы золота образуют растворимые комплексные соединения с хлором и серой, устойчивые в кислой среде и разлагающиеся в щелочной с выделением чистого металла. А жильный кварц обычно содержит оставшиеся от рудоносных растворов крохотные газово-жидкие включения. Изучая их, можно сделать выводы о составе и характере среды, из которой выделился интересующий нас элемент. Правда, почти все самородки безжалостно переплавляются (столь печальная участь постигла и "плиту Холтермана"). Самый крупный из них, сохранившийся в первозданном виде, хранится в Москве, в Алмазном фонде. Он известен под названием "Большой треугольник", весит более 36 кг, найден в россыпи Миасского района на Южном Урале в 1842 г. На его поверхности сохранились отпечатки граней кристаллов кварца - постоянного спутника золота.

Но рассмотрим упомянутые выше пузырьки-включения. Они возникли из горячих хлоридных растворов щелочных металлов, чья температура была относительно невысока для рудообразующих процессов (200- 300°С), и золото на них отложилось. Какие условия заставили его находиться в жидкости, а затем стремительно выпасть из нее в виде мелких чешуек, крупных золотинок и просто кусков самородного металла?

Включения в кристаллах являются законсервированными реликтами былых растворов, в данном случае - хлоридов кальция, натрия, калия, лития. Несмотря на обилие щелочей, они были кислыми, так как в огромном количестве содержали углекислоту (СО₂ ) с концентрацией до 20 - 25%. Давление в сотни и тысячи атмосфер заставляло ее растворяться в этом рассоле, превращаясь в угольную кислоту.

Но как уже говорилось, наряду с ней присутствуют ионы калия и натрия. Они создают потенциально щелочную среду. Ее "подавляет" и превращает в кислую высокая концентрация СО₂ . При подъеме раствора к поверхности его давление снижается, газ бурно выделяется, буквально взрываясь, и среда быстро меняется на щелочную. При дегазации рудоносных жидкостей растворимость соединений золота резко уменьшается - и оно выпадает в чистом виде*.

Ранее считалось, что высокая концентрация углекислоты характерна для всего жильного кварца, сопровождающего золото. Однако наши анализы образцов с месторождений Магаданской области и Средней Азии, где рудоотложение происходило при температуре 200 - 280°С, показали крайне неравномерное со-

* См.: Ю. Г. Сафонов. Золото России: перспективы на будущее. - Наука в России, 2000, N 1 (прим. ред.).

стр. 51

Схема рудного тела месторождения Кубака (северо-восток России) с расходящейся системой трещин (в виде раскрытой книги).

держание СО₂ в поперечных разрезах жил. Так, в безрудном кварце из его краевых частей включения содержат более 200 г углекислоты на килограмм раствора. Зато в центральной части, где концентрируются золото и серебро, СО₂ отсутствует и раствор в них резко щелочной: инфракрасные спектры поглощения свидетельствуют о накоплении гидроксидов и гидрокарбонатов с катионами калия, натрия, лития.

Итак, при формировании рудных жил растворы сначала были кислыми за счет угольной кислоты. Но после взрывного выделения газа они резко ощелачивались, растворимость благородных металлов уменьшалась, и они выпадали в осадок. Инертное золото образовывало сверкающие чешуйки, а серебро осаждалось сероводородом в виде сульфида - черного минерала аргентита. При этом возникало пространство рудоотложения - система трещин, которую специалисты называют "структурой рудного поля".

Возьмем для примера крупное коренное месторождение Кубака на северо-востоке России. Его структура и расположение рудных жил с поверхности изучены разведочными канавами, а на глубине - буровыми скважинами. Здесь обнаружена серия ветвящихся жил, как бы вырастающих из одной глубинной трещины протяженностью около 2 км. Она возникла за счет подвижки горных пород. Образовалась подземная зона пониженного давления, куда под напором более 1000 атм "всосались" горячие кислые золотоносные растворы, связанные с верхнемеловыми вулканическими породами данного района.

Трещина послужила "подземной пещерой", в ее пустоте из раствора солей кристаллизовалась кварцевая рудная жила. Разведка выявила редкостную структуру этого поля: оказалось, при подъеме к поверхности длинная "одинокая" расщелина, заполненная кварцем, разворачивается, словно растрепанная раскрытая книга. Многочисленные жилы ветвятся и вырастают из первичной плоскости. Какие причины заставили сплошное рудное образование расщепиться по направлению к поверхности?

Геологи обычно считают, будто подобные структуры возникают за счет тектонических подвижек горных пород, локальных землетрясений. Но по нашему мнению, в данных условиях сказывается прежде всего взрывное действие газа, с большой скоростью выделившегося из рудоносных растворов при понижении давления. И месторождение Кубаки демонстрирует удивительно хорошо сохранившуюся зону такого динамического воздействия на окружающие породы. Она трассирует глубину, где давление настолько уменьшилось, что огромный объем газа вырвался из раствора и над "трещиной-детонатором" загремели мощнейшие взрывы. Они-то и создали подобие открытой книги.

Исходя из объема трещин, заполненных кварцевыми жилами, можно оценить количество углекислоты, участвовавшей в создании залежи драгоценного металла. Длина рудной зоны - около 2 км, ширина - 100 м, глубина - 200 - 300 м, запасы полезного ископаемого - 100 т. Месторождение возникло 120 млн. лет назад. За это время эрозия стерла примерно половину вертикальной мощности первоначальной зоны; значит, некогда здесь было около 200 т золота.

Реконструкция условий формирования данной структуры позволяет представить былую область газового воздействия в виде "баллона" длиной 2 км, шириной 100 м, высотой 600 м. То есть общий объем активной зоны глубинного газа при образовании месторождения со-

стр. 52

ставлял 120 млн. м. Поскольку среднее содержание металла в кварцевых жилах - 10 г/т, а плотность кварца равняется 2,65 т/м, то объем жил в рудном поле составлял (с учетом эрозии) около 8 млн. м. Очевидно, трещины, впоследствии "залеченные" кварцем, изначально были заполнены сжатым газом и жидкостью. И при содержании 100 кг углекислоты в каждой тонне хлоридного раствора из него выделился почти 1 млн. т сжатого газа.

При нормальном атмосферном давлении такое его количество занимало 500 млн. м³ . Если объем трещин, заполненных жильным кварцем, соотнести с данной величиной, то окажется: газ был сжат примерно в 100 раз, т.е. лишь в 2 - 3 раза меньше, чем если бы он взорвался от черного пороха или аммиачной селитры. А поскольку не исключено, что рудообразующие растворы содержали значительно больше углекислоты, то вырвавшиеся из них сотни миллионов кубометров были аналогичны действию огромного заряда взрывчатого вещества, по мощности сходного с десятками тонн аммонита.

Следует учитывать и подъемную силу гигантского газового "баллона", всплывшего по закону Архимеда. Она составляла (напомню, при плотности окружающих пород 2,65 т/м³ ) примерно 400 млн. т. Подобные формы, возникающие при подъеме сравнительно легких горных пород, пробивающих толщу более тяжелых, называются в геологии диапировыми ("протыкающими") структурами. Именно сила таких огромных газовых скоплений, видимо, на многих золоторудных месторождениях формирует "столбы" - вертикальные колонны, заполненные рудным веществом, нередко раздробленным и даже окатанным в подземных кипящих растворах. Похоже, так возникли кварц-пиритовые конгломераты в среднеазиатском месторождения Коч-Булак и загадочные пласты схожей гальки богатейшего гиганта Витватерсранд в Южно-Африканской республике. По мере подъема гидротермального раствора углекислота вырывается, дробя, окатывая и пробивая окружающие породы, а кислая среда сменяется на щелочную. Хлорсульфидные комплексные соединения золота распадаются, и металл концентрируется в центральных частях кварцевых жил. Если при отложении 200 т золота выделяется 500 млн. м³ углекислоты (объем при нормальных условиях), то при выпадении 1 г Au раствор теряет 2,5м того же газа, и в каждом его кубометре присутствует примерно 25 г ценного металла.

Наличие самородков и сверхбогатых участков кварцевых жил с содержанием десятков килограммов золота на тонну породы свидетельствует: иногда рудные растворы были высоко концентрированными. Поскольку золото и серебро занимают центральную часть рудного тела, значит, они выпали в конце процесса его образования, когда почти все пространство трещины занял кварц. Объем раствора уменьшался, а содержание благородных металлов в нем резко увеличивалось. Этим можно объяснить появление крупных самородков и богатых залежей золота.

Итак, углекислота выступает как "диспетчер" руцообразования: она определяет смену кислых растворов на щелочные с выпадением золота, а также работает как "взрывчатка", формируя системы подземных трещин - структуры рудных месторождений.

Постоянный адрес данной публикации: